一种保留无源性的大规模配电网络电磁暂态仿真模型化简方法：将大规模智能配电系统分为相联系的外部系统和研究系统两部分；分别建立外部系统和研究系统的电磁暂态仿真模型；设定低维系统模型阶数q；根据外部系统状态-输出方程模型，计算A=-G-1C，R=G-1B；根据外部系统输入量个数，选择相应的基底计算方法，求取q维krylov子空间Kq(A,R,q)的标准正交基底V；计算Cq=VTCV，Gq=VTGV，Bq=VTB，Lq=VTL，得到低维简化系统模型利用外部系统简化的降阶模型替代原有的外部系统模型，并与研究系统详细模型联立进行仿真计算得到研究系统内部详细的暂态过程。本发明专利技术具有精确度高、稳定性好、算法简单、易于实现的特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种仿真模型化简方法。特别是涉及一种适于各种含分布式电源、微网及储能装置的智能配电网电磁暂态仿真应用的。
技术介绍
近代以来，电能一直是能源利用的最有效方式之一。随着人类经济社会发展对能源需求的不断增长以及环境问题的日益突出，传统的以化石燃料为主导的集中式发电方式受到挑战，能够充分利用各种新能源的分布式发电技术正受到越来越广泛的重视和应用。分布式发电技术主要是指利用各种可用的分散存在的能源进行发电供能的技术，具有经济性好、灵活性高、对环境友好等诸多优点。然而，分布式发电技术的多样性增加了其并网运行的难度，大量分布式电源的并网运行对电网的运行与调度也提出了诸多新的挑战。现有研究和实践表明，将分布式发电供能系统以微网的形式接入到大电网并网运行是发挥其效能的最有效方式。微网技术的提出旨在实现中低压层面上分布式发电技术的灵活、高效应用，解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网运行问题。分布式发电技术和微网技术的不断成熟极大地推动了智能电网的发展。智能电网以通畅的双路通信、高级传感器和分布式计算等技术为基础，最终实现电网运行和控制的信息化与智能化，从而改善能源结构和利用效率，满足各种关键的供能需求，提高电力传输的经济性、安全性和可靠性。智能电网涉及发电、输电、变电、配电、用电以及调度等多个环节，其中配电网在智能电网中扮演着十分重要的角色。各种形式的分布式电源、储能装置、微网及电动汽车充放电等设施的接入，特别是与用户的灵活互动都需要依靠配电网来体现。配电系统作为电力系统到用户的最后一环，与用户的联系最为紧密，对用户的影响也最为直接，已越来越引起人们的重视。同时，配电网还具有网络规模庞大、结构复杂、结构与参数不对称等特点，特别是当大量的分布式电源并网后，会极大地改变配电网的运行特征，其动态过程也将更为复杂，因此需要借助快速有效的仿真工具和方法来研究含有各种分布式电源及储能装置的配电网的动态行为。此外，未来智能配电网作为现有配电自动化系统的发展和延伸，在故障定位、隔离与自愈，分布式电源出力及负荷调度，计算机辅助决策等方面都对仿真计算速度提出了更高的要求，这与配电网日益复杂且庞大的网络结构是相矛盾的。因此，研究面向配电网络的模型整体化简方法以实现高维复杂配电系统的快速、准确、高效仿真是极为必要的。在传统电力系统数字仿真的研究中，分别针对电磁暂态过程与机电暂态过程发展出了相应的数字仿真方法，即电磁暂态仿真方法与机电暂态仿真方法，二者从元件的数学模型到仿真计算方法具有完全不同的特征。对于含分布式电源、微网及储能装置的智能配电网动态过程的研究同样需要借助传统电力系统仿真计算方法，即以电磁暂态仿真方法为基础研究系统中相对较快的动态过程，而以机电暂态仿真方法为基础研究其中相对较慢的动态过程，其中“较快”和“较慢”都是相对而言的，但在一般情况下以工频为界加以区别是合适的。由于快动态研究主要侧重于智能配电系统中各种快速变化的暂态过程的详细仿真，特别强调仿真结果的准确性和完整性，因此在系统层面采用详细的元件模型对电网、电力电子装置、分布式电源及各种控制器进行建模，采用电力系统电磁暂态仿真的基本理论与方法，可以捕捉频率范围从几百kHz到工频之间系统中的电气量和非电气量的动态过程，主要用于系统稳态时的谐波分析、电压与频率控制、能量优化与管理、控制算法分析与控制器设计，系统暂态时的短路电流计算、短期的负荷跟踪特性、故障期间的系统动态特性、故障穿越特性、反孤岛保护方法、保护装置整定以及实际物理系统的试验与验证等诸多方面。对于大规模智能配电系统暂态建模与仿真研究，根据不同电气元件在研究中所处位置的不同，可以将大规模智能配电系统分为外部系统和研究系统两部分，二者之间通过若干支路相联系，如附附图说明图1所示，图中M为母线，L为联络线路。其中，研究系统B部分属于分析、仿真与研究的重点，特别关注其内部详细的动态响应特性及其与外部系统A的相互影响，如故障时刻或开关动作时的暂态过程等，需要对其进行详细建模。外部系统则重点考虑它对研究系统动态特性的影响，而不必关心其内部动态过程的行为特征(如需考虑，可将其移至研究系统)。虽然也可采用详细模型对外部系统进行建模，但是当外部系统规模较大时，采用详细模型对其建模、仿真会带来较大的计算负担，一些情况下甚至是不可行的。为此，对于外部系统在整体上采用简化的降阶模型是提高仿真计算效率、面向大规模系统分析计算、满足各种在线应用场景下运行要求的必然选择。例如，在分析配电网对并网运行的分布式电源、微网以及储能装置的各种影响时可将规模庞大、结构复杂且高度不对称的配电网进行整体上的模型化简，并采用简化模型进行仿真、分析；此外，在研究微网运行特性时，对复杂的微网网络结构进行适当化简，采用详细建模突出分布式电源的影响，同样可以大幅度地提高仿真分析效率。