CN103678798B - 一种用于含分布式电源配电网的电磁暂态实时仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于含分布式电源配电网的电磁暂态实时仿真方法。该方法通过对配电网和分布式电源进行解耦得到各自的等效模型，确定等效模型的等值参数；结合分布式电源和配电网的暂态时间常数，分布式电源和配电网的等效模型按照各自步长进行仿真计算；利用物理接口，实现分布式电源和配电网接口数据交互，在数据交互完成后进行仿真同步校验。本发明可以模拟含分布式电源配电网的正常运行状态和各种故障，实现系统的闭环仿真和测试，有效实现了含分布式电源配电网的电磁暂态实时仿真，满足对配电网新技术和设备的研究分析和仿真实验、仿真培训等需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种配电网仿真计算方法，尤其涉及一种用于含分布式电源配电网的电磁暂态实时仿真方法，属于电力系统仿真技术领域。
背景技术
配电网在智能电网中扮演着十分重要的角色。各种形式分布式电源、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。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。
当配电网系统规模较大时，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，对于配电网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简化，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简化，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简化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，实现模型简化方法与暂态仿真方法的无缝结合。
申请号为201210583070.5的中国发明专利申请公开了一种保留无源性的大规模配电网络电磁暂态仿真模型简化方法，仅对外部系统中的线性配电网络进行，分布式电源、储能及控制器等元件的复杂非线性特征仍可通过其在研究系统中的详细模型来体现，系统整体模型简化方法可以更宏观地考虑简化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，能够有效的对规模庞大、结构复杂且高度不对称的配电网络进行整体上的模型简化，并可以根据计算资源要求控制简化模型的复杂程度，同时能够保证所得简化模型的无源性和稳定性，并能够与大规模配电系统电磁暂态仿真方法相匹配，实现模型简化方法与暂态仿真方法的无缝结合，达到有效降低系统暂态仿真模型阶数、减小仿真计算量、加快仿真速度的目的。
但是，对于适应区域配电网发展需要、具有兼容性和可扩展性、满足多种分布式能源接入及新型智能用电设备应用的区域配电网实时仿真技术，人们尚未开展深入的研究。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于含分布式电源配电网的电磁暂态实时仿真方法。
为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：
一种用于含分布式电源配电网的电磁暂态实时仿真方法，包括如下步骤：
A1.分别求取分布式电源和配电网的等效模型，确定所述等效模型的等值参数；
A2.结合所述分布式电源和所述配电网的暂态时间常数，所述分布式电源和所述配电网的等效模型按照各自步长进行仿真计算；
A3.利用物理接口，实现所述分布式电源和所述配电网接口数据交互，在数据交互完成后进行仿真同步校验。
其中较优地，在所述步骤A2中，将所述配电网和所述分布式电源进行解耦，所述配电网侧采用戴维南等值电路，所述分布式电源网络等值为诺顿等值电路，然后并行仿真计算。
其中较优地，所述分布式电源为非线性模型时，采用分段线性化方法处理模型。
其中较优地，当所述分布式电源为光伏电池模型时，以最大功率点为分界点，所述最大功率点的近似恒流阶段一侧呈线性关系，对其不分段处理；所述最大功率点的近似恒压阶段一侧呈非线性关系，进行分段处理。
其中较优地，所述仿真计算包括如下步骤：
S1.根据各自网络的元件参数，计算其伴随模型，并将导纳阵元素追加到计算矩阵中；
S2.在所有计算过程之前进行初始值计算，作为修正伴随网络注入电流源的初始值；
