一種機電?電磁混合仿真方法及系統技術方案

本發明專利技術提供了一種機電?電磁混合仿真方法及系統，包括：確定在電磁暫態網絡側連接有滿足預設條件的輸電線的母線為混合仿真接口位置；所述輸電線上電磁波傳播延遲τ大于電磁暫態仿真步長Δt；所述輸電線的k側連接機電暫態網絡，所述輸電線的j側連接電磁暫態網絡的其余網絡；將所述電磁暫態網絡的其余網絡、所述輸電線以及機電暫態網絡等值為下述三部分：輸電線j側與電磁暫態網絡的其余網絡部分、輸電線k側與機電暫態網絡的等值電路部分、以及電磁暫態網絡的等值電路與機電暫態網絡部分；對上述三部分分別求解得到電磁暫態網絡以及機電暫態網絡的電網狀態。本發明專利技術提供的技術方案可大大減少了接口計算量，提升了計算效率。

And a system of electromechanical electromagnetic hybrid simulation method

The invention provides an electromechanical system, electromagnetic hybrid simulation method includes: determining in the electromagnetic transient network is connected with the side of satisfying the preset conditions of transmission line bus for hybrid simulation interface position; the transmission line electromagnetic wave propagation delay is greater than the electromagnetic transient simulation of step length delta T; side K of the transmission line the connection of electromechanical transient network, the j network side of the transmission line is connected with the electromagnetic transient network; the electromagnetic transient of the rest of the network, the network transmission and the electromechanical transient network equivalent to the following three parts: part of the rest of the network, transmission network and transient electromagnetic wire J side K and side wire transport network the electromechanical transient equivalent circuit, and electromagnetic transient network equivalent circuit and electromechanical transient network part; the three part respectively for electromagnetic transient and electromechanical transient network network Network state of a network. The technical proposal provided by the invention can greatly reduce the calculation amount of the interface and improve the calculation efficiency.

