CN108964063A - 一种电力系统潮流计算中非标准变比变压器的建模方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电力系统潮流计算中非标准变比变压器的建模方法，主要包括以下步骤：首先针对非标准变比变压器建立传统精确“T”型等值电路模型，接着根据潮流计算方法的类型选择后续建模步骤：若潮流计算为前推回代法，则对“T”型电路模型中的阻抗网络进行Y‑△变换，然后将并联导纳分别由理想变压器的内侧等效移至外侧从而获得含有理想变压器的“Π”型等值电路模型；否则直接利用基尔霍夫定律进行电路变换并消除理想变压器从而获得不含理想变压器的“Π”型等值电路模型。该方法既具备精确“T”型非标准变比变压器模型精度高的优点，又避免了增加额外节点从而导致计算效率低下的缺点。

Description

一种电力系统潮流计算中非标准变比变压器的建模方法
技术领域
本发明涉及一种通用化的能够同时兼顾高仿真精度和高计算效率的电力系统非标准变比变压器的建模方法，属于电力系统建模仿真技术。
背景技术
由于具有灵活的在线控制特性，有载调压变压器被广泛应用于现代输配电系统，以实现电压调节、无功优化控制、最优潮流控制等功能。变压器分接头的变化会对变压器的等效串联阻抗和励磁并联导纳参数产生影响，目前针对非标准变比变压器，开展了大量建模研究工作，也有不少非标准变比变压器的模型被提出。
一类采用单只理想变压器串接等效串联阻抗的模型能够反映变压器分接头位置的调整，但该类模型只能表达某一特定测绕组分接头变化带来的影响，而另一侧则被忽略。另一类模型则两头为理想变压器，中间串接等效串联阻抗。该模型能够表征变压器两侧绕组分接头变化所带来的影响。但上述模型都忽略了并联等效励磁导纳，会导致计算结果存在少量偏差。
计及并联励磁导纳的模型当中，有一种“Γ”型等值电路模型，等效串联阻抗与副边侧的理想变压器串接，并在原边侧节点并联励磁导纳。该等值电路模型中等效并联励磁导纳取值固定，不能反映分接头调整的变化。
在电机学变压器“T”型模型的基础上，有一种两头为理想变压器，中间部分采用“T”型等值电路的精确“T”型等值电路模型被提出。该等值电路模型既能准确反映变压器两侧分接头调整带来的变化，又将励磁支路的等效并联导纳计算在内，是目前最为精确的非标准变比变压器模型。但由于该模型产生了一个额外的电路节点，应用于仿真计算时效率较低。
目前国内常用的电力系统稳态分析软件有PSD-BPA、PSASP和PSS/E。其中BPA采用“Π”型等值电路模型，中间部分为两只理想变压器夹串一只串联阻抗，原副边节点各有一并联导纳，取值都为励磁导纳的一半。相对于精确“T”型等值电路模型，“Π”型等值电路模型仍存在励磁导纳仍无法反映两侧分接头变化的问题。PSASP软件中采用的即是前文所述的“Γ”型等值电路模型，优缺点不再赘述。PSS/E软件中采用的是改进“Γ”型等值电路模型，该模型的串联部分为反映两侧分接头变化的两只理想变压器，但并联励磁导纳放置在原边侧节点且取值仍然固定，同样无法表征分接头变化对并联导纳的影响。
发明内容
发明目的：为了克服现有电力系统非标准变比变压器建模方法的不足，本发明提供一种通用化的非标准变比变压器的建模方法，良好的兼顾了模型精度和计算效率；同时本发明还提出了所建模型应用于前推回代潮流计算的具体步骤，可提升潮流计算的收敛性能，进一步增加了本发明的实用性。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种电力系统潮流计算中非标准变比变压器的建模方法，包括如下步骤：
(1)对电力系统中的非标准变比变压器建立精确T型等值电路模型，进入步骤(2)；
(2)根据潮流计算方法的类型选择后续建模步骤：若潮流计算为前推回代法，则转入步骤(3)，否则转入步骤(5)；
(3)保留精确T型等值电路模型中的理想变压器，对中间部分的T型电路网络进行Y-△变换，形理想变压器在两侧、中间部分为Π型电路网络的等值电路模型，进入步骤(4)；
(4)将Π型电路网络的两条并联支路分别由理想变压器的内侧等效移至外侧，从而获得适用于前推回代潮流计算方法的含有理想变压器的Π型等值电路模型；
(5)利用基尔霍夫定律，对精确T型等值电路模型中的理想变压器以及T型电路网络一起进行电路变换，从而获得适用于非前推回代潮流计算方法的不再含有理想变压器的Π型等值电路模型。
