CN102508967B - 一种大电网的电磁/机电暂态混合仿真平启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大电网的电磁/机电暂态混合仿真平启动方法，属于大网电数字仿真技术领域。首先混合仿真的机电暂态侧在分网接口处用功率源等值第一子网；根据目标稳定状态，设定第二子网的潮流模型，第二子网进入目标稳定状态；电磁暂态侧在分网接口处用电压源等值第二子网，使第一子网进入第一稳定状态；将小内阻电压源并联到第一子网的发电机的机端，通过混合仿真的电磁暂态侧仿真计算，得到其输出功率。在电磁暂态侧第一子网的仿真计算中消除该小内阻电压源的输出功率，启动混合仿真计算。本发明的平启动方法，保证混合仿真两侧闭环启动后能够快速平稳进入目标稳定状态，使大电网电磁/机电暂态混合仿真精确初始化和快速平启动更加便捷有效。

Description

一种大电网的电磁/机电暂态混合仿真平启动方法

技术领域

本发明涉及一种大电网的电磁/机电暂态混合仿真平启动方法，属于大网电数字仿真技术领域。

背景技术

混合仿真技术在应用和实用化中，仿真对象规模逐渐增大，混合仿真开始用于真实大电网的仿真模拟。电磁暂态侧系统规模变大，发电机等动态元件数量急剧增加，为了保证混合仿真能够顺利闭环启动并建立预期的初始化稳定状态，需要投入大量人力和试验进行繁琐的调整。

实际运行的电网中多种暂态过程相互耦合，典型的有电磁暂态过程和机电暂态过程。电磁/机电暂态混合仿真将一个完整的电网分割成第一子网和第二子网，二者分别进行电磁暂态和机电暂态两种模式的仿真。第一子网和第二子网在分网位置接口，实现了在一次仿真中同时对一个完整电网的两种典型暂态过程进行模拟。

由于在建模和模型求解算法方面的差异，两种暂态仿真模式需要首先分别独立地对第一子网和第二子网进行初始化，而后才能闭环接口，进行正常的混合仿真交互计算。然而，电磁暂态侧发电机等动态元件初始化后，注入电网的功率与潮流解算结果有较明显的差异。于是混合仿真闭环接口后，电网偏离目标稳定状态而进入新的稳定状态，严重时第一子网与第二子网在接口位置的稳定状态差异较大，导致混合仿真闭环瞬间第一子网与第二子网受到较大扰动，而延缓混合仿真建立初始稳定状态，甚至不能建立有效的初始稳定状态。

发明内容

本发明提出了一种大电网的电磁/机电暂态混合仿真的平启动方法，目的是利用混合仿真中电磁暂态侧仿真软件/仿真器自身功能和模块，使混合仿真电磁暂态侧自动消除本侧初始稳定状态与目标稳定状态的差异，保证混合仿真两侧闭环启动后能够快速平稳进入目标稳定状态，节省手工调整电磁暂态侧初始稳定状态所需的大量人力和试验投入。

本发明提出的大电网的电磁/机电暂态混合仿真平启动方法，包括以下步骤：

(1)在大电网的分网接口处，将大电网划分为第一子网和第二子网，将第一子网放入混合仿真系统的电磁暂态侧，将第二子网放入电网混合仿真系统的机电暂态侧；

(2)建立大电网的稳态潮流模型，通过计算，得到大电网的初始稳定状态，将该初始稳定状态作为电磁/机电暂态混合仿真的目标稳定状态；

(3)混合仿真的机电暂态侧在分网接口处用功率源等值第一子网；根据目标稳定状态，设定第二子网的潮流模型，并使第二子网初始化，第二子网进入目标稳定状态；

(4)混合仿真的电磁暂态侧在分网接口处用电压源等值第二子网，根据目标稳定状态，对第一子网的发电机和负荷进行初始化设定，并使第一子网初始化，第一子网进入第一稳定状态；

(5)将小内阻电压源并联到第一子网的发电机的机端，小内阻电压源的电压幅值和相角根据目标稳定状态设定，通过混合仿真的电磁暂态侧仿真计算，得到小内阻电压源的输出功率，包括有功功率ΔP和无功功率ΔQ，在电磁暂态侧第一子网的仿真计算中消除该小内阻电压源的输出功率，包括以下步骤：

(5-1)对第一子网发电机调速器的输出机械转矩T_m0和第一子网发电机励磁器的输出励磁电压E_fd0进行调制，调制量由下式计算：

${\mathrm{\ΔT}}_m=\frac{K_T}{1+T_{T}s}\mathrm{\ΔP},$ ${\mathrm{\ΔE}}_{\mathrm{fd}}=\frac{K_E}{1+T_{E}s}\mathrm{\ΔQ}$

