基于状态变量节点分析混合框架的电磁暂态仿真建模方法
【专利摘要】一种基于状态变量节点分析混合框架的电磁暂态仿真建模方法：将电力系统按照研究问题的性质划分为研究系统与外部系统，将外部系统采用状态方程进行建模，得到输出方程，采用梯形法并将得到的状态方程差分化，将研究系统采用节点方程进行建模，求解状态变量-节点分析混合框架的计算方程Gglobalu=iglobal，计算得到全系统的节点电压瞬时值u(t)；重新生成全系统的节点电导矩阵Gglobal，应用混合框架插值算法，得到全系统的节点电压瞬时值u(t)，求解下一时刻的状态方程等效节点注入电流源列向量iN_hist，更新基于状态变量-节点分析混合框架全系统的节点注入电流源列向量iglobal。本发明通过接口变量实现了电力系统状态变量节点分析混合仿真。
【专利说明】基于状态变量节点分析混合框架的电磁暂态仿真建模方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电力系统仿真建模方法。特别是涉及一种基于状态变量节点分析混合框架的电磁暂态仿真建模方法。
【背景技术】
[0002]在电力系统时域仿真的研究中，分别针对电磁暂态过程与机电暂态过程发展出了相应的数字仿真方法，即电磁暂态仿真方法与机电暂态仿真方法，二者从元件的数学模型到仿真计算方法都具有完全不同的特征。电力系统电磁暂态仿真主要反映系统中电场与磁场的相互影响产生的电压电流的变化过程，而机电暂态仿真则主要关注故障发生后电机转子机械运动的变化过程。本发明提出了一种基于状态变量节点分析混合框架的电磁暂态仿真建模方法，该方法不仅适于传统电力系统电磁暂态仿真，也同样适用于含各种分布式电源和储能装置的有源配电系统及局部孤岛运行电网的暂态仿真计算。相对于传统电力系统电磁暂态仿真，有源配电网及局部孤岛运行电网的暂态仿真对元件类型的多样性、模型的复杂性要求更高，但在系统求解方法方面，二者是一致的，本发明提出方法具有一般性。
[0003]电力系统电磁暂态仿真本质上可归结为对动力学系统时域响应的求取，它包括系统本身的数学模型和与之相适应的数值算法，其基本仿真框架可分为两类，即节点分析法(Nodal Analysis)和状态变量分析法(State-space Analysis)。基于节点分析的电磁暂态仿真方法可概括为先采用某种数值积分方法(通常为梯形积分法)将系统中动态元件的特性方程差分化，得到等效计算电导与历史项电流源并联形式的诺顿等效电路，此时联立整个电气系统的元件特性方程形成节点电导矩阵，如式(I)所示，求解得到系统中各节点电压的瞬时值。
[0004]Gu=i(I)
[0005]节点分析法广泛 应用于EMTP、PSCAD/EMTDC等专业的电力系统电磁暂态仿真程序中，工程上也称基于节点分析框架的电磁暂态仿真工具为EMTP类程序。节点分析法的主要优势体现在程序实现难度和仿真计算效率方面，但由于式(I)所示的节点方程本身已将数值积分方法与系统模型融为一体，导致EMTP类程序在求解算法选择方面缺乏灵活性与开放性，同时式(I)已不能给出系统本身的特征信息。
[0006]与节点分析法不同，状态变量分析法属于一般性建模方法(general purposemodeling),不仅适于电路与电力系统仿真，同样也适于其它形式的动力学系统的建模与仿真。Matlab/SimPowerSystems软件是状态变量分析框架下暂态仿真程序的典型代表。与节点分析框架相比，状态方程在模型的计算求解方面具有高度的开放性和灵活性，同时能够提供关于系统各种特征的丰富信息(如系统的特征值)，进而能够从全局角度了解系统的动态特性，为各种快速、准确、高效的仿真算法的开发与测试工作提供了便利条件。
【权利要求】
1.一种基于状态变量节点分析混合框架的电磁暂态仿真建模方法，其特征在于，包括如下步骤: 1)将电力系统按照研究问题的性质划分为研究系统与外部系统，确定研究系统与外部系统的接口节点，仿真时刻t=0; 2)将外部系统采用状态方程进行建模，得到标准形式的状态输出方程
2.根据权利要求1所述的基于状态变量节点分析混合框架的电磁暂态仿真建模方法，其特征在于，步骤8)所述的得到全系统的节点电压瞬时值u (t)，具体是先对混合框架运用线性插值的方法插值到动作时刻，再运用半步长的后向欧拉法重新初始化，最后再积分并同步到动作时刻。
3.根据权利要求1所述的基于状态变量节点分析混合框架的电磁暂态仿真建模方法，其特征在于，步骤9)所述的求解下一时刻的状态方程等效节点注入电流源列向量iN hist，是将计算得到的节点电压瞬时值u(t)中的接口节点电压eN(t)作为输入量代入状态方程Λ
【文档编号】G06F17/50GK103440374SQ201310374266
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月23日 优先权日:2013年8月23日
【发明者】洪潮, 周保荣, 姚文峰, 王成山, 李鹏, 于浩, 宋关羽 申请人:中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心, 天津大学