一种基于全数字实时仿真装置的三相潮流实现方法
【专利摘要】本发明涉及一种电力系统潮流程序实现方法，具体涉及一种基于全数字实时仿真装置的三相潮流实现方法。本发明得到了高压输电线路、三相两绕组变压器、三相三绕组变压器、考虑内阻抗的发电机、直流输电系统等元件在平衡和不平衡工况下的通用潮流模型，推导出各自的导纳阵；提出了分块实现不同绕组变压器潮流模型的思路，大大提高了模型通用性；提出并实现了一种可以确定转角初值的拓扑分析算法以提高程序的收敛性；在此基础上实现了全新的三相潮流计算程序，并包含详细的结果输出功能。本发明基于全数字实时仿真装置(ADPSS)，可对三相不平衡系统做潮流计算，为ADPSS的电磁暂态程序提供初值。
【专利说明】一种基于全数字实时仿真装置的三相潮流实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电力系统潮流程序实现方法，具体涉及一种基于全数字实时仿真装置的三相潮流实现方法。
【背景技术】
[0002]电力系统潮流计算研究的是电力系统的稳态运行状况。它根据电网接线情况、各元件参数以及系统运行条件，计算系统中各母线的电压、各支路流过的功率以及系统的损耗等运行状态量。潮流计算是电力系统最广泛、最基本、也最重要的计算，它是系统规划、设计以及运行管理的基础，同时又是进行系统机电暂态、电磁暂态分析的基础，为两者提供程序启动时的初值。
[0003]一般意义上的潮流计算是针对三相平衡系统的。它假定系统三相参数和运行状态对称，三相节点电压和支路电流均为正序分量，通过相-序变换把系统三相之间的电量解耦以后，计算正序网的潮流分布情况，然后通过序-相变换可得到三相的潮流值。这种计算方法可以称之为正序潮流或单相潮流。但随着电力系统的发展，系统有时会出现局部不对称的情况。当三相之间阻抗参数或者负荷不对称时，系统中就会产生非正序的电压电流量，这时只能用三相潮流方法来分析。三相潮流分析是根据系统中各元件的三相模型做计算，其计算规模和计算量要远大于单相情况；单相潮流不考虑三相变压器的实际接法，而三相潮流则根据变压器的实际接法来生成导纳阵，因此，后者结果中可以体现变压器转角的影响；单相潮流中的发电机节点维持机端量恒定，不考虑发电机内阻抗，而三相潮流由于三相出力有差别，存在非正序量，因此维持机端正序电压或者三相功率不变要采取一定措施进行处理；另外，直流、柔性交流输电系统(FACTS)等在三相潮流中的模型也要比单相模型复杂的多，需要做更进一步的研究和分析。
[0004]潮流计算的另一大作用是为暂态计算提供初值，精确的初值能使暂态程序启动时更快的进入稳定运行状态，减小系统的震荡，保证计算的成功率。电力系统全数字仿真装置(ADPSS)是由电力科学研究院研发的基于高性能服务器机群的全数字仿真系统，其核心电磁暂态仿真软件采用的是电科院自己研发的ETSDAC电磁暂态程序。现阶段该程序的初值来源是相应的电力系统分析综合程序(Power System Analysis Software Package,PSASP)的潮流结果。但PSASP程序的假设仍是系统三相平衡，属于单相潮流方法，其准确程度取决于系统的三相对称程度。这种单相潮流程序在给电磁暂态程序提供初值方面有其局限性，一是它没有办法提供不平衡系统的潮流数据，二是由于其模型本身与电磁暂态模型之间的差异，使得潮流提供的初值不够准确。为了解决这一问题，有必要开发出一种能反映三相不对称情况的潮流程序，即三相潮流。然后在这一基础上，研究各元件更准确的稳态模型，以更好的满足电磁暂态程序对初值的要求。
[0005]三相潮流计算方法目前主要有两种方法:一类是基于序变量的方法，另一类是基于相变量的方法。序量法即用对称分量法分析系统，把网络分解为正负零序网络分别求解，最后合起来得到系统的实际状态参数。而相量法则是在相域空间里建模，直接进行三相整体的潮流计算，它更加直观简洁，算法上也无需做过多特殊处理，具有很好的潜力和可扩展性，这也是目前实际应用较多的一种方法。序量法主要优点是计算量小，内存要求少，计算速度快；缺点则是物理意义不明确，部分模型包括未来的新模型可能要做特殊处理才能应用，负序零序量远小于正序量时，负序零序网的计算可能会出现数值问题；相量法主要优点是物理意义明确，建立了相域模型后几乎不需要做额外处理，另外发展下去可以实现一些序量法无法实现的计算，如对多相系统的研究，具有更好的发展潜力和可扩展性；缺点则是导纳阵稀疏度低，计算量大，要求内存多，迭代时间长。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于全数字实时仿真装置的三相潮流实现方法，该方法可以根据给定的电网结构、元件参数以及运行条件，计算三相不平衡系统中各母线的电压、各支路流过的功率以及系统的损耗等运行状态量，对系统的规划、设计以及运行管理起到重要的指导作用。同时，可以为ADPSS的电磁暂态程序提供更精确的初值，减小程序启动初期的震荡，避免手动输入潮流初值的繁琐。
[0007]本发明的目的是采用下述技术方案实现的: [0008]本发明提供一种基于全数字实时仿真装置的三相潮流实现方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤:
