[發(fā)明專利]基于支路指數(shù)積分形式的電磁暫態(tài)仿真方法及系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111709209A
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姚蜀軍;宋文達;屈秋夢;姚逸凡;汪燕
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學
• 主分類號: G06F30/367
• 分類號: G06F30/367
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 崔玥

本發(fā)明涉及一種基于支路指數(shù)積分形式的電磁暫態(tài)仿真方法及系統(tǒng)，包括：采用節(jié)點分析法，將電力系統(tǒng)劃分為組合元件集合和第一獨立元件集合；將組合元件集合中的RL并聯(lián)和RC串聯(lián)分解，得第二獨立元件集合；根據(jù)獨立元件構(gòu)建虛RL串聯(lián)集合和虛RC并聯(lián)集合；采用指數(shù)積分法對RL串聯(lián)和RC并聯(lián)進行差分化，確定RL串聯(lián)差分方程、RC并聯(lián)差分方程、虛RL串聯(lián)差分方程和虛RC并聯(lián)差分方程；根據(jù)虛差分方程確定RL并聯(lián)差分方程、RC串聯(lián)差分方程、電感差分方程和電容差分方程；根據(jù)上述差分方程對電力系統(tǒng)進行電磁暫態(tài)的仿真。通過本發(fā)明的上述方法和系統(tǒng)以解決現(xiàn)有技術(shù)中仿真求解難度大，不能有效抑制數(shù)值振蕩的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電磁暫態(tài)仿真技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于支路指數(shù)積分形式的電磁暫態(tài)仿真方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著高壓直流輸電(High voltage direct current，HVDC)、柔性交流輸電系統(tǒng)(FlexibleAlternative Current Transmission Systems，F(xiàn)ACTS)以及規(guī)模化新能源的發(fā)展，大量電力電子裝置接入電網(wǎng)，使如今的電力系統(tǒng)呈現(xiàn)出電力電子化趨勢。電力電子裝置具有動作頻率高、暫態(tài)過程快的特點，這對于電磁暫態(tài)仿真提出了新的挑戰(zhàn)。

數(shù)值積分算法的選取與設(shè)計影響電磁暫態(tài)仿真的性能，能否提升仿真精度和能否抑制數(shù)值振蕩是衡量數(shù)值積分算法性能的重要因素。

傳統(tǒng)電磁暫態(tài)數(shù)值積分方法大多基于時域逼近法，即在每一個積分步長內(nèi)用多項式對被積函數(shù)進行逼近，從而用多邊形面積來近似代替積分的曲邊面積。基于時域逼近法的數(shù)值積分算法具體情況如下：(1)歐拉法采用矩形面積來近似代替積分的曲邊面積，僅具有一階精度。其中，后退歐拉法可以有效抑制數(shù)值振蕩。梯形法廣泛用于以電磁暫態(tài)仿真(Electromagnetic Transient Program，EMTP)為代表的傳統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真程序中，具有二階精度和A-穩(wěn)定性，但該算法在網(wǎng)絡(luò)拓撲變化時存在數(shù)值振蕩問題。(2)臨界阻尼法，在開關(guān)動作后，將隱式梯形法切換成兩步步長后退歐拉法來抑制非原型數(shù)值振蕩，但是一方面后退歐拉法精度較低，另一方面對所有元件均需設(shè)計算法切換功能，編程復雜。(3)變參數(shù)有理分式擬合法，在每一個積分步長內(nèi)采用三階有理分式進行逼近，得到具有四階精度的積分算法。一方面，該算法使用的三階多項式在計算中較為復雜；另一方面，其精度和穩(wěn)定性對于多項式中的可變參數(shù)取值非常敏感。(4)基于狀態(tài)分析的指數(shù)矩陣積分法，在狀態(tài)分析法框架下，對需要仿真的系統(tǒng)建立狀態(tài)方程，然后對狀態(tài)方程按指數(shù)矩陣進行求解，其計算難點在于，a)對大系統(tǒng)列寫狀態(tài)方程需要找出獨立狀態(tài)變量，系統(tǒng)越大，列寫狀態(tài)方程越困難；b)對狀態(tài)方程進行求解首先需要求出統(tǒng)的狀態(tài)矩陣的特征值和特征向量陣(模矩陣)和計算對角陣，若系統(tǒng)的狀態(tài)矩陣(A陣)的規(guī)模較大，或是并不稀疏，或是網(wǎng)絡(luò)中的開關(guān)狀態(tài)經(jīng)常變化，使得狀態(tài)矩陣隨之變化，這些原因都造成求狀態(tài)矩陣的對角陣的困難，從而求解困難。(5)根匹配法即從對連續(xù)系統(tǒng)的離散化角度出發(fā)，可以直接構(gòu)造和連續(xù)系統(tǒng)相似的離散系統(tǒng)從而實現(xiàn)對連續(xù)系統(tǒng)的仿真。但該方法一方面不能適用于獨立電感和電容，另一方面沒有深入討論抑制數(shù)值振蕩的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于支路指數(shù)積分形式的電磁暫態(tài)仿真方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中仿真求解難度大，不能有效抑制數(shù)值振蕩的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種基于支路指數(shù)積分形式的電磁暫態(tài)仿真方法，包括：

采用節(jié)點分析法，將電力系統(tǒng)劃分為組合元件集合和第一獨立元件集合；所述組合元件集合包括RL串聯(lián)、RL并聯(lián)、RC串聯(lián)和RC并聯(lián)；所述第一獨立元件集合包括電感、電容和電阻；

將所述組合元件集合中的RL并聯(lián)和RC串聯(lián)進行分解，得到第二獨立元件集合；所述第二獨立元件集合中包括將所述RL并聯(lián)分解后的電阻和電感以及將所述RC串聯(lián)分解后的電阻和電容；