CN103279590A - 电力系统混合实时仿真中接口功率的初始自校正计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力系统混合实时仿真中接口功率的初始自校正计算方法，属于交直流电网数字仿真技术领域。在混合仿真每个电磁暂态仿真步长，通过电磁暂态侧和机电暂态侧分网接口处的三序电压、三序电流计算出三序功率，利用正序无功功率与参考功率的比较求取偏差，经积分环节后输出分网接口三序电流的相位修正量，并采用阈值判断确定稳态时的修正量，以修正分网接口处三序电流与三序电压相量夹角的偏差，实现接口功率初始自校正的计算。本发明方法易于实现，可减少调节时间，提高系统的快速性和稳定性，是解决当前混合仿真中接口功率计算不准确问题的实用方法。同时，该方法计算量相对较小，适合于实时仿真。

Description

电力系统混合实时仿真中接口功率的初始自校正计算方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统混合实时仿真中接口功率的初始自校正计算方法，尤其涉及一种交直流大电网电磁/机电暂态混合实时仿真中，在三相不对称情况下接口注入功率的计算方法，属于交直流电网数字仿真技术领域。

背景技术

对于交直流电力系统电磁/机电暂态混合仿真中，当电磁暂态侧系统为高压直流输电系统、大容量电力电子设备、区域负荷、高电压等级交流输电网等无源系统/装置时，在对侧机电暂态侧中一般通过功率/源负荷模型来等值建立。曾有的研究指出电磁暂态侧向机电暂态侧等值的接口功率按照全功率计算，后续也有个别的研究在电磁暂态侧通过瞬时功率平均化后作为接口功率，实质也是考虑全功率，这些计算接口功率的方法大多只考虑交流故障三相对称的情况，因此在处理交流三相不对称工况方面存在局限性，并且严重影响混合仿真计算结果的准确性。

现有的包含混合仿真功能的商业化电力系统仿真软件和仿真机在混合仿真处理中仍缺乏交流电网三相不对称接口功率的处理方法。因此，有必要采用恰当方法计算交流电网非对称情况下混合仿真中电磁暂态侧注入机电暂态侧的接口功率，以保证混合仿真接口交互结果的准确可信。

发明内容

本发明的目的是提出一种电力系统混合实时仿真中接口功率的初始自校正计算方法，以有效处理交直流电力系统交流三相不对称情况下混合仿真的接口功率计算，消除离散傅里叶变换（以下简称DFT）环节计算出相量相位的误差，提高混合仿真中电磁暂态侧向机电暂态侧注入接口功率的准确性，减小两侧子网闭环后接口位置处的功率波动，保证交直流系统快速平稳达到目标稳定状态。

本发明提出的电力系统混合实时仿真中接口功率的初始自校正计算方法，包括以下步骤：

（1）在电力系统混合实时仿真每个电磁暂态仿真步长，电磁暂态侧从机电暂态侧获取分网接口基波的三序电压

（2）在每个电磁暂态仿真步长，测量电磁暂态侧注入分网接口母线的三相瞬时电流I_if,abc(t)，经过均方根值计算，得到电磁暂态侧分网接口母线每相电流瞬时值的基波相量的幅值，并利用离散傅里叶变换，计算得到电磁暂态侧分网接口母线每相电流瞬时值的基波相量的相位，从而得到电磁暂态侧分网接口母线每相电流瞬时值的基波相量

（3）对电磁暂态侧分网接口母线每相电流瞬时值的基波相量

进行三相相量向三序量的转化，得到电磁暂态侧分网接口母线的三序电流

（4）测量电力系统电磁暂态侧在分网接口处的稳态有功功率P_RER和稳态无功功率Q_RER；

（5）对电磁暂态侧分网接口母线的三序电流

进行相位补偿，得到相位补偿后的三序电流

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{if},120}^{\′}={\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{if},120}\·e^{-\mathrm{j\Δ\δ}}$

其中e为自然对数的底，j为虚数单位，δ为电磁暂态侧分网接口母线的三序电流

与分网接口基波的三序电压

的夹角，Δδ为夹角δ的修正量，初始化时，取Δδ=0；

（6）根据上述相位补偿后的三序电流

和分网接口基波的三序电压

利用三相交流电路复功率计算方法，得到电磁暂态侧分网接口处的三序功率

${\stackrel{\·}{S}}_{\mathrm{if},120}=\sqrt{3}.{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{if},120}.{\stackrel{*}{I}}_{\mathrm{if},120}^{\′}=P_{\mathrm{if},120}+{\mathrm{jQ}}_{\mathrm{if},120}$

