CN102508966A - 交直流大电网电磁/机电暂态混合仿真的覆盖式分网方法 - Google Patents

交直流大电网电磁/机电暂态混合仿真的覆盖式分网方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种交直流大电网电磁/机电暂态混合仿真的覆盖式分网方法，属于电网数字仿真技术领域。首先根据交直流大电网中的电压等级，将交直流大电网划分为第一子网、第二子网和第三子网，将第一子网放入电磁暂态侧，并对其进行电磁暂态仿真计算，将第二子网放入机电暂态侧，并对其进行机电暂态仿真计算，电网混合仿真系统的电磁暂态侧与机电暂态侧对上述第一子网和第二子网进行交互计算。本发明克服了常规混合仿真交流/交流分网方案多端口分网时交流系统间难以同步协调的缺陷，提高了混合仿真交互计算稳定性。本方法适应实际交直流大电网的电磁/机电暂态混合仿真，为实际大电网电磁/机电暂态仿真提供了新的实用的解决方案。

Description

交直流大电网电磁/机电暂态混合仿真的覆盖式分网方法
技术领域
本发明涉及一种交直流大电网电磁/机电暂态混合仿真的覆盖式分网方法，属于电网数字仿真技术领域。
背景技术
现代电网中新型的响应快速的控制器和装置广泛采用，特别是诸多直流输电工程投运和大量大容量电力电子装置在电网投运，使得电力系统中电磁和机电等暂态过程有机结合，紧密耦合。电网电磁/机电暂态混合仿真将电磁和机电等暂态过程结合起来统一考虑，在一次仿真中对二者同时进行模拟。
传统的交直流电网混合仿真交流/交流分网方案将完整的电网分割为两个子网，子网间没有重叠，这种分网方式下混合仿真交互计算稳定性相对较低，当电网多端口分网时，交流系统间的同步协调成为实质的难点，此外，分网位置在高电压等级，输电网上的故障扰动容易使得分网位置接口量严重畸变，造成混合仿真接口交互误差，影响了混合仿真的准确性。
可见，传统的交流/交流分网方案难以用于实际大电网的混合仿真，面向交直流大电网的电磁/机电暂态混合仿真，需要更为实用可行的分网方案。
发明内容
本发明的目的是提出一种交直流大电网电磁/机电暂态混合仿真的覆盖式分网方法，以克服常规混合仿真交流/交流分网方案多端口分网时交流系统间难以同步协调的缺陷，提高混合仿真交互计算稳定性使其更适应实际交直流大电网的电磁/机电暂态混合仿真。
本发明提出的交直流大电网电磁/机电暂态混合仿真的覆盖式分网方法，包括以下步骤：
(1)根据交直流大电网中的电压等级，将交直流大电网划分为第一子网和第二子网，将交直流大电网中的高压交流输电系统和高压直流输电系统放入第一子网中，第一子网与交直流大电网中交流发电输电配电系统之间的接口记为分网接口A，将交直流大电网中高压交流输电系统和交流发电输电配电系统放入第二子网中，第二子网与高压直流输电系统之间的接口记为分网接口B，第一子网与第二子网的重叠部分，记为第三子网；
(2)将上述第一子网放入电网混合仿真系统的电磁暂态侧，对第一子网进行电磁暂态仿真计算；
(3)将上述第二子网放入电网混合仿真系统的机电暂态侧，对第二子网进行机电暂态仿真计算；
(4)电网混合仿真系统的电磁暂态侧与机电暂态侧对上述第一子网和第二子网进行交互计算，具体步骤如下：
(4-1)电磁暂态侧与机电暂态侧分别同步对上述第一子网和第二子网进行仿真计算，并以设定的时间间隔在交直流大电网的分网接口A和分网接口B进行分网接口信息交互：
电磁暂态侧在分网接口A，用电压源等值第二子网，电压源的电压等于机电暂态侧第二子网在分网接口A处的母线电压的仿真计算结果；
机电暂态侧在分网接口B，用功率源等值第二子网，功率源的功率等于电磁暂态侧第一子网在分网接口B的母线注入功率的仿真计算结果；
(4-2)当交直流大电网发生故障和扰动时，对第一子网和第二子网的仿真计算过程如下：
若故障和扰动发生在第一子网与第二子网重叠部分的第三子网，则同时在电磁暂态侧第一子网和机电暂态侧第二子网的仿真计算中设置故障和扰动，并进行步骤(4-1)；
