[发明专利]适于节点分析框架的微网暂态仿真并行计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力系统仿真。特别是涉及一种适用于基于节点分析框架的电磁暂态仿 真程序的适于节点分析框架的微网暂态仿真并行计算方法。

背景技术

近代以来，电能一直是能源利用的最有效方式之一。随着人类经济社会发展对能源需求 的不断增长以及环境问题的日益突出，传统地以化石燃料为主导的集中式发电方式受到挑战， 各种以新能源利用为代表的分布式发电技术正受到越来越广泛的重视和应用。

分布式发电技术主要是指利用各种可用的分散存在的能源，包括可再生能源(太阳能、 生物质能、小型风能、小型水能、波浪能等)和本地可方便获取的化石类燃料(主要是天然 气)进行发电供能的技术^{错误！未找到引用源。}。相对于传统电力系统，分布式发电技术具有使用经济、 灵活、环保等诸多优点。分布式发电技术的多样性增加了并网运行的难度，同时大量分布式 电源的并网运行对电网的运行与调度也提出了新的挑战。

微网技术的提出旨在中低压层面上实现分布式发电技术的灵活、高效应用，解决数量庞 大、形式多样的分布式电源并网运行时的主要问题。微网是指由分布式电源、储能装置、能 量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我 控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。现有研究和 实践表明，将分布式发电供能系统以微网的形式接入到大电网并网运行是发挥其效能的最有 效方式。随着单位千瓦电能生产价格的不断下降以及政策层面的有力支持，分布式发电微网 及相关系统集成技术正得到越来越广泛的应用。

与传统电力系统相比，分布式发电供能微网系统有其自身特点，主要体现在：1)分布式 电源种类繁多且形式各异，即有静止的直流型电源，也有旋转的交流电机；2)大部分分布式 电源需通过电力电子变流器向电网或负荷供电；3)通常具有并网和独立运行等多种模式；4) 许多分布式电源的出力具有间歇性和随机性，往往需要储能设备、功率补偿装置以及其他种 类分布式电源的配合才能达到较好的动、静态性能；5)分布式发电系统控制复杂，包括分布 式电源及储能元件自身的控制，电力电子变流器的控制以及网络层面的电压与频率调节；6) 有的分布式电源在运行时不仅要考虑系统中电负荷的需求，有时还要受冷、热负荷的约束， 达到“以热定电”或“以冷定电”的目的；7)中小容量的分布式电源大多接入中低压配网， 此时网络参数与负荷的不对称性大大增加，此外，用户侧的分布式电源可能会通过单相逆变 器并网，更加剧了系统的不对称性。因此，系统的运行状态会随着外部条件的变化、负荷需 求的增减、电源出力的调整、运行方式的改变以及故障或扰动的发生而不断变化，其动态过 程也将更为复杂，因此必须借助有效的暂态仿真工具以获取分布式发电微网系统在各种复杂 运行情况下的时域响应特性。

分布式发电微网系统暂态仿真侧重于分布式发电微网系统中各种快速变化的暂态过程的 详细仿真，同时兼具含分布式电源及(或)微网的大电网的仿真能力，特别强调仿真结果的 准确性和完整性，可捕捉频率范围从几百kHz到工频之间系统中的电气量和非电气量的动态 过程。从功能上看，分布式发电微网系统暂态仿真主要用于分布式发电系统稳态时的谐波分 析、电压与频率控制、能量优化与管理、控制算法分析与控制器设计，分布式发电系统暂态 时的短路电流计算、短期的负荷跟踪特性、故障期间的系统动态特性、故障穿越特性、反孤 岛保护方法、紧急控制、保护装置整定以及实际物理系统的试验与验证等诸多方面。从仿真 方法上看，通过对元件的详细建模以捕捉具有快动态特性的暂态过程得到详细、充分、完整 的系统动态响应特性属于电力系统电磁暂态仿真的范畴。

电力系统电磁暂态仿真算法的基本框架可以分为基于节点分析法(Nodal Analysis)以 及状态变量分析(State Space Analysis)两类。相对于状态变量分析，节点分析法在算法 的实现难度、数值稳定性、计算矩阵维数以及仿真计算速度方面具有较大优势，因此被许多 专业的电力系统电磁暂态仿真软件所采用，如EMTP、PSCAD/EMTDC等，工程上也称基于节点 分析框架的电磁暂态仿真工具为EMTP类程序。本发明同样面向基于节点分析框架实现的分布 式发电供能微网系统暂态仿真。