一种适于有源配电网随机动态仿真的显隐混合积分方法技术

技术编号:15650141 阅读:18 留言:0更新日期:2017-06-17 03:05
本发明专利技术的一种适于有源配电网随机动态仿真的显隐混合积分方法,属于有源配电网仿真领域。考虑了有源配电网运行过程中的随机特性及多时间尺度特征,该方法基于显隐式混合求解思想,采用显式积分算法对构成有源配电网随机动态模型的随机扰动项模型积分,采用隐式积分算法对构成有源配电网随机动态模型的确定性模型积分。该方法能够充分发挥显式积分算法及隐式积分算法的数值解算优势,并能适于系统在故障或操作条件下的随机动态仿真计算。与传统显式积分方法相比,在满足仿真所需数值精度的同时,提高了仿真计算效率及数值稳定性,实现了考虑光伏、风力发电系统综合接入情况下的有源配电网随机动态仿真。

【技术实现步骤摘要】
一种适于有源配电网随机动态仿真的显隐混合积分方法
本专利技术涉及一种有源配电网仿真方法。特别是涉及一种考虑光伏、风力发电系统及负荷随机运行特性的适于有源配电网随机动态仿真的显隐混合积分方法。
技术介绍
随着分布式电源(distributedgenerator,DG)大量接入配电网络,以及需求侧响应等先进用电技术的不断发展,分布式电源及负荷具有的随机运行特性对配用电侧的安全可靠运行带来了新的挑战。系统的随机运行特性会直接影响配电网络的动态响应特性,进而影响整个系统的动态特性,特别是故障特性。然而在实际工程领域,往往无法直接在真实系统上进行试验以分析和研究相关问题,因此通常采用有效的数字仿真方法作为主要的研究手段。随着有源配电网内随机因素的不断增多,系统运行过程中的随机扰动导致的仿真结果差异也愈专利技术显,基于确定性配电网稳定性建模和仿真方法在处理具有强随机特性的现代配电网仿真时存在一定的局限性。有源配电网确定性动态仿真模型丢失了一部分系统真实运行过程中的信息,例如可变的函数关系以及有源配电网的动态行为等。这些系统运行过程中的扰动主要来自于分布式发电系统中光辐照度、风速的随机波动,需求侧响应导致的负荷随机变化,同步发电机转子转动时的瞬间扰动以及控制元件的测量误差等。因此,随着配电网的日益复杂化,来自系统的随机扰动已不能忽视,需构建有源配电网的随机动态仿真模型。为此,可通过一组随机微分-代数方程(stochasticdifferential-algebraicequation,SDAE)对系统进行建模:式中,f(·)为微分方程,用于描述系统的动态过程;g(·)为代数方程用于描述系统的潮流约束;向量x代表系统中所有状态变量,例如同步机功角、转速,电力电子装置控制变量等;向量y代表系统中所有代数变量,例如电机转子电流,系统各节点电压幅值、相角等;向量η代表系统中的随机扰动量,例如光辐照度、风速、温度等;ξ代表高斯白噪声过程,用来模拟扰动变量的随机变化过程。与确定性动态仿真不同,有源配电网随机动态仿真主要通过模拟系统变量的多条动态轨迹,以分析系统运行特性在系统随机扰动下的相应情况。因此,蒙特卡罗仿真(MonteCarlosimulation)数值解法成为了SDAE最常用的求解方法,该方法的本质是基于大量的仿真场景,进行多次仿真,仿真的误差收敛情况与仿真次数呈正相关关系。为保证数值精度,往往需要经过大量的仿真计算。此外,由于不同类型的分布式电源大量接入配电网,既涉及包括光伏阵列、蓄电池储能在内的静态直流环节,又涉及包括小型异步风机、永磁同步风机在内的交流环节,使得有源配电网运行过程更为复杂,相比于传统电力系统中不同种类的元件装置,有源配电网中的大量分布式电源控制系统需通过电力电子装置实现,具有更快的动态响应特性,使系统中各元件间动态时间常数的差距变得更为显著,使得有源配电网在运行过程中,具有更明显的多时间尺度特性。有源配电网动态仿真的多时间尺度特征在数学上可以归结为刚性问题,为有效求解此问题需对所采用的数值算法的精度和稳定性提出更高的要求。有源配电网动态仿真算法根据对系统模型的解算形式不同可以分为显式积分方法和隐式积分方法两大类。在显式数值算法中,计算过程简单,仿真计算效率高,但由于其数值稳定性差,在处理多时间尺度特性的问题时,容易出现数值失稳,通常只能通过采用较小步长进行仿真,计算效率受到较大的限制。