专利名称：预估-校正数值积分的电力系统暂态稳定仿真方法
技术领域：
本发明属于电力系统自动化，特别涉及了一种电力系统暂态稳定数值仿真方法。
背景技术：
电力系统暂态稳定分析是电力系统分析计算中最基础、最核心的内容之一。在线动态安全分析，安全稳定紧急控制、预防控制，智能调度等先进技术已逐步在电力系统中推广应用。实现这些先进技术的前提条件是能够快速、准确、可靠地对大规模电力系统进行的暂态稳定仿真计算。电力系统暂态稳定分析的常用方法主要有数值积分法，直接法，以及将数值积分和直接法相结合的混合分析方法。数值积分是电力系统暂态稳定计算最准确、最可靠的方法，其它方法是否准确均以数值积分法为标准结果来评判。数值积分法的最大缺点是计算量大，尽管计算机速度已经有了飞速提高，但对于大规模电力系统，计算时间仍难以满足在线动态安全分析、预防控制、紧急控制等计算的要求。电力系统的暂态过程可用如下形式的微分-代数方程组描述宇=/(x,X)CD atO = g(x, y)(2)式中，X表示微分方程组中描述系统动态特性的状态变量；y表示代数方程组中系统的运行变量。通常向量X包含发电机功角和转速等描述系统中各动态环节的状态变量， 而向量y通常包含与网络相关的运行变量，如节点电压的幅值和相位等。用数值积分法求解电力系统暂态过程的一般流程如图I所示(夏道止电力系统分析下册水利电力出版社1995年11月)。其核心步骤是框⑧所示的在每一积分步根据t时刻的状态变量和运行变量x(t)、y (t)求解(I)、(2)式所表示的微分-代数方程组，得到t+h 时刻的状态变量和运行变量X (t+h) ,y (t+h)。根据求解微分方程所采用的数值积分方法的不同，以及对微分-代数方程组是联立求解，还是交替求解，构成了不同的暂态稳定数值积分算法。目前，在电力系统数值仿真领域求解(I)式中微分方程组的常用方法有隐式梯形积分法、改进欧拉法、龙格-库塔等。隐式梯形积分数值稳定性好，但需要多次迭代求解，计算量大，目前电力系统商业计算程序BPA、PSASP采用的就是这种积分方法。改进欧拉法和龙格-库塔法为显式积分方法，无需迭代，计算量小，但数值稳定性较差。显式积分算法要根据算法的截断误差，通过选择合理的积分步长，来保证算法的数值稳定性，如在电力系统中广泛应用的PSS/E程序采用的就是改进欧拉法。为了保证算法的稳定性和仿真精度，所取积分步长要与算法的截断误差成反比， 即数值积分算法的截断误差越小，在相同精度要求下，积分步长h可取的大一些，反之积分步长h要取的小一些。通常每一积分步的截断误差越小，计算量也越大。如欧拉法的局部截断误差为O (h2)，每一积分步只需计算一次微分-代数方程；改进欧拉法的局部截断误差为O (h3)，每一积分步需计算两次微分-代数方程；四阶显式龙格-库塔法的局部截断误差为0(h5)，每一积分步需计算四次微分-代数方程。而隐式梯形积分法的局部截断误差为 0(h3)，则需经过多次迭代求解微分-代数方程，才能得到满足精度要求的解。若能在减少算法截断误差的同时，不增加算法的计算量，则能减少整个暂态仿真的计算量，加快计算速度。目前，在电力系统暂态稳定数值积分方法中所采用的积分方法，均直接采用计算方法理论中的通用算法，如隐式梯形积分法、改进欧拉法、龙格-库塔以及其他方法，并没有根据描述电力系统暂态过程的微分方程的特点对算法进行改进。
发明内容
