一种机电‑电磁混合仿真方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种机电‑电磁混合仿真方法及系统，包括：确定在电磁暂态网络侧连接有满足预设条件的输电线的母线为混合仿真接口位置；所述输电线上电磁波传播延迟τ大于电磁暂态仿真步长Δt；所述输电线的k侧连接机电暂态网络，所述输电线的j侧连接电磁暂态网络的其余网络；将所述电磁暂态网络的其余网络、所述输电线以及机电暂态网络等值为下述三部分：输电线j侧与电磁暂态网络的其余网络部分、输电线k侧与机电暂态网络的等值电路部分、以及电磁暂态网络的等值电路与机电暂态网络部分；对上述三部分分别求解得到电磁暂态网络以及机电暂态网络的电网状态。本发明专利技术提供的技术方案可大大减少了接口计算量，提升了计算效率。

And a system of electromechanical electromagnetic hybrid simulation method

The invention provides an electromechanical system, electromagnetic hybrid simulation method includes: determining in the electromagnetic transient network is connected with the side of satisfying the preset conditions of transmission line bus for hybrid simulation interface position; the transmission line electromagnetic wave propagation delay is greater than the electromagnetic transient simulation of step length delta T; side K of the transmission line the connection of electromechanical transient network, the j network side of the transmission line is connected with the electromagnetic transient network; the electromagnetic transient of the rest of the network, the network transmission and the electromechanical transient network equivalent to the following three parts: part of the rest of the network, transmission network and transient electromagnetic wire J side K and side wire transport network the electromechanical transient equivalent circuit, and electromagnetic transient network equivalent circuit and electromechanical transient network part; the three part respectively for electromagnetic transient and electromechanical transient network network Network state of a network. The technical proposal provided by the invention can greatly reduce the calculation amount of the interface and improve the calculation efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种机电-电磁混合仿真方法及系统
本专利技术涉及电力系统数字仿真方法，具体涉及一种机电‐电磁混合仿真方法及系统。
技术介绍
实际电力系统暂态过程和动态过程响应的频率范围从零赫兹到数兆赫兹，覆盖从低频振荡、次同步振荡、暂态过程、次暂态过程到系统行波等不同时间尺度的物理过程。针对大型实际电网建立详尽的数学模型来模拟全部的物理过程既无可能也不必要，传统的时域仿真是对不同时间尺度的暂态或动态过程，采用不同的数学模型和仿真算法分别进行分析，形成电磁暂态仿真、机电暂态仿真和中长期动态仿真等不同方法。随着我国特高压交直流混联电网的快速发展、以及电力电子技术在电力系统中的广泛应用，不同时间尺度的暂态过程相互交织和影响，呈现强耦合特征，采用单一时间尺度仿真手段进行电网安全稳定分析和控制决策的局限性越来越明显，而兼顾仿真规模和仿真精度的机电暂态-电磁暂态混合仿真技术得到了较快发展。