其中：

P_if,120为三序有功功率，包括正序有功功率P_if,1、负序有功功率P_if,2和零序有功功率P_if,0；

Q_if,120为三序无功功率，包括正序无功功率Q_if,1、负序无功功率Q_if,2和零序无功功率Q_if,0；

（7）将电力系统电磁暂态侧在分网接口处的稳态无功功率Q_RER作为参考功率，与步骤（6）计算得到的正序无功功率Q_if,1进行比较，得到偏差ΔQ；

（8）对步骤（7）的偏差ΔQ经积分环节后，得到电磁暂态侧分网接口母线的三序电流

与分网接口基波的三序电压

的夹角δ的修正量Δδ：

$\mathrm{\Δ\δ}=\frac{K}{T\·s}\·\mathrm{\ΔQ}$

其中s为拉普拉斯变换的因子，

K为衰减系数，K的取值范围为0.1～0.001，

T为时间常数，T取值为1.0秒；

（9）设定一个偏差ΔQ的阈值，将步骤（7）的偏差ΔQ的绝对值与阈值比较，若|ΔQ|大于或等于阈值，进入下一电磁暂态仿真步长的计算，重复步骤（1）-（9）；若|ΔQ|小于阈值，则将修正量Δδ记为稳态修正量Δδ₀，重复步骤（1）-（6），进行电力系统混合实时仿真中接口功率的计算，功率计算中取Δδ＝Δδ₀。

本发明提出的电力系统混合实时仿真中接口功率的初始自校正计算方法，其优点是，不仅能够正确计算交流系统三相对称工况下电磁暂态侧注入机电暂态侧的接口功率，而且能够正确计算交流系统三相不对称工况下的接口注入功率，从而减小因两侧子网闭环后带来的功率波动，保证交直流混合仿真系统快速平稳进入目标稳定状态。而且本发明方法易于实现，可减少调节时间，提高系统的快速性和稳定性，是解决当前混合仿真中接口功率计算不准确问题的实用方法。同时，该方法计算量相对较小，适合于实时仿真。

附图说明

图1是本发明提出的电力系统混合实时仿真中接口功率的初始自校正计算方法的流程框图。

具体实施方式

本发明提出的电力系统混合实时仿真中接口功率的初始自校正计算方法，其流程框图如图1所示，该方法包括以下步骤：

（1）在电力系统混合实时仿真每个电磁暂态仿真步长，电磁暂态侧从机电暂态侧获取分网接口基波的三序电压并且电磁暂态侧将分网接口的三序功率送机电暂态侧。

（2）在每个电磁暂态仿真步长，测量电磁暂态侧注入分网接口母线的三相瞬时电流I_if,abc(t)，经过均方根值计算，得到电磁暂态侧分网接口母线每相电流瞬时值的基波相量的幅值，并利用离散傅里叶变换，计算得到电磁暂态侧分网接口母线每相电流瞬时值的基波相量的相位，从而得到电磁暂态侧分网接口母线每相电流瞬时值的基波相量

（3）对电磁暂态侧分网接口母线每相电流瞬时值的基波相量

进行三相相量向三序量的转化，得到电磁暂态侧分网接口母线的三序电流

（4）测量电力系统电磁暂态侧在分网接口处的稳态有功功率P_RER和稳态无功功率Q_RER；

（5）对电磁暂态侧分网接口母线的三序电流

进行相位补偿，得到相位补偿后的三序电流

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{if},120}^{\′}={\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{if},120}\·e^{-\mathrm{j\Δ\δ}}$

其中e为自然对数的底，j为虚数单位，δ为电磁暂态侧分网接口母线的三序电流

与分网接口基波的三序电压

的夹角，Δδ为夹角δ的修正量，初始化时，取Δδ=0；

（6）根据上述相位补偿后的三序电流

和分网接口基波的三序电压

利用三相交流电路复功率计算方法，得到电磁暂态侧分网接口处的三序功率

${\stackrel{\·}{S}}_{\mathrm{if},120}=\sqrt{3}.{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{if},120}.{\stackrel{*}{I}}_{\mathrm{if},120}^{\′}=P_{\mathrm{if},120}+{\mathrm{jQ}}_{\mathrm{if},120}$

