电力电子化电力系统的多速率仿真方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电力电子化电力系统的多速率仿真方法及装置，其中，方法包括：将电力电子化电力系统划分为慢系统和多个快子系统；分别建立等值模型；设定仿真参数；通过对电力系统进行潮流计算得到电力系统的稳态初始值；建立多个快子系统与慢子系统间的接口，并且建立时变戴维南等效电路和时变诺顿等效电路；根据建立的时变戴维南等效电路和时变诺顿等效电路得到接口参数，并通过并行求解每个快子系统和慢子系统的等值模型对应的节点导纳方程，直到仿真结束，进而得到电磁暂态仿真结果。本发明专利技术实施例的仿真方法不仅可以保留交流系统或者直流电网内部的非线性动态特性，同时，仿真效率相对于单一步长结果得到明显提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子
，特别涉及一种电力电子化电力系统的多速率仿真方法及装置。
技术介绍
随着柔性直流(两电平拓扑、多电平拓扑等)、传统高压直流、新能源、电力电子固态变压器等大量电力电子设备接入系统，网络规模节点数急剧增加并且电力电子频繁变拓扑的特征导致网络节点导纳矩阵需要频繁求解，导致仿真效率急剧下降。目前，包含电力电子设备的电力系统电磁暂态仿真仅能对较小规模进行仿真计算，目前仿真的规模和效率均难以满足电网运行、规划或者行为特性的要求。随着高压直流输电和中低压配单网构成的电力电子单元大规模接入交流系统以后，该问题变得尤为突出。目前，为了提高仿真规模，多采用较粗糙的电力电子单元准稳态模型或者交流系统采用戴维南/诺顿等值，仿真精度不高，数值稳定性问题突出。国内已投运多个多回柔性直流输电工程，如南澳三端柔性直流输电、南汇柔性直流输电、舟山五端柔性直流输电等工程投运，在建的有厦门柔性直流输电工程、云南鲁西直流背靠背工程。为了研究上述实际工程问题以及提供理论支撑，需要针对大规模交流系统和直流电网进行整体建模与仿真验证。相关技术中，多采用等值方式来提高仿真效率，例如交流电网采用戴维南/诺顿等值，直流电网采用受控源模型。然而，相关技术中均无法保留交流系统或者直流电网内部的非线性动态特性，不但仿真结果可信度较差，有时甚至会出现错误的结果。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种电力电子化电力系统的多速率仿真方法，该方法可以提高仿真效率，简单易实现。本专利技术的另一个目的在于提出一种电力电子化电力系统的多速率仿真装置。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种电力电子化电力系统的多速率仿真方法，包括以下步骤：将电力电子化电力系统进行网络划分，以划分为慢系统和多个快子系统，其中交流系统位于所述慢系统中，电力电子设备位于不同的快子系统中；分别建立所述慢系统和所述多个快子系统的等值模型；设定仿真参数，其中，所述仿真参数包括仿真总时长、所述慢系统的仿真步长和所述每个快子系统的仿真步长；通过对电力系统进行潮流计算得到所述电力系统的稳态初始值；建立所述多个快子系统与所述慢系统间的接口，并且在所述每个快子系统中建立时变戴维南等效电路，并且在所述慢系统中建立时变诺顿等效电路；根据所述每个快子系统中建立的所述时变戴维南等效电路和所述慢系统中建立的所述时变诺顿等效电路得到接口参数，并通过并行求解所述每个快子系统和慢系统的等值模型对应的节点导纳方程，直到仿真结束，进而得到电力电子化电力系统的电磁暂态仿真结果。本专利技术实施例的电力电子化电力系统的多速率仿真方法，可以结合含有电力电子单元的电力系统自身多尺度特性，采用多速率仿真，不仅可以保留交流系统或者直流电网内部的非线性动态特性，同时，仿真效率相对于单一步长结果得到明显提高，不仅可以满足仿真精度和数值稳定性要求，同时极大地提高了仿真效率，利于工程推广实现。