[发明专利]基于模型降阶的含分布式电源接入配电网的动态相量建模方法

说明书

本发明提出了基于模型降阶的含分布式电源接入配电网的动态相量建模方法。大量分布式电源接入传统配电网，对配电网产生了一系列新的影响，在仿真分析大量分布式电源接入大规模配电网后产生的影响时，利用已有电磁暂态仿真手段面临仿真效率低的问题。本发明针对含分布式电源接入配电网的建模与仿真提供了一种配电网线性元件（线路、负荷、变压器）的统一状态空间建模方法以及基于降阶理论和状态空间方程的含分布式电源接入配电网的动态相量建模方法。该建模方法保存了原始配电网络的支路概念与拓扑结构信息，并可以实现高效暂态仿真计算与分析，可将其推广应用于含大量分布式电源分散接入的大型配电网系统的仿真计算。

技术领域

本发明属于电力系统领域，具体地说是含分布式电源接入配电网的暂态建模与仿真方法。

背景技术

目前，越来越多的分布式电源(Distributed Generation，DG)接入传统配电网，对配电网产生了一系列新的影响。建模仿真是分析大量分布式电源接入大规模配电网后产生影响的手段之一，但由于分布式电源的接入使得配电网的模型复杂度大幅度增加，因此需要针对性地研究含分布式电源接入配电网的高效建模与仿真方法。

电磁暂态仿真模型通常用于含高频开关电力电子器件的电力系统仿真，该种模型虽然具有仿真精度高的优点，但仿真效率较低严重限制了其在大系统仿真中的应用，一方面，在电磁暂态仿真建模中，具有复杂结构的大规模复杂配电网线性网络模型阶数较高，另一方面，分布式电源的高频脉宽调制(PWM)开关过程严重限制了仿真步长。针对电磁暂态程序存在仿真效率低的问题，有研究提出了可以采用大仿真步长的动态相量建模方法，以加快仿真速度，该方法为含大规模分布式电源接入大型配电网的高效建模与仿真提供了一种有效手段，但已有研究在大规模电力线路、负荷、变压器等的统一建模表示方法上仍存在不足，同时，没有考虑大型配电网建模仿真中因配电网线路、负荷等数量多造成模型阶数较高而导致计算量大的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于模型降阶的含分布式电源接入配电网的动态相量建模方法，将模型降阶方法和动态相量方法引入配电网电力元件、分布式电源的统一状态空间建模中，得到含分布式电源接入配电网的新仿真模型，可在准确反映系统动态过程的情况下大幅度提高系统的仿真效率。

为此，本发明采用如下的技术方案：对配电网中的线性元件(电力线路、负荷、变压器)用一般支路模型进行统一表示，以电阻电感电容(RLC)子支路电流、电容电压、割集电压作为状态变量，在三相静止坐标系下建立含分布式电源接入配电网中所有电力线路、负荷、变压器的时域状态空间方程；对配电网线性网络的状态空间方程采用基于矩匹配原理的模型降阶方法进行降阶，得到满足精度要求的时域降阶状态空间方程，并利用动态相量法建立配电网线性网络降阶后基于状态空间表达的动态相量模型；考虑分布式电源在不对称运行情况下的具体控制策略，在正负序两相同步旋转坐标系下建立该控制策略下分布式电源的时域状态空间方程，并利用动态相量法建立分布式电源基于状态空间表达的动态相量模型；对配电网线性网络降阶后的动态相量模型与分布式电源的动态相量模型的接口变量进行三相静止坐标系和正负序两相同步旋转坐标系的相互转化，实现两个模型的互联，从而建立整个含分布式电源配电网的暂态仿真模型，进而采用离散化数值计算方法对该模型进行求解。

本发明针对含分布式电源接入配电网的建模与仿真提供了一种配电网线性元件(线路、负荷、变压器)的统一状态空间建模方法以及基于降阶理论和状态空间方程的含分布式电源接入配电网的动态相量建模方法，该方法从增大仿真步长和减小模型规模两个角度显著地提升了仿真效率。

本发明采用以下具体步骤：

步骤1)，对含分布式电源接入配电网中的线性元件(线路、负荷、变压器)用一般支路模型统一表示，利用割集电压矩阵建立表示配电网线性元件连接关系的配电网线性网络的时域状态空间方程；