CN103761351B - 一种不对称电力系统暂态稳定的建模和仿真方法 - Google Patents

Abstract

一种不对称电力系统暂态稳定的建模和仿真方法，采用相分量法和序分量法混合建模的方法进行不对称电力系统的建模，在此基础上，基于边界节点的三相功率平衡条件构造了隐函数形式的边界协调方程，提出基于分解协调的不对称电力系统暂态稳定仿真算法。采用本发明能够解决传统方法无法兼顾高效和灵活性的困难，可方便地处理复杂故障和多重故障计算问题，克服了传统的基于序网连接的故障处理方式的不足。同时，还能很好地解决参数不对称情况下系统的暂稳仿真问题。IEEE标准系统的测试表明，本发明具有较高的准确性和收敛性。

Description

一种不对称电力系统暂态稳定的建模和仿真方法

技术领域

本发明涉及一种不对称电力系统暂态稳定的建模和仿真方法，属于电力系统暂态分析技术领域。

背景技术

传统的暂态稳定仿真程序一般都认为网络中参数三相对称，采用对称分量法进行建模，正序、负序和零序网络相互解耦，有着良好的计算效率。当系统中发生简单的不对称横向或纵向故障时，可以通过故障点的边界条件构造复合序网，将负序和零序网络的作用折算成一个等值阻抗附加到正序网络中，各时步计算实际上仅在正序网络中进行。但是，这种基于序网连接的计算方法的通用性差，只能计算那些由简单的纵向和横向故障组合而成的一般性复杂故障，无力处理那些继电保护工程师感兴趣的任意复杂故障。而且，当系统中多重故障的故障相不统一时，必须引入移相变压器来建立通用型边界条件方程，导致序网连接关系复杂。

由于不对称元件和不对称负荷的存在，三序解耦的特性不复存在，基于序网连接方法的故障计算方法也不再适用。继续采用对称分量法进行故障计算会带来较大的误差，严重影响到各种设备的合理选型及各种继电保护和安全自动装置在电力系统中的合理配置与整定。

综上所述，传统的暂稳仿真算法不能很好地解决运行中各种不对称问题，需要研究能够处理各种不对称的暂态稳定仿真方法。新的不对称系统暂稳仿真算法，不仅要求能方便地处理各种复杂故障造成的运行不对称，还需要能够很好地应对元件参数不对称问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种不对称电力系统暂态稳定的建模和仿真方法，它能够解决传统方法无法兼顾高效和灵活性的困难，方便地处理复杂故障和多重故障计算问题，克服了传统的基于序网连接的故障处理方式的不足。同时，还能很好地解决参数不对称情况下系统的暂稳仿真问题。

本发明通过采用以下技术方案达到上述目的：一种不对称电力系统暂态稳定的建模和仿真方法，采用相分量法和序分量法混合建模的方法进行不对称电力系统的建模，在此基础上，基于边界节点的三相功率平衡条件构造了隐函数形式的边界协调方程，提出基于分解协调的不对称电力系统暂态稳定仿真算法。具体步骤如下：

步骤1

给定一组t_n时刻边界母线集的状态量和计算t_n时刻边界母线集的功率偏差

${\mathrm{\ΔP}}_{t_n}=P_{t_n}^B+P_{t_n}^{\tilde{B}}=\left[\begin{array}{c}{P}_{t_n}^{B1}\\ P_{t_n}^{B2}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{P}_{t_n}^{\tilde{B}1}\\ P_{t_n}^{\tilde{B}2}\end{array}\right]---\left(1\right)$

${\mathrm{\ΔQ}}_{t_n}=Q_{t_n}^B+Q_{t_n}^{\tilde{B}}=\left[\begin{array}{c}{Q}_{t_n}^{B1}\\ Q_{t_n}^{B2}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{Q}_{t_n}^{\tilde{B}1}\\ Q_{t_n}^{\tilde{B}2}\end{array}\right]---\left(2\right)$

将和作为协调目标，得到t_n时刻的边界协调方程：

${\mathrm{\Φ}}_{t_n}^B\left(y_{t_n}^B\right)=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔP}}_{t_n}\\ {\mathrm{\ΔQ}}_{t_n}\end{array}\right]=0---\left(3\right)$

步骤2

基于式（3），构造基于迭代求解的不对称系统暂态仿真分解协调求解算法：

t_n=t₀，t_n+1=t₀+△t，协调侧初始化计算环境并设置t_n+1时刻的边界母线状态和令 $y_{t_{n+1}}^B=y_{t_{n+1}}^{\tilde{B}};$

步骤3

根据协调侧给定的t_n+1时刻的边界母线状态求解各自子系统的动态方程，得到边界母线集功率偏差和并返回协调侧；

步骤4

若 $\left|\right|{\mathrm{\&Delta;P}}_{t_{n+1}}\left|\right|<\mathrm{\&epsiv;}$ 且 $\left|\right|{\mathrm{\&Delta;Q}}_{t_{n+1}}\left|\right|<\mathrm{\&epsiv;}$ 则转至步骤（5），否则由和求解更新边界母线状态，令

$y_{t_{n+1}}^B=y_{t_{n+1}}^{\tilde{B}}=y_{t_{n+1}}^B+{\mathrm{\&Delta;y}}_{t_{n+1}}^B---\left(4\right)$

然后返回步骤（3）；

步骤5

t_n+1时刻全网一致收敛，t_n+1=t_n+1+△t，若t_n+1≤t_end，则返回步骤（3）开始下一时步的仿真，否则仿真结束。

本发明的突出技术效果在于：

能够解决传统方法无法兼顾高效和灵活性的困难，方便地处理复杂故障和多重故障计算问题，克服了传统的基于序网连接的故障处理方式的不足。同时，还能很好地解决参数不对称情况下系统的暂稳仿真问题。