另外，根据本专利技术上述实施例的电力电子化电力系统的多速率仿真方法还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述设定仿真参数进一步包括：在所述慢系统中，选择任意支路以建立选择支路的电压电流微分方程，并且采用隐式梯形法将所述慢系统的电压电流微分方程转换为离散域下的差分方程，并利用离散傅里叶变换，以得到所述慢系统中选择支路对应数值阻抗；针对所述每个快子系统，选择任意支路以建立选择支路的电压电流微分方程，并且采用隐式梯形法分别将所述每个快子系统的电压电流微分方程转换为离散域下的差分方程，并利用离散傅里叶变换，以得到所述每个快子系统中选择支路对应数值阻抗；定义误差系数为所述慢系统与每个快系统的数值阻抗之比，以根据相对误差最小要求选择速率比。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述根据所述每个快子系统中建立的时变戴维南等效电路得到接口参数，进一步包括：获取所述每个快子系统中时变戴维南等效电路的等效参数；获取接口等值戴维南阻抗矩阵；考虑多端口之间的耦合影响，修正所述每个快子系统在预设时间内的戴维南等效参数；获取所述慢系统在预设时间内的诺顿等效参数。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，通过分网方法进行网络划分，其中，所述分网方法包括节点分裂法、长输电线解耦法、变压器分网法、支路切割法和戴维南诺顿等值分网法。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述慢系统由发电机、变压器、传输线、负荷组成，所述多个快子系统由新能源模块、柔性直流模块和高压直流模块组成。为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例提出了一种电力电子化电力系统的多速率仿真装置，包括：分网模块，用于将电力电子化电力系统进行网络划分，以划分为慢系统和多个快子系统，其中交流系统位于所述慢系统中，电力电子设备位于不同的快子系统中；第一建立模块，用于分别建立所述慢系统和所述多个快子系统的等值模型；设定模块，用于设定仿真参数，其中，所述仿真参数包括仿真总时长、所述慢系统的仿真步长和所述每个快子系统的仿真步长；计算模块，用于通过对电力系统进行潮流计算得到所述电力系统的稳态初始值；第二建立模块，用于建立所述多个快子系统与所述慢系统间的接口，并且在所述每个快子系统中建立时变戴维南等效电路，并且在慢系统中建立时变诺顿等效电路；获取模块，用于根据所述每个快子系统中建立的所述时变戴维南等效电路和所述慢系统中建立的所述时变诺顿等效电路得到接口参数，并通过并行求解所述每个快子系统和慢系统的等值模型对应的节点导纳方程，直到仿真结束，进而得到电力电子化电力系统的电磁暂态仿真结果。本专利技术实施例的电力电子化电力系统的多速率仿真装置，可以结合含有电力电子单元的电力系统自身多尺度特性，采用多速率仿真，不仅可以保留交流系统或者直流电网内部的非线性动态特性，同时，仿真效率相对于单一步长结果得到明显提高，不仅可以满足仿真精度和数值稳定性要求，同时极大地提高了仿真效率，利于工程推广实现。另外，根据本专利技术上述实施例的电力电子化电力系统的多速率仿真装置还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述设定模块还用于：在所述慢系统中，选择任意支路以建立选择支路的电压电流微分方程，并且采用隐式梯形法将所述慢系统的电压电流微分方程转换为离散域下的差分方程，并利用离散傅里叶变换，以得到所述慢系统中选择支路对应数值阻抗；针对所述每个快子系统，选择任意支路以建立选择支路的电压电流微分方程，并且采用隐式梯形法分别将所述每个快子系统的电压电流微分方程转换为离散域下的差分方程，并利用离散傅里叶变换，以得到所述每个快子系统中选择支路对应数值阻抗；定义误差系数为所述慢系统与每个快系统的数值阻抗之比，以根据相对误差最小要求选择速率比。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述获取模块包括：第一获取单元，用于获取所述每个快子系统中时变戴维南等效电路的等效参数；第二获取单元，用于获取接口等值戴维南阻抗矩阵；修正单元，用于考虑多端口之间的耦合影响，修正所述每个快子系统在预设时间内的戴维南等效参数；第三获取单元，用于获取所述慢系统在预设时间内的诺顿等效参数。