[发明专利]一种交直流电力系统的混合实时仿真方法

摘要

本发明涉及一种交直流电力系统的混合实时仿真方法，属于电力系统暂态仿真技术领域。将电力系统分成电磁暂态侧和机电暂态侧，建立两侧之间电压输入与功率输出的响应模型、电磁暂态侧等价计算功率模型以及机电暂态侧的理想电压源模型；当被仿真的电力系统发生故障或大扰动时，求解电力系统的网络电压方程，得到故障或大扰动发生的接口边界条件，在故障或大扰动发生期间和系统恢复过程中，调整仿真交互步长用于预测仿真所需的边界参数，再经过修正，得到计算交直流系统分网接口处边界条件。本发明有效、准确地对交直流电力系统进行仿真和模拟，使交直流系统分网接口近端的故障或大扰动下暂态过程的模拟结果与精细的全电磁暂态仿真结果高度一致。

主权项

1.一种交直流电力系统的混合实时仿真方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)将交直流电力系统分成电磁暂态侧和机电暂态侧，建立电磁暂态侧直流系统大扰动时交直流电力系统分网接口处电压输入与功率输出之间的响应模型如下：ΔS·if=f·if(ΔVif)=fif,1(ΔVif,1)fif,2(ΔVif,2)···fif,m(ΔVif,m)T]]>上式中，为交直流电力系统分网接口处电磁暂态侧直流系统响应输出的视在功率增量构成的m维向量，m为交直流电力系统分网接口的总数，下标“if”表示交直流电力系统分网接口，ΔV_if为交直流电力系统分网接口处母线基波电压幅值增量构成的m维向量，为描述交直流电力系统分网接口处响应视在功率增量与交直流电力系统分网接口处母线基波电压幅值增量关系的m维向量函数；f_if，m(ΔV_if，m)为函数向量的第m个元素，表示第m个交直流电力系统分网接口处响应视在功率增量与相应的交直流电力系统分网接口母线基波电压幅值增量关系的一元函数；(2)建立电磁暂态侧直流系统暂态过程等价计算功率模型：P~N=2Σi=0nPin-Pnn-P0n-P0]]>其中为电磁暂态侧直流系统暂态过程等价计算功率，n为每个混合实时仿真交互步长中功率离散点的个数，P₀为每个混合实时仿真交互步长起始时刻电磁暂态侧的交直流电力系统分网接口处基波正序功率离散点，P_n为混合实时仿真每个交互步长内第n个电磁步长电磁暂态侧的交直流电力系统分网接口处基波正序功率离散点；(3)建立机电暂态侧交流系统的与基波电流相关的理想电压源模型：U·if,120=U·eq,120-Zeq,120I·if,120]]>其中，为交直流电力系统分网接口处电压基波三序分量，为机电暂态侧交直流电力系统分网接口处母线基波戴维南等值三序电压，Z_eq，120为机电暂态侧交直流电力系统分网接口处母线基波戴维南等值三序网端口阻抗，为交直流电力系统分网接口处机电暂态侧交流系统向电磁暂态侧直流系统注入的基波电流；对上述模型求解，得到对进行相量—瞬时量变换，得到电磁暂态侧交直流电力系统分网接口处母线瞬时电压；(4)当被仿真的交直流电力系统发生故障或大扰动时，求解交直流电力系统包含故障信息的网络电压方程得到故障或大扰动发生0⁺时刻的接口边界条件，其中k为交直流电力系统网络中总节点数，为交直流电力系统分网接口处母线基波电压，为一个m维向量，为交直流电力系统非分网接口处母线基波电压，为一个k-m维向量，Y′为机电暂态侧交流系统的故障网络导纳矩阵，为交直流电力系统分网接口处0^-时刻注入机电暂态侧交流系统的基波电流，为一个m维向量，为混合实时仿真非分网接口处注入机电暂态侧交流系统的基波电流，为一个k-m维向量，为0⁺时刻交直流电力系统分网接口处注入机电暂态侧交流系统的基波电流变化量，为一个m维向量，根据步骤(1)的模型，由下式确定：ΔI·if=(ΔS·ifVif)*]]>其中为向量与向量V_if对应元素的商的共轭；(5)在被混合实时仿真的交直流电力系统中，故障或大扰动发生期间以及故障或大扰动发生以后的系统恢复过程中，若交直流电力系统机电暂态侧每个混合实时仿真交互步长的仿真计算耗时小于混合实时仿真原交互步长的1/2或1/4，则将混合实时仿真新交互步长改变为原交互步长的1/2或1/4；(6)在被混合实时仿真的交直流电力系统中，故障或大扰动发生以后的系统恢复过程中，采用上述步骤(5)的新交互步长，在每个混合实时仿真交互步长起始时，对上述步骤(2)的电磁暂态侧直流系统暂态过程等价计算功率和步骤(3)的交直流电力系统分网接口处电压基波三序分量进行拟合预测，分别得到机电暂态侧和电磁暂态侧当前交互步长仿真所需的边界参数和(7)在被混合实时仿真的交直流电力系统中，故障或大扰动发生以后的系统恢复过程中，在每个混合实时仿真交互步长起始时，计算混合实时仿真交互步长机电暂态侧计算所采用的边界条件的偏差e，如下式：e=P~N,t+ΔT-P~N,t′′]]>其中为当前混合实时仿真交互步长中电磁暂态侧向机电暂态侧交互的暂态过程等价计算功率，为上一个混合实时仿真交互步长中经过步骤(6)拟合预测和步骤(7)校正后的暂态过程等价计算功率；根据比例系数k′对偏差e进行叠加补偿，如下式：P~N,t+ΔT′′=P~N,t+ΔT′+k′·e]]>其中k′的取值范围为0.5～1.5，其中为当前混合实时仿真交互步长中经过步骤(6)拟合预测的暂态过程等价计算功率；经过修正的则为当前混合实时仿真交互步长机电暂态侧交流系统计算所采用的交直流系统分网接口处边界条件。