其中，K_T的取值范围为0.03～0.05，T_T的取值为2秒，K_E的取值为0.001，T_E的取值为0.2秒；

在T_m0和E_fd0上叠加调制量ΔT_m和ΔE_fd，得到输入第一子网发电机的调速控制量T_m和励磁控制量E_fd；

(5-2)设定一个发电机送入大电网的功率误差阈值，将小内阻电压源的输出功率与功率误差阈值进行比较，若小内阻电压源的输出功率小于功率误差阈值，则小内阻电压源切换到该小内阻电压源的诺顿等值电流源，若小内阻电压源的输出功率等于或大于功率误差阈值，则继续进行步骤(5-1)；

(5-3)设定一个诺顿等值电流源的目标电流值，将诺顿等值电流源的输出电流与目标电流值进行比较，若诺顿等值电流源的输出电流小于该目标电流值，则切除该诺顿等值电流源，若诺顿等值电流源的输出电流大于或等于目标电流值，则减小诺顿等值电流源的输出电流，重复本步骤，直到诺顿等值电流源的输出电流小于该目标电流值；

(5-4)在大电网的分网接口处并联补偿电容或补偿电感，补偿电容或补偿电感的电抗值X_cmp通过下式计算：

$X_{\mathrm{cmp}}=\frac{{\mathrm{\ΔQ}}_{\mathrm{if}}}{U_{\mathrm{if}}^2}$

其中ΔQ_if为大电网的分网接口处母线无功功率误差，等于电磁暂态侧仿真计算所得大电网分网接口处母线的当前注入无功功率与上述目标稳定状态中大电网分网接口处母线的注入无功功率之间的差值；U_if为上述目标稳定状态中大电网分网接口处母线的电压幅值；

(6)启动混合仿真计算。

本发明提出的大电网的电磁/机电暂态混合仿真平启动方法，利用混合仿真中电磁暂态侧仿真软件/仿真器自身功能和模块，使电磁暂态侧初始化过程中自动调整发电机并消除本侧初始稳定状态与目标稳定状态的差异，保证混合仿真两侧闭环启动后能够快速平稳进入目标稳定状态，节省了手工调整电磁暂态侧初始稳定状态所需的大量人力和试验投入，为大电网电磁/机电暂态混合仿真精确初始化和快速平启动提供了便捷有效的方法，推进了电磁/机电暂态混合仿真技术的实用化。

具体实施方式

本发明提出的大电网的电磁/机电暂态混合仿真平启动方法，包括以下步骤：

(1)在大电网的分网接口处，将大电网划分为第一子网和第二子网，将第一子网放入混合仿真系统的电磁暂态侧，将第二子网放入电网混合仿真系统的机电暂态侧；

(2)建立大电网的稳态潮流模型，通过计算，得到大电网的初始稳定状态，将该初始稳定状态作为电磁/机电暂态混合仿真的目标稳定状态；

(3)混合仿真的机电暂态侧在分网接口处用功率源等值第一子网；根据目标稳定状态，设定第二子网的潮流模型，包括定电压节点电压和注入有功功率、定功率节点注入有功功率和无功功率；初始化第二子网，由于机电暂态仿真模式下建模简化、模型求解步长较大等因素，第二子网在仿真起始时刻立即进入目标稳定状态；机电暂态侧完成初始化，等待电磁暂态侧完成初始化；

(4)同时，混合仿真的电磁暂态侧在分网接口处用电压源等值第二子网，根据目标稳定状态，对第一子网的发电机进和负荷行初始化设定，包括发电机的机端电压和有功输出、负荷有功功率和无功功率；初始化第一子网，由于电磁暂态仿真模式下建模精细、模型阶数高、模型求解步长小等因素，第一子网进入异于目标稳定状态的第一稳定状态；

(5)将小内阻电压源并联到第一子网的发电机的机端，小内阻电压源的电压幅值和相角根据目标稳定状态设定，内阻取值范围为0.0001-0.00001欧姆，通过混合仿真的电磁暂态侧仿真计算，得到小内阻电压源的输出功率，包括有功功率ΔP和无功功率ΔQ，在电磁暂态侧第一子网的仿真计算中消除该小内阻电压源的输出功率，包括以下步骤：

(5-1)对第一子网发电机调速器的输出机械转矩T_m0和第一子网发电机励磁器的输出励磁电压E_fd0进行调制，调制量由下式计算：

${\mathrm{\ΔT}}_m=\frac{K_T}{1+T_{T}s}\mathrm{\ΔP},$ ${\mathrm{\ΔE}}_{\mathrm{fd}}=\frac{K_E}{1+T_{E}s}\mathrm{\ΔQ}$

其中，K_T的取值范围为0.03～0.05，T_T的取值为2秒，K_E的取值为0.001，T_E的取值为0.2秒；

在T_m0和E_fd0上叠加调制量ΔT_m和ΔE_fd，得到输入第一子网发电机的调速控制量T_m和励磁控制量E_fd；

(5-2)设定一个发电机送入大电网的功率误差阈值，如有功功率误差阈值为0.02兆瓦、无功功率误差阈值为0.2兆乏，将小内阻电压源的输出功率与功率误差阈值进行比较，若小内阻电压源的输出功率小于功率误差阈值，则小内阻电压源切换到该小内阻电压源的诺顿等值电流源，若小内阻电压源的输出功率等于或大于功率误差阈值，则继续进行步骤(5-1)；

