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    重庆时时彩后三大小: 一种机电电磁混合仿真方法及系统.pdf

    关 键 词:
    一种 机电 电磁 混合 仿真 方法 系统
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    摘要
    申请专利号:

    CN201710059616.X

    申请日:

    2017.01.24

    公开号:

    CN106777827A

    公开日:

    2017.05.31

    当前法律状态:

    公开

    有效性:

    审中

    法律详情: 公开
    IPC分类号: G06F17/50; G06Q50/06(2012.01)I 主分类号: G06F17/50
    申请人: 中国电力科学研究院; 国家电网公司; 国网黑龙江省电力有限公司
    发明人: 张星; 田芳; 徐得超; 李亚楼; 陈绪江; 穆清; 彭红英; 刘敏; 孙丽香; 郑伟杰; 王艺璇; 徐树文; 周孝信; 郭袅; 徐冰亮; 胡远婷
    地址: 100192 北京市海淀区清河小营东路15号
    优先权:
    专利代理机构: 北京安博达知识产权代理有限公司 11271 代理人: 徐国文
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201710059616.X

    授权公告号:

    法律状态公告日:

    2017.05.31

    法律状态类型:

    公开

    摘要

    本发明提供了一种机电??电磁混合仿真方法及系统,包括:确定在电磁暂态网络侧连接有满足预设条件的输电线的母线为混合仿真接口位置;所述输电线上电磁波传播延迟τ大于电磁暂态仿真步长Δt;所述输电线的k侧连接机电暂态网络,所述输电线的j侧连接电磁暂态网络的其余网络;将所述电磁暂态网络的其余网络、所述输电线以及机电暂态网络等值为下述三部分:输电线j侧与电磁暂态网络的其余网络部分、输电线k侧与机电暂态网络的等值电路部分、以及电磁暂态网络的等值电路与机电暂态网络部分;对上述三部分分别求解得到电磁暂态网络以及机电暂态网络的电网状态。本发明提供的技术方案可大大减少了接口计算量,提升了计算效率。