【技術實現步驟摘要】
一種機電-電磁混合仿真方法及系統
本專利技術涉及電力系統數字仿真方法，具體涉及一種機電‐電磁混合仿真方法及系統。
技術介紹
實際電力系統暫態過程和動態過程響應的頻率范圍從零赫茲到數兆赫茲，覆蓋從低頻振蕩、次同步振蕩、暫態過程、次暫態過程到系統行波等不同時間尺度的物理過程。針對大型實際電網建立詳盡的數學模型來模擬全部的物理過程既無可能也不必要，傳統的時域仿真是對不同時間尺度的暫態或動態過程，采用不同的數學模型和仿真算法分別進行分析，形成電磁暫態仿真、機電暫態仿真和中長期動態仿真等不同方法。隨著我國特高壓交直流混聯電網的快速發展、以及電力電子技術在電力系統中的廣泛應用，不同時間尺度的暫態過程相互交織和影響，呈現強耦合特征，采用單一時間尺度仿真手段進行電網安全穩定分析和控制決策的局限性越來越明顯，而兼顧仿真規模和仿真精度的機電暫態-電磁暫態混合仿真技術得到了較快發展。機電暫態-電磁暫態混合仿真是指，在一次仿真過程中將研究的電網對象按照拓撲分割成機電暫態網絡和電磁暫態網絡分別進行計算，通過機電暫態-電磁暫態混合仿真接口進行數據交換，實現聯合的仿真過程。拓撲分割方式隨研究目的和接口算法的不同而異。機電暫態-電磁暫態混合仿真是機電暫態仿真和電磁暫態仿真方法的結合和技術特點的互補。從機電暫態仿真角度看，相當于機電暫態網絡中的一部分采用更加詳細的數學模型和仿真算法，來提高局部電網的仿真精度；從電磁暫態仿真角度講，相當于將原本需要等值化簡的外部網絡替換為機電暫態網絡，進而準確反映大電網的振蕩模式、系統阻尼、故障擾動等特性，為電磁暫態網絡的仿真分析提供必要的系統背景，在保證電網仿真規模的同時也提高了大電網仿真精度。機電暫態-電磁暫態混合仿真的關鍵是如何解決機電暫態和電磁暫態的數據交互接口問題，具體包括三個方面問題：1)接口位置選擇方法；2)對側網絡等值方法及等值信息更新方法；3)數據交互方式和接口誤差處理方法。針對這些問題，不同混合仿真軟件的解決思路各有千秋。我國開展機電暫態-電磁暫態混合仿真的軟件開發和實用化應用較早，積累了大量經驗，出現了以ADPSS、PS-MODEL等為代表的混合仿真程序，其技術路線基本相同，但以ADPSS為代表現有機電暫態-電磁暫態混合仿真方法和存在以下不足：現有的機電暫態-電磁暫態混合仿真接口等值電路如附圖1所示，計算電磁暫態網絡時，將機電暫態網絡進行戴維南等值；計算機電暫態網絡時，將電磁暫態網絡進行諾頓等值。現有的接口算法為：零時刻初始化時，根據全網初始狀態計算得到機電暫態網絡的等值阻抗陣Zst和電磁暫態網絡的等值導納陣Yemt。在每一個接口時刻，機電暫態網絡向電磁暫態網絡發送正負零序等值電勢Est，若機電暫態網絡拓撲變化需重新發送等值阻抗陣Zst；同時，電磁暫態網絡向機電暫態網絡發送邊界點的正負零序電壓Uemt和電流I′emt，機電暫態網絡收到后按照電磁側等值導納陣Yemt不變的假定求解諾頓等值電路注入電流Iemt＝I′emt+Yemt*Uemt。逐步求解時，對于機電暫態網絡，直接將電磁側網絡諾頓等值電路注入電流Iemt和導納陣Yemt合并到網絡方程中進行求解，即可得到機電暫態全網狀態量；對于電磁暫態網絡，當機電側發電機正、負序阻抗不相等或母線帶有動態特性綜合負荷時，戴維南等值阻抗陣Zst在ABC相空間是不對稱矩陣，與電磁暫態仿真的基本算法相矛盾，無法直接合并到電磁暫態網絡方程中進行求解。針對這個問題，現有算法使用節點分裂算法單獨計算電磁暫態網絡與機電暫態等值網絡的邊界點電流ia，邊界點電流求解公式為其中YA、YB分別為電磁網絡和機電等值網絡的導納陣，hA、hB分別為電磁網絡和機電等值網絡的等值歷史電流源，p為反映電磁網絡所有節點與邊界電流相量ia的關聯關系矩陣。上式中電磁網絡導納陣逆矩陣的直接求解計算量太大，實際計算采用了戴維南等值簡化法求解其計算量與混合仿真接口數目相關。當接口數目為n時，計算的計算量約等于計算3n次的線性方程組YAX＝b。現有混合仿真接口算法存在兩方面問題：(1)當電磁暫態網絡因開關動作、非線性飽和等因素引起導納陣YA變化時，需要重新求解在仿真含電力電子電路的電磁暫態網絡時，電磁側導納陣會頻繁變化，導致接口計算量劇增。(2)機電側網絡求解時，采用電磁側等值網絡導納陣Yemt一直是零時刻初始值，計算過程中不再更新，而只是更新電磁側網絡的接口電壓和電流，因此電磁暫態網絡實際拓撲發生變化時會引入接口誤差。因此，需要提供一種基于輸電線模型的機電‐電磁混合仿真接口算法來克服現有技術的不足。
技術實現思路
本專利技術提供一種機電-電磁混合仿真方法，所述方法包括：確定在電磁暫態網絡側連接有滿足預設條件的輸電線的母線為混合仿真接口位置；所述輸電線上電磁波傳播延遲τ大于電磁暫態仿真步長Δt；所述輸電線的k側連接機電暫態網絡，所述輸電線的j側連接電磁暫態網絡的其余網絡；所述輸電線與電磁暫態網絡的其余網絡組成完整的電磁暫態網絡；將所述電磁暫態網絡的其余網絡、所述輸電線以及機電暫態網絡解耦為下述三部分：輸電線j側與電磁暫態網絡的其余網絡部分、輸電線k側與機電暫態網絡的等值電路部分、以及電磁暫態網絡的等值電路與機電暫態網絡部分；對上述三部分分別求解得到電磁暫態網絡以及機電暫態網絡的電網狀態。所述輸電線為三相輸電線路，對輸電線j側與電磁暫態網絡的其余網絡部分時所有的狀態量均為三相瞬時值；對輸電線k側與機電暫態網絡的等值電路部分求解時輸電線的狀態量為三相瞬時值，機電暫態網絡的等值電路為正負零序相量形式的戴維南等值電路。所述輸電線等值后得到的等值電路包括相間等值阻抗、相地等值阻抗和等值電壓源，所述相間等值阻抗位于兩相之間，所述相地等值阻抗與所述等值電壓源并聯，所述相地等值阻抗與所述等值電壓源均一端接地、另一端作為輸電線的一側。對輸電線j側與電磁暫態網絡的其余網絡部分求解，包括：在第d個電磁暫態仿真時步t＝d*Δt，根據d-1時步以及之前的時步插值得到t-τ時刻的輸電線j、k兩側的電壓和電流狀態量；根據所述輸電線j側的電壓和電流狀態量計算j側歷史電流源ijk(t-τ)；將所述ijk(t-τ)代入電磁暫態網絡的其余網絡求解，其中，Δt為電磁暫態仿真步長，τ為波傳播延遲。對輸電線k側與機電暫態網絡的等值電路求解，包括：將正負零序向量形式的機電暫態網絡的等值電路轉換為ABC相量形式的諾頓等值電路；將ABC相量形式的諾頓等值電路轉換為瞬時值形式的等值電路，所述瞬時值形式的等值電路滿足下式方程：(Gline+Gst)*uk(t)＝ist(t)-ihist(t-Δt)-ikj(t-τ)，其中，Gline為所述輸電線的導納陣，Gst為機電暫態網絡的諾頓等值電路中阻抗對應的導納陣，uk(t)為t時刻所述輸電線k側的節點電壓瞬時值，ist(t)為t時刻機電暫態網絡的諾頓等值電路中電流源瞬時值，ihist(t-Δt)為機電暫態網絡的諾頓等值電路中阻抗對應的歷史電流源瞬時值，ikj(t-τ)為所述輸電線k側的歷史電流源瞬時值。對電磁暫態網絡的等值電路和機電暫態網絡求解，包括：初始化時，機電暫態網絡收到電磁暫態網絡的等值電路的導納陣Yemt；在第c個機電暫態仿真時步為t＝c*ΔT，ΔT為機電暫態仿真步長，電磁暫態網絡根據第c本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種機電?電磁混合仿真方法，其特征在于，所述方法包括：確定在電磁暫態網絡側連接有滿足預設條件的輸電線的母線為混合仿真接口位置；所述輸電線上電磁波傳播延遲τ大于電磁暫態仿真步長Δt；所述輸電線的k側連接機電暫態網絡，所述輸電線的j側連接電磁暫態網絡的其余網絡；所述輸電線與電磁暫態網絡的其余網絡組成完整的電磁暫態網絡；將所述電磁暫態網絡的其余網絡、所述輸電線以及機電暫態網絡解耦為下述三部分：輸電線j側與電磁暫態網絡的其余網絡部分、輸電線k側與機電暫態網絡的等值電路部分、以及電磁暫態網絡的等值電路與機電暫態網絡部分；對上述三部分分別求解得到電磁暫態網絡以及機電暫態網絡的電網狀態。