S3.当电网未发生故障时，在同步触发脉冲触发加入激励源完成时，并行解网络方程，并且追加注入电流源，得到输出结果；
S4.当电网发生突变时，求解网络方程前修改导纳矩阵元素和注入电流源，其他步骤与电网未发生故障时相同。
其中较优地，在所述步骤A3中，所述配电网与所述分布式电源按照所述配电网的仿真步长进行数据交互。
本发明采用分布式电源与常规配电网并行解耦的方式，可以模拟含分布式电源配电网正常运行状态和各种故障，进行电压波动、频率波动、三相不对称、电压扰动及保护特性试验，实现系统的闭环仿真和测试。
附图说明
图1是本发明所提供的电磁暂态实时仿真方法的流程图；
图2是本发明中，分布式电源解耦网络的仿真接口电路示意图；
图3是本发明中，配电网仿真接口的电路示意图；
图4是现有技术中，光伏电池伏安特性曲线的示意图；
图5是本发明中，光伏电池分段线性化与实际特性曲线的拟合对比示意图；
图6是本发明中，正常工况下的仿真计算流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1所示为本发明所提供的电磁暂态实时仿真方法的流程图。该电磁暂态实时仿真方法主要包括如下步骤：A1.分别求取分布式电源和配电网的等效模型，确定所述等效模型的等值参数；A2.结合所述分布式电源和所述配电网的暂态时间常数，所述分布式电源和所述配电网的等效模型按照各自步长进行仿真计算；A3.利用物理接口，实现所述分布式电源和所述配电网接口数据交互，在数据交互完成后进行仿真同步校验。下面对此展开详细具体的说明。
首先，介绍步骤A1.分别求取分布式电源及配电网的等效模型，确定等值参数。
将配电网和分布式电源进行解耦，配电网利用戴维南定理进行等值，分布式电源网络利用诺顿定理进行等值，然后并行仿真。具体方法如下：
利用图2所示接口电路，对解耦后的分布式电源网络进行仿真计算时，配电网侧需要采用戴维南等值电路的形式，其中配电网的等值参数包括：等值电压和等值阻抗，均采用三相瞬时值的形式。
利用图3所示接口电路，对配电网进行仿真计算时，分布式电源网络侧需采用诺顿等值电路的形式。其中，分布式电源网络的等值参数包括：等值电流源和等值导纳。
由于分布式电源多为非线性模型，利用诺顿等值原理进行处理时比较困难，利用分段处理方法可以实现较好的拟合效果。因此，本发明采用分段线性化方法对模型进行处理。
下面以光伏电池模型为优选例，对分段线性化方法进行详细说明。光伏电池的计算公式为：
其中，Iph=[Isc+Ki*(t-25)]*S/1000。
从公式（1）可以看出，该方程是非线性方程，如果对指数部分进行级数展开，得到：
根据光伏电池的伏安特性曲线可知式子（2）中的二次项也是不能忽略的，否则伏安特性曲线（V-I）将变成线性关系，与实际伏安特性曲线不符。因此公式（1）进行级数展开后的近似方程也不是线性方程组。
参见图4所示，从光伏电池的伏安特性曲线可知，曲线由近似恒流阶段、最大功率点区域和近似恒压阶段三部分组成。本发明采用分段线性化的方法，以最大功率点为分界点，其中，最大功率点为近似恒流阶段的一侧，约占总区域的70%，呈线性关系，对其不分段处理；最大功率点为近似恒压阶段的另一侧，约占总区域的30%，呈非线性关系，对其分段处理。实验对比证明分为4段处理时，即可达到很好的拟合，拟合结果如图5所示。
其次，介绍步骤A2.结合分布式电源和配电网的暂态时间常数，所述分布式电源和所述配电网等效模型按照各自步长进行仿真计算。
分布式电源与交流电网相比，其暂态时间常数远小于交流电网。因此，对配电网和分布式电源解耦时，两部分可以采用不同的计算步长进行仿真。
分布式电源及配电网仿真的基本计算流程包括：
第1步，形成伴随导纳阵。根据各自网络的元件参数，计算其伴随模型，将导纳阵元素追加到计算矩阵中。
参见图2和图3所示，以p、q节点的阻抗支路为例，电磁暂态伴随模型为
iL,n+1=GuL,n+1+JL （3）
则追加导纳元素位置如下：
第2步，初始值计算。由于电磁暂态仿真的历史值需要作为修正伴随网络注入电流源的初始值，因此，初始值的计算需要在所有计算过程之前进行。
初始值计算是一个由振荡开始、最终收敛到初值的过程，所以振荡收敛速度将影响到仿真计算的过程。因此，为保证振荡能快速收敛，初始激励从初值0开始计算，逐步递增直至达到正常激励，计算时间以确保振荡收敛为准，且必须是工频周期20ms的整数倍。初始值计算完成后，保存计算结果。
第3步，正常工况计算。正常工况计算是在电网未发生故障情况下的计算过程。
如图6所示，正常工况计算仿真流程包括如下步骤：