附图说明：

图1是不对称系统暂态仿真流程图。

图2是IEEE3系统拓扑。

图3是IEEE39系统拓扑。

具体实施方式：

以下通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。

实施例1

使用IEEE3以及IEEE39三个系统对本发明所述的不对称电力系统潮流和故障的建模方法进行测试。IEEE3和IEEE39系统的具体拓扑如图2和图3所示。

具体实施步骤如下：

步骤1

给定一组t_n时刻边界母线集的状态量和计算t_n时刻边界母线集的功率偏差

${\mathrm{\&Delta;P}}_{t_n}=P_{t_n}^B+P_{t_n}^{\tilde{B}}=\left[\begin{array}{c}{P}_{t_n}^{B1}\\ P_{t_n}^{B2}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{P}_{t_n}^{\tilde{B}1}\\ P_{t_n}^{\tilde{B}2}\end{array}\right]---\left(1\right)$

${\mathrm{\&Delta;Q}}_{t_n}=Q_{t_n}^B+Q_{t_n}^{\tilde{B}}=\left[\begin{array}{c}{Q}_{t_n}^{B1}\\ Q_{t_n}^{B2}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{Q}_{t_n}^{\tilde{B}1}\\ Q_{t_n}^{\tilde{B}2}\end{array}\right]---\left(2\right)$

将和作为协调目标，得到t_n时刻的边界协调方程：

${\mathrm{\&Phi;}}_{t_n}^B\left(y_{t_n}^B\right)=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;P}}_{t_n}\\ {\mathrm{\&Delta;Q}}_{t_n}\end{array}\right]=0---\left(3\right)$

步骤2

基于式（3），构造基于迭代求解的不对称系统暂态仿真分解协调求解算法：

t_n=t₀，t_n+1=t₀+△t，协调侧初始化计算环境并设置t_n+1时刻的边界母线状态和令 $y_{t_{n+1}}^B=y_{t_{n+1}}^{\tilde{B}};$

步骤3

根据协调侧给定的t_n+1时刻的边界母线状态求解各自子系统的动态方程，得到边界母线集功率偏差和并返回协调侧；

步骤4

若 $\left|\right|{\mathrm{\&Delta;P}}_{t_{n+1}}\left|\right|<\mathrm{\&epsiv;}$ 且 $\left|\right|{\mathrm{\&Delta;Q}}_{t_{n+1}}\left|\right|<\mathrm{\&epsiv;}$ 则转至步骤（5），否则由和求解更新边界母线状态，令

$y_{t_{n+1}}^B=y_{t_{n+1}}^{\tilde{B}}=y_{t_{n+1}}^B+{\mathrm{\&Delta;y}}_{t_{n+1}}^B---\left(4\right)$

然后返回步骤（3）；

步骤5

t_n+1时刻全网一致收敛，t_n+1=t_n+1+△t，若t_n+1≤t_end，则返回步骤（3）开始下一时步的仿真，否则仿真结束。

执行步骤1-5即完成对该系统的测试。测试结果如表1所示。

表1测试结果

表1的测试结果验证了本发明所述的不对称电力系统暂态稳定的建模和仿真方法的正确性。

Claims (1)

1.一种不对称电力系统暂态稳定的建模和仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)

给定一组t_n时刻边界母线集的状态量和计算t_n时刻边界母线集的功率偏差

${\mathrm{\&Delta;P}}_{t_n}=P_{t_n}^B+P_{t_n}^{\tilde{B}}=\left[\begin{array}{c}{P}_{t_n}^{B1}\\ P_{t_n}^{B2}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{P}_{t_n}^{\tilde{B}1}\\ P_{t_n}^{\tilde{B}2}\end{array}\right]---\left(1\right)$

${\mathrm{\&Delta;Q}}_{t_n}=Q_{t_n}^B+Q_{t_n}^{\tilde{B}}=\left[\begin{array}{c}{Q}_{t_n}^{B1}\\ Q_{t_n}^{\tilde{B}2}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{Q}_{t_n}^{\tilde{B}1}\\ Q_{t_n}^{\tilde{B}2}\end{array}\right]---\left(2\right)$

将和作为协调目标，得到t_n时刻的边界协调方程：

${\mathrm{\&Phi;}}_{t_n}^B\left(y_{t_n}^B\right)=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;P}}_{t_n}\\ {\mathrm{\&Delta;Q}}_{t_n}\end{array}\right]=0---\left(3\right)$

步骤(2)

基于式(3)，构造基于迭代求解的不对称系统暂态仿真分解协调求解算法：

t_n＝t₀，t_n+1＝t₀+△t，协调侧初始化计算环境并设置t_n+1时刻的边界母线状态和令

步骤(3)

根据协调侧给定的t_n+1时刻的边界母线状态求解各自子系统的动态方程，得到边界母线集功率偏差和并返回协调侧；

步骤(4)

若且则转至步骤(5)，否则由和求解更新边界母线状态，令

$y_{t_{n+1}}^B=y_{t_{n+1}}^{\tilde{B}}=y_{t_{n+1}}^B+{\mathrm{\&Delta;y}}_{t_{n+1}}^B---\left(4\right)$

然后返回步骤(3)；

步骤(5)

t_n+1时刻全网一致收敛，t_n+1＝t_n+1+△t，若t_n+1≤t_end，则返回步骤(3)开始下一时步的仿真，否则仿真结束。