一种基于线性支路模型的非线性负荷交流网络等值方法技术

本发明专利技术公开了一种基于线性支路模型的非线性负荷交流网络等值方法。该方法在不改变待等值交流网络边界的前提下，将交流网络中存在的非线性负荷用阻感或阻容元件串联构成的线性支路近似替代，再运用VF算法生成规模大大简化且与原交流网络具有相似频率导纳特性的等值电路，可以实现复杂电力系统网络等值及电磁暂态仿真速度的提升。

【技术实现步骤摘要】
一种基于线性支路模型的非线性负荷交流网络等值方法
本专利技术属于电力系统仿真
，涉及一种基于线性支路模型的非线性负荷交流网络等值方法。
技术介绍
随着电力系统规模的不断扩大及各类复杂设备的接入，保留系统中所有元件的详细电磁暂态模型进行仿真分析需较长时间。为提高系统的电磁暂态仿真速度，通常选择保留电力系统部分区域(称为“研究区域”)的详细电磁暂态模型，而将其余区域(称为“外部区域”)用基于频率响应的诺顿等值网络简化(如图1所示)，其中Yfit(s)代表一个规模远小于原外部区域的RLC网络，表示并联电流源。基于VF算法的电力系统频域等值(FDNE)是目前应用较为广泛的一类方法，然而当外部区域中存在非线性负荷时，因该类元件在某一频率下的导纳是外施电压或电流的函数，并且可能还与设备运行状态有关，而非某一确定值，直接执行上述步骤，对外部区域进行频率特性扫描并拟合求解将导致较大的等值误差。已有方法(如NevilleWatson与JosArrillaga所著文献《Powersystemelectromagnetictransientssimulation(电力系统电磁暂态仿真)》第十章第252页中所述方法)主张调整外部区域边界，使原外部区域内所有非线性负荷落在新边界以外，虽确保调整后的外部区域内不再含有非线性负荷，但易导致等值电路端口数目增加，阶数随之增大，不利于仿真速度的提高。为解决这一问题，针对含非线性负荷的外部待等值交流网络，本专利技术提出在不改变外部区域边界的前提下，于扫描分析网络的导纳-频率特性之前，预先用由线性元件组成的支路近似模拟非线性负荷，以提高网络等值精度及电磁暂态仿真速度。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于线性支路模型的非线性负荷电力系统外部区域等值方法。提出在对电力系统外部区域进行导纳-频率特性扫描分析之前，应预先用由阻感(RL)或阻容(RC)元件串联构成的简化模型近似替代原外部区域中的非线性负荷。典型的非线性负荷包括动态负荷、恒PQ负荷、异步电动机等。本专利技术提出，在进行外部区域简化时，忽略电动机的机械暂态特性和电磁暂态特性，忽略恒PQ负荷及动态负荷在故障发生瞬间的阻抗变化。测取非线性负荷在稳态条件下吸收的三相有功功率P、无功功率Q(感性记为正，容性记为负)和流经的线电流I，利用式(4)-(6)计算对应的简化模型参数。再运用基于矢量拟合(VF)的频率相关的电力系统等值方法(FDNE)辨识经步骤1)处理后的交流网络等值电路各参数：即先对电力系统外部区域进行导纳-频率特性扫描分析，再用频率相关的网络等值方法简化经步骤1)处理后的交流网络，并运用矢量拟合(VF)方法辨识各RLC元件参数使得等值网络具有与原待等值网络相似的导纳-频率特性。本专利技术的有益效果是：若待等值交流网络中存在非线性负荷，采用本专利技术的方法能提高其FDNE等值网络端口导纳在一定频段内的等值精度，并且不会改变原有的外部区域边界，不增加等值网络的端口数目，相对已有方法能获得更快的等值速度。附图说明图1电力系统外部区域等值示意图；图2方法流程图；图3线性支路模型；图4VF算法流程图；图5基于频率响应的等值电路；图6示例网络；图7经简化的示例网络及其等值网络(NP＝5)的导纳-频率特性对比。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。本专利技术方法的总体执行框图见图2，具体步骤详细阐释如下：1)对含非线性负荷的外部区域进行简化处理，将外部区域中的非线性负荷，用由线性元件构成的简化模型近似替代，得到经初步简化的外部区域网络。所述的步骤1)对含非线性负荷的外部区域进行简化处理，将外部区域中的非线性负荷，用由线性元件构成的简化模型近似替代，得到经初步简化的外部区域网络具体如下：在稳态工作点下分别测取外部区域中流经各非线性负荷的线电流I，及各非线性负荷吸收的三相有功功率P和无功功率Q(以感性为正)。用如图3所示的RL或RC串联支路模型近似替代外部区域中的非线性负荷。