專利名稱：預(yù)估-校正數(shù)值積分的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動化，特別涉及了一種電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定數(shù)值仿真方法。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析是電力系統(tǒng)分析計算中最基礎(chǔ)、最核心的內(nèi)容之一。在線動態(tài)安全分析，安全穩(wěn)定緊急控制、預(yù)防控制，智能調(diào)度等先進技術(shù)已逐步在電力系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。實現(xiàn)這些先進技術(shù)的前提條件是能夠快速、準確、可靠地對大規(guī)模電力系統(tǒng)進行的暫態(tài)穩(wěn)定仿真計算。電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析的常用方法主要有數(shù)值積分法，直接法，以及將數(shù)值積分和直接法相結(jié)合的混合分析方法。數(shù)值積分是電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計算最準確、最可靠的方法，其它方法是否準確均以數(shù)值積分法為標準結(jié)果來評判。數(shù)值積分法的最大缺點是計算量大，盡管計算機速度已經(jīng)有了飛速提高，但對于大規(guī)模電力系統(tǒng)，計算時間仍難以滿足在線動態(tài)安全分析、預(yù)防控制、緊急控制等計算的要求。電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程可用如下形式的微分-代數(shù)方程組描述宇=/(x,X)CD atO = g(x, y)(2)式中，X表示微分方程組中描述系統(tǒng)動態(tài)特性的狀態(tài)變量；y表示代數(shù)方程組中系統(tǒng)的運行變量。通常向量X包含發(fā)電機功角和轉(zhuǎn)速等描述系統(tǒng)中各動態(tài)環(huán)節(jié)的狀態(tài)變量， 而向量y通常包含與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的運行變量，如節(jié)點電壓的幅值和相位等。用數(shù)值積分法求解電力系統(tǒng)暫態(tài)過程的一般流程如圖I所示(夏道止電力系統(tǒng)分析下冊水利電力出版社1995年11月)。其核心步驟是框⑧所示的在每一積分步根據(jù)t時刻的狀態(tài)變量和運行變量x(t)、y (t)求解(I)、(2)式所表示的微分-代數(shù)方程組，得到t+h 時刻的狀態(tài)變量和運行變量X (t+h) ,y (t+h)。根據(jù)求解微分方程所采用的數(shù)值積分方法的不同，以及對微分-代數(shù)方程組是聯(lián)立求解，還是交替求解，構(gòu)成了不同的暫態(tài)穩(wěn)定數(shù)值積分算法。目前，在電力系統(tǒng)數(shù)值仿真領(lǐng)域求解(I)式中微分方程組的常用方法有隱式梯形積分法、改進歐拉法、龍格-庫塔等。隱式梯形積分數(shù)值穩(wěn)定性好，但需要多次迭代求解，計算量大，目前電力系統(tǒng)商業(yè)計算程序BPA、PSASP采用的就是這種積分方法。改進歐拉法和龍格-庫塔法為顯式積分方法，無需迭代，計算量小，但數(shù)值穩(wěn)定性較差。顯式積分算法要根據(jù)算法的截斷誤差，通過選擇合理的積分步長，來保證算法的數(shù)值穩(wěn)定性，如在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的PSS/E程序采用的就是改進歐拉法。為了保證算法的穩(wěn)定性和仿真精度，所取積分步長要與算法的截斷誤差成反比， 即數(shù)值積分算法的截斷誤差越小，在相同精度要求下，積分步長h可取的大一些，反之積分步長h要取的小一些。通常每一積分步的截斷誤差越小，計算量也越大。如歐拉法的局部截斷誤差為O (h2)，每一積分步只需計算一次微分-代數(shù)方程；改進歐拉法的局部截斷誤差為O (h3)，每一積分步需計算兩次微分-代數(shù)方程；四階顯式龍格-庫塔法的局部截斷誤差為0(h5)，每一積分步需計算四次微分-代數(shù)方程。而隱式梯形積分法的局部截斷誤差為 0(h3)，則需經(jīng)過多次迭代求解微分-代數(shù)方程，才能得到滿足精度要求的解。若能在減少算法截斷誤差的同時，不增加算法的計算量，則能減少整個暫態(tài)仿真的計算量，加快計算速度。目前，在電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定數(shù)值積分方法中所采用的積分方法，均直接采用計算方法理論中的通用算法，如隱式梯形積分法、改進歐拉法、龍格-庫塔以及其他方法，并沒有根據(jù)描述電力系統(tǒng)暫態(tài)過程的微分方程的特點對算法進行改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析計算中，現(xiàn)有的數(shù)值積分方法計算量大，計算速度不能滿足電力系統(tǒng)在線計算要求的這個問題，提出了一種基于預(yù)估-校正數(shù)值積分的暫態(tài)穩(wěn)定數(shù)值仿真方法。