    权利要求书

    1.一种机电-电磁混合仿真方法,其特征在于,所述方法包括:
    确定在电磁暂态网络侧连接有满足预设条件的输电线的母线为混合仿真接口位置;所
    述输电线上电磁波传播延迟τ大于电磁暂态仿真步长Δt;所述输电线的k侧连接机电暂态
    网络,所述输电线的j侧连接电磁暂态网络的其余网络;所述输电线与电磁暂态网络的其余
    网络组成完整的电磁暂态网络;
    将所述电磁暂态网络的其余网络、所述输电线以及机电暂态网络解耦为下述三部分:
    输电线j侧与电磁暂态网络的其余网络部分、输电线k侧与机电暂态网络的等值电路部分、
    以及电磁暂态网络的等值电路与机电暂态网络部分;
    对上述三部分分别求解得到电磁暂态网络以及机电暂态网络的电网状态。
    2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述输电线为三相输电线路,对输电线j侧与
    电磁暂态网络的其余网络部分时所有的状态量均为三相瞬时值;对输电线k侧与机电暂态
    网络的等值电路部分求解时输电线的状态量为三相瞬时值,机电暂态网络的等值电路为正
    负零序相量形式的戴维南等值电路。
    3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述输电线等值后得到的等值电路包括相间
    等值阻抗、相地等值阻抗和等值电压源,所述相间等值阻抗位于两相之间,所述相地等值阻
    抗与所述等值电压源并联,所述相地等值阻抗与所述等值电压源均一端接地、另一端作为
    输电线的一侧。
    4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,对输电线j侧与电磁暂态网络的其余网络部
    分求解,包括:
    在第d个电磁暂态仿真时步t=d*Δt,根据d-1时步以及之前的时步插值得到t-τ时刻
    的输电线j、k两侧的电压和电流状态量;
    根据所述输电线j侧的电压和电流状态量计算j侧历史电流源ijk(t-τ);
    将所述ijk(t-τ)代入电磁暂态网络的其余网络求解,其中,Δt为电磁暂态仿真步长,τ
    为波传播延迟。
    5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,对输电线k侧与机电暂态网络的等值电路求
    解,包括:
    将正负零序向量形式的机电暂态网络的等值电路转换为ABC相量形式的诺顿等值电
    路;
    将ABC相量形式的诺顿等值电路转换为瞬时值形式的等值电路,所述瞬时值形式的等
    值电路满足下式方程:
    (Gline+Gst)*uk(t)=ist(t)-ihist(t-Δt)-ikj(t-τ),
    其中,Gline为所述输电线的导纳阵,Gst为机电暂态网络的诺顿等值电路中阻抗对应的
    导纳阵,uk(t)为t时刻所述输电线k侧的节点电压瞬时值,ist(t)为t时刻机电暂态网络的诺
    顿等值电路中电流源瞬时值,ihist(t-Δt)为机电暂态网络的诺顿等值电路中阻抗对应的
    历史电流源瞬时值,ikj(t-τ)为所述输电线k侧的历史电流源瞬时值。
    6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,对电磁暂态网络的等值电路和机电暂态网络
    求解,包括:
    初始化时,机电暂态网络收到电磁暂态网络的等值电路的导纳阵Yemt;
    在第c个机电暂态仿真时步为t=c*ΔT,ΔT为机电暂态仿真步长,电磁暂态网络根据
    第c-1个时步以及之前的N个时步,计算电磁暂态网络和机电暂态网络边界点的正负零序电
    压Uemt和正负零序电流I′emt,然后发送给机电暂态网络,N为机电暂态仿真步长与电磁暂态
    仿真步长的比值;
    机电暂态网络计算诺顿等值电路的注入电流Iemt=I′emt+Yemt*Uemt,将所述注入电流Iemt
    代入机电暂态网络求解。
    7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,对电磁暂态网络的等值电路和机电暂态网络
    求解,包括:
    将所述输电线k侧的电磁暂态网络的等值电路转化为正负零序相量形式,代入机电暂
    态网络计算;
    初始化时,机电暂态网络收到所述输电线的等值导纳阵Yline;
    在第c个机电暂态仿真时步为t=c*ΔT,电磁暂态网络根据第c-1个时步以及之前的时
    步,计算电磁暂态网络和机电暂态网络边界点的正负零序电压Uemt和正负零序电流I′emt,然
    后发送给机电暂态网络,ΔT为机电暂态仿真步长;
    机电暂态网络计算诺顿等值电路的注入电流Iemt=I′emt+Yline*Uemt,将所述注入电流Iemt
    代入机电暂态网络求解。
    8.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述混合仿真接口处存在多条满足预设条件
    的输电线,每条输电线的一侧连接电磁暂态其余网络的母线、另一侧连接机电暂态网络侧
    的母线,电磁暂态网络的等值电路的阻抗阵为收缩到接口处的多端口戴维南等值阻抗阵,
    电磁暂态网络的等值电路的等值电压源为机电电磁混合仿真接口处的开路电压。
    9.一种机电-电磁混合仿真系统,其特征在于,所述系统包括:
    接口确定???,用于确定在电磁暂态网络侧连接有满足预设条件的输电线的母线为混
    合仿真接口位置;所述输电线上电磁波传播延迟τ大于电磁暂态仿真步长Δt;所述输电线
    的k侧连接机电暂态网络,所述输电线的j侧连接电磁暂态网络的其余网络;所述输电线与
    电磁暂态网络的其余网络组成完整的电磁暂态网络;
    解耦???,用于将所述电磁暂态网络的其余网络、所述输电线以及机电暂态网络解耦
    为下述三部分:输电线j侧与电磁暂态网络的其余网络部分、输电线k侧与机电暂态网络的
    等值电路部分、以及电磁暂态网络的等值电路与机电暂态网络部分;
    计算???,用于对上述三部分分别求解得到电磁暂态网络以及机电暂态网络的电网状
    态。
    10.如权利要求9所述的系统,其特征在于,所述计算???,包括:
    第一计算单元,用于在第d个电磁暂态仿真时步t=d*Δt,根据d-1时步以及之前的时
    步插值得到t-τ时刻的输电线j、k两侧的电压和电流状态量;
    第二计算单元,用于根据所述输电线j侧的电压和电流状态量计算j侧历史电流源ijk
    (t-τ);
    第三计算单元,用于将所述ijk(t-τ)代入电磁暂态网络的其余网络求解,其中,Δt为电
    磁暂态仿真步长,τ为波传播延迟。

    说明书

    一种机电-电磁混合仿真方法及系统

    技术领域

    本发明涉及电力系统数字仿真方法,具体涉及一种机电‐电磁混合仿真方法及系
    统。

    背景技术

    实际电力系统暂态过程和动态过程响应的频率范围从零赫兹到数兆赫兹,覆盖从
    低频振荡、次同步振荡、暂态过程、次暂态过程到系统行波等不同时间尺度的物理过程。针
    对大型实际电网建立详尽的数学模型来模拟全部的物理过程既无可能也不必要,传统的时
    域仿真是对不同时间尺度的暂态或动态过程,采用不同的数学模型和仿真算法分别进行分
    析,形成电磁暂态仿真、机电暂态仿真和中长期动态仿真等不同方法。

