专利名称：：一种交直流电力系统的混合实时仿真方法
技术领域：
：本发明涉及一种交直流电力系统的混合实时仿真方法，特别是大规模实际交直流系统，属于电力系统暂态仿真
技术领域：
。
背景技术：
：现代工农业生产、社会和人民生活对电能的需求急剧增加，电力系统随之飞速发展，系统规模越来越大，发电量、电网输送的电能以及负荷消耗的电能也显著增加。同时，电力系统中新型的响应快速的控制器和装置广泛采用，特别是诸多直流输电工程投运和大量大容量电力电子装置在电网投运，使得电力系统中各类暂态过程紧密耦合。电力系统的暂态行为和过程所包含的电磁暂态过程和机电暂态过程，二者有机结合，是一个连续的过程，难以截然分离，在现代电力系统中这些暂态过程的耦合更加紧密。电力系统中电磁暂态过程和机电暂态过程是同时发生并相互影响的，如果能将二者结合起来统一考虑，则不但有助于了解大系统暂态稳定过程的动态特性，而且有助于了解大系统中某一特定部分的暂态变化过程。特别是当系统中存在电力电子设备或直流系统时，如果能将电力电子设备或直流系统用电磁暂态模型模拟，而将与其相连的网络用机电暂态模型模拟，那么对于直流系统而言，直流多落点系统的稳定性、换相失败、直流控制与保护以及交直流相互作用等问题都将得到详细、准确的分析；而关于电力电子设备对系统的影响和作用及其控制策略的研究也将登上一个新的台阶。目前混合实时仿真在实际应用中误差问题和应用局限性日益突出，最为突出的问题有如混合仿真对接口近端(电磁暂态侧细致建模、仿真系统的附近)故障或扰动的模拟误差严重等，影响了混合仿真的准确性和可信度。问题之一在于电磁暂态与机电暂态混合仿真接口模型，如下所述。(1)当电磁暂态侧系统功率源作为接口模型时，大扰动情况下接口模型不能反映电磁暂态侧系统的特性。此外，功率计算式也不明晰，普遍采用电磁暂态侧离散的瞬时功率计算点做平均的方法，这种计算方法是否准确，以及接口对机电暂态侧系统稳定性计算结果有何影响，在已有研究中并未涉及，仍需要从原理上研究并阐述清楚。(2)当机电暂态侧系统采用戴维南等值电压源作为接口模型时，有研究认为在接口交互过程中涉及谐波过程时，接口电源模型内阻应当采用频率相关等值。但是主要问题有频率相关等值难以实现，面对实际大规模电网基本不可能实现；基波等值阻抗在此问题会导致混合仿真对接口谐波过程模拟的结果误差严重，但其原因分析并不透彻；频率相关等值阻抗和基波等值阻抗的适用性和必要性尚未明晰，缺乏面向实际工程应用的接口模型。问题之二在于电磁暂态与机电暂态混合仿真交互计算方法，如下所述。考虑到仿真的实时性，混合仿真多采用非迭代的交互计算时序，在这种交互时序下，单侧计算中对侧所提供的接口边界条件必然存在ι2个交互步长的延迟，这是混合仿真接口交互误差的本质，应当治理。故障或大扰动发生时刻，系统变结构，诸多电气量和输4出量发生突变，特别是故障在接口母线附近发生时，接口电气量发生大幅跳变，故障发生侧的“突变信息”在对侧不能得到准确的反映，故障时刻一个交互步长中两侧的接口边界条件均不准确，很大程度上歪曲了故障对整个系统的“冲击”，继而导致混合仿真难以准确模拟故障扰动后续系统的暂态行为和暂态特性。交互误差在这种情况下非常突出。故障过后系统恢复阶段的暂态过程模拟，接口量有较明显的波动，交互误差的存在影响了仿真对象两侧系统正确的物理交互过程，且在每个交互步长交互误差累积下，闭环混合仿真歪曲了两侧系统的暂态特性，特别是故障过后短时间内系统尚未恢复稳态，接口量波动频率、幅度均较大，交互误差比较突出。
发明内容本发明的目的是提出一种交直流电力系统的混合实时仿真方法，基于预估校正机制的并行混合实时仿真进行交互计算，有效减少混合仿真模拟交直流电力系统暂态过程的误差，确保混合实时仿真对交直流电力系统模拟的准确性。本发明提出的交直流电力系统的混合实时仿真方法，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权利要求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<mrow><mi>Δ</mi><msub><mover><mi>S</mi><mo>·</mo></mover><mi>if</mi></msub><mo>=</mo><msub><mover><mi>f</mi><mo>·</mo></mover><mi>if</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>Δ</mi><msub><mi>V</mi><mi>if</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msup><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>f</mi><mrow><mi>if</mi><mo>,</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>Δ</mi><msub><mi>V</mi><mrow><mi>if</mi><mo>,</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><msub><mi>f</mi><mrow><mi>if</mi><mo>,</mo><mn>2</mn></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>Δ</mi><msub><mi>V</mi><mrow><mi>if</mi><mo>,</mo><mn>2</mn></mrow></msub><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><mo>·</mo><mo>·</mo><mo>·</mo></mtd><mtd><msub><mi>f</mi><mrow><mi>if</mi><mo>,</mo><mi>m</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>Δ</mi><msub><mi>V</mi><mrow><mi>if</mi><mo>,</mo><mi>m</mi></mrow></msub><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced><mi>T</mi></msup></mrow>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，ΔVif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；fif，m(ΔVif，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<mrow><msub><mover><mi>P</mi><mo>~</mo></mover><mi>N</mi></msub><mo>=</mo><mn>2</mn><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mfrac><msub><mi>P</mi><mi