相对于元件级的模型简化方法，系统整体模型简化方法可以宏观地考虑化简系统的整体动态特性而不受系统中元件类型特殊性的影响，并可以根据计算资源要求控制简化模型的复杂程度，同时可与大规模配电系统电磁暂态仿真方法相匹配，实现模型化简方法与暂态仿真方法的无缝结合。需要强调的是，本专利技术重点关心配电网网络结构的整体模型化简方法，其中的配电系统元件模型均为线性模型(不含分布式电源、储能及控制器等非线性元件，这对于一般应用场景下的电磁暂态仿真是合适的)。在电力系统电磁暂态仿真领域，很早就开展了关于电网的等值与化简方面的研究工作，提出了包括频域的向量拟合(vector fitting)等一系列方法用于大电网与配电网的等值与化简。此外，包括奇异值分解法(SVD)、模态模型化简法(modal model reduction)、Kry I ο V子空间类方法等在内的线性系统化简方法在配电网中的应用也得到了深入研究。其中，基于Krylov子空间的模型化简方法由于其计算量小、存储空间占用少、数值稳定性好等优点，得到了广泛的应用。尤其是近年来随着研究的深入，在传统Krylov子空间方法的基础上进一步发展出了无源降阶互联系统宏建模算法(Passive Reduced-orderInterconnect Macromodeling Algorithm,PRIMA)等方法，解决了传统 Krylov 子空间方法无法保证简化模型稳定性和无源性的问题，极大地提高了化简方法的可靠性与实用性。系统的无源性指的是系统自身不能产生能量，必须依赖外界能量输入作为激励。同时，经典电路分析理论中已经指出，无源系统自身以及多个无源系统互联都必然是稳定的。因此对于一个系统整体来说，只要保证了其中各子系统的无源性，也就保证了整体系统的无源性与稳定性。配电网络仿真模型基于实际网络建立，其元件的物理特性与网络的实际结构均能够保证所得模型的无源性。但采用各种数学方法对其进行化简之后，所得简化模型与实际网络结构的关联关系不再明确，原模型以实际系统物理特征为基础的无源性未必能够保留在简化模型中。因此，在对配电网络模型进行化简时，从化简方法上保证简化模型的无源性尤为重要。由于线性系统化简方法均以状态变量分析框架为基础，因此，目标系统必须在状态空间中进行建模，最为典型的方法即采用标准形式的状态-输出方程来表示本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种保留无源性的大规模配电网络电磁暂态仿真模型化简方法，其特征在于，包括如下步骤：?1）根据不同电气元件在研究中所处位置的不同，将大规模智能配电系统分为外部系统和研究系统两部分，二者间通过若干支路相联系；?2）分别建立外部系统和研究系统的电磁暂态仿真模型，对于研究系统来说，由于特别关注内部详细的动态响应特性以及与外部系统的相互影响，需采用详细模型表示；而外部系统自身内部动态过程不受关注，需建立状态?输出方程模型：其中C、G、B、L为模型相关计算矩阵，u为模型输入量，y为模型输出量，x为模型状态变量；?3）根据仿真实际需求及计算资源设定低维系统模型阶数q，q<)?的标准正交基底V，其中l＝q?kN，q为步骤3）中得到的低维系统模型阶数，A和R均为步骤4）计算所得；?6）利用基底V，计算Cq=VTCV，Gq=VTGV，Bq=VTB，Lq=VTL，得到低维简化系统模型?其中V是步骤5）计算得到的标准正交基底，矩阵G、B、C分别为步骤2）得到的外部系统状态?输出方程中的相关计算矩阵；?7）利用步骤6）中得到的外部系统简化的降阶模型替代原有的外部系统模型，并与步骤2）中得到的研究系统详细模型联立进行仿真计算得到研究系统内部详细的暂态过程。?FDA00002667553200011.jpg,FDA00002667553200012.jpg,FDA00002667553200013.jpg...
【技术特征摘要】
1.一种保留无源性的大规模配电网络电磁暂态仿真模型化简方法，其特征在于，包括如下步骤1)根据不同电气元件在研究中所处位置的不同，将大规模智能配电系统分为外部系统和研究系统两部分，二者间通过若干支路相联系；2)分别建立外部系统和研究系统的电磁暂态仿真模型，对于研究系统来说，由于特别关注内部详细的动态响应特性以及与外部系统的相互影响，需采用详细模型表示；而外部系统自身内部动态过程不受关注，需建立状态-输出方程模型~ BU，其中C、G、B、y - L λL为模型相关计算矩阵，u为模型输入量，y为模型输出量，X为模型状态变量；3)根据仿真实际需求及计算资源设定低维系统模型阶数q，q〈〈n，其中η表示原外部系统模型的阶数；4)根据步骤2)中的外部系统状态-输出方程模型，计算A=-G-1C,R=G-1B,其中矩阵G、B、C分别为步骤2)得到的外部系统状态-输出方程中的相关计算矩阵；5)根据外部系统配电网络输入端口的个数N，即外部系统输入量个数，亦即外部系统状态方程中输入矩阵B的列数，选择相应的基底计算方法，求取q维Krylov子空间Kq (A, R，q) = (R，AR, A2R,…，AlrfR, Akr1；…，Akrx)的标准正交基底V，其中A = ，I = q-kN, q为步骤3)中得到的低维系统...
【专利技术属性】
技术研发人员：王成山，于浩，李鹏，高菲，丁承第，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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