一种基于直算法的电力系统机电暂态仿真方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于直算法的电力系统机电暂态仿真方法，包括以下步骤：A初始化电力系统参数；B采用直算法计算电力系统潮流分布；C计算每台发电机下一帧角加速度、角速度、转子角度、频率；D进行频率调节；E进行励磁调节；F根据发电机下一帧转子角度和频率计算发电机旋转电动势；G根据每台发电机的频率fi,n+1，计算全网的平均频率fW,n+1；H将平均频率fW,n+1带入每一个节点并计算其相应的电抗和电纳，并将旋转电动势代入到相应的发电机中，最后计算得出所有节点的新矩阵；I重新进入步骤B。本发明专利技术克服了传统仿真法的缺陷，无迭代、计算速度快、精度高且误差小，真实地反映了电网的变化特性。

An electromechanical transient simulation method for power system based on direct algorithm

The invention discloses a method of electromechanical transient simulation of power system based on direct algorithm, which includes the following steps: A initializes the parameters of the power system; B uses a direct algorithm to calculate the power flow distribution of the power system; C calculates the angular acceleration, angular velocity, rotor angle and frequency of each generator; D performs frequency regulation; E is excited by excitation. Adjustment; F calculates the generator rotation EMF based on the generator's rotor angle and frequency; G calculates the average frequency fW, n+1 according to the frequency of each generator FI and n+1, according to the frequency of each generator, n+1; H brings the average frequency fW, n+1 to each node and calculates its corresponding reactance and electricity, and substituting the rotating electromotive force into the corresponding generator. Finally, the new matrix of all nodes is calculated; I reenters step B. The invention overcomes the defects of the traditional simulation method, has no iteration, fast calculation speed, high precision and small error, and truly reflects the variation characteristics of the power grid.

【技术实现步骤摘要】
一种基于直算法的电力系统机电暂态仿真方法
本专利技术属于电力系统仿真
，具体涉及基于直算法的电力系统机电暂态仿真方法。
技术介绍
电力系统机电暂态仿真是电力系统非常重要的分析方法。对运行中的电力系统，通过仿真可以预知在大扰动下(如短路故障、切除线路、发电机、负载、发电机调节励磁、冲击性负载以及变压器调档位等)会不会危及电力系统的安全，系统中所有母线的电压是否在允许的范围以内，系统中各种元件(如线路、变压器等)是否会出现过负载，以及可能出现过负载时应事先采取哪些预防措施。对规划中的电力系统，也可通过仿真来检验所提出的电力系统规划方案能否满足各种运行方式的要求。传统电力系统机电暂态仿真的算法是联立求解电力系统微分方程组和代数方程组，以获得物理量的时域解。微分方程组的求解方法主要有隐式梯形积分法、改进尤拉法和龙格-库塔法等。代数方程组的求解法主要采用适用于求解非线性代数方程组的牛顿法，即迭代法。传统机电暂态仿真方法的缺陷是计算结果误差大、精度低以及速度慢、还时常不收敛；且其建立在所有发电机的频率是同步一致的基础之上，这与电网的实际情况不符，难以反映电网的真实变化。