一种用于电力系统实时仿真的间隔单元模型等效方法技术方案

本发明专利技术公开一种用于电力系统实时仿真的间隔单元模型等效方法。此间隔单元模型等效方法对电力系统中常见的间隔单元进行内部等效，将除电流互感器和接地电阻以外的元件等效为二值电导；采用星角变换对间隔单元的内部节点进行预消去，减小了网络方程的维数；并利用多值系数预存技术，给出了间隔单元的多值等效导纳寻址方法、多值电压系数寻址方法及寻址电路复用方法。本发明专利技术设计的方法减小了网络方程求解所需的时间，加快了仿真速度，有效增加了电力系统实时仿真规模。

An Equivalent Method of Interval Cell Model for Real-time Power System Simulation

The invention discloses an equivalence method of interval unit model for real-time simulation of power system. In this method, the common spacer elements in power system are equivalent internally, and the elements other than current transformers and grounding resistors are equivalent to binary conductance. Star angle transformation is used to pre-eliminate the internal nodes of spacer elements, which reduces the dimension of network equation. The multi-value equivalent admittance search of spacer elements is given by using multi-value coefficient pre-storage technology. Addressing method, multi-value voltage coefficient addressing method and addressing circuit multiplexing method. The method of the invention reduces the time required for solving the network equation, speeds up the simulation speed and effectively increases the scale of real-time simulation of power system.

