[發(fā)明專利]面向大規(guī)模交流電網(wǎng)基于時頻坐標變換的全電磁暫態(tài)仿真方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910097739.1
• 申請日: 2019-01-31
• 公開（公告）號: CN109815607B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發(fā)明（設計）人: 舒德兀;汪可友;胡經(jīng)緯;嚴正;李國杰
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

1.一種面向大規(guī)模交流系統(tǒng)的全電磁暫態(tài)仿真方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

1)根據(jù)待仿真大規(guī)模交流系統(tǒng)，對每個元件建立對應時頻坐標變換法的模型：

1-1)時頻坐標變換法如下：

在交流系統(tǒng)中，變量的頻帶為以基波頻率ω_s為中心的一個窄波帶，每個變量均表示成時頻坐標變換法的形式如下：

其中，為x(t)的復數(shù)包絡；x_R(t)和x_I(t)分別對應的實部和虛部；

假定某個元件對應的動態(tài)方程為：

相應地，該方程基于變換T(t)轉化為時頻坐標變換對應的形式如下：

采用隱式梯形積分法，式(3)離散差分化為：

其中,分別為對應時頻坐標變換形式下的狀態(tài)變量和微分項；Δt為對應仿真步長；

根據(jù)下式以及旋轉坐標變換Q(t)，

式(5)中的變量轉換為其對應的時域形式：

將式(8)中變量的實部和虛部分開，得：

其中，x_R(t)和x_I(t)分別對應的實部和虛部；

1-2)根據(jù)待仿真大規(guī)模交流系統(tǒng)，建立典型元件的時頻坐標變換模型：

1-2-1)建立發(fā)電機對應的時頻坐標變換模型：

同步發(fā)電機在dq0軸下的動態(tài)方程對應如下：

其中，和對應定子電壓、電流和磁鏈；v_r,i_r,和λ_r對應轉子電壓、電流和磁鏈；R_s和R_r對應定子和轉子的電阻矩陣；L_ss,L_sr,L_rs,和L_rr對應電感矩陣L的四個元素；

將時域形式下的發(fā)電機方程轉換為時頻坐標變換形式對應的動態(tài)方程，如下：

該方程進一步離散差分化，得：

其中，0α1,α'＝(1+α)/Δt；

將時頻坐標變換相量轉換為時域形式，得：

進一步，將式(14)-(15)轉換為戴維南等值電路，如下：

其中，R_ss,R_sr,R_rs,R_rr對應戴維南電阻矩陣的四個元素；和e_r(t-Δt)對應定子側和轉子側的戴維南等值電壓；

針對全網(wǎng)暫態(tài)仿真，需要得到同步發(fā)電機定子側的戴維南等值電路如下：

其中，

之后，定子側的戴維南等值電路會通過PARK反變換到ABC坐標系下，進行全網(wǎng)求解，分別得到同步發(fā)電機定子側和轉子側狀態(tài)變量的值；

1-2-2)建立變壓器對應的時頻坐標變換模型：

n繞組變壓器的時頻坐標變換模型如下：

其中，R和L為n×n矩陣；分別對應n×1維繞組的電壓和電流向量；經(jīng)過離散差分化，式(19)轉換為：

其中，分別為的實部和虛部；分別為的實部和虛部；表示Kronecker積；

將式(20)的時頻坐標變換相量轉換為時域形式，得：

將式(21)轉換為對應的Norton等值電路，如下：

其中，

非線性飽和電流通過飽和曲線計算對應的補償電流得到：

其中，對應不考慮非線性飽和電流得到的節(jié)點電壓的實部和虛部；對應最終的節(jié)點電壓的實部和虛部；對應非線性飽和補償電流；

1-2-3)建立指數(shù)型負荷對應的時頻坐標變換模型：

指數(shù)型負荷的功率輸出與節(jié)點電壓的幅值大小有關，其對應的函數(shù)關系如下：

其中，P₀,Q₀和V₀分別對應穩(wěn)態(tài)下的有功功率、無功功率和節(jié)點電壓，當指數(shù)np和nq等于0,1,2時，分別對應定功率負荷、定電流負荷和定阻抗負荷；

在每一次時步迭代的過程中，指數(shù)型負荷用時變的RL阻抗網(wǎng)絡來表征，具有包括時變電阻R_l(t)和時變電感L_l(t)：

其中，節(jié)點電壓幅值||V(t-Δt)||的計算公式如下：

其中，V^R(t-Δt)和V^I(t-Δt)對應V(t-Δt)的實部和虛部；

其中，時變電感的計算模型對應的Norton等值電路，對應的導納和等值電流參數(shù)如下：

其中，v_l(t-Δt)和i_l(t-Δt)分別對應電感電壓和電流；

2)分別建立各個元件的Norton等值電路，根據(jù)網(wǎng)絡拓撲約束，建立其對應的節(jié)點電壓方程，對應如下：

[G_s]v(t)＝i_s(t)+J_s(t-Δt) (29)

其中，G_s為系統(tǒng)對應的導納矩陣；i_s(t)為整個系統(tǒng)對應的電流注入；J_s(t-Δt)為整個系統(tǒng)對應的等值電流；

3)求解每個時步下的節(jié)點電壓方程，即得到仿真結果。