[发明专利]一种适于有源配电网随机动态仿真的显隐混合积分方法

说明书

本发明的一种适于有源配电网随机动态仿真的显隐混合积分方法，属于有源配电网仿真领域。考虑了有源配电网运行过程中的随机特性及多时间尺度特征，该方法基于显隐式混合求解思想，采用显式积分算法对构成有源配电网随机动态模型的随机扰动项模型积分，采用隐式积分算法对构成有源配电网随机动态模型的确定性模型积分。该方法能够充分发挥显式积分算法及隐式积分算法的数值解算优势，并能适于系统在故障或操作条件下的随机动态仿真计算。与传统显式积分方法相比，在满足仿真所需数值精度的同时，提高了仿真计算效率及数值稳定性，实现了考虑光伏、风力发电系统综合接入情况下的有源配电网随机动态仿真。

技术领域

本发明涉及一种有源配电网仿真方法。特别是涉及一种考虑光伏、风力发电系统及负荷随机运行特性的适于有源配电网随机动态仿真的显隐混合积分方法。

背景技术

随着分布式电源(distributed generator,DG)大量接入配电网络，以及需求侧响应等先进用电技术的不断发展，分布式电源及负荷具有的随机运行特性对配用电侧的安全可靠运行带来了新的挑战。系统的随机运行特性会直接影响配电网络的动态响应特性，进而影响整个系统的动态特性，特别是故障特性。然而在实际工程领域，往往无法直接在真实系统上进行试验以分析和研究相关问题，因此通常采用有效的数字仿真方法作为主要的研究手段。

随着有源配电网内随机因素的不断增多，系统运行过程中的随机扰动导致的仿真结果差异也愈发明显，基于确定性配电网稳定性建模和仿真方法在处理具有强随机特性的现代配电网仿真时存在一定的局限性。有源配电网确定性动态仿真模型丢失了一部分系统真实运行过程中的信息，例如可变的函数关系以及有源配电网的动态行为等。这些系统运行过程中的扰动主要来自于分布式发电系统中光辐照度、风速的随机波动，需求侧响应导致的负荷随机变化，同步发电机转子转动时的瞬间扰动以及控制元件的测量误差等。因此，随着配电网的日益复杂化，来自系统的随机扰动已不能忽视，需构建有源配电网的随机动态仿真模型。

为此，可通过一组随机微分-代数方程(stochastic differential-algebraicequation,SDAE)对系统进行建模：

式中，f(·)为微分方程，用于描述系统的动态过程；g(·)为代数方程用于描述系统的潮流约束；向量x代表系统中所有状态变量，例如同步机功角、转速，电力电子装置控制变量等；向量y代表系统中所有代数变量，例如电机转子电流，系统各节点电压幅值、相角等；向量η代表系统中的随机扰动量，例如光辐照度、风速、温度等；ξ代表高斯白噪声过程，用来模拟扰动变量的随机变化过程。

与确定性动态仿真不同，有源配电网随机动态仿真主要通过模拟系统变量的多条动态轨迹，以分析系统运行特性在系统随机扰动下的相应情况。因此，蒙特卡罗仿真(MonteCarlo simulation)数值解法成为了SDAE最常用的求解方法，该方法的本质是基于大量的仿真场景，进行多次仿真，仿真的误差收敛情况与仿真次数呈正相关关系。为保证数值精度，往往需要经过大量的仿真计算。此外，由于不同类型的分布式电源大量接入配电网，既涉及包括光伏阵列、蓄电池储能在内的静态直流环节，又涉及包括小型异步风机、永磁同步风机在内的交流环节，使得有源配电网运行过程更为复杂，相比于传统电力系统中不同种类的元件装置，有源配电网中的大量分布式电源控制系统需通过电力电子装置实现，具有更快的动态响应特性，使系统中各元件间动态时间常数的差距变得更为显著，使得有源配电网在运行过程中，具有更明显的多时间尺度特性。有源配电网动态仿真的多时间尺度特征在数学上可以归结为刚性问题，为有效求解此问题需对所采用的数值算法的精度和稳定性提出更高的要求。