[發(fā)明專利]一種用于電力系統(tǒng)實(shí)時仿真的間隔單元模型等效方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201910055552.5
• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN109829216A
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張炳達(dá);張杰
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 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: 劉子文

本發(fā)明公開一種用于電力系統(tǒng)實(shí)時仿真的間隔單元模型等效方法。此間隔單元模型等效方法對電力系統(tǒng)中常見的間隔單元進(jìn)行內(nèi)部等效，將除電流互感器和接地電阻以外的元件等效為二值電導(dǎo)；采用星角變換對間隔單元的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)消去，減小了網(wǎng)絡(luò)方程的維數(shù)；并利用多值系數(shù)預(yù)存技術(shù)，給出了間隔單元的多值等效導(dǎo)納尋址方法、多值電壓系數(shù)尋址方法及尋址電路復(fù)用方法。本發(fā)明設(shè)計(jì)的方法減小了網(wǎng)絡(luò)方程求解所需的時間，加快了仿真速度，有效增加了電力系統(tǒng)實(shí)時仿真規(guī)模。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力自動化技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電力系統(tǒng)實(shí)時仿真的間隔單元模型等效方法。

背景技術(shù)

電力系統(tǒng)仿真分析是電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和調(diào)度運(yùn)行的基礎(chǔ)，其中實(shí)時仿真可對二次設(shè)備進(jìn)行硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)和對電力系統(tǒng)工作人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)。

狀態(tài)變量法與節(jié)點(diǎn)電壓法是兩種經(jīng)典的仿真求解方法。狀態(tài)變量法通過預(yù)測校正法對各微分方程隱式地求解，在算法的選擇上具有較大靈活性，并且對非線性元件的求解準(zhǔn)確性較高，但計(jì)算效率較低并且不能靈活切換仿真步長。而節(jié)點(diǎn)電壓法根據(jù)電力系統(tǒng)中基本元件的電壓電流關(guān)系采用數(shù)值積分法將微分方程等值為對應(yīng)的伴隨電路模型，并通過節(jié)點(diǎn)電壓法對線性電路求解，最后得到各節(jié)點(diǎn)的瞬時電壓值。其特點(diǎn)是，仿真效率高且準(zhǔn)確性高，同時可以保證良好的數(shù)值穩(wěn)定性，已經(jīng)成為電力系統(tǒng)實(shí)時仿真的主流算法。

但現(xiàn)有的用于電力系統(tǒng)實(shí)時仿真的節(jié)點(diǎn)電壓法存在一大缺陷：電力系統(tǒng)中存在大量由斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器組成的間隔單元。間隔單元的存在會大大增加網(wǎng)絡(luò)方程的維數(shù)，從而增加求解的計(jì)算量，增大了仿真時間，不利于實(shí)現(xiàn)實(shí)時仿真。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種設(shè)計(jì)合理、能有效減少網(wǎng)絡(luò)方程求解計(jì)算量，從而提高電力系統(tǒng)實(shí)時仿真效率的間隔單元模型等效方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種用于電力系統(tǒng)實(shí)時仿真的間隔單元模型等效方法，包括以下步驟：

(1)對間隔單元模型進(jìn)行內(nèi)部等效；將除電流互感器和接地電阻以外的電導(dǎo)用二值電導(dǎo)模型描述，以內(nèi)部節(jié)點(diǎn)為中心節(jié)點(diǎn)做星角變換，將等效模型的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)消去，從而將間隔單元模型等效為只有邊界節(jié)點(diǎn)的純電阻網(wǎng)絡(luò)；

(2)通過YU＝I的外特性方程描述間隔單元內(nèi)部等效后的仿真模型，其中Y為間隔單元的等效節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，U為節(jié)點(diǎn)電壓向量，I為節(jié)點(diǎn)注入電流向量，Y中的各等效導(dǎo)納用多值系數(shù)預(yù)存法處理，其中，所述多值系數(shù)預(yù)存法是將節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣各系數(shù)的所有可能取值提前預(yù)存，在仿真過程中不經(jīng)過運(yùn)算組件，而是通過尋址電路直接得到各系數(shù)的取值的方法；尋址電路通過統(tǒng)計(jì)間隔單元等效模型內(nèi)部各電導(dǎo)的導(dǎo)通狀態(tài)得到多值系數(shù)的實(shí)際取值；

(3)由疊加定理與齊次定理可知，間隔單元內(nèi)部節(jié)點(diǎn)電壓等于各邊界節(jié)點(diǎn)電壓與對應(yīng)電壓系數(shù)的乘積之和，同樣采用多值系數(shù)預(yù)存法處理電壓系數(shù)；

(4)針對間隔單元的等效節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣和電壓系數(shù)對應(yīng)的多值系數(shù)配置相應(yīng)的尋址電路；間隔單元的各相子網(wǎng)絡(luò)的等值電路在拓?fù)渖暇哂袑ΨQ性，相同的尋址電路可在不同多值系數(shù)尋址時使用；

(5)將間隔單元的等效節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣和電壓系數(shù)對應(yīng)的多值系數(shù)預(yù)存在存儲單元中，在實(shí)時仿真過程中運(yùn)算組件可直接通過尋址電路得到各系數(shù)取值。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來的有益效果是：

1、利用星角變換消去間隔單元內(nèi)部節(jié)點(diǎn)，對間隔單元進(jìn)行內(nèi)部等效后只剩邊界節(jié)點(diǎn)，降低了網(wǎng)絡(luò)方程的維數(shù)，減少了求解網(wǎng)絡(luò)方程時的串行度。

2、將等效后的間隔單元外特性用節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣和電壓系數(shù)描述，利用多值系數(shù)預(yù)存技術(shù)處理節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣和電壓系數(shù)，減輕了運(yùn)算組件壓力。

3、針對不同的間隔單元，利用其對稱性對尋址電路進(jìn)行復(fù)用，提高了硬件資源的利用率。