CN115085190A - 等效贝瑞隆模型的短线路建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种等效贝瑞隆模型的短线路建模方法，涉及电力技术领域。等效贝瑞隆模型的短线路建模方法包括：S1：查找电力网络中无法使用长导线解耦法的原始传输线；S2：做出原始传输线的等效电路；S3：在等效电路上并联补偿电容C₂和电感L₂，得到合并后传输线模型；S4：在合并后传输线模型中，将补偿电容C₂与原线路对地电容合并，得到新传输线等效模型；S5：对电力网络进行电磁暂态仿真。等效贝瑞隆模型的短线路建模方法使得电力网络中较短的传输线，配网中较短的传输线的波传播时间也可以比电磁暂态的仿真步长大，以实现网络的自然解耦，为空间并行计算提供了新的仿真方案。

Description

等效贝瑞隆模型的短线路建模方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，具体而言，涉及一种等效贝瑞隆模型的短线路建模方法。

背景技术

目前，并行计算是提高电力系统电磁仿真效率的重要方法，其中，空间并行计算是并行计算中最常见的方法，其基本思想是将电网拓扑结构分解成多个子区域，然后将每个子区域分配给不同的计算核心进行仿真计算，从而提高电力系统仿真速度。

常见的空间并行计算有支路切割法、节点撕裂法和长传输线解耦法。支路切割法和节点撕裂法也被称作网络分裂算法，它们在计算过程中需要求解分割边界处的协调变量，然后才可以求出各个子网中内部电量，所以求解速度较慢。长传输线解耦法的基本原理是利用传输线的贝瑞隆模型，实现网络的自然解耦。电压和电流以电磁波的形式在传输线中传输，当电磁波在线路上传输时间大于网络电磁暂态的仿真步长Δt时，传输线两端便可以解耦计算。由于该解耦过程是基于物理过程，所以仿真过程中无需计算边界处的协调计算，从而很大程度提高了系统的仿真效率。该方法的缺点是仿真网络中必须存在长传输线，当网络中不存在长传输线或者仿真过程的步长较大时，传输线的波传输时间大于仿真步长，此时长传输线解耦法失效。通常情况下电网的仿真步长为50us，当传输线长度大于15km时，便可以采用长传输线解耦法实现网络的自然解耦。配网中满足该长度的传输线较小，通常无法使用长传输线解耦法实现网络的分解和解耦。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种等效贝瑞隆模型的短线路建模方法，其能够使配网中较短的传输线的波传播时间也可以比电磁暂态的仿真步长大，从而实现电力网络的自然解耦。