若故障和扰动发生在第二子网，且不发生在第三子网，则在机电暂态侧第二子网的仿真计算中设置故障和扰动，在故障和扰动发生时刻，电磁暂态侧第一子网在仿真计算中将分网接口B处的母线电压幅值限定为机电暂态侧第二子网在分网接口B处母线电压幅值的仿真计算结果，并进行步骤(4-1)；
若故障和扰动发生在第一子网，且不发生在第三子网，则在电磁暂态侧第一子网的仿真计算中设置故障和扰动，在故障和扰动发生时刻，机电暂态侧第二子网在仿真计算中将分网接口A处的母线注入功率限定为电磁暂态侧第一子网在分网接口A的母线注入功率的仿真计算结果，并进行步骤(4-1)。
本发明提出的交直流大电网电磁/机电暂态混合仿真的覆盖式分网方法，打破了常规混合仿真交流/交流分网的局限，该分网方案中，混合仿真中电磁暂态侧子网与机电暂态侧子网并非完全割裂开，而是存在一定重叠，能够较完整地保留电网电气连接和发电机之间的耦合，通过重叠部分电网对方便地对混合仿真交互计算中的误差进行校正，能够克服常规混合仿真交流/交流分网方案多端口分网时交流系统间难以同步协调的缺陷，提高混合仿真交互计算稳定性。此外，输电网上的故障扰动对分网位置接口量影响相对减弱。该分网方案优于传统交流/交流分网方案，更适应实际交直流大电网的电磁/机电暂态混合仿真，为实际大电网电磁/机电暂态仿真提供了新的实用的解决方案。
附图说明
图1是本发明方法涉及的交直流电网全网组成示意图。
图2是本发明方法涉及的交直流电网子网划分与分网接口位置示意图。
具体实施方式
本发明提出的交直流大电网电磁/机电暂态混合仿真的覆盖式分网方法，包括以下步骤：
(1)根据交直流大电网中的电压等级，将如图1所示的交直流大电网划分为第一子网和第二子网；如图2，将交直流大电网中的高压交流输电系统和高压直流输电系统放入第一子网中，第一子网与交直流大电网中交流发电输电配电系统之间的接口记为分网接口A，将交直流大电网中高压交流输电系统和交流发电输电配电系统放入第二子网中，第二子网与高压直流输电系统之间的接口记为分网接口B，第一子网与第二子网的重叠部分，记为第三子网；
(2)将上述第一子网放入电网混合仿真系统的电磁暂态侧，对第一子网进行电磁暂态仿真计算，本发明采用基于软件的电磁暂态模拟商业化程序PSCAD/EMTDC和电力系统实施数字仿真器RTDS，它们在国内外都有广泛的应用；
(3)将上述第二子网放入电网混合仿真系统的机电暂态侧，对第二子网进行机电暂态仿真计算，本发明采用的机电暂态仿真系统为TH-STBLT，是由清华大学开发的一套电力系统计算软件，该软件曾以“输电网优化规划算法和软件”的名称获得1992年国家教委科技进步一等奖，历经多年使用和逐步完善，已经成为一套成熟的机电暂态仿真软件；
(4)电网混合仿真系统的电磁暂态侧与机电暂态侧对上述第一子网和第二子网进行交互计算，具体步骤如下：
(4-1)电磁暂态侧与机电暂态侧分别同步对上述第一子网和第二子网进行仿真计算，并以设定的时间间隔在交直流大电网的分网接口A和分网接口B进行分网接口信息交互，本专利设定交互时间间隔为5～10毫秒：
电磁暂态侧在分网接口A，用电压源等值第二子网，电压源的电压等于机电暂态侧第二子网在分网接口A处的母线电压的仿真计算结果；
机电暂态侧在分网接口B，用功率源等值第二子网，功率源的功率等于电磁暂态侧第一子网在分网接口B的母线注入功率的仿真计算结果；
(4-2)当交直流大电网发生故障和扰动时，对第一子网和第二子网的仿真计算过程如下：
若故障和扰动发生在第一子网与第二子网重叠部分的第三子网，则同时在电磁暂态侧第一子网和机电暂态侧第二子网的仿真计算中设置故障和扰动，并进行步骤(4-1)；
若故障和扰动发生在第二子网，且不发生在第三子网，则在机电暂态侧第二子网的仿真计算中设置故障和扰动，在故障和扰动发生时刻，电磁暂态侧第一子网在仿真计算中将分网接口B处的母线电压幅值限定为机电暂态侧第二子网在分网接口B处母线电压幅值的仿真计算结果，并进行步骤(4-1)；
若故障和扰动发生在第一子网，且不发生在第三子网，则在电磁暂态侧第一子网的仿真计算中设置故障和扰动，在故障和扰动发生时刻，机电暂态侧第二子网在仿真计算中将分网接口A处的母线注入功率限定为电磁暂态侧第一子网在分网接口A的母线注入功率的仿真计算结果，并进行步骤(4-1)。

