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一种含开关特性子网络的电磁暂态仿真方法
审中-实审

申请号:201510622914.6 申请日:2015-09-25
摘要:本发明涉及一种含开关特性支路的电磁暂态仿真方法,属于电力系统电磁暂态分析技术领域。该方法将断路器、电力电子开关元件设计成单独一个开关子网络,网络中只包括电力电子开关、断路器及其相关元件(电阻、电感、电容等),该网络通过本发明提出基于有理多项式近似的指数拟合法进行建模,其余网络用常规方法(隐式梯形法、后向欧拉法、带阻尼梯形法或其修改变更组合形式)进行建模。在离线/实时计算时,只有开关子网络进行迭代或插值计算,其余网络不参加迭代或插值。由于开关子网络采用本发明提出的高阶算法,可以免疫数值振荡,同时由于修改模型工作量较小,利于工程推广实现。
申请人: 清华大学 国网智能电网研究院 国家电网公司 国网浙江省电力公司
地址: 100084 北京市海淀区清华园1号
发明(设计)人: 舒德兀 刘栋 张树卿 朱琳 寇龙泽
主分类号: G06F17/50(2006.01)I
分类号: G06F17/50(2006.01)I
  • 法律状态
2016-02-17  实质审查的生效IPC(主分类):G06F 17/50申请日:20150925
2016-01-20  公开
注:本法律状态信息仅供参考,即时准确的法律状态信息须到国家知识产权局办理专利登记簿副本。
  • 其他信息
主权项  一种含开关特性支路的电力系统电磁暂态仿真方法,其特征在于该方法包括以下步骤:(1)将电力系统分为开关子网和常规子网两个部分;(2)对上述开关子网建立支路级电磁暂态等效模型,具体过程包括以下步骤:(2?1)设定开关子网中每条支路中各元件的状态空间方程为:<mrow><mfrac><mrow><mi>d</mi><mi>x</mi></mrow><mrow><mi>d</mi><mi>t</mi></mrow></mfrac><mo>=</mo><msub><mi>A</mi><mi>K</mi></msub><mi>x</mi><mo>+</mo><msub><mi>B</mi><mi>K</mi></msub><mi>u</mi></mrow>其中,AK,、BK分别为每条支路中各元件的给定参数,AK,、BK为实数,取值由各支路的电阻、电感和电容参数决定;其中,x为每条支路中各元件的状态变量,u为每条支路中各元件的输入变量,x,u为相应支路的电流或电压,t为时间变量,K=1,2...N1,N1为开关子网中的支路数;(2?2)将上述状态空间方程转化为离散域下的差分方程:xn+1=xn·Γ(AK,α,β)+BKun+1[1?Γ(AK,α,β)]1+(1?α)AKh/2+(β?α)[AKh]2/4<mfenced open="" close=""><mtable><mtr><mtd><mrow><mi>&Gamma;</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>A</mi><mi>k</mi></msub><mo>,</mo><mi>&alpha;</mi><mo>,</mo><mi>&beta;</mi><mo>)</mo></mrow><mo>&cong;</mo><mfrac><mrow><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mi>&beta;</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>&alpha;</mi><mo>)</mo></mrow><msup><mrow><mo>&lsqb;</mo><msub><mi>A</mi><mi>K</mi></msub><mi>h</mi><mo>&rsqb;</mo></mrow><mn>3</mn></msup><mo>/</mo><mn>24</mn></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>&alpha;</mi><mo>)</mo></mrow><msub><mi>A</mi><mi>K</mi></msub><mi>h</mi><mo>/</mo><mn>2</mn><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><mi>&beta;</mi><mo>+</mo><mi>&alpha;</mi><mo>)</mo></mrow><msup><mrow><mo>&lsqb;</mo><msub><mi>A</mi><mi>K</mi></msub><mi>h</mi><mo>&rsqb;</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>/</mo><mn>4</mn></mrow></mfrac></