本发明的实施例可以这样实现：

本发明提供一种等效贝瑞隆模型的短线路建模方法，等效贝瑞隆模型的短线路建模方法包括：

S1：查找电力网络中无法使用长导线解耦法的原始传输线；

S2：做出原始传输线的等效电路；

S3：在等效电路上并联补偿电容C₂和电感L₂，得到合并后传输线模型；

S4：在合并后传输线模型中，将补偿电容C₂与原线路对地电容合并，得到新传输线等效模型；

S5：对电力网络进行电磁暂态仿真。

在可选的实施例中，等效电路包括对地电导G₁、电容C₁、电感L₁与电阻R₁，其中，对地电导G₁与电容C₁并联的整体、电感L₁与电阻R₁依次串联。

在可选的实施例中，在等效电路中，R₁＝r₁h₁,L₁＝l₁h₁,

h₁为原始传输线的长度，r₁为原始传输线单位长度的电阻，l₁为原始传输线单位长度的电感，c₁为原始传输线的电容。

在可选的实施例中，在合并后传输线模型中，对地电导G₁与电容C₁并联的整体并联补偿电容C₂和电感L₂。

在可选的实施例中，在合并后传输线模型中，

式中，Δt是网络的仿真步长，ω是电网角速度。

在可选的实施例中，新传输线等效模型的对地电容为C＝C₁+C₂。

在可选的实施例中，新传输线等效模型的线路传输时间为

式中，Δt是网络的仿真步长。

在可选的实施例中，S5包括：

在仿真过程中对原始传输线使用贝瑞隆模型进行建模；

对电感L₂使用电感的诺顿模型进行建模，形成电感诺顿等值电路。

在可选的实施例中，在电感诺顿等值电路中，等值电阻R_eff与历史项I_history并联，其中，

式中，Δt是网络的仿真步长。

在可选的实施例中，在电感诺顿等值电路中，

式中，ν_k为电感诺顿等值电路的k端口电压，ν_m为电感诺顿等值电路的m端口电压，i_km为电流。

本发明实施例提供的等效贝瑞隆模型的短线路建模方法的有益效果包括：

1.可以电力网络中较短的传输线的末端并联补偿电容和电感，以延长传输线的波传播时间；

2.并联电感L₂可以使传输线的稳态结果和原来保持一致可以在保证稳态结果一致的前提下，实现电磁暂态仿真、并行计算，从而提高了仿真的计算速度；

3.该方法使得电力网络中较短的传输线，配网中较短的传输线的波传播时间也可以比电磁暂态的仿真步长大，以实现网络的自然解耦，为空间并行计算提供了新的仿真方案。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为传输线解耦法分割接口模型；

图2为本发明实施例提供的等效贝瑞隆模型的短线路建模方法的流程图；

图3为电力网络中无法使用长导线解耦法的原始传输线的示意图；

图4为原始传输线的等效电路示意图；

图5为等效电路上合并电容C₂和电感L₂的合并后传输线模型示意图；

图6为电容合并后得到的新传输线等效模型的示意图；

图7为电感诺顿等值电路的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

请参阅图1，长传输线解耦法的本质是利用传输线的贝瑞隆模型来实现网络的分割和解耦，传输线的贝瑞隆模型如图1所示。

在图1中：

其中：

式中：Z＝Z_c+R/4，

从该模型可知，当波传输时间τ大于仿真步长时，传输线两端便可以并行计算，实现网络的自然解耦。

当网络中不存在长传输线或者仿真过程的步长较大时，传输线的波传输时间大于仿真步长，此时长传输线解耦法失效。

针对配电网中无法使用长传输线解耦法并行仿真的现象。本实施例提供了一种等效贝瑞隆模型的短线路建模方法，属于一种新的传输线解耦法。当配网中传输线长度较短时，可以在传输线的末段并联电容和电感，实现传输线的解耦。其中，并联电容可以增加线路传输时间，而并联电感可以使传输线的稳态结果和原来保持一致。通过这种建模方法，配网中较短的传输线的波传播时间也可以比电磁暂态的仿真步长大，从而实现电力网络的自然解耦。

请参考图2，本实施例提供了一种等效贝瑞隆模型的短线路建模方法(以下简称：建模方法)，建模方法包括以下步骤：

S1：查找电力网络中无法使用长导线解耦法的原始传输线。

在进行S1之前，先初始化参数，再对原始传输线的参数进行确定。

请参阅图3，原始传输线命名为LINE1，其长度为h₁，原始传输线单位长度的电阻为r₁，原始传输线单位长度的电感为l₁，电容为c₁。

S2：做出原始传输线的等效电路。

请参阅图4，原始传输线的等效电路包括对地电导G₁、电容C₁、电感L₁与电阻R₁，其中，对地电导G₁与电容C₁并联的整体、电感L₁与电阻R₁依次串联。其中，

S3：在等效电路上并联补偿电容C₂和电感L₂，得到合并后传输线模型。

请参阅图5，在原始传输线的末端并联补偿电容C₂和电感L₂，相当于在等效电路上，在对地电导G₁与电容C₁并联的整体并联补偿电容C₂和电感L₂。

其中，

式中，Δt是网络的仿真步长，ω是电网角速度，ω＝2πf。

这样，并联补偿电容C₂可以增加线路传输时间，而并联电感L₂可以使传输线的稳态结果和原来保持一致。

S4：在合并后传输线模型中，将补偿电容C₂与原线路对地电容合并，得到新传输线等效模型。

请参阅图6，将补偿电容C₂与原线路对地电容合并，得到一条对地电容为C＝C₁+C₂的新传输线等效模型，在新传输线等效模型中，新传输线LINE与电感L₂串联，新传输线等效模型的线路传输时间为