本發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的預(yù)估-校正數(shù)值積分的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定仿真方法，包括以下步驟步驟I :輸入系統(tǒng)的原始參數(shù)和信息，進行潮流計算得到穩(wěn)態(tài)工況下的運行變量值y (O)，包括發(fā)電機節(jié)點電壓V (O)，注入網(wǎng)絡(luò)的電流I (O)及各發(fā)電機電磁功率Pei (O)，其中i = l，2，…Ne(Ne為發(fā)電機臺數(shù))；步驟2 :計算狀態(tài)變量功角的初值δ i (O)、角頻率的初值ω i (O);步驟3 :形成描述系統(tǒng)暫態(tài)過程的微分方程和網(wǎng)絡(luò)代數(shù)方程，并對網(wǎng)絡(luò)代數(shù)方程進行因子表分解；步驟4 :置暫態(tài)穩(wěn)定計算初值時刻t = 0，確定暫態(tài)穩(wěn)定計算采用的積分步長h，進行暫態(tài)穩(wěn)定仿真計算；步驟5 :判斷是否有故障或操作發(fā)生。若無，則轉(zhuǎn)向步驟8 ;若有則執(zhí)行步驟6 ;步驟6 :依據(jù)故障或操作情況，修改網(wǎng)絡(luò)代數(shù)方程的因子表；步驟7 :求解網(wǎng)絡(luò)代數(shù)方程，得到t時刻的運行變量；步驟8 :計算t+h時刻的系統(tǒng)的狀態(tài)變量值，運行變量值，本步驟具體過程如下步驟8. I :根據(jù)t時刻各發(fā)電機的電磁功率Pei⑴和狀態(tài)變量功角δ i (t)、角頻率 i(t)，按下式得到t+h時刻的功角的預(yù)估值0°+ + //)
權(quán)利要求
1.預(yù)估-校正數(shù)值積分的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定仿真方法，該方法適用于發(fā)電機采用二階模型時的情形，其特征在于該方法包括以下步驟步驟I:輸入系統(tǒng)的原始參數(shù)和信息，進行潮流計算得到穩(wěn)態(tài)工況下的運行變量值太O),包括發(fā)電機節(jié)點電壓RO),注入網(wǎng)絡(luò)的電流/(0)及各發(fā)電機電磁功率/^0),其中 1=1,2,…Ars,其中為發(fā)電機臺數(shù)；步驟2 :計算狀態(tài)變量功角的初值4(0)、角頻率的初值A(chǔ)(O)；步驟3 :形成描述系統(tǒng)暫態(tài)過程的微分方程和網(wǎng)絡(luò)代數(shù)方程，并對網(wǎng)絡(luò)代數(shù)方程進行因子表分解；步驟4 :置暫態(tài)穩(wěn)定計算初值時刻 = O，確定暫態(tài)穩(wěn)定計算采用的積分步長A，進行暫態(tài)穩(wěn)定仿真計算；步驟5 :判斷是否有故障或操作發(fā)生；若無，則轉(zhuǎn)向步驟8 ;若有則執(zhí)行步驟6 ；步驟6 :依據(jù)故障或操作情況，修改網(wǎng)絡(luò)代數(shù)方程的因子表；步驟7 :求解網(wǎng)絡(luò)代數(shù)方程，得到I時刻的運行變量；步驟8 :計算 +Α時刻的系統(tǒng)的狀態(tài)變量值，運行變量值，本步驟具體過程如下步驟8. I :根據(jù) 時刻各發(fā)電機的電磁功率4 (X)和狀態(tài)變量功角4ω、角頻率A(O , 按下式得到i+h時刻的功角的預(yù)估值+ Μ) = Si(C) + Α(<2| ( ) — I) +2Tj |( ) (t)其中，h為系統(tǒng)同步角速度，馬、^分別為各臺發(fā)電機阻尼系數(shù)、慣性時間常數(shù)和各臺發(fā)電機機械功率；步驟8.2:求解網(wǎng)絡(luò)代數(shù)方程7^%+圮=/(,)0 +幻7_(>+坳，并計算各發(fā)電機電磁功率在 + Α時刻的預(yù)估值砂七+A),其中/(^(I + A)，嚴〗( +Α))為i + k時刻節(jié)點虛擬注入電流預(yù)估值力節(jié)點導納矩陣，Vm(t + h)為 +Α時刻節(jié)點電壓預(yù)估值；步驟8. 3 :按如下式計算得到i + .ft時刻各發(fā)電機角頻率的預(yù)估值￥ +句af)(￡ +k)=丄 U (i)+ ft)+懇二 ·5 ·,)2 + —(Psii- if) ( +.%))!2 P2 珥￠)" 2Τ^(￡) Tj * β此時得到了Ι + 1%時刻各發(fā)電機運行變量+ 和狀態(tài)變量的預(yù)估值4 (>、+Α)和 af)(￡+k)；步驟8. 4:按如下積分公式求出發(fā)電機功角4￠+ ；步驟8. 5:求解網(wǎng)絡(luò)方程
2.根據(jù)權(quán)利I要求所述的預(yù)估-校正數(shù)值積分的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定數(shù)值仿真方法，其特征在于在預(yù)估步用下式計算狀態(tài)變量預(yù)估值
3.根據(jù)權(quán)利I要求所述的預(yù)估-校正數(shù)值積分的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定數(shù)值仿真方法，其特征在于在校正步用下式計算狀態(tài)變量
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用發(fā)電機采用二階模型，基于預(yù)估-校正數(shù)值積分的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定仿真方法。與已有的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定數(shù)值積分方法相比，該方法將一顯式二階積分用于狀態(tài)變量的預(yù)估計算，將一四階精度的功角積分用作校正計算。該方法為單步算法，且考慮了角頻率變化對轉(zhuǎn)矩的影響。組成的預(yù)估-校正算法在較大積分步長(0.1～0.12秒)下分析結(jié)果仍有足夠精度，從而顯著地加快了暫態(tài)穩(wěn)定的仿真速度。
文檔編號H02J3/00GK102609576SQ20121001780
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者華子鈞, 王建全, 趙志奇 申請人:浙江大學