本发明目的是为了解决电力系统暂态稳定分析计算中，现有的数值积分方法计算量大，计算速度不能满足电力系统在线计算要求的这个问题，提出了一种基于预估-校正数值积分的暂态稳定数值仿真方法。本发明目的是通过以下技术方案实现的预估-校正数值积分的电力系统暂态稳定仿真方法，包括以下步骤步骤I :输入系统的原始参数和信息，进行潮流计算得到稳态工况下的运行变量值y (O)，包括发电机节点电压V (O)，注入网络的电流I (O)及各发电机电磁功率Pei (O)，其中i = l，2，…Ne(Ne为发电机台数)；步骤2 :计算状态变量功角的初值δ i (O)、角频率的初值ω i (O);步骤3 :形成描述系统暂态过程的微分方程和网络代数方程，并对网络代数方程进行因子表分解；步骤4 :置暂态稳定计算初值时刻t = 0，确定暂态稳定计算采用的积分步长h，进行暂态稳定仿真计算；步骤5 :判断是否有故障或操作发生。若无，则转向步骤8 ;若有则执行步骤6 ;步骤6 :依据故障或操作情况，修改网络代数方程的因子表；步骤7 :求解网络代数方程，得到t时刻的运行变量；步骤8 :计算t+h时刻的系统的状态变量值，运行变量值，本步骤具体过程如下步骤8. I :根据t时刻各发电机的电磁功率Pei⑴和状态变量功角δ i (t)、角频率 i(t)，按下式得到t+h时刻的功角的预估值0°+ + //)
权利要求
1.预估-校正数值积分的电力系统暂态稳定仿真方法，该方法适用于发电机采用二阶模型时的情形，其特征在于该方法包括以下步骤步骤I:输入系统的原始参数和信息，进行潮流计算得到稳态工况下的运行变量值太O),包括发电机节点电压RO),注入网络的电流/(0)及各发电机电磁功率/^0),其中 1=1,2,…Ars,其中为发电机台数；步骤2 :计算状态变量功角的初值4(0)、角频率的初值A(O)；步骤3 :形成描述系统暂态过程的微分方程和网络代数方程，并对网络代数方程进行因子表分解；步骤4 :置暂态稳定计算初值时刻 = O，确定暂态稳定计算采用的积分步长A，进行暂态稳定仿真计算；步骤5 :判断是否有故障或操作发生；若无，则转向步骤8 ;若有则执行步骤6 ；步骤6 :依据故障或操作情况，修改网络代数方程的因子表；步骤7 :求解网络代数方程，得到I时刻的运行变量；步骤8 :计算 +Α时刻的系统的状态变量值，运行变量值，本步骤具体过程如下步骤8. I :根据 时刻各发电机的电磁功率4 (X)和状态变量功角4ω、角频率A(O , 按下式得到i+h时刻的功角的预估值+ Μ) = Si(C) + Α(<2| ( ) — I) +2Tj |( ) (t)其中，h为系统同步角速度，马、^分别为各台发电机阻尼系数、惯性时间常数和各台发电机机械功率；步骤8.2:求解网络代数方程7^%+圮=/(,)0 +幻7_(>+坳，并计算各发电机电磁功率在 + Α时刻的预估值砂七+A),其中/(^(I + A)，严〗( +Α))为i + k时刻节点虚拟注入电流预估值力节点导纳矩阵，Vm(t + h)为 +Α时刻节点电压预估值；步骤8. 3 :按如下式计算得到i + .ft时刻各发电机角频率的预估值￥ +句af)(￡ +k)=丄 U (i)+ ft)+懇二 ·5 ·,)2 + —(Psii- if) ( +.%))!2 P2 珥￠)" 2Τ^(￡) Tj * β此时得到了Ι + 1%时刻各发电机运行变量+ 和状态变量的预估值4 (>、+Α)和 af)(￡+k)；步骤8. 4:按如下积分公式求出发电机功角4￠+ ；步骤8. 5:求解网络方程
2.根据权利I要求所述的预估-校正数值积分的电力系统暂态稳定数值仿真方法，其特征在于在预估步用下式计算状态变量预估值
3.根据权利I要求所述的预估-校正数值积分的电力系统暂态稳定数值仿真方法，其特征在于在校正步用下式计算状态变量
全文摘要
本发明公开了一种适用发电机采用二阶模型，基于预估-校正数值积分的电力系统暂态稳定仿真方法。与已有的电力系统暂态稳定数值积分方法相比，该方法将一显式二阶积分用于状态变量的预估计算，将一四阶精度的功角积分用作校正计算。该方法为单步算法，且考虑了角频率变化对转矩的影响。组成的预估-校正算法在较大积分步长(0.1～0.12秒)下分析结果仍有足够精度，从而显著地加快了暂态稳定的仿真速度。
文档编号H02J3/00GK102609576SQ20121001780
公开日2012年7月25日 申请日期2012年1月19日 优先权日2012年1月19日
发明者华子钧, 王建全, 赵志奇 申请人:浙江大学