一种基于端口阻抗零极点匹配的电力系统交流网络分频段等值方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于端口阻抗零极点匹配的电力系统交流网络分频段等值方法。该方法首先在待等值网络端口处量取其阻抗‑频率特性，得到零极点。以各零点为界，将频率轴切割为若干频段，在每个频段上，以各极点作为“特别关心频率点”，按照特定的计算方法在不同的频段分别计算等值电路的RLC参数，得出对应的各等值电路。进而实现网络的简化等值，以加快电力系统暂态仿真分析速度，减小计算量。

An equivalent method of frequency division segment of power system AC network based on port impedance zero pole matching

【技术实现步骤摘要】
一种基于端口阻抗零极点匹配的电力系统交流网络分频段等值方法
本专利技术涉及一种电力系统无源单端口交流网络等值方法，尤其是涉及一种基于端口阻抗零极点匹配的电力系统交流网络分频段等值方法，属于在较宽频率段范围内的网络等值。
技术介绍
随着电力系统的规模在不断扩展，各类新设备的不断接入，整个网络变得日益繁杂，对系统进行电磁暂态仿真分析的任务也越来越重。实际上只需对某一小部分电网区域建立详细的电磁暂态模型即可，因而需要借助一些手段对其余部分网络进行简化等值，用一个规模远小于原系统的网络替代原网络，以加快仿真速度。端口阻抗零极点匹配等值法是一种较为经典的系统等值方法，即利用简单的RLC并联支路来近似替代一个复杂的交流网络，根据采样得到外部系统的端口阻抗频率特性，得到零极点频率，从而计算各支路的元件参数值。其等值电路模型如图3。但传统零极点匹配等值法的缺陷在于，只能满足在零点频率处和原系统有相同的阻抗值，在其余频域误差较大，且由于只能选取一个“特别关心频率点”(在该频率点通过一定的规则改变各支路电感和电容值使得等值电路阻抗与原网络阻抗相等)，使得等值电路只能在较窄的频段内反映原系统的阻抗特性，在该频段之外，其与外部系统的实际频率特性相差较大。为能在一个较宽的频段内更好地让等值系统频率特性逼近原系统，本专利技术公开了一种基于端口阻抗零极点匹配的电力系统交流网络分频段等值方法。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出了一种基于端口阻抗零极点匹配的电力系统交流网络分频段等值方法。将全频段划分为若干较窄的分频段，在每个分频段给出相应的等值电路。从而使等值系统频率特性在较宽的频率范围内和原系统更贴近。频段划分的具体思路如下：1)对原系统进行采样，绘制阻抗频率图；2)取图中曲线极大值点对应频率为极点频率，极小值点对应频率为零点频率；3)以各个零点频率作为分界点，将全频段分为若干分频段；4)对每个分频段，运用传统零极点匹配等值法，分别搭建等值电路模型，并计算参数。即在不同的频段有不同的等值电路与原系统匹配。上述技术方案中，步骤3)的详细过程为：设系统零点频率依次为ω0、ω1、……、ωn。分频段选取为：0—ω0、ω0—ω1、……、ωn-1—ωn。每一处分频段均含有两个零点和一个极点，因此均可用二阶等值电路模型予以匹配。具体的，本专利技术基于端口阻抗零极点匹配的电力系统交流网络分频段等值方法，包括以下步骤：1)在无源单端口网络端口处施加电压源；2)在不同频率下测量网络端口处电压及电流，得出阻频特性；3)根据阻频特性零点的分布将全频段划分为若干小频段；4)在每一个小频段以极点作为“特别关心频率”，计算各频段等值电路的RLC参数；5)用各简单RLC网络等效替换原系统。所述的步骤2)在不同频率下测量网络端口处电压及电流，得出阻频特性的具体方法为：在研究频率范围内，不断改变电压源频率，分别测量在每一频率点下端口的电压和电流的有效值或基频正弦波峰值，进而得到在该频率点下的阻抗值，作为阻抗-频率曲线上的一个点，完成全频段的采样后，将所有得到的采样点用平滑的曲线连接起来，得到阻频特性曲线。所述的步骤3)根据阻频特性零点的分布将全频段划分为若干小频段的具体方法为：以各零点频率作为分界点，将全频段进行切割，使得每一小频段的两端为零点频率，中间存在一个极点频率。所述的步骤4)在每一个小频段以极点作为“特别关心频率”，计算各频段等值电路的RLC参数的具体方法为：对每个小频段运用传统零极点匹配等值法，分别搭建等值电路模型，在暂不考虑各支路电阻的情况下列写每个分频段下等值电路的端口导纳表达式：每个分频段内均含两个零点，其对应的角频率为ω1、ω2，采用二阶RLC网络等值该分频段内的原系统，n＝2，Y(s)的分子部分可表达为：L1、L2即为该二阶RLC网络中两支路的电感值；又因为分频段内部含有一个极点，其对应的角频率为W1，在不含支路电阻时，设定等值电路的阻抗在极点处为无穷大，即导纳为零，因此Y(s)的分子部分又可表达为：s(s2+W12)将这两式分别展开为关于s的多项式，各阶系数表达式分别对应相等，得到两组方程，解出各支路的电感值，进而可得到各支路电容值，并以零点处的阻抗值作为各支路电阻值；将各分频段的W1设定为相应分频段中的“特别关心频率点”，在相应分频段等值电路中，保持L1C1、L2C2不变的条件下，调节电感、电容值，使得在W1处等值电路和原系统有相同的阻抗值，最终得到各分频段下等值电路各元件参数。本专利技术的有益效果是：本专利技术旨在考虑当需要在较宽的频段范围对交流网络用RLC简单小网络进行等值时，通过将全频段划分为若干较小的分频段，在不同分频段分别用二阶等值电路模型对原网络进行等值，从而得到更为精确的等值结果。由图4可见，传统零极点匹配等值法并无法保证在任何一处频率点都使等值网络和原网络的端口阻抗相近，在某些频率范围内甚至有特别大的偏离。使用本专利技术的分频段处理对该等值方法进行改进后，得到的等值结果如图4较粗虚线所示。可见等值精度得到了明显提高。此外，本专利技术方法采用分频段的策略实现网络的简化等值，以加快电力系统暂态仿真分析速度，减小计算量。附图说明图1范例测试网络；图2测试网络端口阻抗频率特性；图3零极点匹配法等值电路；图4测试网络及其等值网络的阻抗频率特性。具体实施方式下面结合附图及具体实例对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术方法包括以下步骤：1)对原系统进行采样，绘制阻抗频率图；2)取图中曲线极大值点对应频率为极点频率，极小值点对应频率为零点频率；3)以各个零点频率作为分界点，将全频段分为若干分频段；4)对每个分频段，将其内部所含的极点频率点设置为“特别关心频率点”，并运用传统零极点匹配等值法，分别搭建等值电路模型、计算参数。即在不同的频段有不同的等值电路与原网络匹配。所述的步骤1)对原网络进行采样，绘制阻抗频率图具体如下：对如图1所示的测试网络，在端口串接电压源，改变频率进行端口阻抗采样，从而得到阻频特性曲线。采样步长可设定为5Hz。得到的曲线如图2所示。所述的步骤3)以各个零点频率作为分界点，将全频段分为若干分频段的方法具体如下：以该测试网络为例，观察图2，零点频率为0Hz、71Hz、400Hz、700Hz。于是将0—700Hz的频段划分为0—71Hz、71—400Hz、400—700Hz三个分频段。所述的步骤4)对每个分频段，运用传统零极点匹配等值法，分别搭建等值电路模型，并计算参数的具体方法如下：搭建如图1所示的零极点匹配等值电路模型。具体的参数计算方法为：暂不考虑所有的电阻，列写等值网络在s域下的导纳方程，如式(1)所示。其中，Li、Ci是第i条并联支路的电感和电容值，n为等值网络中并联支路的数目，对于每个分频段而言，本专利技术采用二阶RLC等值电路模型，故n＝2。并且有：从ωi的定义式可以看出，ωi是第i条并联支路的谐振角频率，在此角频率下该条支路的电抗为0，当不考虑电阻时，该系统的总阻抗就也是0。在ωi所对应的频率点，系统的阻抗达到了极小值，即系统的一个零点。对式(1)进行通分。得到式(3)由于Y(s)是系统阻抗的倒数，在极值点对应的角频率，导纳应该达到最小。不考虑电阻时，不妨将这个最小导纳值设为0。换句话说，阻抗-频率特性函数的极点应该变为Y(s)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于端口阻抗零极点匹配的电力系统交流网络分频段等值方法，其特征在于包括以下步骤：1)在无源单端口网络端口处施加电压源；2)在不同频率下测量网络端口处电压及电流，得出阻频特性；3)根据阻频特性零点的分布将全频段划分为若干小频段；4)在每一个小频段以极点作为“特别关心频率”，计算各频段等值电路的RLC参数；5)用各简单RLC网络等效替换原系统。

