基于恒定阻抗接口的同步发电机全电磁暂态仿真方法技术

本发明专利技术的基于恒定阻抗接口的同步发电机全电磁暂态仿真方法，其特点是，包括：获取同步发电机的物理参量并将相关数据按照标准格式填入到数据文件中；利用数据搭建功能搭建同步发电机控制系统模型；将机电暂态仿真模型数据转换为全电磁暂态仿真数据；全电磁仿真程序读入仿真数据后，完成同步发电机的初始化；按照实际设置进行仿真，完成每步的仿真：将仿真结果曲线输出到指定文件进行稳定性判断步骤，其方法考虑了同步发电机的非线性，能够准确的仿真同步发电机的暂态过程，适应大多数的电磁暂态仿真软件的需要，其科学合理，适用性强，仿真准确，计算效率高，收敛精度高。收敛精度高。收敛精度高。

【技术实现步骤摘要】
基于恒定阻抗接口的同步发电机全电磁暂态仿真方法


[0001]本专利技术属于电力系统建模与仿真
，涉及一种基于恒定阻抗接口的同步发电机全电磁暂态仿真方法。

技术介绍

[0002]电力系统全电磁暂态仿真技术主要是为了解决大规模电力电子接入的交直流电力系统稳定性分析的工具，仿真的对象是交直流系统，其中，仿真数量最大的元件是同步发电机。传统的电力系统稳定性分析中的核心元件就是同步发电机，同步发电机集电磁暂态变化与机械运动于一体，具有复杂的结构，同步发电机包括发电机电磁方程、转子运动方程以及原动机、励磁、PSS等控制系统模型。
[0003]发电机模型是电力系统数字仿真软件的核心，特别是机电暂态仿真的准确性对同步发电机模型的依赖性很大。根据研究目的以及其要求的准确度的不同，目前旋转电机可以被大致地分为三类模型：有限元(或有限差分)模型、等效磁路模型、耦合电路模型。其中前两类模型虽然能够提供更好的精度和更多的信息，但是效率较低，主要用于电机设计，在电力系统分析中真正广泛应用的还是耦合电路模型。耦合电路模型又可以被分为两类：忽略电磁暂态过程的相量模型和考虑电磁暂态过程的瞬时值模型。由于要建立双馈型风力发电机的详细模型，因此需要采用电磁暂态模型。电磁暂态模型还可以被分为三类：基于qd0变换的模型、相域模型(PD：Phase-domain)以及阻抗后的电压源模型(VBR： voltage-behind-reactance)。其中基于qd0坐标变换的模型是最为成熟可靠也是获得广泛应用的模型，几种主流的电磁暂态仿真程序(如：PSCAD/EMTDC，Matlab 等)和机电暂态仿真(BPA、PSASP等)采用的都是这种模型。
[0004]同步发电机本体模型中的电磁方程和转子运动方程为非线性方程，电磁暂态仿真计算的整体框架不具备迭代功能，不迭代的算法将影响全电磁暂态仿真的步长。另外一个问题是电磁暂态仿真将元件等效为一个由等值阻抗和注入电流组成的等值电路，同步发电机等值电路中的阻抗是不恒定的，时变距阵会导致反复进行矩阵分解。因此，基于恒定阻抗接口的电磁暂态方法对于全电磁暂态仿真方法具有重大意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是，为克服现有技术的不足,提供一种科学合理，适用性强，仿真准确，计算效率高，收敛精度高的基于恒定阻抗接口的同步发电机全电磁暂态仿真方法。
[0006]实现本专利技术目的采用的技术方案是，一种基于恒定阻抗接口的同步发电机全电磁暂态仿真方法，其特征是，它包括以下步骤：
[0007]1)获取同步发电机的物理参量以及网络中的线路的参数，并将相关数据按照标准格式填入到数据文件中：
[0008]①
电网系统和同步发电机参数数据的收集：
[0009]获取电网系统和同步发电机的物理参量，具体为同步发电机的次暂态参数，电网
区域划分、母线、发电机、负荷、电容电抗器和可投切电容电抗器、SVC、交流线路、变压器与移相器、换流器、直流线路数据；
[0010]②
系统参数的填写与编辑：
[0011]获取到系统参数后按照机电暂态标准格式完成数据卡的填写，包括区域控制数据卡、节点数据卡、支路数据卡、数据修改卡，从而完成大电网网络数据的输入；
[0012]2)利用数据搭建功能搭建同步发电机控制系统模型，
[0013]包括原动机模型、调速器控制模型、励磁控制模型、电力系统稳定器PSS模型，所述PSS模型输出参考值V
S
给励磁控制模型，所述励磁控制模型输出励磁电压E
f
给电磁方程，所述调速器控制模型输出有功功率P
order
给原动机模型，所述原动机模型输出机械功率P
M
给转子运动方程；
[0014]3)将机电暂态仿真模型数据转换为全电磁暂态仿真数据，其中机电暂态模型简化处理为对称的三相模型；
[0015]4)全电磁仿真程序读入仿真数据后，启动仿真程序，根据同步发电机的实际参数，完成同步发电机的初始化，将同步发电机进行等值，等值电路中的阻抗为恒定的，生成系统的阻抗电路；
[0016]①