机电暂态-电磁暂态混合仿真是指，在一次仿真过程中将研究的电网对象按照拓扑分割成机电暂态网络和电磁暂态网络分别进行计算，通过机电暂态-电磁暂态混合仿真接口进行数据交换，实现联合的仿真过程。拓扑分割方式随研究目的和接口算法的不同而异。机电暂态-电磁暂态混合仿真是机电暂态仿真和电磁暂态仿真方法的结合和技术特点的互补。从机电暂态仿真角度看，相当于机电暂态网络中的一部分采用更加详细的数学模型和仿真算法，来提高局部电网的仿真精度；从电磁暂态仿真角度讲，相当于将原本需要等值化简的外部网络替换为机电暂态网络，进而准确反映大电网的振荡模式、系统阻尼、故障扰动等特性，为电磁暂态网络的仿真分析提供必要的系统背景，在保证电网仿真规模的同时也提高了大电网仿真精度。机电暂态-电磁暂态混合仿真的关键是如何解决机电暂态和电磁暂态的数据交互接口问题，具体包括三个方面问题：1)接口位置选择方法；2)对侧网络等值方法及等值信息更新方法；3)数据交互方式和接口误差处理方法。针对这些问题，不同混合仿真软件的解决思路各有千秋。我国开展机电暂态-电磁暂态混合仿真的软件开发和实用化应用较早，积累了大量经验，出现了以ADPSS、PS-MODEL等为代表的混合仿真程序，其技术路线基本相同，但以ADPSS为代表现有机电暂态-电磁暂态混合仿真方法和存在以下不足：现有的机电暂态-电磁暂态混合仿真接口等值电路如附图1所示，计算电磁暂态网络时，将机电暂态网络进行戴维南等值；计算机电暂态网络时，将电磁暂态网络进行诺顿等值。现有的接口算法为：零时刻初始化时，根据全网初始状态计算得到机电暂态网络的等值阻抗阵Zst和电磁暂态网络的等值导纳阵Yemt。在每一个接口时刻，机电暂态网络向电磁暂态网络发送正负零序等值电势Est，若机电暂态网络拓扑变化需重新发送等值阻抗阵Zst；同时，电磁暂态网络向机电暂态网络发送边界点的正负零序电压Uemt和电流I′emt，机电暂态网络收到后按照电磁侧等值导纳阵Yemt不变的假定求解诺顿等值电路注入电流Iemt＝I′emt+Yemt*Uemt。逐步求解时，对于机电暂态网络，直接将电磁侧网络诺顿等值电路注入电流Iemt和导纳阵Yemt合并到网络方程中进行求解，即可得到机电暂态全网状态量；对于电磁暂态网络，当机电侧发电机正、负序阻抗不相等或母线带有动态特性综合负荷时，戴维南等值阻抗阵Zst在ABC相空间是不对称矩阵，与电磁暂态仿真的基本算法相矛盾，无法直接合并到电磁暂态网络方程中进行求解。针对这个问题，现有算法使用节点分裂算法单独计算电磁暂态网络与机电暂态等值网络的边界点电流ia，边界点电流求解公式为其中YA、YB分别为电磁网络和机电等值网络的导纳阵，hA、hB分别为电磁网络和机电等值网络的等值历史电流源，p为反映电磁网络所有节点与边界电流相量ia的关联关系矩阵。上式中电磁网络导纳阵逆矩阵的直接求解计算量太大，实际计算采用了戴维南等值简化法求解其计算量与混合仿真接口数目相关。当接口数目为n时，计算的计算量约等于计算3n次的线性方程组YAX＝b。现有混合仿真接口算法存在两方面问题：(1)当电磁暂态网络因开关动作、非线性饱和等因素引起导纳阵YA变化时，需要重新求解在仿真含电力电子电路的电磁暂态网络时，电磁侧导纳阵会频繁变化，导致接口计算量剧增。(2)机电侧网络求解时，采用电磁侧等值网络导纳阵Yemt一直是零时刻初始值，计算过程中不再更新，而只是更新电磁侧网络的接口电压和电流，因此电磁暂态网络实际拓扑发生变化时会引入接口误差。因此，需要提供一种基于输电线模型的机电‐电磁混合仿真接口算法来克服现有技术的不足。
技术实现思路
本专利技术提供一种机电-电磁混合仿真方法，所述方法包括：确定在电磁暂态网络侧连接有满足预设条件的输电线的母线为混合仿真接口位置；所述输电线上电磁波传播延迟τ大于电磁暂态仿真步长Δt；所述输电线的k侧连接机电暂态网络，所述输电线的j侧连接电磁暂态网络的其余网络；所述输电线与电磁暂态网络的其余网络组成完整的电磁暂态网络；将所述电磁暂态网络的其余网络、所述输电线以及机电暂态网络解耦为下述三部分：输电线j侧与电磁暂态网络的其余网络部分、输电线k侧与机电暂态网络的等值电路部分、以及电磁暂态网络的等值电路与机电暂态网络部分；对上述三部分分别求解得到电磁暂态网络以及机电暂态网络的电网状态。所述输电线为三相输电线路，对输电线j侧与电磁暂态网络的其余网络部分时所有的状态量均为三相瞬时值；对输电线k侧与机电暂态网络的等值电路部分求解时输电线的状态量为三相瞬时值，机电暂态网络的等值电路为正负零序相量形式的戴维南等值电路。所述输电线等值后得到的等值电路包括相间等值阻抗、相地等值阻抗和等值电压源，所述相间等值阻抗位于两相之间，所述相地等值阻抗与所述等值电压源并联，所述相地等值阻抗与所述等值电压源均一端接地、另一端作为输电线的一侧。对输电线j侧与电磁暂态网络的其余网络部分求解，包括：在第d个电磁暂态仿真时步t＝d*Δt，根据d-1时步以及之前的时步插值得到t-τ时刻的输电线j、k两侧的电压和电流状态量；根据所述输电线j侧的电压和电流状态量计算j侧历史电流源ijk(t-τ)；将所述ijk(t-τ)代入电磁暂态网络的其余网络求解，其中，Δt为电磁暂态仿真步长，τ为波传播延迟。