(5-3)设定一个诺顿等值电流源的目标电流值，如0.1安培，将诺顿等值电流源的输出电流与该目标电流值进行比较，若诺顿等值电流源的输出电流小于目标电流值，则切除该诺顿等值电流源，若诺顿等值电流源的输出电流大于或等于目标电流值，则以0.5安培/秒的速率逐渐减小诺顿等值电流源的输出电流，重复本步骤，直到诺顿等值电流源的输出电流小于该目标电流值；

(5-4)在大电网的分网接口处并联补偿电容或补偿电感，补偿电容或补偿电感的电抗值X_cmp通过下式计算：

$X_{\mathrm{cmp}}=\frac{{\mathrm{\ΔQ}}_{\mathrm{if}}}{U_{\mathrm{if}}^2}$

其中ΔQ_if为大电网的分网接口处母线无功功率误差，等于电磁暂态侧仿真计算所得大电网分网接口处母线的当前注入无功功率与上述目标稳定状态中大电网分网接口处母线的注入无功功率之间的差值；U_if为上述目标稳定状态中大电网分网接口处母线的电压幅值；

(6)启动混合仿真计算。

Claims (1)

1.一种大电网的电磁/机电暂态混合仿真平启动方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)在大电网的分网接口处，将大电网划分为第一子网和第二子网，将第一子网放入混合仿真系统的电磁暂态侧，将第二子网放入电网混合仿真系统的机电暂态侧；

(2)建立大电网的稳态潮流模型，通过计算，得到大电网的初始稳定状态，将该初始稳定状态作为电磁/机电暂态混合仿真的目标稳定状态；

(3)混合仿真的机电暂态侧在分网接口处用功率源等值第一子网；根据目标稳定状态，设定第二子网的潮流模型，并使第二子网初始化，第二子网进入目标稳定状态；

(4)混合仿真的电磁暂态侧在分网接口处用电压源等值第二子网，根据目标稳定状态，对第一子网的发电机和负荷进行初始化设定，并使第一子网初始化，第一子网进入第一稳定状态；

(5)将小内阻电压源并联到第一子网的发电机的机端，小内阻电压源的电压幅值和相角根据目标稳定状态设定，通过混合仿真的电磁暂态侧仿真计算，得到小内阻电压源的输出功率，包括有功功率ΔP和无功功率ΔQ，在电磁暂态侧第一子网的仿真计算中消除该小内阻电压源的输出功率，包括以下步骤：

(5-1)对第一子网发电机调速器的输出机械转矩T_m0和第一子网发电机励磁器的输出励磁电压E_fd0进行调制，调制量由下式计算：

${\mathrm{\ΔT}}_m=\frac{K_T}{1+T_{T}s}\mathrm{\ΔP},$ ${\mathrm{\ΔE}}_{\mathrm{fd}}=\frac{K_E}{1+T_{E}s}\mathrm{\ΔQ}$

其中，K_T的取值范围为0.03～0.05，T_T的取值为2秒，K_E的取值为0.001，T_E的取值为0.2秒；

在T_m0和E_fd0上叠加调制量ΔT_m和ΔE_fd，得到输入第一子网发电机的调速控制量T_m和励磁控制量E_fd；

(5-2)设定一个发电机送入大电网的功率误差阈值，将小内阻电压源的输出功率与功率误差阈值进行比较，若小内阻电压源的输出功率小于功率误差阈值，则小内阻电压源切换到该小内阻电压源的诺顿等值电流源，若小内阻电压源的输出功率等于或大于功率误差阈值，则继续进行步骤(5-1)；

(5-3)设定一个诺顿等值电流源的目标电流值，将诺顿等值电流源的输出电流与该目标电流值进行比较，若诺顿等值电流源的输出电流小于目标电流值，则切除该诺顿等值电流源，若诺顿等值电流源的输出电流大于或等于目标电流值，则减小诺顿等值电流源的输出电流，重复本步骤，直到诺顿等值电流源的输出电流小于该目标电流值；

(5-4)在大电网的分网接口处并联补偿电容或补偿电感，补偿电容或补偿电感的电抗值X_cmp通过下式计算：

$X_{\mathrm{cmp}}=\frac{{\mathrm{\ΔQ}}_{\mathrm{if}}}{U_{\mathrm{if}}^2}$

其中ΔQ_if为大电网的分网接口处母线无功功率误差，等于电磁暂态侧仿真计算所得大电网分网接口处母线的当前注入无功功率与上述目标稳定状态中大电网分网接口处母线的注入无功功率之间的差值；U_if为上述目标稳定状态中大电网分网接口处母线的电压幅值；

(6)启动混合仿真计算。