[发明专利]保留无源性的大规模配电网络电磁暂态仿真模型化简方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种仿真模型化简方法。特别是涉及一种适于各种含分布式电源、微网及储能装置的智能配电网电磁暂态仿真应用的保留无源性的大规模配电网络电磁暂态仿真模型化简方法。

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，传统的以化石燃料为主导的集中式发电方式受到挑战，能够充分利用各种新能源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进行发电供能的技术，具有经济性好、灵活性高、对环境友好等诸多优点。然而，分布式发电技术的多样性增加了其并网运行的难度，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诸多新的挑战。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。微网技术的提出旨在实现中低压层面上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问题。分布式发电技术和微网技术的不断成熟极大地推动了智能电网的发展。智能电网以通畅的双路通信、高级传感器和分布式计算等技术为基础，最终实现电网运行和控制的信息化与智能化，从而改善能源结构和利用效率，满足各种关键的供能需求，提高电力传输的经济性、安全性和可靠性。

智能电网涉及发电、输电、变电、配电、用电以及调度等多个环节，其中配电网在智能电网中扮演着十分重要的角色。各种形式的分布式电源、储能装置、微网及电动汽车充放电等设施的接入，特别是与用户的灵活互动都需要依靠配电网来体现。配电系统作为电力系统到用户的最后一环，与用户的联系最为紧密，对用户的影响也最为直接，已越来越引起人们的重视。同时，配电网还具有网络规模庞大、结构复杂、结构与参数不对称等特点，特别是当大量的分布式电源并网后，会极大地改变配电网的运行特征，其动态过程也将更为复杂，因此需要借助快速有效的仿真工具和方法来研究含有各种分布式电源及储能装置的配电网的动态行为。此外，未来智能配电网作为现有配电自动化系统的发展和延伸，在故障定位、隔离与自愈，分布式电源出力及负荷调度，计算机辅助决策等方面都对仿真计算速度提出了更高的要求，这与配电网日益复杂且庞大的网络结构是相矛盾的。因此，研究面向配电网络的模型整体化简方法以实现高维复杂配电系统的快速、准确、高效仿真是极为必要的。

在传统电力系统数字仿真的研究中，分别针对电磁暂态过程与机电暂态过程发展出了相应的数字仿真方法，即电磁暂态仿真方法与机电暂态仿真方法，二者从元件的数学模型到仿真计算方法具有完全不同的特征。对于含分布式电源、微网及储能装置的智能配电网动态过程的研究同样需要借助传统电力系统仿真计算方法，即以电磁暂态仿真方法为基础研究系统中相对较快的动态过程，而以机电暂态仿真方法为基础研究其中相对较慢的动态过程，其中“较快”和“较慢”都是相对而言的，但在一般情况下以工频为界加以区别是合适的。由于快动态研究主要侧重于智能配电系统中各种快速变化的暂态过程的详细仿真，特别强调仿真结果的准确性和完整性，因此在系统层面采用详细的元件模型对电网、电力电子装置、分布式电源及各种控制器进行建模，采用电力系统电磁暂态仿真的基本理论与方法，可以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，主要用于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，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、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。