    随着我国特高压交直流混联电网的快速发展、以及电力电子技术在电力系统中的
    广泛应用,不同时间尺度的暂态过程相互交织和影响,呈现强耦合特征,采用单一时间尺度
    仿真手段进行电网安全稳定分析和控制决策的局限性越来越明显,而兼顾仿真规模和仿真
    精度的机电暂态-电磁暂态混合仿真技术得到了较快发展。

    机电暂态-电磁暂态混合仿真是指,在一次仿真过程中将研究的电网对象按照拓
    扑分割成机电暂态网络和电磁暂态网络分别进行计算,通过机电暂态-电磁暂态混合仿真
    接口进行数据交换,实现联合的仿真过程。拓扑分割方式随研究目的和接口算法的不同而
    异?;缭萏?电磁暂态混合仿真是机电暂态仿真和电磁暂态仿真方法的结合和技术特点
    的互补。从机电暂态仿真角度看,相当于机电暂态网络中的一部分采用更加详细的数学模
    型和仿真算法,来提高局部电网的仿真精度;从电磁暂态仿真角度讲,相当于将原本需要等
    值化简的外部网络替换为机电暂态网络,进而准确反映大电网的振荡模式、系统阻尼、故障
    扰动等特性,为电磁暂态网络的仿真分析提供必要的系统背景,在保证电网仿真规模的同
    时也提高了大电网仿真精度。

    机电暂态-电磁暂态混合仿真的关键是如何解决机电暂态和电磁暂态的数据交互
    接口问题,具体包括三个方面问题:1)接口位置选择方法;2)对侧网络等值方法及等值信息
    更新方法;3)数据交互方式和接口误差处理方法。针对这些问题,不同混合仿真软件的解决
    思路各有千秋。我国开展机电暂态-电磁暂态混合仿真的软件开发和实用化应用较早,积累
    了大量经验,出现了以ADPSS、PS-MODEL等为代表的混合仿真程序,其技术路线基本相同,但
    以ADPSS为代表现有机电暂态-电磁暂态混合仿真方法和存在以下不足:

    现有的机电暂态-电磁暂态混合仿真接口等值电路如附图1所示,计算电磁暂态网
    络时,将机电暂态网络进行戴维南等值;计算机电暂态网络时,将电磁暂态网络进行诺顿等
    值。

    现有的接口算法为:零时刻初始化时,根据全网初始状态计算得到机电暂态网络
    的等值阻抗阵Zst和电磁暂态网络的等值导纳阵Yemt。在每一个接口时刻,机电暂态网络向电
    磁暂态网络发送正负零序等值电势Est,若机电暂态网络拓扑变化需重新发送等值阻抗阵
    Zst;同时,电磁暂态网络向机电暂态网络发送边界点的正负零序电压Uemt和电流I′emt,机电
    暂态网络收到后按照电磁侧等值导纳阵Yemt不变的假定求解诺顿等值电路注入电流Iemt=
    I′emt+Yemt*Uemt。

    逐步求解时,对于机电暂态网络,直接将电磁侧网络诺顿等值电路注入电流Iemt和
    导纳阵Yemt合并到网络方程中进行求解,即可得到机电暂态全网状态量;对于电磁暂态网络,
    当机电侧发电机正、负序阻抗不相等或母线带有动态特性综合负荷时,戴维南等值阻抗阵Zst
    在ABC相空间是不对称矩阵,与电磁暂态仿真的基本算法相矛盾,无法直接合并到电磁暂态网
    络方程中进行求解。针对这个问题,现有算法使用节点分裂算法单独计算电磁暂态网络与机
    电暂态等值网络的边界点电流ia,边界点电流求解公式为
    其中YA、YB分别为电磁网络和机电等值网络的导纳阵,hA、hB分别为电磁网络和机电等值网
    络的等值历史电流源,p为反映电磁网络所有节点与边界电流相量ia的关联关系矩阵。上式
    中电磁网络导纳阵逆矩阵的直接求解计算量太大,实际计算采用了戴维南等值简化法
    求解其计算量与混合仿真接口数目相关。当接口数目为n时,计算的计算量
    约等于计算3n次的线性方程组YAX=b。

    现有混合仿真接口算法存在两方面问题:

    (1)当电磁暂态网络因开关动作、非线性饱和等因素引起导纳阵YA变化时,需要重
    新求解在仿真含电力电子电路的电磁暂态网络时,电磁侧导纳阵会频繁变化,导致
    接口计算量剧增。

    (2)机电侧网络求解时,采用电磁侧等值网络导纳阵Yemt一直是零时刻初始值,计
    算过程中不再更新,而只是更新电磁侧网络的接口电压和电流,因此电磁暂态网络实际拓
    扑发生变化时会引入接口误差。

    因此,需要提供一种基于输电线模型的机电‐电磁混合仿真接口算法来克服现有
    技术的不足。

    发明内容

    本发明提供一种机电-电磁混合仿真方法,所述方法包括:

