一種大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真模型的構(gòu)建方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真模型的構(gòu)建方法，其利用大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)的機電暫態(tài)仿真數(shù)據(jù)，首先在機電暫態(tài)方式下通過電力系統(tǒng)動態(tài)等值方法簡化交直流電力系統(tǒng)網(wǎng)架。然后，提出一套機電暫態(tài)元件模型與電磁暫態(tài)元件模型的轉(zhuǎn)換對應(yīng)原則，從而根據(jù)簡化后的交直流系統(tǒng)機電暫態(tài)仿真模型建立起電磁暫態(tài)仿真模型。采用本發(fā)明方法，可以直接根據(jù)大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)的機電暫態(tài)仿真數(shù)據(jù)，建立起電磁暫態(tài)仿真模型，并且保留原型系統(tǒng)的動態(tài)特性，進而可以交、直流系統(tǒng)詳細交互作用、多直流換相失敗特性及直流換相失敗后恢復(fù)特性的研究。
【專利說明】一種大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真模型的構(gòu)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)仿真【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真模型的構(gòu)建方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，為提供安全、可靠和充裕的電力供應(yīng)，電力系統(tǒng)近年來不斷得到了完善與升級。特別是特高壓交流與特高壓直流工程的陸續(xù)投運，標志著我國電力系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為包含多機(上千臺機)、大電網(wǎng)(上萬條線路、母線)、交直流混合輸電和大區(qū)聯(lián)網(wǎng)特點的復(fù)雜電網(wǎng)。通常對電網(wǎng)存在的不穩(wěn)定因素，需要通過電力系統(tǒng)仿真分析研究并提出保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行的方案。
[0003]大規(guī)模交直流系統(tǒng)的仿真分析雖然可以采用機電暫態(tài)仿真軟件，如PSS/E(電力系統(tǒng)工程仿真軟件，Power System Simulator for Engineering)、BPA (Bonneville PowerAdministration ),但由于機電暫態(tài)仿真軟件中對交流網(wǎng)絡(luò)采用正序基波相量模型，直流系統(tǒng)采用準穩(wěn)態(tài)模型描述，以上兩大因素決定了機電暫態(tài)仿真無法準確模擬非基頻下交直流的相互作用特性，交流不對稱故障、直流線路故障以及與直流控制系統(tǒng)性能密切相關(guān)的擾動后直流系統(tǒng)恢復(fù)等問題。要想準確模擬交直流系統(tǒng)的相互作用特性，需要采用電磁暫態(tài)仿真方式。
[0004]由于電磁暫態(tài)仿真需要對各元件進行詳細建模，并且仿真步長小(通常為50 μ S)，因此計算量非常之大，對于大規(guī)模交直流系統(tǒng)是無法直接使用電磁暫態(tài)仿真軟件進行分析與計算。此外，對于大規(guī)模電網(wǎng)(如區(qū)域電網(wǎng))的數(shù)據(jù)格式通常是機電暫態(tài)仿真軟件下的，而非電磁暫態(tài)仿真軟件的數(shù)據(jù)格式。因此為建立大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真模型，首先需要對原系統(tǒng)進行等值簡化，然后根據(jù)一套機電暫態(tài)模型與電磁暫態(tài)模型轉(zhuǎn)換對應(yīng)的原則建立電磁暫態(tài)仿真模型。
[0005]目前,對于如何建立大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)的電磁暫態(tài)模型問題沒有一個系統(tǒng)的解決方法。同時，傳統(tǒng)的機電暫態(tài)仿真下的動態(tài)等值方法如同調(diào)等值法、模態(tài)等值法和基于參數(shù)辨識的估計動態(tài)等值法，在等值過程中會在某些連接支路形成負電阻支路，因而無法適用于電磁暫態(tài)仿真分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真模型的構(gòu)建方法，能夠?qū)Υ笠?guī)模交直流電力系統(tǒng)進行電磁暫態(tài)仿真，以分析系統(tǒng)交直流的相互作用特性。
[0007]一種大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真模型的構(gòu)建方法，包括如下步驟:
[0008](I)利用機電暫態(tài)仿真軟件對大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)中的母線及線路進行遍歷掃描，得到系統(tǒng)各母線及各線路的電氣信息；進而將系統(tǒng)分層為主干網(wǎng)架和低壓網(wǎng)架；