>i</mi></msub><mi>n</mi></mfrac><mo>-</mo><mfrac><msub><mi>P</mi><mi>n</mi></msub><mi>n</mi></mfrac><mo>-</mo><mfrac><msub><mi>P</mi><mn>0</mn></msub><mi>n</mi></mfrac><mo>-</mo><msub><mi>P</mi><mn>0</mn></msub></mrow>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，Pn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<mrow><msub><mover><mi>U</mi><mo>·</mo></mover><mrow><mi>if</mi><mo>,</mo><mn>120</mn></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mover><mi>U</mi><mo>·</mo></mover><mrow><mi>eq</mi><mo>,</mo><mn>120</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>Z</mi><mrow><mi>eq</mi><mo>,</mo><mn>120</mn></mrow></msub><msub><mover><mi>I</mi><mo>·</mo></mover><mrow><mi>if</mi><mo>,</mo><mn>120</mn></mrow></msub></mrow>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，Zeq，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km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km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<mrow><mi>Δ</mi><msub><mover><mi>I</mi><mo>·</mo></mover><mi>if</mi></msub><mo>=</mo><msup><mrow><mo>(</mo><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><msub><mover><mi>S</mi><mo>·</mo></mover><mi>if</mi></msub></mrow><msub><mi>V</mi><mi>if</mi></msub></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>*</mo></msup></mrow>其中为向量与向量Vif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<mrow><mi>e</mi><mo>=</mo><msub><mover><mi>P</mi><mo>~</mo></mover><mrow><mi>N</mi><mo>,</mo><mi>t</mi><mo>+</mo><mi>ΔT</mi></mrow></msub><mo>-</mo><msubsup><mover><mi>P</mi><mo>~</mo></mover><mrow><mi>N</mi><mo>,</mo><mi>t</mi></mrow><mrow><mo>′</mo><mo>′</mo></mrow></msubsup></mrow>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<mrow><msubsup><mover><mi>P</mi><mo>~</mo></mover><mrow><mi>N</mi><mo>,</mo><mi>t</mi><mo>+</mo><mi>ΔT</mi></mrow><mrow><mo>′</mo><mo>′</mo></mrow></msubsup><mo>=</mo><msubsup><mover><mi>P</mi><mo>~</mo></mover><mrow><mi>N</mi><mo>,</mo><mi>t</mi><mo>+</mo><mi>ΔT</mi></mrow><mo>′</mo></msubsup><mo>+</mo><msup><mi>k</mi><mo>′</mo></msup><mo>·</mo><mi>e</mi></mrow>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。FSA00000193717500012.tif,FSA00000193717500013.tif,FSA00000193717500014.tif,FSA00000193717500016.tif,FSA00000193717500018.tif,FSA00000193717500019.tif,FSA000001937175000110.tif,FSA00000193717500021.tif,FSA00000193717500022.tif,FSA00000193717500023.tif,FSA00000193717500024.tif,FSA00000193717500025.tif,FSA00000193717500026.tif,FSA00000193717500027.tif,FSA00000193717500028.tif,FSA00000193717500029.tif,FSA000001937175000210.tif,FSA000001937175000211.tif,FSA000001937175000212.tif,FSA000001937175000213.tif,FSA000001937175000214.tif,FSA000001937175000216.tif,FSA000001937175000217.tif,FSA000001937175000218.tif,FSA000001937175000219.tif,FSA000001937175000220.tif,FSA000001937175000221.tif,FSA000001937175000222.tif,FSA00000193717500032.tif,FSA00000193717500033.tif,FSA00000193717500035.tif,FSA00000193717500036.tif全文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。文档编号G06F17/50GK101957872SQ201010228519公开日2011年1月26日申请日期2010年7月9日优先权日2010年7月9日发明者张树卿,洪潮申请人:南方电网技术研究中心;清华大学