    确定在电磁暂态网络侧连接有满足预设条件的输电线的母线为混合仿真接口位
    置;所述输电线上电磁波传播延迟τ大于电磁暂态仿真步长Δt;所述输电线的k侧连接机电
    暂态网络,所述输电线的j侧连接电磁暂态网络的其余网络;所述输电线与电磁暂态网络的
    其余网络组成完整的电磁暂态网络;

    将所述电磁暂态网络的其余网络、所述输电线以及机电暂态网络解耦为下述三部
    分:输电线j侧与电磁暂态网络的其余网络部分、输电线k侧与机电暂态网络的等值电路部
    分、以及电磁暂态网络的等值电路与机电暂态网络部分;

    对上述三部分分别求解得到电磁暂态网络以及机电暂态网络的电网状态。

    所述输电线为三相输电线路,对输电线j侧与电磁暂态网络的其余网络部分时所
    有的状态量均为三相瞬时值;对输电线k侧与机电暂态网络的等值电路部分求解时输电线
    的状态量为三相瞬时值,机电暂态网络的等值电路为正负零序相量形式的戴维南等值电
    路。

    所述输电线等值后得到的等值电路包括相间等值阻抗、相地等值阻抗和等值电压
    源,所述相间等值阻抗位于两相之间,所述相地等值阻抗与所述等值电压源并联,所述相地
    等值阻抗与所述等值电压源均一端接地、另一端作为输电线的一侧。

    对输电线j侧与电磁暂态网络的其余网络部分求解,包括:

    在第d个电磁暂态仿真时步t=d*Δt,根据d-1时步以及之前的时步插值得到t-τ
    时刻的输电线j、k两侧的电压和电流状态量;

    根据所述输电线j侧的电压和电流状态量计算j侧历史电流源ijk(t-τ);

    将所述ijk(t-τ)代入电磁暂态网络的其余网络求解,其中,Δt为电磁暂态仿真步
    长,τ为波传播延迟。

    对输电线k侧与机电暂态网络的等值电路求解,包括:

    将正负零序向量形式的机电暂态网络的等值电路转换为ABC相量形式的诺顿等值
    电路;

    将ABC相量形式的诺顿等值电路转换为瞬时值形式的等值电路,所述瞬时值形式
    的等值电路满足下式方程:

    (Gline+Gst)*uk(t)=ist(t)-ihist(t-Δt)-ikj(t-τ),

    其中,Gline为所述输电线的导纳阵,Gst为机电暂态网络的诺顿等值电路中阻抗对
    应的导纳阵,uk(t)为t时刻所述输电线k侧的节点电压瞬时值,ist(t)为t时刻机电暂态网络
    的诺顿等值电路中电流源瞬时值,ihist(t-Δt)为机电暂态网络的诺顿等值电路中阻抗对
    应的历史电流源瞬时值,ikj(t-τ)为所述输电线k侧的历史电流源瞬时值。

    对电磁暂态网络的等值电路和机电暂态网络求解,包括:

    初始化时,机电暂态网络收到电磁暂态网络的等值电路的导纳阵Yemt;

    在第c个机电暂态仿真时步为t=c*ΔT,ΔT为机电暂态仿真步长,电磁暂态网络
    根据第c-1个时步以及之前的N个时步,计算电磁暂态网络和机电暂态网络边界点的正负零
    序电压Uemt和正负零序电流I′emt,然后发送给机电暂态网络,N为机电暂态仿真步长与电磁
    暂态仿真步长的比值;

    机电暂态网络计算诺顿等值电路的注入电流Iemt=I′emt+Yemt*Uemt,将所述注入电
    流Iemt代入机电暂态网络求解。

    对电磁暂态网络的等值电路和机电暂态网络求解,包括:

    将所述输电线k侧的电磁暂态网络的等值电路转化为正负零序相量形式,代入机
    电暂态网络计算;

    初始化时,机电暂态网络收到所述输电线的等值导纳阵Yline;

    在第c个机电暂态仿真时步为t=c*ΔT,电磁暂态网络根据第c-1个时步以及之前
    的时步,计算电磁暂态网络和机电暂态网络边界点的正负零序电压Uemt和正负零序电流
    I′emt,然后发送给机电暂态网络,ΔT为机电暂态仿真步长;

    机电暂态网络计算诺顿等值电路的注入电流Iemt=I′emt+Yline*Uemt,将所述注入电
    流Iemt代入机电暂态网络求解。

    所述混合仿真接口处存在多条满足预设条件的输电线,每条输电线的一侧连接电
    磁暂态其余网络的母线、另一侧连接机电暂态网络侧的母线,电磁暂态网络的等值电路的
    阻抗阵为收缩到接口处的多端口戴维南等值阻抗阵,电磁暂态网络的等值电路的等值电压
    源为机电电磁混合仿真接口处的开路电压。

