[发明专利]改进的电力系统网络频率等值方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统领域，尤其涉及一种改进的电力系统网络频率等值方法。

背景技术

随着电力系统自动化水平的提高，及交直流混合输电技术的大面积推广，电力系统中各种电力电子设备越来越多，需要进行电力系统电磁暂态仿真分析及研究的场景及任务越来越多。电磁暂态程序需要计及网络的快速动态响应，网络方程采用微分方程来描述。考虑到内存容量和计算时间的限制，对较大型的电力系统网络进行电磁暂态仿真几乎不可能。所以在对实际电力系统进行全面的电磁暂态仿真分析前，需要对网络进行等值化简。

用于电磁暂态仿真的电力系统网络等值研究因其作用明显，使其成为一个备受关注的研究热点。现有的电磁暂态等值方法大致可分为2类：

1)基于工频的ward等值法。该方法利用戴维南等值定理并对外部系统进行等值。其优点是简单方便，易于实现，在对精度要求不高的情况下可以实现对外部系统的等值；其不足在于只能在伪稳态情况下对外部系统进行等值，当系统中包括有比较多的谐波，及系统发生不对称故障，使得谐波影响不可忽略时，其等值效果不理想，由于该方法只能反映工频的电气量，在选择接口位置时，必须要求接口处的电压、电流等要相对稳定，尽量包含较少的谐波分量，否则，系统仿真时易出现振荡。因此，在某些情况下，尤其系统包括有比较多的电力电子元件时，不易选到合适的边界点。

2)基于频率的等值方法。这类方法是在一个宽频段范围内对外部系统进行等值，使得在选定的频率范围内，等值系统对研究系统的作用和影响近似或接近于外部系统对研究系统的作用和影响。文献最早提出利用对外部系统阻抗函数的零极点匹配而求得相应外部系统的等值电路。文献提出了利用混合矩阵并结合 QZ方法获得外部系统阻抗函数精度更高的零极点,然后再通过零极点匹配以期获得精度更高的等值电路；但是由于比例缩放环节的限制，这种方法只能在一个较小频率范围内具有较好的等值效果；当频带较宽时，等值效果仍不够理想。文献及文献分别进而提出了采用基于阻抗(导纳)传递函数式的ARMA(Autoregressive Moving Average)等值算法和VF(Vector Fitting)等值算法，使得等值网络能够在较宽频段内对外部系统均具有较高的近似度。该类方法均需要对外部系统进行频率采样，并利用最小二乘法求解系数矩阵为稠密矩阵的超定线性方程组来获得传递函数式的相应系数，计算量均较大；且所求得的极点可能出现不稳定极点，而为了提高极点的稳定性，两种方法往往均还需采用其它使等值系统稳定的措施。

已有的各种等值方法普遍存在求解耗时、等值后网络规模过大、等值网络不稳定的缺陷，因此本发明提出了一种改进的电力系统网络频率等值方法。该方法通过结合高斯消去法与划分网络分步求解方法，可以快速求解网络的完整等值传递函数。随后在给定的容许误差下对等值网络进行降阶简化，使得等值网络的网络规模与计算精度得到有效可控的平衡，并且该方法求解过程保证了等值网络的稳定性，本发明推进了频率等值方法的实用化进程。

发明内容

针对目前各种等值方法普遍存在的求解耗时、等值后网络规模过大、等值网络不稳定的缺陷，本发明提出了一种改进的电力系统网络频率等值方法。该方法通过结合高斯消去法与划分网络分步求解方法，可以快速求解网络的完整等值传递函数。随后在给定的容许误差下对等值网络进行降阶简化，使得等值网络的网络规模与计算精度得到有效可控的平衡，并且该方法求解过程保证了等值网络的稳定性，期望本发明在解决这些问题当中发挥重要作用。

为了实现上述目的，本发明提出如下技术方案：

一种改进的电力系统网络频率等值方法，其特征在于，

所述方法包括如下步骤：

1.等值网络求解；

2.等值网络降阶简化：在原频率等值算法基础上，利用并联支路的阻抗大小判断每条支路的取舍，完成频率等值网络的降阶简化；

步骤1包括如下步骤：

1.1等值网络传递函数求解；

1.2等值网络电路求解；

1.3划分网络分步求解。

进一步地，在步骤1.1中，等值网络传递函数求解的具体过程如下：

将外部系统的节点分为边界节点和其它节点，分别用下标B和E表示，设边界节点的自导纳矩阵与互导纳矩阵在频域上分别为Y_BB(s)、Y_BE(s)，其它节点的自导纳矩阵与互导纳矩阵在频域上分别为Y_EB(s)、Y_EE(s)，则外部系统的节点电压方程YU＝I_input转化到频域为：