一种电力系统机电暂态过程的仿真分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统的暂态稳定性分析技术领域，具体的是，一种电力系统机电 暂态过程的仿真分析方法。
【背景技术】
[0002] 由于各区域电网间的地域跨度大，电网结构复杂，负荷特征差异大，系统运行方式 变化大，区域电网的互联扩大也导致了电力系统复杂程度的迅速增加，大大增加了发生系 统性事故甚至大面积停电事故的几率，大面积停电事故的发生将给社会生产和人民生活带 来巨大伤害，造成巨大经济损失。电力系统的系统设计、规划、运行和调度都应该充分考虑 系统在突然受到大扰动后的运行稳定性。电力系统的机电暂态仿真是分析系统的动态性能 及其运行稳定性的有效工具，在电力系统的系统设计、规划、运行和调度等方面有广泛的应 用。在当前电力系统的设计和规划中，广泛采用了 FACTS元件、继电保护装置等自动化控制 设备。这些设备和装置均属于动态元件，其作用及对电网的影响需要首先通过机电暂态和 电磁暂态仿真试验加以验证后，才能投入实际系统使用。机电暂态仿真还可以模拟实际电 力系统运行，因而可用于培训调度及运行技术人员，帮助熟悉系统特性和运行规律；可进行 输电线短路、断路及发电机断开等大扰动故障及处理的模拟和仿真，从而进行联合反事故 演习，一方面有利于发现系统弊端、防范于未然，另一方面实现事故处理预演，有利于发掘 更好的事故处理方案，并提高系统操作人员的事故应变能力。
【发明内容】
[0003] 本发明提出了一种电力系统机电暂态过程的仿真分析方法，机电暂态过程的仿 真，主要研究电力系统受到扰动后的动态行为和保持同步运行的能力，分析系统的暂态稳 定性能和静态稳定性能。其中，暂态稳定是指电力系统在某个运行情况下，突然受到大的干 扰后，诸如短路故障，切除线路、发电机、负荷，发电机失去励磁或者冲击性负荷等大扰动作 用下，研究电力系统能否经过暂态过程达到新的稳态运行状态或者恢复到原来的状态。静 态稳定则是指电力系统受到小干扰后，不发生自发振荡或非周期性失步，自动恢复到初始 运行状态的能力。
[0004] 电力系统机电暂态过程的仿真分析方法包括： 1.机电暂态仿真建模 (1)全系统模型构成 电力系统基本上由发电机及励磁原动机及调速器、网络、负荷及其它控制装置等动态 元件所组成。系统中的所有动态元件是相互独立的，是电力网络将它们联系在一起。
[0005] 全系统模型在数学上可以统一描述成如下一般形式的微分代数方程组：
【主权项】
1. 一种电力系统机电暂态过程的仿真分析方法，其特征在于，所述电力系统由发电机 及励磁原动机及调速器、网络、负荷及其它控制装置所组成。
2. 如权利要求1所述的一种电力系统机电暂态过程的仿真分析方法，其特征在于，全 系统模型在数学上表示为微分代救·
其中，X表示微分方程中描述系统动态特性的状态变量；V表示代数方程组中系统的运 行参量。
3. 如权利要求2所述的一种电力系统机电暂态过程的仿真分析方法，其特征在于，微 分方程组式（1)主要包括： 1) 描述各同步发电机暂态和次暂态电势变化规律的微分方程； 2) 描述各同步发电机转子运动的摇摆方程； 3) 描述同步发电机组中励磁调节系统动态特性的微分方程； 4) 描述同步发电机组中原动机及调速系统动态特性的微分方程； 5) 描述各感应电动机和同步电动机负荷动态特性的微分方程； 6) 描述直流系统整流器和逆变器控制行为的微分方程； 7) 描述其它动态装置动态特性的微分方程， (3)代数方程组式（2)主要包括： 1) 电力网络方程，描述在公共参考系X- Y下节点电压与节点注入电流之间的关系； 2) 各同步发电机定子电压方程及d- q坐标系与X-Y坐标系间联系的坐标变换方程； 3) 各直流线路的电压方程； 4) 负荷的电压静态特性方程。
4. 如权利要求3所述的一种电力系统机电暂态过程的仿真分析方法，其特征在于，网 络分割要满足以下要求： 1边界点的数目要尽量少它和处理器之间的数据交换量直接相关； 2每个处理器的计算量要大体相等； 3由于网络新增的注入元要尽量少。
5. 如权利要求4所述的一种电力系统机电暂态过程的仿真分析方法，其特征在于，微 分代数方程组中的差分方程和网络方程表示为
式中，Λ = ;式戶0和浐O分别与式⑴和式（2)对应·假设I1已知，第对欠 迭代中待解的代数方程具有以下形式
式中if _1)是残差矢量,ZlJi =凡-凡-定1AA炒大星，J E定;TfE Kl PL祀P牛， 为了在时间上并行求解在一个具有/7·^连续步长的积分窗中展开式（4)，如下式所示 ^??-^,?-ι) = 0 i +I,---,! +^-l (5)°
6.如权利要求5所述的一种电力系统机电暂态过程的仿真分析方法，其特征在于，机 电暂态计算仿真过程如下：
1. 输入原始数据，包括系统的元件模型、参数、网络拓扑信息和稳定分析的要求、潮流 计算和暂态稳定计算需要的数据、仿真步长以及仿真总时间，调速励磁控制系统都不放在 机电暂态程序里面，而放在外部利用RTDS下的数据通信进行数据交换；
2. 根据输入的参数信息进行潮流计算，得到各节点的电压、相角以及全网的潮流分布 信息，根据网络元件参数及网络拓扑关系形成节点导纳矩阵，将发电机内部暂态导纳和负 荷中恒定导纳部分等值并入系统的导纳矩阵中，形成网络暂态稳定计算所需的所有变量初 始值；
3. 暂态计算开始时，通过标志位Flag判断出先进行发电机状态量的求解，Flag有0、 1、2三个取值，当标志位为O时，表示新的一次暂态计算开始，各标志位和中断位初始化，为 新的计算开始做准备；当标志位为1时，求解发电机暂态方程；标志位为2时，表示发电机 方程解已完成，开始网络方程求解， 具体流程如下： (1) 标志位Flag为1，求解发电机的暂态方程一微分方程组，当发电机数目较多时，可 以设置每一步求解η台发电机，分若干步求解完毕； (2) Flag变为2,求解网络方程组，网络方程组的求解采用因子表分解的方法，具体求 解中必然有循环或多重循环部分，可以在一个步长内完成m个循环的计算，分若干步完成； (3) 当系统网络求解完毕，标志位Flag回到0,表示全网络求解完成了一次，将所有控 制变量和计算量初始化，Flag为1，为下一时步的计算做好准备； (4) 重复以上步骤，采用时域仿真方法进行到4到4+1时步的计算，求取U时刻系统的状 态量和代数量，代数方程组和微分方程求解完成后等待数据交换信号。
【专利摘要】一种电力系统机电暂态过程的仿真分析方法，通过对于电力系统的机电暂态的系统模型建立，网络分割以及微分代数方程组的求解来对电力系统的机电暂态进行仿真，并按照仿真流程进行仿真计算，通过仿真建模对电力系统的几点暂态进行分析，从而保障电力系统稳定性与安全性。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104732033
【申请号】CN201510146768
【发明人】马新攀
【申请人】河南行知专利服务有限公司
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月31日