    一种机电-电磁混合仿真系统,所述系统包括:

    接口确定???,用于确定在电磁暂态网络侧连接有满足预设条件的输电线的母线
    为混合仿真接口位置;所述输电线上电磁波传播延迟τ大于电磁暂态仿真步长Δt;所述输
    电线的k侧连接机电暂态网络,所述输电线的j侧连接电磁暂态网络的其余网络;所述输电
    线与电磁暂态网络的其余网络组成完整的电磁暂态网络;

    解耦???,用于将所述电磁暂态网络的其余网络、所述输电线以及机电暂态网络
    解耦为下述三部分:输电线j侧与电磁暂态网络的其余网络部分、输电线k侧与机电暂态网
    络的等值电路部分、以及电磁暂态网络的等值电路与机电暂态网络部分;

    计算???,用于对上述三部分分别求解得到电磁暂态网络以及机电暂态网络的电
    网状态。

    所述计算???,包括:

    第一计算单元,用于在第d个电磁暂态仿真时步t=d*Δt,根据d-1时步以及之前
    的时步插值得到t-τ时刻的输电线j、k两侧的电压和电流状态量;

    第二计算单元,用于根据所述输电线j侧的电压和电流状态量计算j侧历史电流源
    ijk(t-τ);

    第三计算单元,用于将所述ijk(t-τ)代入电磁暂态网络的其余网络求解,其中,Δt
    为电磁暂态仿真步长,τ为波传播延迟。

    所述计算???,包括:

    第一转换???,用于将正负零序向量形式的机电暂态网络的等值电路转换为ABC
    相量形式的诺顿等值电路;

    第二转换???,用于将ABC相量形式的诺顿等值电路转换为瞬时值形式的等值电
    路,所述瞬时值形式的等值电路满足下式方程:

    (Gline+Gst)*uk(t)=ist(t)-ihist(t-Δt)-ikj(t-τ),

    其中,Gline为所述输电线的导纳阵,Gst为机电暂态网络的诺顿等值电路中阻抗对
    应的导纳阵,uk(t)为t时刻所述输电线k侧的节点电压瞬时值,ist(t)为t时刻机电暂态网络
    的诺顿等值电路中电流源瞬时值,ihist(t-Δt)为机电暂态网络的诺顿等值电路中阻抗对
    应的历史电流源瞬时值,ikj(t-τ)为所述输电线k侧的历史电流源瞬时值。

    所述计算??榘ǎ?br />

    第一接收单元,用于在初始化时,机电暂态网络收到电磁暂态网络的等值电路的
    导纳阵Yemt;

    第四计算单元,用于在第c个机电暂态仿真时步为t=c*ΔT,ΔT为机电暂态仿真
    步长,电磁暂态网络根据第c-1个时步以及之前的N个时步,计算电磁暂态网络和机电暂态
    网络边界点的正负零序电压Uemt和正负零序电流I′emt,然后发送给机电暂态网络,N为机电
    暂态仿真步长与电磁暂态仿真步长的比值;

    第五计算单元,用于机电暂态网络计算诺顿等值电路的注入电流Iemt=I′emt+Yemt*
    Uemt,将所述注入电流Iemt代入机电暂态网络求解。

    所述计算???,包括:

    第六计算单元,用于将所述输电线k侧的电磁暂态网络的等值电路转化为正负零
    序相量形式,代入机电暂态网络计算;

    第二接收单元,用于初始化时,机电暂态网络收到所述输电线的等值导纳阵Yline;

    第七计算单元,用于在第c个机电暂态仿真时步为t=c*ΔT,电磁暂态网络根据第
    c-1个时步以及之前的时步,计算电磁暂态网络和机电暂态网络边界点的正负零序电压Uemt
    和正负零序电流I′emt,然后发送给机电暂态网络,ΔT为机电暂态仿真步长;

    第八计算单元,用于机电暂态网络计算诺顿等值电路的注入电流Iemt=I′emt+
    Yline*Uemt,将所述注入电流Iemt代入机电暂态网络求解。

    与最接近的现有技术比,本发明提供的技术方案具有以下有益效果:

    (1)本发明提供的技术方案,将输电线作为仿真接口的一部分,当电磁侧网络变化
    时,无需重新求解接口电路方程的输电线的导纳阵和机电暂态诺顿等值电路中阻抗对应的
    导纳阵,可大大减少接口计算量,尤其适用于存在大量混合仿真接口或者电磁暂态导纳阵
    频繁变化的仿真场景,计算效率提升明显。本发明将有助于实现按电压等级分网的应用方
    式。

