[發(fā)明專利]一種交直流電力系統(tǒng)的混合實(shí)時(shí)仿真方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010228519.7
• 申請日: 2010-07-09
• 公開（公告）號: CN101957872A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 洪潮;張樹卿
• 申請（專利權(quán)）人: 南方電網(wǎng)技術(shù)研究中心;清華大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種交直流電力系統(tǒng)的混合實(shí)時(shí)仿真方法，特別是大規(guī)模實(shí)際交直流系統(tǒng)，屬于電力系統(tǒng)暫態(tài)仿真技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、社會和人民生活對電能的需求急劇增加，電力系統(tǒng)隨之飛速發(fā)展，系統(tǒng)規(guī)模越來越大，發(fā)電量、電網(wǎng)輸送的電能以及負(fù)荷消耗的電能也顯著增加。同時(shí)，電力系統(tǒng)中新型的響應(yīng)快速的控制器和裝置廣泛采用，特別是諸多直流輸電工程投運(yùn)和大量大容量電力電子裝置在電網(wǎng)投運(yùn)，使得電力系統(tǒng)中各類暫態(tài)過程緊密耦合。電力系統(tǒng)的暫態(tài)行為和過程所包含的電磁暫態(tài)過程和機(jī)電暫態(tài)過程，二者有機(jī)結(jié)合，是一個(gè)連續(xù)的過程，難以截然分離，在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中這些暫態(tài)過程的耦合更加緊密。電力系統(tǒng)中電磁暫態(tài)過程和機(jī)電暫態(tài)過程是同時(shí)發(fā)生并相互影響的，如果能將二者結(jié)合起來統(tǒng)一考慮，則不但有助于了解大系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定過程的動(dòng)態(tài)特性，而且有助于了解大系統(tǒng)中某一特定部分的暫態(tài)變化過程。特別是當(dāng)系統(tǒng)中存在電力電子設(shè)備或直流系統(tǒng)時(shí)，如果能將電力電子設(shè)備或直流系統(tǒng)用電磁暫態(tài)模型模擬，而將與其相連的網(wǎng)絡(luò)用機(jī)電暫態(tài)模型模擬，那么對于直流系統(tǒng)而言，直流多落點(diǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、換相失敗、直流控制與保護(hù)以及交直流相互作用等問題都將得到詳細(xì)、準(zhǔn)確的分析；而關(guān)于電力電子設(shè)備對系統(tǒng)的影響和作用及其控制策略的研究也將登上一個(gè)新的臺階。

目前混合實(shí)時(shí)仿真在實(shí)際應(yīng)用中誤差問題和應(yīng)用局限性日益突出，最為突出的問題有如混合仿真對接口近端(電磁暫態(tài)側(cè)細(xì)致建模、仿真系統(tǒng)的附近)故障或擾動(dòng)的模擬誤差嚴(yán)重等，影響了混合仿真的準(zhǔn)確性和可信度。

問題之一在于電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)混合仿真接口模型，如下所述。

(1)當(dāng)電磁暫態(tài)側(cè)系統(tǒng)功率源作為接口模型時(shí)，大擾動(dòng)情況下接口模型不能反映電磁暫態(tài)側(cè)系統(tǒng)的特性。此外，功率計(jì)算式也不明晰，普遍采用電磁暫態(tài)側(cè)離散的瞬時(shí)功率計(jì)算點(diǎn)做平均的方法，這種計(jì)算方法是否準(zhǔn)確，以及接口對機(jī)電暫態(tài)側(cè)系統(tǒng)穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果有何影響，在已有研究中并未涉及，仍需要從原理上研究并闡述清楚。

(2)當(dāng)機(jī)電暫態(tài)側(cè)系統(tǒng)采用戴維南等值電壓源作為接口模型時(shí)，有研究認(rèn)為在接口交互過程中涉及諧波過程時(shí)，接口電源模型內(nèi)阻應(yīng)當(dāng)采用頻率相關(guān)等值。但是主要問題有：頻率相關(guān)等值難以實(shí)現(xiàn)，面對實(shí)際大規(guī)模電網(wǎng)基本不可能實(shí)現(xiàn)；基波等值阻抗在此問題會導(dǎo)致混合仿真對接口諧波過程模擬的結(jié)果誤差嚴(yán)重，但其原因分析并不透徹；頻率相關(guān)等值阻抗和基波等值阻抗的適用性和必要性尚未明晰，缺乏面向?qū)嶋H工程應(yīng)用的接口模型。

問題之二在于電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)混合仿真交互計(jì)算方法，如下所述。

考慮到仿真的實(shí)時(shí)性，混合仿真多采用非迭代的交互計(jì)算時(shí)序，在這種交互時(shí)序下，單側(cè)計(jì)算中對側(cè)所提供的接口邊界條件必然存在1～2個(gè)交互步長的延遲，這是混合仿真接口交互誤差的本質(zhì)，應(yīng)當(dāng)治理。故障或大擾動(dòng)發(fā)生時(shí)刻，系統(tǒng)變結(jié)構(gòu)，諸多電氣量和輸出量發(fā)生突變，特別是故障在接口母線附近發(fā)生時(shí)，接口電氣量發(fā)生大幅跳變，故障發(fā)生側(cè)的“突變信息”在對側(cè)不能得到準(zhǔn)確的反映，故障時(shí)刻一個(gè)交互步長中兩側(cè)的接口邊界條件均不準(zhǔn)確，很大程度上歪曲了故障對整個(gè)系統(tǒng)的“沖擊”，繼而導(dǎo)致混合仿真難以準(zhǔn)確模擬故障擾動(dòng)后續(xù)系統(tǒng)的暫態(tài)行為和暫態(tài)特性。交互誤差在這種情況下非常突出。故障過后系統(tǒng)恢復(fù)階段的暫態(tài)過程模擬，接口量有較明顯的波動(dòng)，交互誤差的存在影響了仿真對象兩側(cè)系統(tǒng)正確的物理交互過程，且在每個(gè)交互步長交互誤差累積下，閉環(huán)混合仿真歪曲了兩側(cè)系統(tǒng)的暫態(tài)特性，特別是故障過后短時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)尚未恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，接口量波動(dòng)頻率、幅度均較大，交互誤差比較突出。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種交直流電力系統(tǒng)的混合實(shí)時(shí)仿真方法，基于預(yù)估校正機(jī)制的并行混合實(shí)時(shí)仿真進(jìn)行交互計(jì)算，有效減少混合仿真模擬交直流電力系統(tǒng)暫態(tài)過程的誤差，確保混合實(shí)時(shí)仿真對交直流電力系統(tǒng)模擬的準(zhǔn)確性。

本發(fā)明提出的交直流電力系統(tǒng)的混合實(shí)時(shí)仿真方法，包括以下步驟：

(1)將交直流電力系統(tǒng)分成電磁暫態(tài)側(cè)和機(jī)電暫態(tài)側(cè)，建立電磁暫態(tài)側(cè)直流系統(tǒng)大擾動(dòng)時(shí)交直流電力系統(tǒng)分網(wǎng)接口處電壓輸入與功率輸出之間的響應(yīng)模型如下：