【技术特征摘要】
1.一种基于端口阻抗零极点匹配的电力系统交流网络分频段等值方法，其特征在于包括以下步骤：1)在无源单端口网络端口处施加电压源；2)在不同频率下测量网络端口处电压及电流，得出阻频特性；3)根据阻频特性零点的分布将全频段划分为若干小频段；4)在每一个小频段以极点作为“特别关心频率”，计算各频段等值电路的RLC参数；5)用各简单RLC网络等效替换原系统。2.根据权利要求1所述的一种基于端口阻抗零极点匹配的电力系统交流网络分频段等值方法，其特征在于：所述的步骤2)在不同频率下测量网络端口处电压及电流，得出阻频特性的具体方法为，在研究频率范围内，不断改变电压源频率，分别测量在每一频率点下端口的电压和电流的有效值或基频正弦波峰值，进而得到在该频率点下的阻抗值，作为阻抗-频率曲线上的一个点，完成全频段的采样后，将所有得到的采样点用平滑的曲线连接起来，得到阻频特性曲线。3.根据权利要求1所述的一种基于端口阻抗零极点匹配的电力系统交流网络分频段等值方法，其特征在于：所述的步骤3)根据阻频特性零点的分布将全频段划分为若干小频段的具体方法为，以各零点频率作为分界点，将全频段进行切割，使得每一小频段的两端为零点频率，中间存在一个极点频率。4.根据权利要求1所述的一种基于端口阻抗零极点匹配的电力系统交流网络分频段等值方法，其特征在于：所述的步骤4)在每一个小频段以极点作为“特别关心频率”，计算各频段等值电路的RLC参数的具体方法为：对每个小频段运用传统零极点匹配等值法，分别搭建等值电路模...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪震，王晨轩，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33