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述分网模块具体用于通过分网方法进行网络划分，其中，所述分网方法包括节点分裂法、长输电线解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力电子化电力系统的多速率仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：将电力电子化电力系统进行网络划分，以划分为慢系统和多个快子系统，其中交流系统位于所述慢系统中，电力电子设备位于不同的快子系统中；分别建立所述慢系统和所述多个快子系统的等值模型；设定仿真参数，其中，所述仿真参数包括仿真总时长、所述慢系统的仿真步长和所述每个快子系统的仿真步长；通过对电力系统进行潮流计算得到所述电力系统的稳态初始值；建立所述多个快子系统与所述慢系统间的接口，并且在所述每个快子系统中建立时变戴维南等效电路，并且在所述慢系统中建立时变诺顿等效电路；以及根据所述每个快子系统中建立的所述时变戴维南等效电路和所述慢系统中建立的所述时变诺顿等效电路得到接口参数，并通过并行求解所述每个快子系统和慢系统的等值模型对应的节点导纳方程，直到仿真结束，进而得到电力电子化电力系统的电磁暂态仿真结果。

【技术特征摘要】
1.一种电力电子化电力系统的多速率仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：将电力电子化电力系统进行网络划分，以划分为慢系统和多个快子系统，其中交流系统位于所述慢系统中，电力电子设备位于不同的快子系统中；分别建立所述慢系统和所述多个快子系统的等值模型；设定仿真参数，其中，所述仿真参数包括仿真总时长、所述慢系统的仿真步长和所述每个快子系统的仿真步长；通过对电力系统进行潮流计算得到所述电力系统的稳态初始值；建立所述多个快子系统与所述慢系统间的接口，并且在所述每个快子系统中建立时变戴维南等效电路，并且在所述慢系统中建立时变诺顿等效电路；以及根据所述每个快子系统中建立的所述时变戴维南等效电路和所述慢系统中建立的所述时变诺顿等效电路得到接口参数，并通过并行求解所述每个快子系统和慢系统的等值模型对应的节点导纳方程，直到仿真结束，进而得到电力电子化电力系统的电磁暂态仿真结果。2.根据权利要求1所述的电力电子化电力系统的多速率仿真方法，其特征在于，所述设定仿真参数进一步包括：在所述慢系统中，选择任意支路以建立选择支路的电压电流微分方程，并且采用隐式梯形法将所述慢系统的电压电流微分方程转换为离散域下的差分方程，并利用离散傅里叶变换，以得到所述慢系统中选择支路对应数值阻抗；针对所述每个快子系统，选择任意支路以建立选择支路的电压电流微分方程，并且采用隐式梯形法分别将所述每个快子系统的电压电流微分方程转换为离散域下的差分方程，并利用离散傅里叶变换，以得到所述每个快子系统中选择支路对应数值阻抗；定义误差系数为所述慢系统与每个快系统的数值阻抗之比，以根据相对误差最小要求选择速率比。3.根据权利要求1所述的电力电子化电力系统的多速率仿真方法，其特征在于，所述根据所述每个快子系统中建立的时变戴维南等效电路得到接口参数，进一步包括：获取所述每个快子系统中时变戴维南等效电路的等效参数；获取接口等值戴维南阻抗矩阵；考虑多端口之间的耦合影响，修正所述每个快子系统在预设时间内的戴维南等效参数；获取所述慢系统在预设时间内的诺顿等效参数。4.根据权利要求1所述的电力电子化电力系统的多速率仿真方法，其特征在于，通过分网方法进行网络划分，其中，所述分网方法包括节点分裂法、长输电线解耦法、变压器分网法、支路切割法和戴维南诺顿等值分网法。5.根据权利要求1所述的电力电子化电力系统的多速率仿真方法，其特征在于，所述慢系统由发电机、变压器、传输线、负荷组成，所述多个快子系统由新能源模块、柔性直流模块和高压直流模块组成。6.一种电力电子化电力系统的多速率仿真装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢小荣，舒德兀，姜齐荣，占颖，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11