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术目的在于提供一种基于直算法的电力系统机电暂态仿真方法，其克服了传统仿真法的缺陷，无迭代、计算速度快、精度高且误差小，真实地反映了电网的变化特性，如各线路、负载和变压器的阻抗随着电网的频率变化而变化，电网中各发电机的频率也能按各自的规律动态地变化。本专利技术所采用的技术方案为：一种基于直算法的电力系统机电暂态仿真方法，包括以下步骤：A、初始化电力系统参数，计算电力系统中各节点初始矩阵；B、采用直算法计算电力系统潮流分布，其中第i节点发电机第n帧的输出有功功率为Pi,n、输出无功功率为Qi,n、发电机端电压为Ui,n和功率因数为COSi,n；C、进行频率调节，调节第i节点发电机第n+1帧动力矩Ti,n+1；D、进行励磁调节，调节第i节点发电机第n+1帧励磁电流ILi,n+1；E、计算第i节点发电机的第n+1帧角加速度角速度ωi,n+1、转子角度θi,n+1和频率fi,n+1：其中，Ji是第i节点发电机的转动惯量，ΔT是帧计算时间间隔，n是帧序号，n的初始值为0；F、根据发电机第n+1帧的转子角度θi,n+1、频率fi,n+1以及励磁电流ILi,n+1，计算发电机的第n+1帧旋转电动势：发电机旋转电动势的绝对值|Ei,n+1|＝KLi×ILi,n+1×fi,n+1，则旋转电动势向量值其中KLi是i节点发电机的电动势系数；G、用电网上所有发电机第n+1帧的平均频率代替电网的第n+1帧频率，其中m为电力系统中发电机的总数量；H、根据fW,n+1计算各节点的电抗和电纳，将以及计算得到的各节点的电抗和电纳带入到各节点的初始矩阵中，最后计算得出各节点的新矩阵；I、重新进入步骤B。进一步地，步骤A中初始化电力系统参数具体包括如下过程：A1、设置帧计算时间间隔ΔT；A2、设置每台发电机的初始频率fi,0＝50Hz，初始角加速度初始角度θi,0＝0，初始角速度ωi,0＝2×π×fi,0；A3、设置每台发电机的励磁电流ILi,0为额定值以及励磁系数KLi，则其旋转电动势初始值A4、设网上系统频率初始值为fW,0＝50Hz,根据fW,0确定每一个节点的电抗和电纳，最后计算出所有节点的初始矩阵；A5、设置并网发电机的动力矩，或按并网发电机的容量占比分摊全网负载，确定每台发电机的第1帧和起始帧动力矩A6、设置调频发电机的调频系数KTi和死区频率Δfsqi；A7、设置电压调节发电机的电压调节系数Kui、设置电压Usdi和死区电压ΔUsqi；A8、设置无功调节发电机的无功调节系数KQi、设置无功功率Qsdi和死区无功功率ΔQsqi；A9、设置功率因数调节发电机的功率因数调节系数Kcosi、设置功率因数COSsdi和死区功率因数ΔCOSsqi。进一步地，步骤A4具体包括以下过程：设电力系统中，在初始频率fW,0＝50Hz时，负载的电阻为Ri,0和电抗为Xi,0；线路每公里电阻为ri,0、每公里电抗为xi,0、每公里电导为gi,0、每公里电纳为bi,0和线路长度为li；变压器的电导为Gti,0、电纳为Bti,0、电阻为Rti,0、电抗为Xti,0，原边匝数为ni,1和副边匝数为ni,2；发电机的内阻为r′i，0和电抗为x′i，0；则各节点初始矩阵如下：负载初始矩阵为：线路初始矩阵为：其中，zi,0＝ri,0+jxi,0，yi,0＝gi,0+jbi,0，变压器初始矩阵为：发电机初始矩阵为：进一步地，步骤H中，根据fW,n+1计算各节点的电抗和电纳的具体过程如下：负载在频率fW,n+1下的电抗为线路在频率fW,n+1下的每公里电抗为每公里电纳为变压器在频率fW,n+1下的电抗为电纳为发电机在频率fW,n+1下的电抗为进一步地，步骤H中，各节点在频率fW,n+1下的新矩阵如下：负载新矩阵为：线路新矩阵为：其中，zi,n+1＝ri,0+jxi,n+1，yi,n+1＝gi,0+jbi,n+1，变压器新矩阵为：发电机新矩阵为：进一步地，所述步骤C中进行频率调节时，若发电机是非调频发电机，则有：Ti,n+1＝Ti,n；若发电机是调频发电机，则有：当fi,n+1>50+Δfsqi时，Ti,n+1＝Ti,n-KTi×[fi,n+1-(50+Δfsqi)]；当fi,n+1＜50-Δfsqi时，Ti,n+1＝Ti,n+KTi×[(50-Δfsqi)-fi,n+1]；当fi,n+1≥50-Δfsqi且fi,n+1≤50+Δfsqi时，Ti,n+1＝Ti,n；其中，KTi是调频系数，Δfsqi是死区频率。