[發(fā)明專利]面向狀態(tài)變量節(jié)點分析混合框架的電磁暫態(tài)仿真插值方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310374258.3
• 申請日: 2013-08-23
• 公開（公告）號: CN103455668A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設計）人: 洪潮;周保榮;姚文峰;王成山;李鵬;于浩;宋關羽
• 申請（專利權）人: 中國南方電網(wǎng)有限責任公司電網(wǎng)技術研究中心;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(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真的方法。特別是涉及一種面向狀態(tài)變量節(jié)點分析混合框架的電磁暫態(tài)仿真插值方法。

背景技術

電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真本質上可歸結為對動力學系統(tǒng)時域響應的求取，它包括系統(tǒng)本身的數(shù)學模型和與之相適應的數(shù)值算法，其基本仿真框架可分為兩類，即節(jié)點分析法（Nodal?Analysis）和狀態(tài)變量分析法（State-space?Analysis）。基于節(jié)點分析的電磁暫態(tài)仿真方法可概括為先采用某種數(shù)值積分方法（通常為梯形積分法）將系統(tǒng)中動態(tài)元件的特性方程差分化，得到等效計算電導與歷史項電流源并聯(lián)形式的諾頓等效電路，此時聯(lián)立整個電氣系統(tǒng)的元件特性方程形成節(jié)點電導矩陣，如式（1）所示，求解得到系統(tǒng)中各節(jié)點電壓的瞬時值。

Gu=i???（1）

式（1）所示的節(jié)點電導矩陣為線性方程組，可使用各種成熟的線性稀疏矩陣算法庫進行求解。節(jié)點分析法廣泛應用于EMTP、PSCAD/EMTDC等專業(yè)的電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真程序中，工程上也稱基于節(jié)點分析框架的電磁暫態(tài)仿真工具為EMTP類程序。節(jié)點分析法的主要優(yōu)勢體現(xiàn)在程序實現(xiàn)難度和仿真計算效率方面，但由于式（1）所示的節(jié)點方程本身已將數(shù)值積分方法與系統(tǒng)模型融為一體，導致EMTP類程序在求解算法選擇方面缺乏靈活性與開放性，同時式（1）亦不能給出系統(tǒng)本身的特征信息。

與節(jié)點分析法不同，狀態(tài)變量分析法屬于一般性建模方法（general?purpose?modeling），不僅適于電路與電力系統(tǒng)仿真，同樣也適于其它形式的動力學系統(tǒng)的建模與仿真。Matlab/SimPowerSystems軟件是狀態(tài)變量分析框架下暫態(tài)仿真程序的典型代表。應用狀態(tài)變量分析的基礎是形成式（2）所示標準形式的狀態(tài)輸出方程。上述標準形式的狀態(tài)方程可通過狀態(tài)空間自動建模方法ASMG（Automated?State?Model?Generation）得到，并使用各種顯式或隱式積分方法進行求解。

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與節(jié)點分析法相比，狀態(tài)方程在模型的計算求解方面具有高度的開放性和靈活性，同時能夠提供關于系統(tǒng)特征的豐富信息（如系統(tǒng)的特征值），進而能夠從全局角度了解系統(tǒng)的動態(tài)特性，為各種快速、準確、高效的仿真算法的開發(fā)與測試工作提供了便利條件。但其缺點同樣非常明顯，與節(jié)點法相比，狀態(tài)變量分析法的建模過程要復雜的多，同時在處理開關動作方面效率較低。因此，基于節(jié)點分析框架實現(xiàn)電磁暫態(tài)仿真程序成為當前的主流方法。然而，隨著近年來數(shù)學與系統(tǒng)科學研究的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了為數(shù)眾多的新方法、新工具值得為電力系統(tǒng)仿真研究所借鑒。狀態(tài)變量分析作為一種一般性建模方法，與其他領域研究成果的聯(lián)系更為緊密，在研究方法的銜接與共享方面具有節(jié)點法難以比擬的優(yōu)勢。因此，有研究學者在傳統(tǒng)節(jié)點法仿真框架的基礎上，進一步將線性非時變狀態(tài)方程的求解融入其中，提出了狀態(tài)變量節(jié)點分析混合仿真框架（Combined?State?Space?Nodal?Method），并實現(xiàn)了兩部分的聯(lián)立求解，從而在一定程度上解決了兩種仿真框架的兼容問題，擴展了傳統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真程序的建模、仿真與分析能力。

在狀態(tài)變量節(jié)點分析混合仿真框架中，節(jié)點方程與狀態(tài)方程的接口可以選擇聯(lián)系節(jié)點電壓和聯(lián)系節(jié)點注入電流，如圖1所示。其中，如圖2所示的電感電阻串聯(lián)電路，整理成狀態(tài)方程的形式時是以聯(lián)系節(jié)點電壓e為輸入量，聯(lián)系節(jié)點注入電流i為輸出量；而如圖3所示的電容電阻并聯(lián)電路，整理成狀態(tài)方程的形式時是以聯(lián)系節(jié)點注入電流i為輸入量，聯(lián)系節(jié)點電壓e為輸出量。考慮電力系統(tǒng)實際，本發(fā)明選取聯(lián)系節(jié)點電壓e為輸入量，聯(lián)系節(jié)點注入電流i為輸出量。