[0009]a、确定电力系统元件潮流模型；
[0010]b、采用分块方式确定任意接法变压器的潮流模型；
[0011]C、确定等效四节点发电机潮流模型；
[0012]d、确定应用于三相潮流的直流稳态模型；
[0013]e、通过转角初值的拓扑分析修正潮流启动初值；
[0014]f、在全数字实时仿真装置ADPSS中实现多种潮流算法，包含结果输出功能。
[0015]进一步地，所述步骤a中，基于全数字实时仿真装置ADPSS，得到平衡和不平衡运行工况下的电力系统元件潮流模型，电力系统元件潮流模型包括高压输电线路模型，所述高压输电线路模型包括中间导纳部分以及分别连接在导纳部分两端的容纳部分；中间导纳
部分的导纳阵(Yybi 表不为:
Zab Zac Yaa Yab Yac
[0016]Yf= Zba Zbh Zbc = Yba Yhb Yhc(O;
入 Zi Z」Li F, F _
[0017]其中:Y的下标i和j表示线路的两侧为i侧和j侧，a、b、c表示交流三相的相另|J，若以X、y分别代指三相a、b、c中的任意两相，则Zxx表示X相的自阻抗，Zxy表示y相对X相的互阻抗，Yxx表示X相的自导纳，Yxy表示?相对X相的互导纳；
[0018]侧容纳部分的导纳阵()表示为:
~ JBaJl -JBabH -JBac 12
[0019]Yt = = -JBba! 2 JBbbH -JBbJl(2);
见/2 -JBcbH JBccH _[0020]其中:ft表示线路i侧对地容纳阵，Yjt表示线路i侧对地容纳阵；，a、b、c表示
交流三相的相别，若以X、y分别代指三相a、b、c中的任意两相,则Bxx表示x相的自容纳，Bxy表示y相对X相的互容纳；
[0021]整条输电线路的节点电压方程表示为:
【权利要求】
1.一种基于全数字实时仿真装置的三相潮流实现方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤: a、确定电力系统元件潮流模型； b、采用分块方式确定任意接法变压器的潮流模型； C、确定等效四节点发电机潮流模型； d、确定应用于三相潮流的直流稳态模型； e、通过转角初值的拓扑分析修正潮流启动初值； f、在全数字实时仿真装置ADPSS中实现多种潮流算法，包含结果输出功能。
2.如权利要求1所述的三相潮流实现方法，其特征在于，所述步骤a中，基于全数字实时仿真装置ADPSS，得到平衡和不平衡运行工况下的电力系统元件潮流模型，电力系统元件潮流模型包括高压输电线路模型，所述高压输电线路模型包括中间导纳部分以及分别连接在导纳部分两端的容纳部分；中间导纳部分的导纳阵()表示为:
3.如权利要求1所述的三相潮流实现方法，其特征在于，所述步骤b中，对任意联结组别的三相两绕组变压器，阻抗归算至二次侧，把三相两绕组变压器分块，其中一块包括二次侧联结信息和三相阻抗的导纳回路，根据电路知识推得其节点导纳矩阵YO ;另一块则是一个包含一次侧联结信息和三相变比的理想变压器，相当于对三相阻抗的导纳阵做变换，根据电流电压关系，得到电流变换矩阵Li和电压变换矩阵Ru;总的变压器模型的节点导纳矩阵表示为:
4.如权利要求1所述的三相潮流实现方法，其特征在于，所述步骤c中，等效四节点的发电机电压方程:
5.如权利要求1所述的三相潮流实现方法，其特征在于，所述步骤d中，应用于三相潮流的直流稳态模型遵循下述假设: ①换流站母线电压三相不平衡，但仍为纯正弦波； ②换流器本身是对称的，各个阀之间是等间隔触发的，未考虑系统不平衡时触发间隔的调整情况； ③直流电压和直流电流平直连续无波纹，均取平均值； ④换流变压器三相参数平衡，不计损耗和激磁电抗，只计漏抗。
6.如权利要求1所述的三相潮流实现方法，其特征在于，所述步骤e中，根据图论将节点和支路存储成邻接表的形式，然后从系统中的平衡节点开始，应用广度优先搜索方式依次根据支路类型确定节点初始角度；当系统中同时存在多个平衡节点时，记录各节点到每个平衡节点的路径长度，通过离该节点路径最短的平衡节点确定最终值。
7.如权利要求1所述的三相潮流实现方法，其特征在于，所述步骤f中，在全数字实时仿真装置ADPSS中采用稀疏技术；增加通过拓扑分析断定各母线初值的模块；选用标幺值计算，以额定相电压为基准电压，以额定相功率为基准功率；多种潮流算法包含功率型牛顿法、高斯转牛顿法、非线性快速潮流算和带最优乘子的牛顿法；结果输出功能由结果输出模块实现，通过文本或者EXCEL表格输出所有元件的输出结果，结果值选择有名值或标幺值形式。
【文档编号】G06F17/50GK103984822SQ201410208946
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2014年5月16日
【发明者】徐树文, 李亚楼, 高凯, 陈兴雷, 徐得超, 赵鹏, 张星, 朱旭凯, 那广宇, 田芳, 郑伟杰, 安宁, 张艳军 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院, 国网辽宁省电力有限公司, 国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院