而隐式数值算法具有良好的数值稳定性,在处理刚性问题时,可选择较大的仿真步长,但隐式算法,相比于显式,每时步下的计算较复杂,需要迭代进行求解,阻碍着计算效率的进一步提升。在考虑随机特性显著的有源配电网动态仿真时,一方面需要在满足仿真精度的前提下,减少仿真用时;另一方面,需要考虑系统模型多时间尺度特性,避免出现数值失稳。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是,提供一种在保证仿真精度及数值稳定性的同时,实现了考虑光伏、风力发电系统综合接入情况下的有源配电网随机动态仿真的适于有源配电网随机动态仿真的显隐混合积分方法本专利技术所采用的技术方案是:一种适于有源配电网随机动态仿真的显隐混合积分方法,包括如下步骤:1)设置有源配电网拓扑连接关系、动态元件参数、表征随机扰动变量的随机微分方程参数以及仿真计算参数,并设置故障或操作的发生时间、类型,其中仿真计算参数包括仿真终止时间T,仿真步长Δt,蒙特卡罗仿真总次数I;2)读取有源配电网拓扑关系进行潮流计算,得到系统潮流计算结果;3)根据系统潮流计算结果,对有源配电网中的动态元件进行仿真初始化;4)设置蒙特卡罗仿真初始次数i=1;5)设置本次仿真初始时刻t=0;6)判断当前仿真时刻t是否为仿真初始时刻,若t=0,则需设置有源配电网随机变量初值并跳至步骤8),否则进入下一步骤;7)作tn-1~tn时段计算,采用显式积分算法对构成有源配电网随机动态模型的有源配电网随机扰动项模型积分1个步长得到tn时刻的系统随机变量并保存,采用欧拉-丸山方法对有源配电网随机动态模型中的随机微分方程求解;8)在tn时刻,传递随机扰动变量,实现随机扰动项模型与有源配电网确定性模型之间的数据传输;9)进行tn~tn+1时刻仿真计算,其中仿真时刻t=t+Δt,Δt为仿真步长,采用隐式积分算法对构成有源配电网随机动态模型的有源配电网确定性模型积分1个步长,得到tn+1时刻系统状态变量及代数变量并保存,采用隐式联立求解方法对微分-代数方程组进行求解,采用隐式后向欧拉法对微分-代数方程组中的微分方程求解;10)根据步骤1)设置的仿真故障及操作事件判断系统在仿真时刻t下是否发生故障或操作,若不发生,则跳至步骤12)继续执行,否则进入下一步骤;11)在发生故障或操作时,设置系统状态变量不变,根据有源配电网确定性模型方程,重新计算系统代数变量,将系统变量计算结果重新赋值,返回步骤7);12)判断仿真时刻t是否达到仿真终了时刻T,若未达到仿真终了时刻,则返回步骤7),否则进入下一步骤;13)设置蒙特卡罗仿真次数i=i+1,判断仿真次数i是否大于蒙特卡罗仿真总次数I,若不大于,即i≤I,则返回步骤5),否则进入下一步骤;14)对I次蒙特卡罗仿真结果进行汇总,根据仿真需求输出仿真结果并绘图,结束仿真任务。步骤7)中所述的有源配电网随机扰动项模型是通过一组随机微分方程表征:式中,η∈RK为K维随机变量构成的向量;α(·)和β(·)为标量方程,分别表示随机微分方程的偏移量和扩散量;x∈RN为N维状态变量构成的向量;y∈RM为M维代数变量构成的向量;ξ为高斯白噪声过程;采用显式积分算法对随机扰动项模型积分1个步长,对其中的随机微分方程求解采用欧拉-丸山法,其中,步长为Δt,时间从tn-1到tn,由ηn-1得到ηn,递推公式如下:ηn=ηn-1+α(xn-1,yn-1,ηn-1)Δt+β(xn-1,yn-1,ηn-1)ξn-1。步骤9)中所述的有源配电网确定性模型是通过一组微分-代数方程表征:式中,x∈RN为N维状态变量构成的向量;y∈RM为M维代数变量构成的向量,由于步骤8)传递了有源配电网随机扰动变量,故方程中η为已知值;所述的采用隐式积分算法对构成有源配电网随机动态模型的确定性模型积分1个步长,采用隐式联立求解方法对微分-代数方程组进本文档来自技高网
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一种适于有源配电网随机动态仿真的显隐混合积分方法