Claims (1)

1.一种交直流大电网电磁/机电暂态混合仿真的覆盖式分网方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)根据交直流大电网中的电压等级，将交直流大电网划分为第一子网和第二子网，将交直流大电网中的高压交流输电系统和高压直流输电系统放入第一子网中，第一子网与交直流大电网中交流发电输电配电系统之间的接口记为分网接口A，将交直流大电网中高压交流输电系统和交流发电输电配电系统放入第二子网中，第二子网与高压直流输电系统之间的接口记为分网接口B，第一子网与第二子网的重叠部分，记为第三子网；
(2)将上述第一子网放入电网混合仿真系统的电磁暂态侧，对第一子网进行电磁暂态仿真计算；
(3)将上述第二子网放入电网混合仿真系统的机电暂态侧，对第二子网进行机电暂态仿真计算；
(4)电网混合仿真系统的电磁暂态侧与机电暂态侧对上述第一子网和第二子网进行交互计算，具体步骤如下：
(4-1)电磁暂态侧与机电暂态侧分别同步对上述第一子网和第二子网进行仿真计算，并以设定的时间间隔在交直流大电网的分网接口A和分网接口B进行分网接口信息交互：
电磁暂态侧在分网接口A，用电压源等值第二子网，电压源的电压等于机电暂态侧第二子网在分网接口A处的母线电压的仿真计算结果；
机电暂态侧在分网接口B，用功率源等值第二子网，功率源的功率等于电磁暂态侧第一子网在分网接口B的母线注入功率的仿真计算结果；
(4-2)当交直流大电网发生故障和扰动时，对第一子网和第二子网的仿真计算过程如下：
若故障和扰动发生在第一子网与第二子网重叠部分的第三子网，则同时在电磁暂态侧第一子网和机电暂态侧第二子网的仿真计算中设置故障和扰动，并进行步骤(4-1)；
若故障和扰动发生在第二子网，且不发生在第三子网，则在机电暂态侧第二子网的仿真计算中设置故障和扰动，在故障和扰动发生时刻，电磁暂态侧第一子网在仿真计算中将分网接口B处的母线电压幅值限定为机电暂态侧第二子网在分网接口B处母线电压幅值的仿真计算结果，并进行步骤(4-1)；
若故障和扰动发生在第一子网，且不发生在第三子网，则在电磁暂态侧第一子网的仿真计算中设置故障和扰动，在故障和扰动发生时刻，机电暂态侧第二子网在仿真计算中将分网接口A处的母线注入功率限定为电磁暂态侧第一子网在分网接口A的母线注入功率的仿真计算结果，并进行步骤(4-1)。
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