首先加载历史值，此时需要等待同步触发脉冲，若没有检测到同步触发脉冲，则继续等待；若检测到解决脉冲，则直接加入激励源；之后并行解网络方程，得到配电网与分布式电源的等待方程；追加注入电流源，输出结果，如果仿真计算完成则结束计算，若未完成，则继续检测同步触发脉冲，直到完成计算过程。
第4步，突变工况计算。当电网发生突变时，包括发生故障、开关操作、变压器分接头调节等需要进行跃变电量的计算。与正常工况不同的是，在求解网络方程前要修改导纳矩阵元素和注入电流源。同时，重新执行A1步骤，求取电网突变后拓扑结构下的等值网络及参数。
再次，介绍步骤A3.利用物理接口，实现所述分布式电源和所述配电网接口数据交互，在数据交互完成后进行仿真同步校验。
由于分布式电源往往是非线性模型，同时接入配电网往往需要大量的电力电子设备，分布式电源与电力电子设备电磁暂态模型要求的仿真步长小。配电网的仿真步长远大于分布式电源仿真步长，需要按照配电网的计算步长进行数据交互。其中，交互的数据包括：配电网等值网络的等值电压和等值阻抗；分布式电源等值网络的等值电流源和等值导纳。
利用接口装置实现数字物理混合仿真的扩展，满足对配电网新技术和设备的研究分析和仿真实验、规划仿真验证、控制保护设备的检测和测试、运行辅助决策和现场调试以及运维和检修仿真培训等功能。
如果含分布式电源配电网整个仿真模型均采用分布式电源要求的仿真步长处理，实际仿真时间往往要比仿真步长大得多，无法达到实时仿真。反之，如果均采用常规配电网仿真步长，分布式电源与电力电子设备电磁暂态模型会出现严重误差，无法实现元件特性模拟。
因此，需要等待标准时钟模块发出的同步触发脉冲，保证精确的仿真步长，返回步骤A2继续仿真计算。
综上所述，本发明解决了分布式电源与常规配电网联合电磁暂态实时仿真的问题。采用电磁暂态仿真可以模拟含分布式电源配电网正常运行状态和各种故障，进行电压波动、频率波动、三相不对称、电压扰动及保护特性试验，实现系统的闭环仿真和测试。利用本发明，有效实现了含分布式电源配电网的电磁暂态实时仿真，可以满足对配电网新技术和设备的研究分析和仿真实验、仿真培训等需求。
以上对本发明所提供的用于含分布式电源配电网的电磁暂态实时仿真方法进行了详细的说明。对本领域的技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。
Claims (5)
1.一种用于含分布式电源配电网的电磁暂态实时仿真方法，其特征在于包括如下步骤：
A1.分别求取分布式电源和配电网的等效模型，确定所述等效模型的等值参数；
A2.结合所述分布式电源和所述配电网的暂态时间常数，所述分布式电源和所述配电网的等效模型按照各自步长进行仿真计算；所述仿真计算包括如下步骤：
A21.根据各自网络的元件参数，计算其伴随模型，并将导纳矩阵元素追加到计算矩阵中；
A22.进行初始值计算；
A23.当电网未发生故障时，在同步触发脉冲触发加入激励源完成时求解网络方程，并且追加注入电流源，得到输出结果；
A24.当电网发生突变时，求解网络方程前修改导纳矩阵元素和注入电流源，其他步骤与电网未发生故障时相同；
A3.利用物理接口，实现所述分布式电源和所述配电网接口数据交互，在数据交互完成后进行仿真同步校验。
2.如权利要求1所述的电磁暂态实时仿真方法，其特征在于：
在所述步骤A2中，将所述配电网和所述分布式电源进行解耦，所述配电网侧采用戴维南等值电路，所述分布式电源网络等值为诺顿等值电路，然后进行仿真计算。
3.如权利要求2所述的电磁暂态实时仿真方法，其特征在于：
当所述分布式电源为非线性模型时，采用分段线性化方法处理模型。
4.如权利要求3所述的电磁暂态实时仿真方法，其特征在于：
当所述分布式电源为光伏电池模型时，以最大功率点为分界点，所述最大功率点的近似恒流阶段一侧呈线性关系，对其不分段处理；所述最大功率点的近似恒压阶段一侧呈非线性关系，进行分段处理。
5.如权利要求1所述的电磁暂态实时仿真方法，其特征在于：
在所述步骤A3中，所述配电网与所述分布式电源按照所述配电网的仿真步长进行数据交互。
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|---|---|---|---|---|
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| CN103049617A (zh) * | 2012-12-27 | 2013-04-17 | 天津大学 | 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 |
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