[發(fā)明專利]適于節(jié)點(diǎn)分析框架的微網(wǎng)暫態(tài)仿真并行計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110122828.0
• 申請(qǐng)日: 2011-05-12
• 公開（公告）號(hào): CN102346442B
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王成山;丁承第;李鵬;黃碧斌;高菲;于浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B17/02
• 分類號(hào): G05B17/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 杜文茹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)仿真。特別是涉及一種適用于基于節(jié)點(diǎn)分析框架的電磁暫態(tài)仿 真程序的適于節(jié)點(diǎn)分析框架的微網(wǎng)暫態(tài)仿真并行計(jì)算方法。

背景技術(shù)

近代以來，電能一直是能源利用的最有效方式之一。隨著人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)能源需求 的不斷增長(zhǎng)以及環(huán)境問題的日益突出，傳統(tǒng)地以化石燃料為主導(dǎo)的集中式發(fā)電方式受到挑戰(zhàn)， 各種以新能源利用為代表的分布式發(fā)電技術(shù)正受到越來越廣泛的重視和應(yīng)用。

分布式發(fā)電技術(shù)主要是指利用各種可用的分散存在的能源，包括可再生能源(太陽能、 生物質(zhì)能、小型風(fēng)能、小型水能、波浪能等)和本地可方便獲取的化石類燃料(主要是天然 氣)進(jìn)行發(fā)電供能的技術(shù)^{錯(cuò)誤！未找到引用源。}。相對(duì)于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，分布式發(fā)電技術(shù)具有使用經(jīng)濟(jì)、 靈活、環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)。分布式發(fā)電技術(shù)的多樣性增加了并網(wǎng)運(yùn)行的難度，同時(shí)大量分布式 電源的并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行與調(diào)度也提出了新的挑戰(zhàn)。

微網(wǎng)技術(shù)的提出旨在中低壓層面上實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電技術(shù)的靈活、高效應(yīng)用，解決數(shù)量龐 大、形式多樣的分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的主要問題。微網(wǎng)是指由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能 量轉(zhuǎn)換裝置、相關(guān)負(fù)荷和監(jiān)控、保護(hù)裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我 控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)，既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可以孤立運(yùn)行?，F(xiàn)有研究和 實(shí)踐表明，將分布式發(fā)電供能系統(tǒng)以微網(wǎng)的形式接入到大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行是發(fā)揮其效能的最有 效方式。隨著單位千瓦電能生產(chǎn)價(jià)格的不斷下降以及政策層面的有力支持，分布式發(fā)電微網(wǎng) 及相關(guān)系統(tǒng)集成技術(shù)正得到越來越廣泛的應(yīng)用。

與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比，分布式發(fā)電供能微網(wǎng)系統(tǒng)有其自身特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在：1)分布式 電源種類繁多且形式各異，即有靜止的直流型電源，也有旋轉(zhuǎn)的交流電機(jī)；2)大部分分布式 電源需通過電力電子變流器向電網(wǎng)或負(fù)荷供電；3)通常具有并網(wǎng)和獨(dú)立運(yùn)行等多種模式；4) 許多分布式電源的出力具有間歇性和隨機(jī)性，往往需要儲(chǔ)能設(shè)備、功率補(bǔ)償裝置以及其他種 類分布式電源的配合才能達(dá)到較好的動(dòng)、靜態(tài)性能；5)分布式發(fā)電系統(tǒng)控制復(fù)雜，包括分布 式電源及儲(chǔ)能元件自身的控制，電力電子變流器的控制以及網(wǎng)絡(luò)層面的電壓與頻率調(diào)節(jié)；6) 有的分布式電源在運(yùn)行時(shí)不僅要考慮系統(tǒng)中電負(fù)荷的需求，有時(shí)還要受冷、熱負(fù)荷的約束， 達(dá)到“以熱定電”或“以冷定電”的目的；7)中小容量的分布式電源大多接入中低壓配網(wǎng)， 此時(shí)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)與負(fù)荷的不對(duì)稱性大大增加，此外，用戶側(cè)的分布式電源可能會(huì)通過單相逆變 器并網(wǎng)，更加劇了系統(tǒng)的不對(duì)稱性。因此，系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)會(huì)隨著外部條件的變化、負(fù)荷需 求的增減、電源出力的調(diào)整、運(yùn)行方式的改變以及故障或擾動(dòng)的發(fā)生而不斷變化，其動(dòng)態(tài)過 程也將更為復(fù)雜，因此必須借助有效的暫態(tài)仿真工具以獲取分布式發(fā)電微網(wǎng)系統(tǒng)在各種復(fù)雜 運(yùn)行情況下的時(shí)域響應(yīng)特性。

分布式發(fā)電微網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)仿真?zhèn)戎赜诜植际桨l(fā)電微網(wǎng)系統(tǒng)中各種快速變化的暫態(tài)過程的 詳細(xì)仿真，同時(shí)兼具含分布式電源及(或)微網(wǎng)的大電網(wǎng)的仿真能力，特別強(qiáng)調(diào)仿真結(jié)果的 準(zhǔn)確性和完整性，可捕捉頻率范圍從幾百kHz到工頻之間系統(tǒng)中的電氣量和非電氣量的動(dòng)態(tài) 過程。從功能上看，分布式發(fā)電微網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)仿真主要用于分布式發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)的諧波分 析、電壓與頻率控制、能量?jī)?yōu)化與管理、控制算法分析與控制器設(shè)計(jì)，分布式發(fā)電系統(tǒng)暫態(tài) 時(shí)的短路電流計(jì)算、短期的負(fù)荷跟蹤特性、故障期間的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性、故障穿越特性、反孤 島保護(hù)方法、緊急控制、保護(hù)裝置整定以及實(shí)際物理系統(tǒng)的試驗(yàn)與驗(yàn)證等諸多方面。從仿真 方法上看，通過對(duì)元件的詳細(xì)建模以捕捉具有快動(dòng)態(tài)特性的暫態(tài)過程得到詳細(xì)、充分、完整 的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性屬于電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真的范疇。

電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真算法的基本框架可以分為基于節(jié)點(diǎn)分析法(Nodal?Analysis)以 及狀態(tài)變量分析(State?Space?Analysis)兩類。相對(duì)于狀態(tài)變量分析，節(jié)點(diǎn)分析法在算法 的實(shí)現(xiàn)難度、數(shù)值穩(wěn)定性、計(jì)算矩陣維數(shù)以及仿真計(jì)算速度方面具有較大優(yōu)勢(shì)，因此被許多 專業(yè)的電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真軟件所采用，如EMTP、PSCAD/EMTDC等，工程上也稱基于節(jié)點(diǎn) 分析框架的電磁暫態(tài)仿真工具為EMTP類程序。本發(fā)明同樣面向基于節(jié)點(diǎn)分析框架實(shí)現(xiàn)的分布 式發(fā)電供能微網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)仿真。