【技术实现步骤摘要】
一种用于电力系统实时仿真的间隔单元模型等效方法
本专利技术属于电力自动化
，涉及一种电力系统实时仿真的间隔单元模型等效方法。
技术介绍
电力系统仿真分析是电力系统规划设计和调度运行的基础，其中实时仿真可对二次设备进行硬件在环实验和对电力系统工作人员进行技术培训。状态变量法与节点电压法是两种经典的仿真求解方法。状态变量法通过预测校正法对各微分方程隐式地求解，在算法的选择上具有较大灵活性，并且对非线性元件的求解准确性较高，但计算效率较低并且不能灵活切换仿真步长。而节点电压法根据电力系统中基本元件的电压电流关系采用数值积分法将微分方程等值为对应的伴随电路模型，并通过节点电压法对线性电路求解，最后得到各节点的瞬时电压值。其特点是，仿真效率高且准确性高，同时可以保证良好的数值稳定性，已经成为电力系统实时仿真的主流算法。但现有的用于电力系统实时仿真的节点电压法存在一大缺陷：电力系统中存在大量由断路器、隔离开关、电流互感器组成的间隔单元。间隔单元的存在会大大增加网络方程的维数，从而增加求解的计算量，增大了仿真时间，不利于实现实时仿真。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种设计合理、能有效减少网络方程求解计算量，从而提高电力系统实时仿真效率的间隔单元模型等效方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种用于电力系统实时仿真的间隔单元模型等效方法，包括以下步骤：(1)对间隔单元模型进行内部等效；将除电流互感器和接地电阻以外的电导用二值电导模型描述，以内部节点为中心节点做星角变换，将等效模型的内部节点消去，从而将间隔单元模型等效为只有边界节点的纯电阻网络；(2)通过YU＝I的外特性方程描述间隔单元内部等效后的仿真模型，其中Y为间隔单元的等效节点导纳矩阵，U为节点电压向量，I为节点注入电流向量，Y中的各等效导纳用多值系数预存法处理，其中，所述多值系数预存法是将节点导纳矩阵各系数的所有可能取值提前预存，在仿真过程中不经过运算组件，而是通过寻址电路直接得到各系数的取值的方法；寻址电路通过统计间隔单元等效模型内部各电导的导通状态得到多值系数的实际取值；(3)由叠加定理与齐次定理可知，间隔单元内部节点电压等于各边界节点电压与对应电压系数的乘积之和，同样采用多值系数预存法处理电压系数；(4)针对间隔单元的等效节点导纳矩阵和电压系数对应的多值系数配置相应的寻址电路；间隔单元的各相子网络的等值电路在拓扑上具有对称性，相同的寻址电路可在不同多值系数寻址时使用；(5)将间隔单元的等效节点导纳矩阵和电压系数对应的多值系数预存在存储单元中，在实时仿真过程中运算组件可直接通过寻址电路得到各系数取值。与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：1、利用星角变换消去间隔单元内部节点，对间隔单元进行内部等效后只剩边界节点，降低了网络方程的维数，减少了求解网络方程时的串行度。2、将等效后的间隔单元外特性用节点导纳矩阵和电压系数描述，利用多值系数预存技术处理节点导纳矩阵和电压系数，减轻了运算组件压力。3、针对不同的间隔单元，利用其对称性对寻址电路进行复用，提高了硬件资源的利用率。附图说明图1是本专利技术的与双母线相连的进线间隔示意图；图2是本专利技术的间隔单元等值电路示意图；图3是本专利技术的间隔单元A相子网络(以下简称子网络)内部等效前示意图；图4是本专利技术的子网络消去节点4a后的示意图；图5是本专利技术的子网络的等效导纳Y1a,2d寻址电路示意图；具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提出一种用于电力系统实时仿真的间隔单元模型等效方法，包括以下步骤：(1)提出电力系统中大量存在的间隔单元影响电力系统实时仿真速度的问题。为此对间隔单元模型进行内部等效，将除电流互感器和接地电阻以外的电导用二值电导模型描述。之后以内部节点为中心节点做星角变换，将等效模型的内部节点消去，从而将间隔单元模型等效为只有边界节点的纯电阻网络。(2)间隔单元的仿真模型内部等效后，可用型如YU＝I的外特性方程描述。节点导纳矩阵Y中的各等效导纳可用多值系数预存法处理。其中，所述多值系数预存法是将节点导纳矩阵各系数的所有可能取值提前预存，在仿真过程中不经过运算组件，而是通过寻址电路直接得到各系数的取值的方法。寻址电路通过统计间隔单元等效模型内部各电导的导通状态得到多值系数的实际取值。(3)由叠加定理与齐次定理可知，间隔单元内部节点电压等于各边界节点电压与对应电压系数的乘积之和。因此电压系数也采用多值系数预存法处理。(4)间隔单元的各相子网络的等值电路在拓扑上具有对称性，相同的寻码电路可以在不同多值系数寻址时使用。下面分别对本专利技术的功能和作用作进一步说明：如图1所示，给出了双母线相连的进线间隔单元示意图，图2为其等值电路。其中，G2g、G3g、G4g为接地电导，G34a、G34b、G34c为电流互感器的等效电导，其余电导都为二值电导。为使接地电导的值可以任意设置，以节点1、5、6、2d、3d、4d为边界进行网络内部等效。等效前的模型有3个独立的子网络，每个子网络只包含7个二值电导，对各子网络内部等效后只剩边界节点，降低了网络方程的维数，减少了求解网络方程时的串行度。子网络内部等效可看作内部节点预消去的过程，通过以内部节点为中心节点做星角变换分析内部节点的预消去过程。以A相子网络预消去节点4a的过程为例说明，图3为A相子网络内部等效前的等值电路，图4为消去节点4a后的等值电路。内部节点4a消去后，节点6a、5a、4d、3a由之前的星形连接关系变换为角形连接，新增6个等效电导，各等效电导的数值等于内部节点与相关节点间电导的乘积与内部节点与相连节点间所有电导的和相除，例如G36a的计算公式依次以节点4a、3a、2a为中心节点做星角变换即可完成A相子网络内部等效的过程。当子网络中二值电导的数值规定为10-8/108S时，通过星角变换的公式分析可知，等效后子网络中等效电导的取值会多达128个，因此而产生的存储压力是无法容忍的。等效电导如此之多的原因是当两个边界节点间的路径不导通(路径上各二值电导等于108S)时，它们之间的等效电导为一个极小值而非零值，并且该极小值因受其余二值电导的影响两两之间互不相同，记录这些极小值是没有意义的。若规定内部节点与任意边界节点间的路径都不导通时其节点电压为零，并将图2中的所有二值电导规定为0/108S，则当两个边界节点间的路径不导通时，它们之间的等效电导只为零值，这样各等效电导的取值会大大减少。间隔单元的仿真模型内部等效后为只剩边界节点的纯阻网络，可用型如YU＝I的外特性方程描述。通过分析内部等效过程可以发现，当某一内部节点到等效导纳相关节点的路径导通时，则以该内部节点为中心节点的星角变换会影响该等效导纳的数值，边界电导(内部节点与相连边界节点间各二值电导)的取值决定了这种影响。利用这一规律，节点导纳矩阵Y中的各等效导纳可用多值系数法处理，以A相子网络的等效导纳Y1a,2d为例说明多值系数法的处理过程。将1a到2d路径标号为①，边界节点3d、4d、5a、6a到①(节点2a)的路径分别标号为②③④⑤。路径①的通断决定了Y1a,2d是否为零值，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电力系统实时仿真的间隔单元模型等效方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对间隔单元模型进行内部等效；将除电流互感器和接地电阻以外的电导用二值电导模型描述，以内部节点为中心节点做星角变换，将等效模型的内部节点消去，从而将间隔单元模型等效为只有边界节点的纯电阻网络；(2)通过YU＝I的外特性方程描述间隔单元内部等效后的仿真模型，其中Y为间隔单元的等效节点导纳矩阵，U为节点电压向量，I为节点注入电流向量，Y中的各等效导纳用多值系数预存法处理，其中，所述多值系数预存法是将节点导纳矩阵各系数的所有可能取值提前预存，在仿真过程中不经过运算组件，而是通过寻址电路直接得到各系数的取值的方法；寻址电路通过统计间隔单元等效模型内部各电导的导通状态得到多值系数的实际取值；(3)由叠加定理与齐次定理可知，间隔单元内部节点电压等于各边界节点电压与对应电压系数的乘积之和，同样采用多值系数预存法处理电压系数；(4)针对间隔单元的等效节点导纳矩阵和电压系数对应的多值系数配置相应的寻址电路；间隔单元的各相子网络的等值电路在拓扑上具有对称性，相同的寻址电路可在不同多值系数寻址时使用；(5)将间隔单元的等效节点导纳矩阵和电压系数对应的多值系数预存在存储单元中，在实时仿真过程中运算组件可直接通过寻址电路得到各系数取值。...

【技术特征摘要】
1.一种用于电力系统实时仿真的间隔单元模型等效方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对间隔单元模型进行内部等效；将除电流互感器和接地电阻以外的电导用二值电导模型描述，以内部节点为中心节点做星角变换，将等效模型的内部节点消去，从而将间隔单元模型等效为只有边界节点的纯电阻网络；(2)通过YU＝I的外特性方程描述间隔单元内部等效后的仿真模型，其中Y为间隔单元的等效节点导纳矩阵，U为节点电压向量，I为节点注入电流向量，Y中的各等效导纳用多值系数预存法处理，其中，所述多值系数预存法是将节点导纳矩阵各系数的所有可能取值提前预存，在仿真过程中不经过运算组件，而是...

【专利技术属性】
技术研发人员：张炳达，张杰，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12