其中：

P_if,120为三序有功功率，包括正序有功功率P_if,1、负序有功功率P_if,2和零序有功功率P_if,0；

Q_if,120为三序无功功率，包括正序无功功率Q_if,1、负序无功功率Q_if,2和零序无功功率Q_if,0；

（7）将电力系统电磁暂态侧在分网接口处的稳态无功功率Q_RER作为参考功率，与步骤（6）计算得到的正序无功功率Q_if,1进行比较，得到偏差ΔQ；

（8）对步骤（7）的偏差ΔQ经积分环节后，得到电磁暂态侧分网接口母线的三序电流

与分网接口基波的三序电压

的夹角δ的修正量Δδ：

$\mathrm{\Δ\δ}=\frac{K}{T\·s}\·\mathrm{\ΔQ}$

其中s为拉普拉斯变换的因子，

K为衰减系数，K的取值范围为0.1～0.001，

T为时间常数，T取值为1.0秒；

（9）设定一个偏差ΔQ的阈值，将步骤（7）的偏差ΔQ的绝对值与阈值比较，若|ΔQ|大于或等于阈值，进入下一电磁暂态仿真步长的计算，重复步骤（1）-（9）；若|ΔQ|小于阈值，则将修正量Δδ记为稳态修正量Δδ₀，重复步骤（1）-（6），进行电力系统混合实时仿真中接口功率的计算，功率计算中取Δδ＝Δδ₀。

Claims (1)

1.一种电力系统混合实时仿真中接口功率的初始自校正计算方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

（1）在电力系统混合实时仿真每个电磁暂态仿真步长，电磁暂态侧从机电暂态侧获取分网接口基波的三序电压

（2）在每个电磁暂态仿真步长，测量电磁暂态侧注入分网接口母线的三相瞬时电流I_if,abc(t)，经过均方根值计算，得到电磁暂态侧分网接口母线每相电流瞬时值的基波相量的幅值，并利用离散傅里叶变换，计算得到电磁暂态侧分网接口母线每相电流瞬时值的基波相量的相位，从而得到电磁暂态侧分网接口母线每相电流瞬时值的基波相量

（3）对电磁暂态侧分网接口母线每相电流瞬时值的基波相量

进行三相相量向三序量的转化，得到电磁暂态侧分网接口母线的三序电流

（4）测量电力系统电磁暂态侧在分网接口处的稳态有功功率P_RER和稳态无功功率Q_RER；

（5）对电磁暂态侧分网接口母线的三序电流进行相位补偿，得到相位补偿后的三序电流

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{if},120}^{\′}={\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{if},120}\·e^{-\mathrm{j\Δ\δ}}$

其中e为自然对数的底，j为虚数单位，δ为电磁暂态侧分网接口母线的三序电流

与分网接口基波的三序电压

的夹角，Δδ为夹角δ的修正量，初始化时，取Δδ=0；

（6）根据上述相位补偿后的三序电流

和分网接口基波的三序电压

利用三相交流电路复功率计算方法，得到电磁暂态侧分网接口处的三序功率

${\stackrel{\·}{S}}_{\mathrm{if},120}=\sqrt{3}.{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{if},120}.{\stackrel{*}{I}}_{\mathrm{if},120}^{\′}=P_{\mathrm{if},120}+{\mathrm{jQ}}_{\mathrm{if},120}$

其中：

P_if,120为三序有功功率，包括正序有功功率P_if,1、负序有功功率P_if,2和零序有功功率P_if,0；

Q_if,120为三序无功功率，包括正序无功功率Q_if,1、负序无功功率Q_if,2和零序无功功率Q_if,0；

（7）将电力系统电磁暂态侧在分网接口处的稳态无功功率Q_RER作为参考功率，与步骤（6）计算得到的正序无功功率Q_if,1进行比较，得到偏差ΔQ；

（8）对步骤（7）的偏差ΔQ经积分环节后，得到电磁暂态侧分网接口母线的三序电流

与分网接口基波的三序电压

的夹角δ的修正量Δδ：

$\mathrm{\Δ\δ}=\frac{K}{T\·s}\·\mathrm{\ΔQ}$

其中s为拉普拉斯变换的因子，

K为衰减系数，K的取值范围为0.1～0.001，

T为时间常数，T取值为1.0秒；

（9）设定一个偏差ΔQ的阈值，将步骤（7）的偏差ΔQ的绝对值与阈值比较，若|ΔQ|大于或等于阈值，进入下一电磁暂态仿真步长的计算，重复步骤（1）-（9）；若|ΔQ|小于阈值，则将修正量Δδ记为稳态修正量Δδ₀，重复步骤（1）-（6），进行电力系统混合实时仿真中接口功率的计算，功率计算中取Δδ＝Δδ₀。

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