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mi>&beta;</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>&alpha;</mi><mo>)</mo></mrow><msup><mrow><mo>&lsqb;</mo><msub><mi>A</mi><mi>K</mi></msub><mi>h</mi><mo>&rsqb;</mo></mrow><mn>3</mn></msup><mo>/</mo><mn>24</mn></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced>其中,xn为第n次仿真时每条支路中相应元件的状态变量x的值,un为第n次仿真时每条支路中相应元件的输入变量u的值,α,β分别为待定参数,α=3β?1>0,h为仿真步长,Γ(AK,α,β)为三阶指数项有理分式拟合函数;(2?3)将上述步骤(2?2)的差分方程改写为运算电导和诺顿等值电流形式,得到开关子网的各支路电磁暂态等效模型为:iK,n+1=GKvK,n+1+IhistK,n其中,vK,n+1,iK,n+1分别为开关子网中第K条支路的电压和电流,GK为开关子网中第K条支路对应的运算电导系数,IhistK,n为开关子网中第k条支路在第n+1次仿真时的诺顿等值电流;(2?4)根据开关子网网络拓扑关系,由上述步骤(2?3)得到的开关子网中各支路电磁暂态等效模型写成矩阵形式,得到开关子网的节点电压方程为:[G][vn+1]=[in+1]+[Ihistn]其中[vn+1],[in+1]分别为开关子网的电压向量和电流向量,电压向量和电流向量的维数等于开关子网中的节点数,[Ihistn]为第n+1次仿真的诺顿等值电流向量;(3)对上述常规子网建立支路级电磁暂态等效模型,具体过程包括以下步骤:(3?1)设定常规子网的每条支路中各元件的状态空间方程为:<mrow><mfrac><mrow><msup><mi>dx</mi><mo>&prime;</mo></msup></mrow><mrow><mi>d</mi><mi>t</mi></mrow></mfrac><mo>=</mo><msub><mi>A</mi><mi>M</mi></msub><msup><mi>x</mi><mo>&prime;</mo></msup><mo>+</mo><msub><mi>B</mi><mi>M</mi></msub><msup><mi>u</mi><mo>&prime;</mo></msup></mrow>其中,AM,、BM分别为常规子网的每条支路中各元件的给定参数,AM,、BM为实数,取值由各支路的电阻、电感和电容参数等决定,x’为每条支路中各元件的状态变量,u’为每条支路中各元件的输入变量,M=1,2...N2,N2为常规子网中的支路数;(3?2)采用隐式梯形法或后向欧拉法或带阻尼梯形法,将上述状态空间方程转化为离散域下的差分方程:x′n+1=Cu′n+1+Dx′n+Eu′n其中,x’n为第n次仿真时常规子网的每条支路中相应元件的状态变量x’的值,u’n为第n次仿真时常规子网的每条支路中相应元件的输入变量u’的值,C、D、E分别为对应算法导出的定常参数,取值由该支路中各元件的参数决定,(3?3)将上述步骤(3?2)的差分方程改写为运算电导和诺顿等值电流形式,得到常规子网的各支路的等值模型为:i′M,n+1=G′Mv′M,n+1+Ihist′M,n其中,v’M,n+1,i′M,n+1分别为常规子网的第M条支路的电压电流,G’M为常规子网的第M条支路对应的运算电导系数,Ihist′M,n为常规子网的第M条支路第n+1次仿真时的诺顿等值电流;(3?4)根据常规子网网络拓扑关系,将上述步骤(3?3)得到的各支路电磁暂态等效模型得到整个网络的节点电压方程为:[G′][v′n+1]=[i′n+1]+[Ihist′n]其中[v’n+1],[i′n+1]分别为常规子网的电压向量和电流向量,电压向量和电流向量的维数等于常规子网的节点数,[Ihist’n]为第n+1步对应的系统诺顿等值电流向量;(4)对一个仿真步长内开关子网中的开关状态进行判断,若没有检测到开关动作,则求解与该仿真步长相对应的上述步骤(2?4)的开关子网中的节点电压方程,得到开关子网中各节点的电压,若检测到故障/开关动作,则采用插值算法、变步长算法或迭代算法中的任意一种方法,求解与该仿真步长相对应的开关子网中的节点电压方程,得到开关子网中各节点的电压;(5)求解与该仿真步长相对应的上述步骤(3?4)常规子网中的节点电压方程,得到常规子网中各节点的电压;(6)开关子网和常规子网进行电压、电流数据交互,实现电力系统的电磁暂态仿真。
公开号  105260516A
公开日  2016-01-20
专利代理机构  北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙) 11201
代理人  罗文群
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