从而实现了网络的解耦。

S5：对电力网络进行电磁暂态仿真。

具体的，在仿真过程中对原始传输线使用贝瑞隆模型进行建模，其模型如图1所示。

对电感L₂使用电感的诺顿模型进行建模，形成电感诺顿等值电路，电感诺顿等值电路如图7所示，在电感诺顿等值电路中，等值电阻R_eff与历史项I_history并联。

具体的，电感诺顿等值电路的k端口电压为ν_k，电感诺顿等值电路的m端口电压为ν_m，等值电阻为R_eff，其值为

仿真步长为Δt，历史项为I_history，其值为

i_km为电流。

本实施例提供的等效贝瑞隆模型的短线路建模方法的有益效果包括：

1.可以电力网络中较短的传输线的末端并联补偿电容和电感，以延长传输线的波传播时间；

2.并联电感L₂可以使传输线的稳态结果和原来保持一致可以在保证稳态结果一致的前提下，实现电磁暂态仿真、并行计算，从而提高了仿真的计算速度；

3.该方法使得电力网络中较短的传输线，配网中较短的传输线的波传播时间也可以比电磁暂态的仿真步长大，以实现网络的自然解耦，为空间并行计算提供了新的仿真方案。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种等效贝瑞隆模型的短线路建模方法，其特征在于，所述等效贝瑞隆模型的短线路建模方法包括：

S1：查找电力网络中无法使用长导线解耦法的原始传输线；

S2：做出所述原始传输线的等效电路；

S3：在所述等效电路上并联补偿电容C₂和电感L₂，得到合并后传输线模型；

S4：在所述合并后传输线模型中，将所述补偿电容C₂与原线路对地电容合并，得到新传输线等效模型；

S5：对电力网络进行电磁暂态仿真。

2.根据权利要求1所述的等效贝瑞隆模型的短线路建模方法，其特征在于，所述等效电路包括对地电导G₁、电容C₁、电感L₁与电阻R₁，其中，所述对地电导G₁与所述电容C₁并联的整体、所述电感L₁与所述电阻R₁依次串联。

3.根据权利要求2所述的等效贝瑞隆模型的短线路建模方法，其特征在于，在所述等效电路中，R₁＝r₁h₁,L₁＝l₁h₁,

h₁为原始传输线的长度，r₁为原始传输线单位长度的电阻，l₁为原始传输线单位长度的电感，c₁为原始传输线的电容。

4.根据权利要求3所述的等效贝瑞隆模型的短线路建模方法，其特征在于，在所述合并后传输线模型中，所述对地电导G₁与所述电容C₁并联的整体并联所述补偿电容C₂和所述电感L₂。

5.根据权利要求4所述的等效贝瑞隆模型的短线路建模方法，其特征在于，在所述合并后传输线模型中，

式中，Δt是网络的仿真步长，ω是电网角速度。

6.根据权利要求3所述的等效贝瑞隆模型的短线路建模方法，其特征在于，所述新传输线等效模型的对地电容为C＝C₁+C₂。

7.根据权利要求3所述的等效贝瑞隆模型的短线路建模方法，其特征在于，所述新传输线等效模型的线路传输时间为

式中，Δt是网络的仿真步长。

8.根据权利要求1所述的等效贝瑞隆模型的短线路建模方法，其特征在于，所述S5包括：

在仿真过程中对所述原始传输线使用贝瑞隆模型进行建模；

对电感L₂使用电感的诺顿模型进行建模，形成电感诺顿等值电路。

9.根据权利要求8所述的等效贝瑞隆模型的短线路建模方法，其特征在于，在所述电感诺顿等值电路中，等值电阻R_eff与历史项I_history并联，其中，

式中，Δt是网络的仿真步长。

10.根据权利要求9所述的等效贝瑞隆模型的短线路建模方法，其特征在于，在所述电感诺顿等值电路中，

式中，ν_k为电感诺顿等值电路的k端口电压，ν_m为电感诺顿等值电路的m端口电压，i_km为电流。

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