[發明專利]一種基于大步長的電力系統暫態仿真方法及系統

有效

• 申請號: 202211580935.2
• 申請日: 2022-12-09
• 公開（公告）號: CN116244894B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發明（設計）人: 李常剛;杭赟;劉玉田;閆炯程;葉華
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/10;G06F17/13;G06F113/04
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 董雪

本公開屬于電力系統技術領域，具體涉及一種基于大步長的電力系統暫態仿真方法及系統，包括：獲取電力系統模塊的時間常數和預設仿真步長；判斷所獲取的時間常數與預設仿真步長之間的大小關系，確定電力系統模塊的實際仿真步長；根據所述時間常數、所述預設仿真步長和所述實際仿真步長，完成電力系統的暫態仿真；其中，所述電力系統的暫態仿真包括自適應積分步長優化方法和近似處理法。

技術領域

本公開屬于電力系統技術領域，具體涉及一種基于大步長的電力系統暫態仿真方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

隨著電力系統規模的增大和結構的變化，電力系統的運行特性愈加復雜，發生的事故越來越難以用傳統的分析方法預測，導致電力系統仿真技術也在不斷變化，不同的仿真技術的特征和側重有所不同。

電力系統是一個復雜的大規模非線性多時間尺度系統，含有大量不同時間常數的變量，有些變量具有快變特征，有些變量則具有慢變特征的特點；尤其是針對時間常數小、動態過程快的高比例電力電子設備，僅采用大步長仿真實現準確清晰的模擬快速動態過程，并獲得以頻率等慢動態為主導過程的仿真方法具有重要意義。

電力系統暫態仿真的數學模型是一組非線性的剛性微分代數方程(differentialalgebraic?equation,DAE)，數值積分算法是求解非線性剛性DAE方程時域計算的核心，也是為構造高效求解算法的基礎。因此，微分方程的求解方法至關重要，研究電力系統暫態仿真中的數值積分方法具有重要意義。

目前應用于求解微分方程的數值積分計算方法主要分為兩類，一類是經典計算方法，比如最常見的四階龍格庫塔法、歐拉法及其變形、梯形法及其變形、線性多步法等方法，已在我國電力系統仿真領域取得了廣泛的應用。還有一類新型積分算法，在經典積分算法的基礎上進行了改進或與其他計算方法結合，提出了一些新的思路，比如精細積分法、矩陣指數法、配點法等。

其中，梯形積分方法由于具有二階精度和對稱A穩定性(symmetrical?Astability)，系統中原有的不穩定模式都能被表現出來，因而不存在超穩定性問題，計算效率高，求解網絡方程時浮點數運算量與后退歐拉法相當，對剛性系統具有很強的適應性，非常適合于電力系統的暫態仿真，在實際仿真程序中應用廣泛。中國電科院開發的PSD和PSASP采用了固定步長的梯形積分方法，常用仿真步長為0.01s，計算結果穩定可靠。

近年來，針對電力系統大規模多時間尺度的特點，還出現了精細積分方法、多步Taylor級數展開法、多速率法等數值積分方法，可以有效提高電力系統暫態仿真效率。精細積分方法進行數值仿真允許采用較大步長，具有計算速度快、仿真精度高等優點；根據積分時刻和狀態變量種類展開不同階數的多步Taylor級數展開法，可以有效提高電力系統暫態仿真效率；多速率法是根據局部截斷誤差或系統的物理特性對系統進行拓撲分割，并對分割后的變量采用不同的方法進行仿真分析，進而提高仿真效率。

發明人發現，現有的大規模電力系統大步長暫態仿真中至少存在以下不足：

(1)對于多速率仿真方法，前提是仿真前必須根據局部截斷誤差或系統的物理特性對所有變量進行合適的分組。但在快變分量和慢變分量的劃分準則、全局步長和局部步長的選取、誤差范圍的選取等方面尚未形成標準，這對于電力系統的暫態仿真計算帶來了困難。

(2)當電力系統仿真過程中的某些參數或結構改變時，現有的數值積分方法對仿真步長的容忍度較小，可能出現數值不穩定、甚至在大步長下無法收斂等問題；因此，在實際電力系統仿真中，難以滿足用戶僅采用大步長仿真獲得以慢變量為主導過程的需求。

(3)在實際電力系統仿真中，在故障發生和施加控制時，快速動態過程必須進行小步長仿真，若采用定步長仿真會導致整體的仿真步長被限制為非常小，非常費時。

發明內容