[發明專利]一種基于直算法的電磁機電暫態仿真方法

有效

• 申請號: 201811285344.6
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109063408B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 鄧宏偉;鄧朝尹
• 申請（專利權）人: 鄧宏偉
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 成都頂峰專利事務所(普通合伙) 51224
• 代理人: 李想

本發明公開了一種基于直算法的電磁機電暫態仿真算法，屬于電力系統仿真技術領域，在電力系統網絡中包括發電機模型、線路模型、負載模型和變壓器模型，分別計算發電機模型、線路模型、負載模型和變壓器模型的電磁暫態矩陣，其包括以下步驟：(1)根據不同的模型分別求解對應的電磁暫態方程式；(2)將步驟(1)中的電磁暫態方程式整理成差分方程式；(3)對差分方程式進行整理并變形得到電磁暫態矩陣；并將電磁暫態矩陣代入基于直算法的電力系統機電暫態仿真方法中，以進行電磁暫態效應的仿真，以達到能夠實現電磁、機電暫態于一體的仿真計算。

技術領域

本發明屬于電力系統仿真技術領域，具體而言，涉及一種基于直算法的電磁機電暫態仿真方法。

背景技術

電力系統中機電暫態過程和電磁暫態過程是兩個用不同數學模型表征、具有不同時間常數的物理過程。在傳統的電力系統分析工具中，通常對這兩個過程分別進行數字仿真。相對于機電暫態仿真，電磁暫態下電力設備數學模型更復雜，所關注的動態時間常數更小，大大增加了仿真的計算量和計算時間，實現一定規模系統的實時數字仿真要困難得多。

電磁暫態過程數字仿真是用數值計算方法對電力系統中從數微秒至數秒之間的電磁暫態過程進行仿真模擬。電磁暫態過程仿真必須考慮輸電線路分布參數特性和參數的頻率特性、發電機的電磁和機電暫態過程以及一系列元件(避雷器、變壓器、電抗器等)的非線性特性。因此，電磁暫態仿真的數學模型必須建立這些元件和系統的代數或微分、偏微分方程。一般采用的數值積分方法為隱式積分法。

由于電磁暫態仿真不僅要求對電力系統的動態元件采用詳細的非線性模型，還要計及網絡的暫態過程，也需采用微分方程描述，使得電磁暫態仿真程序的仿真規模受到了限制。一般進行電磁暫態仿真時，都要對電力系統進行等值化簡。

機電暫態過程的仿真，主要研究電力系統受到大擾動后的暫態穩定和受到小擾動后的靜態穩定性能。其中暫態穩定分析是研究電力系統受到諸如短路故障，切除線路、發電機、負荷，發電機失去勵磁或者沖擊性負荷等大擾動作用下，電力系統的動態行為和保持同步穩定運行的能力。

電力系統機電暫態仿真的算法是聯立求解電力系統微分方程組和代數方程組，以獲得物理量的時域解。微分方程組的求解方法主要有隱式梯形積分法、改進尤拉法、龍格-庫塔法等，其中隱式梯形積分法由于數值穩定性好而得到越來越多的應用。代數方程組的求解方法主要采用適用于求解非線性代數方程組的牛頓法。按照微分方程和代數方程的求解順序可分為交替解法和聯立解法。

在專利號為ZL201410142938.7，發明名稱為：一字鏈及支鏈式的三相對稱多電源非環網電力系統直算法中提供了一種運算結果精確、運算速度快的三相對稱多電源非環網潮流直算法；

在申請號為CN201610783305.3，發明名稱為：一種基于環網電力系統的直算方法，該專利主要解決了現有環網潮流算法應用的迭代法的計算結果誤差大、不收斂、運算速度慢等問題；

而在申請號為CN201810219284.1，發明名稱為：一種基于直算法的電力系統機電暫態仿真方法，其克服了傳統仿真法的缺陷，無迭代、計算速度快、精度高且誤差小，真實地反映了電網的變化特性，如各線路、負載和變壓器的阻抗隨著電網的頻率變化而變化，電網中各發電機的頻率也能按各自的規律動態地變化；

針對上述的現有技術中，雖然能夠在傳統的計算方法中基于直算法使計算結果更為精確，提升運算速度，但是，在上述三個專利文獻所記載的技術方案中，并不能夠直接實現電磁暫態的仿真計算。

發明內容

有鑒于此，為了解決現有技術存在的上述問題，本發明的目的在于提供一種基于直算法的電磁機電暫態仿真方法以達到能夠實現電磁暫態于一體的仿真計算。

本發明所采用的技術方案為：一種基于直算法的電磁機電暫態仿真方法，在電力系統仿真中包括發電機模型、線路模型、負載模型和變壓器模型，分別計算發電機模型、線路模型、負載模型和變壓器模型的電磁暫態矩陣，其包括以下步驟：