[發明專利]基于自動微分技術的分布式發電系統暫態仿真方法

有效

• 申請號: 201010264324.8
• 申請日: 2010-08-27
• 公開（公告）號: CN101937481A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發明（設計）人: 王成山;高菲;李鵬;黃碧斌;丁承第;于浩
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

技術領域

本發明涉及一種用于電力系統中的分布式發電系統建模和仿真的方法。特別是涉及一種基于自動微分技術的分布式發電系統暫態仿真方法。

背景技術

在分布式發電系統仿真軟件的開發過程中，需要面對的一個重要問題就是分布式電源控制系統的模型描述問題，或者說是控制系統模型在仿真算法中的實現問題。分布式電源具有種類多、控制策略多樣的特點，將每一種分布式電源及其控制系統按照一個確定的模型整體加以描述并內置于仿真算法中，這樣做的優點是使仿真的效率會有所提高，但缺點是面對新的分布式電源或新的控制系統，不得不重新編程對模型加以實現，既然分布式電源及其控制策略種類很多，且處于不斷發展變化中，這種內置模型的做法是不現實的。另一種模型處理方式就是采用用戶自定義模型，按照分布式電源及其控制系統的構成元件，在用戶輸入元件參數的過程中，由程序自動搭建相關模型。這種方法的優點是程序具有通用性，增加新的控制系統不需要對仿真程序進行任何修改，而只需要輸入參數的變化。但這種方法也有不足之處，分布式電源整個控制系統含有大量基本環節，以這些基本環節為單元進行仿真計算時，對應的雅可比矩陣維數相應較高，且程序中的建模過程比較復雜，會降低程序的仿真效率。

為了有效解決分布式發電系統軟件開發過程中面對的上述問題，可在仿真軟件核心算法與用戶之間構建一個靈活、方便的用戶自定義模型接口，通過用戶自定義模型的組合建模方法對分布式電源控制系統進行建模。用戶自定義模型組合建模方法的目的是將內置模型法和基于基本元件的用戶自定義方法適當加以折中，既方便用戶的輸入，又可有效保證仿真算法的效率；既簡化了仿真工作的建模過程，降低了雅可比矩陣的維數，同時具有較高的靈活性。在分布式發電系統仿真軟件中，用戶自定義模型組合建模模塊是軟件核心仿真算法與用戶自定義模型參數輸入之間的接口模塊。針對新的分布式電源控制系統，用戶同樣只需要輸入基本構成元件的拓撲及參數，用戶自定義模型組合建模模塊將會對用戶輸入的基本元件進行適當組合，形成若干函數后提供給仿真核心程序。組合建模模塊的輸入是構成控制系統的基本元件參數及拓撲連接關系，而輸出則是在各仿真時步下的組合函數值及相關的導數，這些導數將直接被填充到相關的雅可比矩陣中。

由用戶自定義模型接口形成基本元件的組合函數值并不復雜，但自動形成相關的微分項，可以選擇不同的方法。常見方法包括手動編程、符號微分和數值差分等。使用手動編程計算導數的解析表達式時，計算過程較為復雜，且有時無法得到某些微分項的解析表達式；符號微分適合小規模問題的計算求解，同時難以計算函數的高階導數，不利于程序的擴展；數值差分方法的實現比較方便，再加上改進的稀疏差分法求解速度相對較快，從而成為應用最為廣泛的方法之一，但是數值差分方法的缺點在于存在截斷誤差和舍入誤差，同時確定恰當的差分區間也很困難。

自動微分技術是一種精確微分算法，與其他微分方法(如：數值差分、符號微分)相比，對CPU時間和內存的占用較少，并能得到相當于計算機精度的導數信息，且應用靈活、開發代價小。目前自動微分技術已在電力系統潮流計算和靈敏度分析等領域獲得應用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，針對分布式電源控制系統種類多樣，采用基于控制系統基本元件的用戶自定義模型影響仿真效率的問題，提供一種能夠將自動微分技術與該建模方法相結合，利用自動微分技術可準確、高效地求取對應組合函數值及導數信息的特點，有效提高仿真程序的計算效率，同時保持仿真程序代碼的可維護性和可擴展性的基于自動微分技術的分布式發電系統暫態仿真方法。

本發明所采用的技術方案是：一種基于自動微分技術的分布式發電系統暫態仿真方法，包括如下步驟：

第一步：讀取分布式電源的基本信息，包括有電源類型和名稱；拓撲連接關系，包括有分布式電源元件的輸入和輸出編號；數學模型表達式及相關參數；聲明對應的組合函數；

第二步：聲明獨立變量，為自動微分分配內存，仿真時間置零：t＝0；

第三步：仿真時間向前推進一個仿真步長：t＝t+ΔT；

第四步：使用自動微分計算對應組合函數的導數信息及函數值；

第五步：聯立整個系統方程形成牛頓法迭代格式F(x^(k))+J^(k)Δx^(k)＝0，以自動微分計算得到的結果更新迭代求解時的雅可比矩陣及函數值列向量相應位置元素；

第六步：求解線性方程組Ax＝b，得到第k步的變量增量列向量Δx^(k)；