进一步地，所述步骤D中进行励磁调节时，发电机的励磁调节只能在不调节、电压调节、无功调节和功率因数调节这四种之中选择一种：若发电机不参与励磁调节，则ILi,n+1＝ILi,n；若是电压调节发电机，则有：当Ui,n>Usdi+ΔUsqi时，ILi,n+1＝ILi,n-Kui×[Ui,n-(Usdi+ΔUsqi)]；当Ui,n＜Usdi-ΔUsqi时，ILi,n+1＝ILi,n+Kui×[(Usdi-ΔUsqi)-Ui,n]；当Ui,n≥Usdi-ΔUsqi且Ui,n≤Usdi+ΔUsqi时，ILi,n+1＝ILi,n；若是无功调节发电机，则有：当Qi,n>Qsdi+ΔQsqi时，ILi,n+1＝ILi,n-KQi×[Qi,n-(Qsdi+ΔQsqi)]；当Qi,n＜Qsdi-ΔQsqi时，ILi,n+1＝ILi,n+KQi×[(Qsdi-ΔQsqi)-Qi,n]；当Qi,n≥Qsdi-ΔQsqi且Qi,n≤Qsdi+ΔQsqi时，ILi,n+1＝ILi,n；若是功率因数调节发电机，则有：当COSi,n>COSsdi+ΔCOSsqi时，ILi,n+1＝ILi,n+KCOSi×[COSi,n-(COSsdi+ΔCOSsqi)]；当COSi,n＜COSsdi-ΔCOSsqi时，ILi,n+1＝ILi,n-KCOSi×[(COSsdi-ΔCOSsqi)-COSi,n]；当COSi,n≥COSsdi-ΔCOS本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于直算法的电力系统机电暂态仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：A、初始化电力系统参数，计算电力系统中各节点初始矩阵；B、采用直算法计算电力系统潮流分布，其中第i节点发电机第n帧的输出有功功率为Pi,n、输出无功功率为Qi,n、发电机端电压为Ui,n和功率因数为COSi,n；C、进行频率调节，调节第i节点发电机第n+1帧动力矩Ti,n+1；D、进行励磁调节，调节第i节点发电机第n+1帧励磁电流ILi,n+1；E、计算第i节点发电机的第n+1帧角加速度

【技术特征摘要】
1.一种基于直算法的电力系统机电暂态仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：A、初始化电力系统参数，计算电力系统中各节点初始矩阵；B、采用直算法计算电力系统潮流分布，其中第i节点发电机第n帧的输出有功功率为Pi,n、输出无功功率为Qi,n、发电机端电压为Ui,n和功率因数为COSi,n；C、进行频率调节，调节第i节点发电机第n+1帧动力矩Ti,n+1；D、进行励磁调节，调节第i节点发电机第n+1帧励磁电流ILi,n+1；E、计算第i节点发电机的第n+1帧角加速度角速度ωi,n+1、转子角度θi,n+1和频率fi,n+1：其中，Ji是第i节点发电机的转动惯量，ΔT是帧计算时间间隔，n是帧序号，n的初始值为0；F、根据发电机第n+1帧的转子角度θi,n+1、频率fi,n+1以及励磁电流ILi,n+1，计算发电机的第n+1帧旋转电动势：发电机旋转电动势的绝对值|Ei,n+1|＝KLi×ILi,n+1×fi,n+1，则旋转电动势向量值其中KLi是i节点发电机的电动势系数；G、用电网上所有发电机第n+1帧的平均频率代替电网的第n+1帧频率，其中m为电力系统中发电机的总数量；H、根据fW,n+1计算各节点的电抗和电纳，将以及计算得到的各节点的电抗和电纳带入到各节点的初始矩阵中，最后计算得出各节点的新矩阵；I、重新进入步骤B。2.根据权利要求1所述的基于直算法的电力系统机电暂态仿真方法，其特征在于，步骤A中初始化电力系统参数具体包括如下过程：A1、设置帧计算时间间隔ΔT；A2、设置每台发电机的初始频率fi,0＝50Hz，初始角加速度初始角度θi,0＝0，初始角速度ωi,0＝2×π×fi,0；A3、设置每台发电机的励磁电流ILi,0为额定值以及励磁系数KLi，则其旋转电动势初始值A4、设网上系统频率初始值为fW,0＝50Hz,根据fW,0确定每一个节点的电抗和电纳，最后计算出所有节点的初始矩阵；A5、设置并网发电机的动力矩，或按并网发电机的容量占比分摊全网负载，确定每台发电机的第1帧和起始帧动力矩A6、设置调频发电机的调频系数KTi和死区频率Δfsqi；A7、设置电压调节发电机的电压调节系数Kui、设置电压Usdi和死区电压ΔUsqi；A8、设置无功调节发电机的无功调节系数KQi、设置无功功率Qsdi和死区无功功率ΔQsqi；A9、设置功率因数调节发电机的功率因数调节系数Kcosi、设置功率因数COSsdi和死区功率因数ΔCOSsqi。3.根据权利要求2所述的基于直算法的电力系统机电暂态仿真方法，其特征在于，步骤A4具体包括以下过程：设电力系统中，在初始频率fW,0＝50Hz时，负载的电阻为Ri,0和电抗为Xi,0；线路每公里电阻为ri,0、每公里电抗为xi,0、每公里电导为gi,0、每公里电纳为bi,0和线路长度为li；变压器的电导为Gti,0、电纳为Bti,0、电阻为Rti,0、电抗为Xti,0，原边匝数为ni,1和副边匝数为ni,2；发电机的内阻为ri',0和电抗为xi',0；则各节点初始矩阵如下：负载初始矩阵为：线路初始矩阵为：其中，zi,0＝ri,0+jxi,0，yi,0＝gi,0+jbi,0，变压器初始矩阵为：发电机初始矩阵为：4.根据权利要求3所述的基于直算法的电力系统机电暂态仿真方法，其特征在于，步骤H中，根据fW,n+1计算各节点的电抗...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓宏伟，邓朝尹，
申请(专利权)人：邓宏伟，
类型：发明
国别省市：四川,51