    (2)本发明提供的技术方案,基于输电线模型的对仿真接口进行计算,当输电线路
    的波传播延迟大于电磁暂态仿真步长时,可以实现线路两侧电网的自然解耦,不会引入任
    何仿真误差。在这种情况下,本发明提供的技术方案在对电磁暂态等值网络和机电暂态网
    络进行求解时,采用将输电线路k侧的电磁暂态等值电路转化为正负零序相量形式,代入机
    电暂态网络计算的方法,其本质是将输电线路的动态相量模型用于混合仿真接口电路,当
    电磁暂态网络拓扑变化时,该方法无需修改电磁暂态等值网络的导纳阵,解决了电磁暂态
    仿真中等值网络难以动态更新的难题,可以得到更加精确的仿真结果。

    附图说明

    图1为现有机电暂态‐电磁暂态混合仿真接口示意图;

    图2为现有机电暂态‐电磁暂态混合仿真接口的等值电路;

    图3为三相输电线的电磁暂态等值电路,

    其中Zpp为相间等值阻抗、Zpg为相地等值阻抗,τ为输电线的波传播延迟。

    图4为本发明提供的机电暂态‐电磁暂态混合仿真接口电路示意图;

    图5为本发明提供的机电暂态‐电磁暂态混合仿真接口电路三部分的等值电路;

    图6为本发明转化为电磁暂态瞬时值形式的输电线k侧与机电暂态等值网络的等
    值电路图;

    图7为本发明转化为正负零序形式的电磁暂态网络的等值电路和机电暂态网络的
    等值电路图;

    图8为本发明混合仿真接口处存在多条输电线路的处理示例图;

    图9为单机无穷大系统机电暂态‐电磁暂态混合仿真模型图;

    图10为单机无穷大系统的Bus2‐Bus5双回线输送功率示意图。

    具体实施方式

    下面结合附图对本发明做进一步详细的说明:

    本发明提供一种机电-电磁混合仿真方法,在电网中选择电磁暂态网络侧连接有
    满足预设条件的输电线路的母线作为混合仿真接口位置,输电线与母线共同构成混合仿真
    接口电路,如附图4所示,其中定义输电线两端节点分别为j和k。

    输电线电磁暂态模型的基本原理为电力系统的输电线上存在电磁波传播过程,传
    播速度接近真空中的光速,因此线路一侧的行波传播到另一侧存在延迟。根据Bergeron的
    分布参数线路建模方法,三相输电线路的等值计算电路,可以看出任何一侧网络t时刻的状
    态仅与对侧网络t-τ时刻的状态有关。若波传播延迟τ大于电磁暂态仿真步长Δt,则可用输
    电线路将j侧和k侧网络自然解耦。输电线是指能满足电磁暂态解耦要求的输电线,即波传
    播延迟τ大于电磁暂态仿真步长Δt的输电线。

    电磁暂态仿真步长较小,以典型步长50us为例,对应的电磁波传播距离不到20km,
    实际电网中很容易找到满足条件的输电线进行解耦计算。

    针对接口电路,推导出其对应的等值电路形式,如附图5所示,并给出接口等值电
    路中相互解耦三部分的求解思路。

    如图3所示为三相输电线的电磁暂态等值电路;

    如图4所示,所述输电线的k侧连接机电暂态网络,所述输电线的j侧连接电磁暂态
    其余网络;

    所述输电线与电磁暂态其余网络组成完整的电磁暂态网络;

    所述混合仿真接口算法包括:

    Part 1:输电线j侧与电磁暂态其余网络统一求解后与其余电路解耦;

    Part 2:输电线k侧与机电暂态等值网络统一求解后与其余电路解耦;

    Part 3:电磁暂态等值网络和机电暂态网络统一求解后与其余电路解耦。

    Part 1:所述输电线j侧与电磁暂态其余网络统一求解,所述输电线的状态量和所
    述电磁暂态其余网络的状态量均为三相瞬时值。

    所述输电线j侧与电磁暂态其余网络统一求解,包括:

    可以按照H.W.Dommel提出的传统EMTP电磁暂态仿真算法进行求解,第d个电磁暂
    态仿真时步t=d*Δt,根据d-1时步及之前的时步的结果插值得到t-τ时刻的输电线j、k两
    侧的电压和电流状态量,进而计算得到j侧历史电流源ijk(t-τ),将ijk(t-τ)代入电磁暂态
    其余网络根据EMTP电磁暂态仿真算法求解,其中,Δt为电磁暂态仿真步长,τ为波传播延
    迟。

    Part 2:所述输电线k侧与机电暂态等值网络统一求解,所述输电线的状态量为三
    相瞬时值,所述机电暂态等值网络为正负零序相量形式的戴维南等值电路。

    所述输电线k侧与机电暂态等值网络统一求解,包括:

    将机电暂态等值网络转换为ABC相量形式的诺顿等值电路形式,根据EMTP电磁暂
    态仿真算法,将ABC相量形式的诺顿等值电路转换为如图6所示的瞬时值形式的等值电路,
    所述瞬时值形式的等值电路满足下述方程:

    (Gline+Gst)*uk(t)=ist(t)-ihist(t-Δt)-ikj(t-τ),

    上式中,Gline+Gst不随电磁暂态网络拓扑变化而变化,仅在机电暂态等值网络阻抗
    阵变化时才会变化,若混合仿真接口数目为n,则Gline+Gst的矩阵维数为3n;

    其中,Gline为输电线的导纳阵,Gst为机电暂态诺顿等值电路中阻抗对应的导纳阵,
    uk(t)为t时刻输电线k侧的节点电压瞬时值,ist(t)为t时刻机电暂态诺顿等值电路中电流
    源瞬时值,ihist(t-Δt)为机电暂态诺顿等值电路中阻抗对应的历史电流源瞬时值,ikj(t-
    τ)为输电线k侧的历史电流源瞬时值。

    Part 3:所述电磁暂态等值网络和机电暂态网络统一求解包括下述两种改进方
    法:

    改进方法一:

    所述电磁暂态等值网络的状态量和机电暂态网络的状态量均为正负零序相量形
    式。

    初始化时,机电暂态网络收到电磁暂态等值网络的导纳阵Yemt,第c个机电暂态仿
    真时步为t=c*ΔT,ΔT为机电暂态仿真步长,电磁暂态网络根据第c-1个时步及之前的N个
    电磁时步的结果,N为机电暂态仿真步长与电磁暂态仿真步长的比值,计算电磁暂态网络和
    机电暂态网络边界点的正负零序电压Uemt和正负零序电流I′emt,然后发送给机电暂态网络,
    机电暂态网络计算诺顿等值电路注入电流Iemt=I′emt+Yemt*Uemt,将注入电流Iemt代入机电暂
    态网络根据机电暂态仿真算法进行求解。

    改进方法二:

    将输电线k侧的电磁暂态等值电路转化为如图7所示的正负零序相量形式,代入机
    电暂态网络计算,

    初始化时,机电暂态网络收到输电线的等值导纳阵Yline,第c个机电暂态仿真时步
    为t=c*ΔT,ΔT为机电暂态仿真步长,电磁暂态网络根据第c-1个时步及之前的N个电磁时
    步的结果,N为机电暂态仿真步长与电磁暂态仿真步长的比值,计算电磁暂态网络和机电暂
    态网络边界点的正负零序电压Uemt和正负零序电流I′emt,然后发送给机电暂态网络;机电暂
    态网络计算诺顿等值电路注入电流Iemt=I′emt+Yline*Uemt,将注入电流Iemt代入机电暂态网
    络根据机电暂态仿真算法进行求解。

    若机电暂态‐电磁暂态混合仿真接口处存在多条输电线路,则改进方法依然可以
    推广使用。以附图8中所示系统为例,机电暂态侧有2条母线bus1和bus2分别通过5回输电线
    与电磁暂态侧的4条母线bus3~bus6连接,混合仿真接口数目为2,此时电磁暂态等值网络
    阻抗阵是收缩到接口处的多端口戴维南等值阻抗阵,等值电压源是接口处开路电压。

    对本发明提出的算法进行计算效率验证包括:

    采用含7回电磁暂态直流(14个混合仿真接口)的“两华+华东”全网算例,机电暂态
    仿真步长10ms、电磁暂态仿真步长50us,仿真时长5s。使用两个CPU核做并行仿真,其中1个
    CPU核计算机电暂态子网、另1个CPU核计算电磁暂态子网。采用原接口算法和两种改进方法
    的计算耗时对比见表1,可见存在14个三相接口的情况下,采用改进方法能够大幅提高计算
    效率,且两种改进方法接口计算效率基本相当。

    表1计算效率对比


    计算平均耗时(s)
    加速比
    原接口算法
    404
    /
    改进方法一
    197
    2.05
    改进方法二
    196
    2.06

    对本发明提供的算法进行计算精度验证包括:

    采用单机无穷大系统机电暂态-电磁暂态混合仿真算例,如附图9所示。系统稳态
    运行,5s时切除发电机Bus1,观察Bus2至Bus5的双回线输送功率之和,对比两种改进方法的
    仿真结果如附图10??梢钥闯?,切机前双回线有功功率的输送方向为Bus2至Bus5,切机后功
    率反向。附图10(a)显示两种改进方法的仿真结果基本一致,但将7s~7.2s时间段的功率曲
    线放大后如附图10(b)所示,可以看出改进方法一的仿真结果有波动,波动周期为机电暂态
    仿真步长10ms,此波动正是由于电磁暂态网络拓扑变化引入的误差;改进方法二的仿真结
    果较为平稳,没有明显波动,结果更加精确。