同步发电机模型的初始化过程：
[0017]利用公式(1)进行计算，公式(1)的实数项为零，只有虚数项，从而能够利用公式(1)求得q轴的位置，然后根据公式(2)求出其他各项的值，
[0018][0019]其中，为初始电压；R
s
为电阻；X
q
为定子绕组的交轴同步电抗；X
d”为定子绕组直轴次暂态电抗；X
q”为定子绕组交轴次暂态电抗；为定子电流。
[0020][0021]其中，E
f
为定子励磁电动势；E
q
'为交轴暂态电动势；E
″
q
为交轴次暂态电动势；E
d
'为直轴暂态电动势；E
″
d
为直轴次暂态电动势；X
d
为定子绕组的直轴同步电抗；X
q
为定子绕组的交轴同步电抗；X'
d
为定子绕组的直轴暂态电抗；X'
q
为定子绕组的交轴暂态电抗；X
″
d
为定子绕组的直轴次暂态电抗；X
″
q
为定子绕组的交轴次暂态电抗；u
d
为定子电压的直轴分量；u
q
为定子电压的交轴分量；i
d
为定子电流的直轴分量；i
q
为定子电流的交轴分量；R
s
为定子线圈绕组的电阻。
[0022]②
同步发电机的等值过程：
[0023]同步发电机在全电磁暂态仿真过程中的等值电路由次暂态电势和等值阻抗组成，等值阻抗为公式(3)，
[0024][0025]其中，为线路自感；为相间互感。
[0026]5)按照实际设置进行仿真，完成每步的仿真；
[0027]①
计算运动方程，根据电磁功率和机械功率求转速和转子角度；
[0028]②
利用机电暂态的转子次暂态方程公式(4)，计算次暂态电势，将次暂态电势转换为abc坐标下电势后修改电压源的电压值；
[0029][0030]其中，T
d0”为d轴开路次暂态时间常数；T
d0
'为d轴开路暂态时间常数；T
q0”为 q轴开路次暂态时间常数；T
q0
'为q轴开路暂态时间常数。
[0031]③
等待网络方程求解完毕，获得节点电压；
[0032]④
根据节点电压和互感元件的电流，求得电磁功率，并分析电磁功率的误差用来判断是否需要迭代，误差计算公式5)，采用标幺值计算，若误差超过0.01 则进行迭代，否则计算成功不迭代；
[0033]P
err
＝|P
new-P
old
|
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于恒定阻抗接口的同步发电机全电磁暂态仿真方法，其特征是，它包括以下步骤：1)获取同步发电机的物理参量以及网络中的线路的参数，并将相关数据按照标准格式填入到数据文件中：
①
电网系统和同步发电机参数数据的收集：获取电网系统和同步发电机的物理参量，具体为同步发电机的次暂态参数，电网区域划分、母线、发电机、负荷、电容电抗器和可投切电容电抗器、SVC、交流线路、变压器与移相器、换流器、直流线路数据；
②
系统参数的填写与编辑：获取到系统参数后按照机电暂态标准格式完成数据卡的填写，包括区域控制数据卡、节点数据卡、支路数据卡、数据修改卡，从而完成大电网网络数据的输入；2)利用数据搭建功能搭建同步发电机控制系统模型，包括原动机模型、调速器控制模型、励磁控制模型、电力系统稳定器PSS模型，所述PSS模型输出参考值V
S
给励磁控制模型，所述励磁控制模型输出励磁电压E
f
给电磁方程，所述调速器控制模型输出有功功率P
order
给原动机模型，所述原动机模型输出机械功率P
M
给转子运动方程；3)将机电暂态仿真模型数据转换为全电磁暂态仿真数据，其中机电暂态模型简化处理为对称的三相模型；4)全电磁仿真程序读入仿真数据后，启动仿真程序，根据同步发电机的实际参数，完成同步发电机的初始化，将同步发电机进行等值，等值电路中的阻抗为恒定的，生成系统的阻抗电路；
①
同步发电机模型的初始化过程：利用公式(1)进行计算，公式(1)的实数项为零，只有虚数项，从而能够利用公式(1)求得q轴的位置，然后根据公式(2)求出其他各项的值，其中，为初始电压；R
s
为电阻；X
q
为定子绕组的交轴同步电抗；X
d”为定子绕组直轴次暂态电抗；X
q”为定子绕组交轴次暂态电抗；为定子电流。
其中，E
f
为定子励磁电动势；E
q
'为交轴暂态电动势；E
″
q
为交轴次暂态电动势；E
d
'为直轴暂态电动势；E
″
d
为直轴次暂态电动势；X
d
为定子绕组的直轴同步电抗；X
q
为定子绕组的交轴同步电抗；X'
d
为定子绕组的直轴暂态电...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶小晖，崔杨，赵钰婷，邓贵波，李霞，宋新立，刘文焯，仲悟之，
申请(专利权)人：东北电力大学中国电力科学研究院有限公司国网江苏省电力有限公司电力科学研究院国网江苏省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：