具体的，所述步骤(4)中，获得的适用于前推回代潮流计算方法的含有理想变压器的Π型等值电路模型，在前推回代潮流计算中采用电流前推和电压回代计算；记前侧节点为1号节点，后侧节点为2号节点，前后侧理想变压器变比分别为K1:1和1:K2，具体计算步骤为：
①电流前推过程中，从2号节点注入电流通过计算从1号节点抽取的电流根据理想变压器两侧电流满足反向变比的关系，得到1号节点的电流前推公式为：
②电压回代过程中，利用已知的1号节点的电压计算2号节点的电压根据欧姆定律得到2号节点的电压回代公式为：其中Z为1号节点和2号节点之间的等效串联阻抗。
具体的，所述精确T型等值电路模型中，使用Z1和Z2表示精确T型等值电路模型前后两侧的串联阻抗，使用Zm和Ym表示精确T型等值电路模型前后两侧的串联阻抗之间的并联阻抗和并联导纳；则步骤(3)得到的Π型电路网络的等值电路模型表示为：
Z＝Z1+Z2+Z1Z2/Zm
Ym1＝Z2/(Z1Z2+Z1Zm+Z2Zm)
Ym2＝Z1/(Z1Z2+Z1Zm+Z2Zm)
其中，Z表示Π型电路网络的等值电路模型中部的串联阻抗，Ym1和Ym2表示Π型电路网络的等值电路模型中前后两条并联支路的并联导纳；
步骤(4)得到的含有理想变压器的Π型等值电路模型表示为：
Z0＝Z＝Z1+Z2+Z1Z2/Zm
其中：Z0表示含有理想变压器的Π型等值电路模型中部的串联阻抗，Y1和Y2表示含有理想变压器的Π型等值电路模型中前后两条并联支路的并联导纳，前后侧理想变压器变比分别为K1:1和1:K2；
步骤(5)得到的不再含有理想变压器的Π型等值电路模型表示为：
Z′＝K1K2(Z1+Z2+Z1Z2/Zm)
其中：Z'表示不再含有理想变压器的Π型等值电路模型中部的串联阻抗，Y1′和Y2′表示不再含有理想变压器的Π型等值电路模型中前后两条并联支路的并联导纳。
有益效果：本发明提供的电力系统潮流计算中非标准变比变压器的建模方法，与现有技术相比，具有如下优势：1、本发明方法所建立的非标准变压器模型，具备与精确“T”型等值电路模型完全相同的高精度；2、本发明方法所建立模型，避免了精确“T”型等值电路模型由于增加一个额外节点从而导致计算效率低下的缺点；3、常规非标准变比模型应用于前推回代潮流计算存在收敛性能较差的问题，本发明方法提供了针对性的建模思路及其用于前推回代的具体计算步骤，能够有效的提升非标准变比模型应用前推回代潮流计算的收敛性能。
附图说明
图1为本发明方法的实施流程图；
图2为本发明的实施步骤(1)所获得的模型图；
图3为本发明的实施步骤(3)所获得的模型图；
图4为本发明的实施步骤(4)所获得的模型图；
图5为本发明的实施步骤(5)所获得的模型图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
本发明提出的电力系统潮流计算中非标准变比变压器的建模方法，能够最大限度的兼顾模型精度和仿真效率，同时提升潮流计算收敛性能。
如图1所示为本发明的实施流程图，首先针对非标准变比变压器建立传统精确“T”型等值电路模型，接着根据潮流计算方法的类型选择后续建模步骤：若潮流计算为前推回代法，则对“T”型等值电路模型中的阻抗网络进行Y-△变换，然后将并联导纳分别由理想变压器的内侧等效移至外侧从而获得含有理想变压器的“Π”型等值电路模型；否则直接利用基尔霍夫定律进行电路变换并消除理想变压器从而获得不含理想变压器的“Π”型等值电路模型。具体包括步骤如下：
步骤一：当建模工作处理到当前非标准变压器元件时，先对其进行初始化工作。接着建立如图2所示的非标准变压器精确“T”型等值电路模型，转入步骤二。
步骤二：根据潮流计算方法的类型选择后续建模步骤：若潮流计算为前推回代法，则转入步骤三，否则转入步骤五。
步骤三：基于图2所示的精确“T”型等值电路模型，利用Y-△阻抗网络等值变换原理，可获得如图3所示的“Π”型等值电路模型，其中各参数取值为：
Z＝Z1+Z2+Z1Z2/Zm
Ym1＝Z2/(Z1Z2+Z1Zm+Z2Zm)
Ym2＝Z1/(Z1Z2+Z1Zm+Z2Zm)
其中：Z1和Z2表示精确“T”型等值电路模型中两侧的串联阻抗，Zm和Ym表示精确“T”型等值电路模型中两侧的串联阻抗之间的并联阻抗和并联导纳，Z表示“Π”型等值电路模型中部的串联阻抗，Ym1和Ym2表示“Π”型等值电路模型中两条并联支路的并联导纳。
然后转入步骤四。
步骤四：将“Π”型电路网络的两条并联支路分别由理想变压器的内侧等效移至外侧，从而获得图4所示的含有理想变压器的“Π”型等值电路模型，其中各参数取值为：
Z＝Z1+Z2+Z1Z2/Zm