    基于同一发明构思,本发明实施例还提供了一种机电-电磁混合仿真系统,所述系
    统包括:

    接口确定???,用于确定在电磁暂态网络侧连接有满足预设条件的输电线的母线
    为混合仿真接口位置;所述输电线上电磁波传播延迟τ大于电磁暂态仿真步长Δt;所述输
    电线的k侧连接机电暂态网络,所述输电线的j侧连接电磁暂态网络的其余网络;所述输电
    线与电磁暂态网络的其余网络组成完整的电磁暂态网络;

    解耦???,用于将所述电磁暂态网络的其余网络、所述输电线以及机电暂态网络
    解耦为下述三部分:输电线j侧与电磁暂态网络的其余网络部分、输电线k侧与机电暂态网
    络的等值电路部分、以及电磁暂态网络的等值电路与机电暂态网络部分;

    计算???,用于对上述三部分分别求解得到电磁暂态网络以及机电暂态网络的电
    网状态。

    实施中,所述计算???,可以包括:

    第一计算单元,用于在第d个电磁暂态仿真时步t=d*Δt,根据d-1时步以及之前
    的时步插值得到t-τ时刻的输电线j、k两侧的电压和电流状态量;

    第二计算单元,用于根据所述输电线j侧的电压和电流状态量计算j侧历史电流源
    ijk(t-τ);

    第三计算单元,用于将所述ijk(t-τ)代入电磁暂态网络的其余网络求解,其中,Δt
    为电磁暂态仿真步长,τ为波传播延迟。

    所述计算???,包括:

    第一转换???,用于将正负零序向量形式的机电暂态网络的等值电路转换为ABC
    相量形式的诺顿等值电路;

    第二转换???,用于将ABC相量形式的诺顿等值电路转换为瞬时值形式的等值电
    路,所述瞬时值形式的等值电路满足下式方程:

    (Gline+Gst)*uk(t)=ist(t)-ihist(t-Δt)-ikj(t-τ),

    其中,Gline为所述输电线的导纳阵,Gst为机电暂态网络的诺顿等值电路中阻抗对
    应的导纳阵,uk(t)为t时刻所述输电线k侧的节点电压瞬时值,ist(t)为t时刻机电暂态网络
    的诺顿等值电路中电流源瞬时值,ihist(t-Δt)为机电暂态网络的诺顿等值电路中阻抗对
    应的历史电流源瞬时值,ikj(t-τ)为所述输电线k侧的历史电流源瞬时值。

    所述计算??榘ǎ?br />

    第一接收单元,用于在初始化时,机电暂态网络收到电磁暂态网络的等值电路的
    导纳阵Yemt;

    第四计算单元,用于在第c个机电暂态仿真时步为t=c*ΔT,ΔT为机电暂态仿真
    步长,电磁暂态网络根据第c-1个时步以及之前的N个时步,计算电磁暂态网络和机电暂态
    网络边界点的正负零序电压Uemt和正负零序电流I′emt,然后发送给机电暂态网络,N为机电
    暂态仿真步长与电磁暂态仿真步长的比值;

    第五计算单元,用于机电暂态网络计算诺顿等值电路的注入电流Iemt=I′emt+Yemt*
    Uemt,将所述注入电流Iemt代入机电暂态网络求解。

    所述计算???,包括:

    第六计算单元,用于将所述输电线k侧的电磁暂态网络的等值电路转化为正负零
    序相量形式,代入机电暂态网络计算;

    第二接收单元,用于初始化时,机电暂态网络收到所述输电线的等值导纳阵Yline;

    第七计算单元,用于在第c个机电暂态仿真时步为t=c*ΔT,电磁暂态网络根据第
    c-1个时步以及之前的时步,计算电磁暂态网络和机电暂态网络边界点的正负零序电压Uemt
    和正负零序电流I′emt,然后发送给机电暂态网络,ΔT为机电暂态仿真步长;

    第八计算单元,用于机电暂态网络计算诺顿等值电路的注入电流Iemt=I′emt+
    Yline*Uemt,将所述注入电流Iemt代入机电暂态网络求解。

    本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序
    产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实
    施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机
    可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产
    品的形式。

    本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程
    图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流
    程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合??商峁┱庑┘扑慊绦?br />指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产
    生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实
    现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

    这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特
    定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指
    令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或
    多个方框中指定的功能。

    这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计
    算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或
    其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一
    个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

    最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其?;し段?br />的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当
    理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或
    者等同替换,但这些变更、修改或者等同替换,均在申请待批的权利要求?;し段е?。

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