【技术保护点】
一种适于有源配电网随机动态仿真的显隐混合积分方法,其特征在于,包括如下步骤:1)设置有源配电网拓扑连接关系、动态元件参数、表征随机扰动变量的随机微分方程参数以及仿真计算参数,并设置故障或操作的发生时间、类型,其中仿真计算参数包括仿真终止时间T,仿真步长Δt,蒙特卡罗仿真总次数I;2)读取有源配电网拓扑关系进行潮流计算,得到系统潮流计算结果;3)根据系统潮流计算结果,对有源配电网中的动态元件进行仿真初始化;4)设置蒙特卡罗仿真初始次数i=1;5)设置本次仿真初始时刻t=0;6)判断当前仿真时刻t是否为仿真初始时刻,若t=0,则需设置有源配电网随机变量初值并跳至步骤8),否则进入下一步骤;7)作t

【技术特征摘要】
1.一种适于有源配电网随机动态仿真的显隐混合积分方法,其特征在于,包括如下步骤:1)设置有源配电网拓扑连接关系、动态元件参数、表征随机扰动变量的随机微分方程参数以及仿真计算参数,并设置故障或操作的发生时间、类型,其中仿真计算参数包括仿真终止时间T,仿真步长Δt,蒙特卡罗仿真总次数I;2)读取有源配电网拓扑关系进行潮流计算,得到系统潮流计算结果;3)根据系统潮流计算结果,对有源配电网中的动态元件进行仿真初始化;4)设置蒙特卡罗仿真初始次数i=1;5)设置本次仿真初始时刻t=0;6)判断当前仿真时刻t是否为仿真初始时刻,若t=0,则需设置有源配电网随机变量初值并跳至步骤8),否则进入下一步骤;7)作tn-1~tn时段计算,采用显式积分算法对构成有源配电网随机动态模型的有源配电网随机扰动项模型积分1个步长得到tn时刻的系统随机变量并保存,采用欧拉-丸山方法对有源配电网随机动态模型中的随机微分方程求解;8)在tn时刻,传递随机扰动变量,实现随机扰动项模型与有源配电网确定性模型之间的数据传输;9)进行tn~tn+1时刻仿真计算,其中仿真时刻t=t+Δt,Δt为仿真步长,采用隐式积分算法对构成有源配电网随机动态模型的有源配电网确定性模型积分1个步长,得到tn+1时刻系统状态变量及代数变量并保存,采用隐式联立求解方法对微分-代数方程组进行求解,采用隐式后向欧拉法对微分-代数方程组中的微分方程求解;10)根据步骤1)设置的仿真故障及操作事件判断系统在仿真时刻t下是否发生故障或操作,若不发生,则跳至步骤12)继续执行,否则进入下一步骤;11)在发生故障或操作时,设置系统状态变量不变,根据有源配电网确定性模型方程,重新计算系统代数变量,将系统变量计算结果重新赋值,返回步骤7);12)判断仿真时刻t是否达到仿真终了时刻T,若未达到仿真终了时刻,则返回步骤7),否则进入下一步骤;13)设置蒙特卡罗仿真次数i=i+1,判断仿真次数i是否大于蒙特卡罗仿真总次数I,若不大于,即i≤I,则返回步骤5),否则进入下一步骤;14...

【专利技术属性】
技术研发人员:宋毅孙充勃原凯赵金利范朕宁王成山李鹏靳夏宁薛振宇宋关羽吴志力崔凯
申请(专利权)人:国网北京经济技术研究院天津大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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