其中：Z表示含有理想变压器的“Π”型等值电路模型中部的串联阻抗(与“Π”型等值电路模型中部的串联阻抗Z一致)，Y1和Y2表示含有理想变压器的“Π”型等值电路模型中两条并联支路的并联导纳。
对于图4所示的模型，在前推回代潮流计算中采用电流前推和电压回代计算。记前侧节点为“1”号节点，后侧节点为“2”号节点，前后侧理想变压器变比分别为K1:1和1:K2，具体计算步骤为：
(1)电流前推过程中，从2号节点注入电流通过计算从1号节点抽取的电流根据理想变压器两侧电流满足反向变比的关系，得到1号节点的电流前推公式为：
(2)电压回代过程中，利用已知的1号节点的电压计算2号节点的电压根据欧姆定律得到2号节点的电压回代公式为：其中Z为1号节点和2号节点间的等效串联阻抗。
步骤五：利用基尔霍夫定律，对精确“T”型等值电路模型中的理想变压器以及“T”型电路网络一起进行电路变换，从而获得适用于非前推回代潮流计算方法的不再含有理想变压器的“Π”型等值电路模型，模型及参数取值如图5所示。
Z′＝K1K2(Z1+Z2+Z1Z2/Zm)
其中：Z'表示不再含有理想变压器的“Π”型等值电路模型中部的串联阻抗，Y1′和Y2′表示不再含有理想变压器的“Π”型等值电路模型中两条并联支路的并联导纳。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种电力系统潮流计算中非标准变比变压器的建模方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)对电力系统中的非标准变比变压器建立精确T型等值电路模型，进入步骤(2)；
(2)根据潮流计算方法的类型选择后续建模步骤：若潮流计算为前推回代法，则转入步骤(3)，否则转入步骤(5)；
(3)保留精确T型等值电路模型中的理想变压器，对中间部分的T型电路网络进行Y-△变换，形成理想变压器在两侧、中间部分为Π型电路网络的等值电路模型，进入步骤(4)；
(4)将Π型电路网络的两条并联支路分别由理想变压器的内侧等效移至外侧，从而获得适用于前推回代潮流计算方法的含有理想变压器的Π型等值电路模型；
(5)利用基尔霍夫定律，对精确T型等值电路模型中的理想变压器以及T型电路网络一起进行电路变换，从而获得适用于非前推回代潮流计算方法的不再含有理想变压器的Π型等值电路模型。
2.根据权利要求1所述的电力系统潮流计算中非标准变比变压器的建模方法，其特征在于：所述步骤(4)中，获得的适用于前推回代潮流计算方法的含有理想变压器的Π型等值电路模型，在前推回代潮流计算中采用电流前推和电压回代计算；记前侧节点为1号节点，后侧节点为2号节点，前后侧理想变压器变比分别为K1:1和1:K2，具体计算步骤为：
①电流前推过程中，从2号节点注入电流通过计算从1号节点抽取的电流根据理想变压器两侧电流满足反向变比的关系，得到1号节点的电流前推公式为：
②电压回代过程中，利用已知的1号节点的电压计算2号节点的电压根据欧姆定律得到2号节点的电压回代公式为：其中Z为1号节点和2号节点之间的等效串联阻抗。
3.根据权利要求1所述的电力系统潮流计算中非标准变比变压器的建模方法，其特征在于：所述精确T型等值电路模型中，使用Z1和Z2表示精确T型等值电路模型前后两侧的串联阻抗，使用Zm和Ym表示精确T型等值电路模型前后两侧的串联阻抗之间的并联阻抗和并联导纳；则步骤(3)得到的Π型电路网络的等值电路模型表示为：
Z＝Z1+Z2+Z1Z2/Zm
Ym1＝Z2/(Z1Z2+Z1Zm+Z2Zm)
Ym2＝Z1/(Z1Z2+Z1Zm+Z2Zm)
其中，Z表示Π型电路网络的等值电路模型中部的串联阻抗，Ym1和Ym2表示Π型电路网络的等值电路模型中前后两条并联支路的并联导纳；
步骤(4)得到的含有理想变压器的Π型等值电路模型表示为：
Z0＝Z＝Z1+Z2+Z1Z2/Zm
其中：Z0表示含有理想变压器的Π型等值电路模型中部的串联阻抗，Y1和Y2表示含有理想变压器的Π型等值电路模型中前后两条并联支路的并联导纳，前后侧理想变压器变比分别为K1:1和1:K2；
步骤(5)得到的不再含有理想变压器的Π型等值电路模型表示为：
Z′＝K1K2(Z1+Z2+Z1Z2/Zm)
其中：Z'表示不再含有理想变压器的Π型等值电路模型中部的串联阻抗，Y1′和Y′2表示不再含有理想变压器的Π型等值电路模型中前后两条并联支路的并联导纳。
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