利用阻尼转矩系数的电力系统混合仿真模型切换方法技术方案

本发明专利技术公开了一种利用发电机阻尼转矩系数的混合仿真模型切换方法，用于电力系统中长期中全时域‑准稳态混合仿真。该方法沿全时域模型的仿真曲线计算同步发电机的阻尼转矩系数，在扰动发生后，若当前振荡周期内的阻尼转矩系数小于扰动后第一个周期的α倍，且当前最后两个周期中阻尼转矩系数相差在容许范围β内，则判定系统可从全时域模型切换到准稳态模型，实现混合仿真计算。与现有基于频率的模型切换方法相比较，此模型切换方法能够较早地切换到准稳态模型，减小全时域仿真在中长期仿真中所占的时间，从而提高混合仿真的效率。

Power system hybrid simulation model switching method using damping torque coefficient

The invention discloses a hybrid simulation model switching method using the damping torque coefficient of the generator, which is used for the medium and long-term full time-domain \u2011 quasi stable hybrid simulation of the power system. This method calculates the damping torque coefficient of the synchronous generator along the simulation curve of the full time domain model. If the damping torque coefficient in the current oscillation period is less than \u03b1 times of the first period after the disturbance, and the difference between the damping torque coefficient in the last two periods is within the allowable range \u03b2, then the system can switch from the full time domain model to the quasi steady state model to realize hybrid simulation True calculation. Compared with the existing frequency based model switching method, this model switching method can switch to the quasi-stationary model earlier, reduce the time of full time domain simulation in the medium and long-term simulation, and improve the efficiency of hybrid simulation.

