[发明专利]基于支路指数积分形式的电磁暂态仿真方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于支路指数积分形式的电磁暂态仿真方法及系统，包括：采用节点分析法，将电力系统划分为组合元件集合和第一独立元件集合；将组合元件集合中的RL并联和RC串联分解，得第二独立元件集合；根据独立元件构建虚RL串联集合和虚RC并联集合；采用指数积分法对RL串联和RC并联进行差分化，确定RL串联差分方程、RC并联差分方程、虚RL串联差分方程和虚RC并联差分方程；根据虚差分方程确定RL并联差分方程、RC串联差分方程、电感差分方程和电容差分方程；根据上述差分方程对电力系统进行电磁暂态的仿真。通过本发明的上述方法和系统以解决现有技术中仿真求解难度大，不能有效抑制数值振荡的问题。

技术领域

本发明涉及电磁暂态仿真技术领域，特别是涉及一种基于支路指数积分形式的电磁暂态仿真方法及系统。

背景技术

随着高压直流输电(High voltage direct current，HVDC)、柔性交流输电系统(FlexibleAlternative Current Transmission Systems，FACTS)以及规模化新能源的发展，大量电力电子装置接入电网，使如今的电力系统呈现出电力电子化趋势。电力电子装置具有动作频率高、暂态过程快的特点，这对于电磁暂态仿真提出了新的挑战。

数值积分算法的选取与设计影响电磁暂态仿真的性能，能否提升仿真精度和能否抑制数值振荡是衡量数值积分算法性能的重要因素。

传统电磁暂态数值积分方法大多基于时域逼近法，即在每一个积分步长内用多项式对被积函数进行逼近，从而用多边形面积来近似代替积分的曲边面积。基于时域逼近法的数值积分算法具体情况如下：(1)欧拉法采用矩形面积来近似代替积分的曲边面积，仅具有一阶精度。其中，后退欧拉法可以有效抑制数值振荡。梯形法广泛用于以电磁暂态仿真(Electromagnetic Transient Program，EMTP)为代表的传统电磁暂态仿真程序中，具有二阶精度和A-稳定性，但该算法在网络拓扑变化时存在数值振荡问题。(2)临界阻尼法，在开关动作后，将隐式梯形法切换成两步步长后退欧拉法来抑制非原型数值振荡，但是一方面后退欧拉法精度较低，另一方面对所有元件均需设计算法切换功能，编程复杂。(3)变参数有理分式拟合法，在每一个积分步长内采用三阶有理分式进行逼近，得到具有四阶精度的积分算法。一方面，该算法使用的三阶多项式在计算中较为复杂；另一方面，其精度和稳定性对于多项式中的可变参数取值非常敏感。(4)基于状态分析的指数矩阵积分法，在状态分析法框架下，对需要仿真的系统建立状态方程，然后对状态方程按指数矩阵进行求解，其计算难点在于，a)对大系统列写状态方程需要找出独立状态变量，系统越大，列写状态方程越困难；b)对状态方程进行求解首先需要求出统的状态矩阵的特征值和特征向量阵(模矩阵)和计算对角阵，若系统的状态矩阵(A阵)的规模较大，或是并不稀疏，或是网络中的开关状态经常变化，使得状态矩阵随之变化，这些原因都造成求状态矩阵的对角阵的困难，从而求解困难。(5)根匹配法即从对连续系统的离散化角度出发，可以直接构造和连续系统相似的离散系统从而实现对连续系统的仿真。但该方法一方面不能适用于独立电感和电容，另一方面没有深入讨论抑制数值振荡的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于支路指数积分形式的电磁暂态仿真方法及系统，以解决现有技术中仿真求解难度大，不能有效抑制数值振荡的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于支路指数积分形式的电磁暂态仿真方法，包括：

采用节点分析法，将电力系统划分为组合元件集合和第一独立元件集合；所述组合元件集合包括RL串联、RL并联、RC串联和RC并联；所述第一独立元件集合包括电感、电容和电阻；

将所述组合元件集合中的RL并联和RC串联进行分解，得到第二独立元件集合；所述第二独立元件集合中包括将所述RL并联分解后的电阻和电感以及将所述RC串联分解后的电阻和电容；