对输电线k侧与机电暂态网络的等值电路求解，包括：将正负零序向量形式的机电暂态网络的等值电路转换为ABC相量形式的诺顿等值电路；将ABC相量形式的诺顿等值电路转换为瞬时值形式的等值电路，所述瞬时值形式的等值电路满足下式方程：(Gline+Gst)*uk(t)＝ist(t)-ihist(t-Δt)-ikj(t-τ)，其中，Gline为所述输电线的导纳阵，Gst为机电暂态网络的诺顿等值电路中阻抗对应的导纳阵，uk(t)为t时刻所述输电线k侧的节点电压瞬时值，ist(t)为t时刻机电暂态网络的诺顿等值电路中电流源瞬时值，ihist(t-Δt)为机电暂态网络的诺顿等值电路中阻抗对应的历史电流源瞬时值，ikj(t-τ)为所述输电线k侧的历史电流源瞬时值。对电磁暂态网络的等值电路和机电暂态网络求解，包括：初始化时，机电暂态网络收到电磁暂态网络的等值电路的导纳阵Yemt；在第c个机电暂态仿真时步为t＝c*ΔT，ΔT为机电暂态仿真步长，电磁暂态网络根据第c本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机电‑电磁混合仿真方法，其特征在于，所述方法包括：确定在电磁暂态网络侧连接有满足预设条件的输电线的母线为混合仿真接口位置；所述输电线上电磁波传播延迟τ大于电磁暂态仿真步长Δt；所述输电线的k侧连接机电暂态网络，所述输电线的j侧连接电磁暂态网络的其余网络；所述输电线与电磁暂态网络的其余网络组成完整的电磁暂态网络；将所述电磁暂态网络的其余网络、所述输电线以及机电暂态网络解耦为下述三部分：输电线j侧与电磁暂态网络的其余网络部分、输电线k侧与机电暂态网络的等值电路部分、以及电磁暂态网络的等值电路与机电暂态网络部分；对上述三部分分别求解得到电磁暂态网络以及机电暂态网络的电网状态。

【技术特征摘要】
1.一种机电-电磁混合仿真方法，其特征在于，所述方法包括：确定在电磁暂态网络侧连接有满足预设条件的输电线的母线为混合仿真接口位置；所述输电线上电磁波传播延迟τ大于电磁暂态仿真步长Δt；所述输电线的k侧连接机电暂态网络，所述输电线的j侧连接电磁暂态网络的其余网络；所述输电线与电磁暂态网络的其余网络组成完整的电磁暂态网络；将所述电磁暂态网络的其余网络、所述输电线以及机电暂态网络解耦为下述三部分：输电线j侧与电磁暂态网络的其余网络部分、输电线k侧与机电暂态网络的等值电路部分、以及电磁暂态网络的等值电路与机电暂态网络部分；对上述三部分分别求解得到电磁暂态网络以及机电暂态网络的电网状态。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输电线为三相输电线路，对输电线j侧与电磁暂态网络的其余网络部分时所有的状态量均为三相瞬时值；对输电线k侧与机电暂态网络的等值电路部分求解时输电线的状态量为三相瞬时值，机电暂态网络的等值电路为正负零序相量形式的戴维南等值电路。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述输电线等值后得到的等值电路包括相间等值阻抗、相地等值阻抗和等值电压源，所述相间等值阻抗位于两相之间，所述相地等值阻抗与所述等值电压源并联，所述相地等值阻抗与所述等值电压源均一端接地、另一端作为输电线的一侧。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对输电线j侧与电磁暂态网络的其余网络部分求解，包括：在第d个电磁暂态仿真时步t＝d*Δt，根据d-1时步以及之前的时步插值得到t-τ时刻的输电线j、k两侧的电压和电流状态量；根据所述输电线j侧的电压和电流状态量计算j侧历史电流源ijk(t-τ)；将所述ijk(t-τ)代入电磁暂态网络的其余网络求解，其中，Δt为电磁暂态仿真步长，τ为波传播延迟。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对输电线k侧与机电暂态网络的等值电路求解，包括：将正负零序向量形式的机电暂态网络的等值电路转换为ABC相量形式的诺顿等值电路；将ABC相量形式的诺顿等值电路转换为瞬时值形式的等值电路，所述瞬时值形式的等值电路满足下式方程：(Gline+Gst)*uk(t)＝ist(t)-ihist(t-Δt)-ikj(t-τ)，其中，Gline为所述输电线的导纳阵，Gst为机电暂态网络的诺顿等值电路中阻抗对应的导纳阵，uk(t)为t时刻所述输电线k侧的节点电压瞬时值，ist(t)为t时刻机电暂态网络的诺顿等值电路中电流源瞬时值，ihist(t-Δt)为机电暂态网络的诺顿等值电路中阻抗对应的历史电流源瞬时值，ikj(t-τ)为所述输电线k侧的历史电流源瞬时值。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对电磁暂态网络的等值电路和机电暂态网络求解，包括：初始化时，机电暂态网络收到电磁暂态网络的等值电路的导纳阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：张星，田芳，徐得超，李亚楼，陈绪江，穆清，彭红英，刘敏，孙丽香，郑伟杰，王艺璇，徐树文，周孝信，郭袅，徐冰亮，胡远婷，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，国网黑龙江省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11