[0009](2)根據(jù)連接特性將低壓網(wǎng)架中的各低壓網(wǎng)絡(luò)分成兩類:單母線網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和多母線網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；并計算各低壓網(wǎng)絡(luò)注入到對應(yīng)連接母線的短路電流；
[0010](3)根據(jù)低壓網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，對低壓網(wǎng)架中的各低壓網(wǎng)絡(luò)進行等效簡化，進而根據(jù)所述的短路電流確定低壓網(wǎng)絡(luò)等效電路結(jié)構(gòu)中各設(shè)備的參數(shù)；
[0011](4)根據(jù)所述的設(shè)備參數(shù)，通過對簡化后系統(tǒng)中各組件在電磁暫態(tài)仿真軟件中對應(yīng)的模型進行參數(shù)整定，得到系統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真模型。
[0012]所述的步驟(1)中對系統(tǒng)進行分層的標準為:使系統(tǒng)中電壓等級> Vf的母線及線路歸為主干網(wǎng)架，其余母線、線路及其所連接的負荷和無功補償裝置均歸為低壓網(wǎng)架，Vf為給定的高壓閾值。
[0013]所述的步驟(2)中，對于單母線網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的低壓網(wǎng)絡(luò)，其只與主干網(wǎng)架中一條母線連接；對于多單母線網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的低壓網(wǎng)絡(luò)，其與主干網(wǎng)架中至少兩條母線連接。
[0014]所述的步驟(2)中計算短路電流的方法為:對于主干網(wǎng)架中各母線施加三相短路故障，進而利用機電暫態(tài)仿真軟件計算各低壓網(wǎng)絡(luò)注入到對應(yīng)連接母線的短路電流。
[0015]所述的步驟(3)中，對于單母線網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的低壓網(wǎng)絡(luò)，且該低壓網(wǎng)絡(luò)與主干網(wǎng)架中一母線L連接，則該低壓網(wǎng)絡(luò)的等效電路結(jié)構(gòu)由一等值發(fā)電機、一等值無功補償裝置和一等值負荷組成，其中:等值發(fā)電機通過一升壓變壓器與母線L相連，等值負荷和等值無功補償裝置共同通過一降壓變壓器與母線L相連；
[0016]對于多母線網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的低壓網(wǎng)絡(luò)，且該低壓網(wǎng)絡(luò)與主干網(wǎng)架中的η條母線相連，η為大于I的自然數(shù)，則該低壓網(wǎng)絡(luò)的等效電路結(jié)構(gòu)由一等值發(fā)電機、一等值無功補償裝置和η個等值負荷組成，其中:等值發(fā)電機與等值無功補償裝置連接后通過η臺升壓變壓器分別與η條母線相連，等值負荷通過一降壓變壓器與對應(yīng)的母線相連。
[0017]對于單母線網(wǎng)架結(jié)`構(gòu)的低壓網(wǎng)絡(luò)，其等效電路結(jié)構(gòu)中等值發(fā)電機的動態(tài)參數(shù)是通過同調(diào)發(fā)電機聚合法確定的，即將等效前低壓網(wǎng)絡(luò)中所有發(fā)電機視為同調(diào)發(fā)電機群，進而采用同調(diào)發(fā)電機聚合法將同調(diào)發(fā)電機群聚合成一臺等值發(fā)電機并計算出該等值發(fā)電機的動態(tài)參數(shù)；
[0018]等值無功補償裝置的容量為等效前低壓網(wǎng)絡(luò)中所有無功補償裝置的容量總和；等值負荷的容量由以下算式確定:
[0019]PLe=P_PGe_Pce_Pl
[0020]其中:Pk為等值負荷的容量，P為等效前母線L流入低壓網(wǎng)絡(luò)的功率，Pce為等值發(fā)電機的出力，Pa為等值無功補償裝置的容量，Pt為降壓變壓器的損耗；
[0021]降壓變壓器的阻抗取典型值；升壓變壓器的阻抗由以下方程組聯(lián)立計算求得:
[0022]E=Os+j(Xt+Xd)it.[0_ Vt=O^jXlIl
[0024]E=j-(Xt+Xd)i
[0025]Pg + jQo = Ut (IJi
[0026]其中:Zt為升壓變壓器的阻抗且Zt=jXt，?5為母線L的母線電壓，Xd為等值發(fā)電機的次暫態(tài)電抗，E為等值發(fā)電機的次暫態(tài)電動勢，?,ρ it分別為等值發(fā)電機的端電壓和端電流，Xt為升壓變壓器的阻抗值，i為低壓網(wǎng)絡(luò)注入到母線L的短路電流，j為虛數(shù)單位，Pg和Qc分別為等值發(fā)電機的有功出力和無功出力，(廣表示共軛。
[0027]對于多母線網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的低壓網(wǎng)絡(luò)，其等效電路結(jié)構(gòu)中等值發(fā)電機的動態(tài)參數(shù)是通過同調(diào)發(fā)電機聚合法確定的，即將等效前低壓網(wǎng)絡(luò)中所有發(fā)電機視為同調(diào)發(fā)電機群，進而采用同調(diào)發(fā)電機聚合法將同調(diào)發(fā)電機群聚合成一臺等值發(fā)電機并計算出該等值發(fā)電機的動態(tài)參數(shù)；
[0028]等值無功補償裝置的容量為等效前低壓網(wǎng)絡(luò)中所有無功補償裝置的容量總和；等值負荷的容量由以下算式確定:
