[發明專利]一種基于隱式數值積分的電力系統暫態穩定仿真方法

有效

• 申請號: 201210017593.3
• 申請日: 2012-01-19
• 公開（公告）號: CN102609575A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 王建全;李夢驕;趙志奇
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;H02J3/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于電力系統自動化專業領域，涉及到了一種用于計算電力系統暫態穩定的數值積分方法。

背景技術

電力系統暫態穩定分析是電力系統分析計算中最核心、最基礎的內容之一。由于現代電力系統的規模不斷擴大，在線動態安全分析，安全穩定緊急控制、預防控制，智能調度等控制技術已逐步在電力系統中推廣使用。實現這些先進技術的前提條件是能夠對大規模電力系統進行快速準確可靠的暫態穩定仿真計算。

用于電力系統暫態穩定計算的分析方法主要有數值積分法，直接求解法，以及將數值積分和直接求解法相結合的混合分析方法。其中，數值積分法是電力系統暫態穩定計算方法中最準確、最可靠的方法。數值積分法最大的缺點是計算量大，盡管計算機計算速度已經有了飛速提高，但對于大規模電力系統，計算的速度難以滿足在線動態安全分析、預防控制、緊急控制的要求。

電力系統的暫態過程可用如下形式的微分-代數方程組描述

?????????????????????????（1）???????????????

??????????????????????????（2）?

式中，表示微分方程組中描述系統動態特性的狀態變量；表示代數方程組中系統的運行變量。通常向量包含發電機功角和轉速等描述系統中各動態環節的狀態變量，而向量通常包含與網絡相關的運行變量，如節點電壓的幅值和相位等。

用數值積分法求解電力系統暫態過程的一般流程如圖1所示。其核心步驟是框⑧所示的在每一積分步根據、求解（1），（2）式所表示的微分-代數方程組，得到和。目前，在電力系統數值仿真領域求解（1）式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-庫塔法等。隱式梯形積分數值穩定性好，但需要進行多次迭代求解，計算量大，目前電力系統商業計算程序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，但數值穩定性較差。另外，顯式積分算法要根據算法的截斷誤差，通過選擇合理的積分步長，來保證算法的數值穩定性，如在電力系統中廣泛應用的PSS/E程序采用的就是改進歐拉法。

為了同時保證算法的仿真精度和穩定性，計算時所取積分步長要與算法的截斷誤差成反比，即要使數值積分算法的截斷誤差越小，在同樣精度要求下，積分步長可以取大一些，反之積分步長要取小一些。通常每一個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，每一個積分步只需計算一次微分代數方程組；改進歐拉法的局部截斷誤差為，每一個積分步需計算兩次微分代數方程組；四階顯式龍格－庫塔法的局部截斷誤差為，每一個積分步需計算四次微分代數方程組。而隱式梯形積分法的局部截斷誤差為，則需經過多次迭代求解微分-代數方程，才能得到滿足精度要求的解。以此看來，若能在提高算法截斷誤差的同時，不增加算法的計算量，則能減少整個暫態仿真的計算量，加快計算速度。?

目前，電力系統暫態穩定數值積分方法中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-庫塔法以及其他方法，并沒有根據描述電力系統暫態過程的微分方程的特點對算法進行改進。

發明內容

本發明的目的是為了解決電力系統暫態穩定仿真方法中，現有的數值積分方法計算量大，計算速度不能滿足電力系統在線計算要求的這個問題，提出了一種基于隱式數值積分的暫態穩定數值仿真方法。

本發明目的是通過以下技術方案實現的：一種基于隱式數值積分的電力系統暫態穩定仿真方法，包括以下步驟：

步驟1：輸入系統的原始參數和信息，進行潮流計算得到穩態工況下的運行變量值，包括發電機節點的電壓，注入網絡的電流及發電機電磁功率；

步驟2：計算狀態變量功角的初值、角頻率的初值、發電機的暫態和次暫態電勢、勵磁及調速系統各動態環節狀態變量組成的狀態向量子向量的初值；

步驟3：形成描述系統暫態過程的微分方程和網絡代數方程,并且進行網絡代數方程因子表分解；

步驟4：置暫態穩定計算初值時刻，確定暫態穩定計算采用的積分步長，進行暫態穩定仿真計算；

步驟5：判斷是否有故障或操作發生。若無，則轉向步驟8；若有則執行步驟6；

步驟6：依據故障或操作情況，修改網絡代數方程的因子表；

步驟7：求解網絡代數方程，得到時刻的運行變量；

步驟8：計算時刻的系統的狀態變量，運行變量，本步驟具體過程如下：?