【技術特征摘要】
1.一種機電-電磁混合仿真方法，其特征在于，所述方法包括：確定在電磁暫態網絡側連接有滿足預設條件的輸電線的母線為混合仿真接口位置；所述輸電線上電磁波傳播延遲τ大于電磁暫態仿真步長Δt；所述輸電線的k側連接機電暫態網絡，所述輸電線的j側連接電磁暫態網絡的其余網絡；所述輸電線與電磁暫態網絡的其余網絡組成完整的電磁暫態網絡；將所述電磁暫態網絡的其余網絡、所述輸電線以及機電暫態網絡解耦為下述三部分：輸電線j側與電磁暫態網絡的其余網絡部分、輸電線k側與機電暫態網絡的等值電路部分、以及電磁暫態網絡的等值電路與機電暫態網絡部分；對上述三部分分別求解得到電磁暫態網絡以及機電暫態網絡的電網狀態。2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述輸電線為三相輸電線路，對輸電線j側與電磁暫態網絡的其余網絡部分時所有的狀態量均為三相瞬時值；對輸電線k側與機電暫態網絡的等值電路部分求解時輸電線的狀態量為三相瞬時值，機電暫態網絡的等值電路為正負零序相量形式的戴維南等值電路。3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述輸電線等值后得到的等值電路包括相間等值阻抗、相地等值阻抗和等值電壓源，所述相間等值阻抗位于兩相之間，所述相地等值阻抗與所述等值電壓源并聯，所述相地等值阻抗與所述等值電壓源均一端接地、另一端作為輸電線的一側。4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，對輸電線j側與電磁暫態網絡的其余網絡部分求解，包括：在第d個電磁暫態仿真時步t＝d*Δt，根據d-1時步以及之前的時步插值得到t-τ時刻的輸電線j、k兩側的電壓和電流狀態量；根據所述輸電線j側的電壓和電流狀態量計算j側歷史電流源ijk(t-τ)；將所述ijk(t-τ)代入電磁暫態網絡的其余網絡求解，其中，Δt為電磁暫態仿真步長，τ為波傳播延遲。5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，對輸電線k側與機電暫態網絡的等值電路求解，包括：將正負零序向量形式的機電暫態網絡的等值電路轉換為ABC相量形式的諾頓等值電路；將ABC相量形式的諾頓等值電路轉換為瞬時值形式的等值電路，所述瞬時值形式的等值電路滿足下式方程：(Gline+Gst)*uk(t)＝ist(t)-ihist(t-Δt)-ikj(t-τ)，其中，Gline為所述輸電線的導納陣，Gst為機電暫態網絡的諾頓等值電路中阻抗對應的導納陣，uk(t)為t時刻所述輸電線k側的節點電壓瞬時值，ist(t)為t時刻機電暫態網絡的諾頓等值電路中電流源瞬時值，ihist(t-Δt)為機電暫態網絡的諾頓等值電路中阻抗對應的歷史電流源瞬時值，ikj(t-τ)為所述輸電線k側的歷史電流源瞬時值。6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，對電磁暫態網絡的等值電路和機電暫態網絡求解，包括：初始化時，機電暫態網絡收到電磁暫態網絡的等值電路的導納陣...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張星，田芳，徐得超，李亞樓，陳緒江，穆清，彭紅英，劉敏，孫麗香，鄭偉杰，王藝璇，徐樹文，周孝信，郭裊，徐冰亮，胡遠婷，
申請(專利權)人：中國電力科學研究院，國家電網公司，國網黑龍江省電力有限公司，
類型：發明
國別省市：北京,11