其中RL或RC元件的参数确定方法如式(7)-(9)所示：若Q＞0，该非线性负荷吸收感性无功功率，故用RL支路近似模拟；若Q＜0则用RC支路模拟。2)运用基于矢量拟合(VF)算法的电力系统频域等值方法辨识经步骤1)处理后的交流网络等值电路各参数。所述的步骤2)运用基于矢量拟合(VF)算法的电力系统频域等值方法辨识经步骤1)处理后的交流网络等值电路各参数的实现方法流程图见图4。将外部区域中的非线性负荷近似简化后，在基波角频率ω0下测取各端口短路电流，作为等值电路中各边界节点注入电流的取值。清零网络中所有电源，以各边界节点为驱动点进行频率扫描，得到外部区域的端口导纳-频率特性，并建立各构成元素如式(10)所示的有理式导纳矩阵Yfit(s)，用矢量拟合法辨识各参数，最后转换为图5所示的对应的等值电路模型。其中NP为有理式极点的个数。以如图6所示的交流网络作为测试算例，验证上述方法的可行性。该交流网络内存在三类典型非线性负荷：■动态负荷(DynamicLoad)该负荷吸收的三相有功功率P及无功功率Q是其端口处外施正序电压的某一特定函数：当外施电压V低于所设定的临界值Vmin时，该负荷的阻抗值保持恒定，吸收的有功功率及无功功率与外施电压的关系如式(11)-(12)所示；而当外施电压V高于临界值Vmin时，该负荷吸收的有功功率及无功功率与外施电压在s域下的关系如式(13)-(14)所示。式(11)-(14)中所涉各参数的含义及典型取值如表1所示。若不计及P，Q的动态变化过程，可令Tp1＝Tp2＝Tq1＝Tq2＝0。在外部区域的简化过程中，对于这类动态负荷，忽略其阻抗因外施电压波动而产生的变化，可用阻抗值与原动态负荷在稳态工作点处相同的RL或RC支路近似替代。表1三相动态负荷典型参数设置注：表格中部分参数以标么值形式给出。标幺值的计算以额定容量及额定电压为基准。■恒功率负荷(ConstantPQ)。具体参数如表2所示。该类负荷从母线处吸收的有功功率及无功功率保持恒定，因此可省去功率测量环节，仅测量在稳态运行状态下流经该负荷的线电流I即可，进而计算对应RL或RC支路的参数。典型参数设置如表2所示。表2恒PQ负荷典型参数设置■鼠笼式异步电动机。通常以机械转矩Tm作为外部输入，若Tm＞0则为电动机状态，反之则为发电机状态。选取某一参考系(如转子、同步参考系或静止参考系)作abc/dq变换，电动机电磁部分、机械部分通常分别用如式(15)-(20)所示的微分方程组模拟。电磁部分：机械部分：dθm/dt＝ωm(20)且有式(21)-(27)所示的代数方程组：Ls＝L1s+Lm(25)L'r＝L'1r+Lm(26)式(15)-(27)所涉各参量的含义及典型取值可参见表3，各变量的物理意义见表4。表3三相异步电动机典型参数设置注：表格中部分参数以标么值形式给出。标幺值的计算以额定容量、额定频率及额定电压为基准。表4三相异步电动机微分方程组各变量物理意义说明将该交流网络作为待等值的外部区域，用步骤1)所示方法将其内部所有非线性负荷作简化处理，在端口处扫描其导纳-频率特性，利用步骤2)辨识对应的等值电路各参数，等值网络与经简化的原网络的端口导纳-频率特性对比结果如图7所示。其中实线代表经简化的原网络，虚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于线性支路模型的非线性负荷交流网络等值方法，其特征在于包括以下步骤：1)将交流网络中的非线性负荷，用由线性元件构成的简化模型近似替代，得到经初步简化的外部网络；2)运用基于矢量拟合(VF)的频率相关的电力系统等值方法(FDNE)辨识经步骤1)处理后的交流网络等值电路各参数。

【技术特征摘要】
1.一种基于线性支路模型的非线性负荷交流网络等值方法，其特征在于包括以下步骤：1)将交流网络中的非线性负荷，用由线性元件构成的简化模型近似替代，得到经初步简化的外部网络；2)运用基于矢量拟合(VF)的频率相关的电力系统等值方法(FDNE)辨识经步骤1)处理后的交流网络等值电路各参数。2.根据权利要求1所述的一种基于线性支路模型的非线性负荷交流网络等值方法，其特征在于：所述的步骤1)将交流网络中的非线性负荷，用由线性元件构成的简化模型近似替代，得到经初步简化的外部网络的具体方法为：用由阻感或阻容元件串联而成的线性支路模型近似替代原交流网络中的非线性负荷，阻感或阻容元件参数的确定方法...

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