【技术实现步骤摘要】
利用阻尼转矩系数的电力系统混合仿真模型切换方法
本专利技术属于电力系统中长期稳定
，特别是利用阻尼系数的电力系统混合仿真模型切换方法。
技术介绍
全时域仿真法在电力系统暂态和中长期动态仿真中采用相同的仿真模型，即将发电机、调速系统、励磁系统、过励磁限制器(Overexcitationlimiter，OXL)、电力系统稳定器(PowerSystemStabilizer，PSS)和温控自恢复负荷、电动机负荷等的微分方程与网络代数方程进行联立求解。全时域模型能够描述元件的详细动态，仿真精度高，因此常用作检验其它快速仿真方法的标准。由于系统微分—代数方程(DAE)的维数较高，系统刚性强，仿真步长因为受到系统元件最小时间常数的限制而不能太大，因此仿真时间长，计算任务重，仿真效率低。准稳态仿真方法主要专注于中长期电压稳定性的研究，该法忽略系统的暂态过程，将系统中与快变量相关的微分方程用代数方程代替，仿真中通过一系列暂态平衡点来描述系统的长期动态。由于忽略了系统的暂态过程，不需要考虑快变量的数值积分，故降低了微分方程组的维数。同时，由于慢动态元件的时间常数相对较为接近，因此系统的刚性大大降低，可以采用较大的仿真步长，因此准稳态仿真方法可以有效地提高仿真速度。电力系统中各个元件的动态特性不同，响应时间悬殊。在保证一定仿真精度的前提下，为了提高仿真速度，针对不同的研究目的和研究重点，一般将电力系统的稳定性研究划分为暂态稳定性和中长期稳定性研究。但是随着电力系统的发展，系统结构的复杂化，系统运行中的短期和长期动态的相互影响使得人们意识到电力系统是一个完整的系统，很难被严格的划分开来，因此综合考虑系统的暂态和中长期动态的混合仿真法符合目前电力系统仿真的发展趋势。已经有学者提出了一种基于双时标的仿真方法，即结合全时域仿真和准稳态仿真的混合仿真方法(FTS-QSS)。该方法用全时域仿真法来处理系统的暂态过程，当系统暂态衰减到一定程度后转用准稳态仿真法来处理系统长期动态。所以全时域仿真向准稳态仿真法转换的转换时刻的确定就尤为重要。模型转换过早，系统振荡未充分衰减，切换后可能会引起系统振荡；模型转换过晚，则徒增不必要的计算，影响混合仿真提高计算效率的效果。
技术实现思路
本专利技术提出了一种利用阻尼转矩系数的电力系统混合仿真模型切换方法，解决现有电力系统中长期混合仿真效率低的问题。实现本专利技术的技术解决方案为：一种利用阻尼转矩系数的电力系统混合仿真模型切换方法，具体步骤为：步骤1、设置仿真总时长T，以及各时间段仿真步长h的大小；步骤2、设定每M个步长为一个计算周期，计算每个步长内的系统发电机阻尼转矩系数Kd；步骤3、计算一个周期内系统发电机阻尼转矩系数Kd的平均值，选取周期内最大的系统发电机阻尼转矩系数Kd，取二者之差作为一个计算周期的阻尼转矩波动幅度Crn，n为总得周期数；步骤4、当满足Cr2<αCr1且|Cr2/Cr3-1|<β时，从全时域仿真模型切换到准稳态仿真模型，其中，Cr1表示积分行进过程中第一个计算周期的阻尼转矩波动幅度，Cr2表示积分行进过程中最后一个计算周期的阻尼转矩波动幅度，Cr3表示积分行进过程中倒数第二个计算周期的阻尼转矩波动幅度，α和β为设定的系数。优选地，步骤2中系统发电机阻尼转矩系数的计算公式为：Kd＝{[Δδ·Δω·h,Δω·Δω·h]·[ΔPe·Δδ·h；ΔPe·Δω·h]}-1式中，Δδ表示发电机功角，Δω表示发电机角频率，ΔPe表示发电机电磁功率，h表示仿真步长。本专利技术的工作原理是利用电力系统中小扰动时阻尼转矩系数为常数这一假设，并且算出一个运算周期内的阻尼转矩系数的极大值和平均值的差值Cr，通过Cr的变化规律来判断中长期电力系统是否已经稳定运行。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)在电力系统的中长期混合仿真时，与传统的频率判据相比能够更早的判定进入准稳态仿真阶段，仿真效率提高。(2)克服了频率判据在系统频率出现脉振的情况下容易误判的情况，仿真更加准确。(3)由于本专利技术的判定为实时判定，故判定的模型切换时刻更加准确。下面结合附图对本专利技术做进一步详细的描述。附图说明图1为本专利技术利用阻尼转矩系数的电力系统混合仿真模型切换方法的系统单线图。图2为本专利技术利用阻尼转矩系数的电力系统混合仿真模型切换方法的总体仿真过程流程图。图3为本专利技术利用阻尼转矩系数的电力系统混合仿真模型切换方法的具体切换方法流程图。图4为本专利技术利用阻尼转矩系数的电力系统混合仿真模型切换方法具体实施例中发电机功角图。图5为本专利技术利用阻尼转矩系数的电力系统混合仿真模型切换方法具体实施例中发电机功角差图。图6为本专利技术利用阻尼转矩系数的电力系统混合仿真模型切换方法具体实施例中节点9电压曲线图。图7为本专利技术计算周期示意图。具体实施方式根据图2所示，本专利技术某些实施例中采用的IEEE标准5机14节点系统在中长期仿真过程中判定系统在扰动或离散元件动作后系统是否重新稳定运行。若通过本专利技术的判定，则系统进入准稳态仿真环节。根据图3所示，本专利技术利用阻尼转矩系数的电力系统混合仿真模型切换方法，具体步骤为：步骤1、设置仿真总时长T，以及各时间段仿真步长h的大小；进一步的实施例中，仿真总时长T大于十分钟。进一步的实施例中，各时间段仿真步长h的取值为：其中h的单位为毫秒，t表示仿真进行的时间，单位为秒。步骤2、设定每M个步长为一个计算周期，计算每个步长内的系统发电机阻尼转矩系数Kd；结合图7所示，本专利技术中的计算周期是指在积分进程中，只要出现M个步长即为一个计算周期，并且计算周期实时更新，例如采取100个步长为一个计算周期，即从仿真开始的第1到100个步长为第一个周期，第2到第101个步长即为第2个周期，第m个步长到第m+99个步长为第m个周期，以此类推。进一步的实施例中，系统发电机阻尼转矩系数的计算公式为：Kd＝{[Δδ·Δω·T,Δω·Δω·T]·[ΔPe·Δδ·T；ΔPe·Δω·T]}-1式中，Δδ表示发电机功角，Δω表示发电机角频率，ΔPe表示发电机电磁功率，h表示仿真步长。本专利技术中，最大的系统发电机阻尼转矩系数Kd的计算公式的推导过程为：首先，同步发电机的电磁转矩表示为：ΔTe＝KsΔδ+KDΔω(1)其次，沿系统轨线得到发电机的转矩、速度和角度，得到转矩误差表达式E(t)＝ΔTe(t)-[KSΔδ(t)+KdΔω(t)](2)和误差平方的积分表达式其中，为了使转矩误差平方的积分值达到最小，Ks和Kd须满足以下两个公式：设Ks和Kd为相互独立的常数，所以公式(3)和(4)整理得到：最后，将公式(5)两式联立，可得Kd的表达式：Kd＝{[Δδ·Δω·h,Δω·Δω·h]·[ΔPe本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用阻尼转矩系数的电力系统混合仿真模型切换方法，其特征在于，具体步骤为：/n步骤1、设置仿真总时长T，以及各时间段仿真步长h的大小；/n步骤2、设定每M个步长为一个计算周期，计算每个步长内的系统发电机阻尼转矩系数K

【技术特征摘要】
1.一种利用阻尼转矩系数的电力系统混合仿真模型切换方法，其特征在于，具体步骤为：
步骤1、设置仿真总时长T，以及各时间段仿真步长h的大小；
步骤2、设定每M个步长为一个计算周期，计算每个步长内的系统发电机阻尼转矩系数Kd；
步骤3、计算一个周期内系统发电机阻尼转矩系数Kd的平均值，选取周期内最大的系统发电机阻尼转矩系数Kd，取二者之差作为一个计算周期的阻尼转矩波动幅度Crn，n为总得周期数；
步骤4、当满足Cr2<αCr1且|Cr2/Cr3-1|<β时，从全时域仿真模型切换到准稳态仿真模型，其中，Cr1表示积分行进过程中第一个计算周期的阻尼转矩波动幅度，Cr2表示积分行进过程中最后一个计算周期的阻尼转矩波动幅度，Cr3表示积分行进过程中倒数第二个计算周期的阻尼转矩波动幅度，α和β为设定的系数。


2.根据权利要求1所述的利用阻尼转矩系数的电力系统混合仿真模型切换方法，其特征在于，步骤2中系统发电机阻尼转矩系数的计...

【专利技术属性】
技术研发人员：张杰，胡继磊，江宁强，全亚明，王文辉，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32