[發明專利]改進的電力系統網絡頻率等值方法

在審

• 申請號: 201710860284.5
• 申請日: 2017-09-21
• 公開（公告）號: CN107871033A
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 林昌年;李玉凱;林濟鏗;楊選懷;徐正清;王蘭香;韓佳兵;周浩涵
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;北京科東電力控制系統有限責任公司;南京南瑞集團公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06Q50/06
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司11429
• 代理人: 楊樂

技術領域

本發明涉及電力系統領域，尤其涉及一種改進的電力系統網絡頻率等值方法。

背景技術

隨著電力系統自動化水平的提高，及交直流混合輸電技術的大面積推廣，電力系統中各種電力電子設備越來越多，需要進行電力系統電磁暫態仿真分析及研究的場景及任務越來越多。電磁暫態程序需要計及網絡的快速動態響應，網絡方程采用微分方程來描述。考慮到內存容量和計算時間的限制，對較大型的電力系統網絡進行電磁暫態仿真幾乎不可能。所以在對實際電力系統進行全面的電磁暫態仿真分析前，需要對網絡進行等值化簡。

用于電磁暫態仿真的電力系統網絡等值研究因其作用明顯，使其成為一個備受關注的研究熱點。現有的電磁暫態等值方法大致可分為2類：

1)基于工頻的ward等值法。該方法利用戴維南等值定理并對外部系統進行等值。其優點是簡單方便，易于實現，在對精度要求不高的情況下可以實現對外部系統的等值；其不足在于只能在偽穩態情況下對外部系統進行等值，當系統中包括有比較多的諧波，及系統發生不對稱故障，使得諧波影響不可忽略時，其等值效果不理想，由于該方法只能反映工頻的電氣量，在選擇接口位置時，必須要求接口處的電壓、電流等要相對穩定，盡量包含較少的諧波分量，否則，系統仿真時易出現振蕩。因此，在某些情況下，尤其系統包括有比較多的電力電子元件時，不易選到合適的邊界點。

2)基于頻率的等值方法。這類方法是在一個寬頻段范圍內對外部系統進行等值，使得在選定的頻率范圍內，等值系統對研究系統的作用和影響近似或接近于外部系統對研究系統的作用和影響。文獻最早提出利用對外部系統阻抗函數的零極點匹配而求得相應外部系統的等值電路。文獻提出了利用混合矩陣并結合 QZ方法獲得外部系統阻抗函數精度更高的零極點,然后再通過零極點匹配以期獲得精度更高的等值電路；但是由于比例縮放環節的限制，這種方法只能在一個較小頻率范圍內具有較好的等值效果；當頻帶較寬時，等值效果仍不夠理想。文獻及文獻分別進而提出了采用基于阻抗(導納)傳遞函數式的ARMA(Autoregressive Moving Average)等值算法和VF(Vector Fitting)等值算法，使得等值網絡能夠在較寬頻段內對外部系統均具有較高的近似度。該類方法均需要對外部系統進行頻率采樣，并利用最小二乘法求解系數矩陣為稠密矩陣的超定線性方程組來獲得傳遞函數式的相應系數，計算量均較大；且所求得的極點可能出現不穩定極點，而為了提高極點的穩定性，兩種方法往往均還需采用其它使等值系統穩定的措施。

已有的各種等值方法普遍存在求解耗時、等值后網絡規模過大、等值網絡不穩定的缺陷，因此本發明提出了一種改進的電力系統網絡頻率等值方法。該方法通過結合高斯消去法與劃分網絡分步求解方法，可以快速求解網絡的完整等值傳遞函數。隨后在給定的容許誤差下對等值網絡進行降階簡化，使得等值網絡的網絡規模與計算精度得到有效可控的平衡，并且該方法求解過程保證了等值網絡的穩定性，本發明推進了頻率等值方法的實用化進程。

發明內容

針對目前各種等值方法普遍存在的求解耗時、等值后網絡規模過大、等值網絡不穩定的缺陷，本發明提出了一種改進的電力系統網絡頻率等值方法。該方法通過結合高斯消去法與劃分網絡分步求解方法，可以快速求解網絡的完整等值傳遞函數。隨后在給定的容許誤差下對等值網絡進行降階簡化，使得等值網絡的網絡規模與計算精度得到有效可控的平衡，并且該方法求解過程保證了等值網絡的穩定性，期望本發明在解決這些問題當中發揮重要作用。

為了實現上述目的，本發明提出如下技術方案：

一種改進的電力系統網絡頻率等值方法，其特征在于，

所述方法包括如下步驟：

1.等值網絡求解；

2.等值網絡降階簡化：在原頻率等值算法基礎上，利用并聯支路的阻抗大小判斷每條支路的取舍，完成頻率等值網絡的降階簡化；

步驟1包括如下步驟：

1.1等值網絡傳遞函數求解；

1.2等值網絡電路求解；

1.3劃分網絡分步求解。

進一步地，在步驟1.1中，等值網絡傳遞函數求解的具體過程如下：

將外部系統的節點分為邊界節點和其它節點，分別用下標B和E表示，設邊界節點的自導納矩陣與互導納矩陣在頻域上分別為Y_BB(s)、Y_BE(s)，其它節點的自導納矩陣與互導納矩陣在頻域上分別為Y_EB(s)、Y_EE(s)，則外部系統的節點電壓方程YU＝I_input轉化到頻域為：