[0029]PLk-Pk-Pck-Pck-Plk
[0030]其中=Put為第k個等值負荷的容量，Pk為等效前第k條母線流入低壓網(wǎng)絡(luò)的功率，Pa為等值發(fā)電機對于第k條母線的出力，Pa為等值無功補償裝置對于第k條母線的出力，Plk為第k臺降壓變壓器的損耗；
[0031]降壓變壓器的阻抗取典型值；升壓變壓器的阻抗由以下方程組聯(lián)立計算求得:
【權(quán)利要求】
1.一種大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真模型的構(gòu)建方法，包括如下步驟: (1)利用機電暫態(tài)仿真軟件對大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)中的母線及線路進行遍歷掃描，得到系統(tǒng)各母線及各線路的電氣信息；進而將系統(tǒng)分層為主干網(wǎng)架和低壓網(wǎng)架； (2)根據(jù)連接特性將低壓網(wǎng)架中的各低壓網(wǎng)絡(luò)分成兩類:單母線網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和多母線網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；并計算各低壓網(wǎng)絡(luò)注入到對應(yīng)連接母線的短路電流； (3)根據(jù)低壓網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，對低壓網(wǎng)架中的各低壓網(wǎng)絡(luò)進行等效簡化，進而根據(jù)所述的短路電流確定低壓網(wǎng)絡(luò)等效電路結(jié)構(gòu)中各設(shè)備的參數(shù)； (4)根據(jù)所述的設(shè)備參數(shù)，通過對簡化后系統(tǒng)中各組件在電磁暫態(tài)仿真軟件中對應(yīng)的模型進行參數(shù)整定，得到系統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)建方法，其特征在于:所述的步驟(1)中對系統(tǒng)進行分層的標準為:使系統(tǒng)中電壓等級SVf的母線及線路歸為主干網(wǎng)架，其余母線、線路及其所連接的負荷和無功補償裝置均歸為低壓網(wǎng)架，Vf為給定的高壓閾值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)建方法，其特征在于:所述的步驟(2)中，對于單母線網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的低壓網(wǎng)絡(luò)，其只與主干網(wǎng)架中一條母線連接；對于多單母線網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的低壓網(wǎng)絡(luò)，其與主干網(wǎng)架中至少兩條母線連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)建方法，其特征在于:所述的步驟(2)中計算短路電流的方法為:對于主干網(wǎng)架中各母線施加三相短路故障，進而利用機電暫態(tài)仿真軟件計算各低壓網(wǎng)絡(luò)注入到對應(yīng)連接母線的短路電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)建方法，其特征在于:所述的步驟(3)中，對于單母線網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的低壓網(wǎng)絡(luò)，且該低壓網(wǎng)絡(luò)與主干網(wǎng)架中一母線L連接，則該低壓網(wǎng)絡(luò)的等效電路結(jié)構(gòu)由一等值發(fā)電機、一等值無功補償裝置和一等值負荷組成，其中:等值發(fā)電機通過一升壓變壓器與母線L相連，等值負荷和等值無功補償裝置共同通過一降壓變壓器與母線L相連； 對于多母線網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的低壓網(wǎng)絡(luò)，且該低壓網(wǎng)絡(luò)與主干網(wǎng)架中的η條母線相連，η為大于I的自然數(shù)，則該低壓網(wǎng)絡(luò)的等效電路結(jié)構(gòu)由一等值發(fā)電機、一等值無功補償裝置和η個等值負荷組成，其中:等值發(fā)電機與等值無功補償裝置連接后通過η臺升壓變壓器分別與η條母線相連，等值負荷通過一降壓變壓器與對應(yīng)的母線相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的構(gòu)建方法，其特征在于:對于單母線網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的低壓網(wǎng)絡(luò)，其等效電路結(jié)構(gòu)中等值發(fā)電機的動態(tài)參數(shù)是通過同調(diào)發(fā)電機聚合法確定的，即將等效前低壓網(wǎng)絡(luò)中所有發(fā)電機視為同調(diào)發(fā)電機群，進而采用同調(diào)發(fā)電機聚合法將同調(diào)發(fā)電機群聚合成一臺等值發(fā)電機并計算出該等值發(fā)電機的動態(tài)參數(shù)； 等值無功補償裝置的容量為等效前低壓網(wǎng)絡(luò)中所有無功補償裝置的容量總和；等值負荷的容量由以下算式確定:
PLe=P_PGe_Pce_PT 其中:Pk為等值負荷的容量，P為等效前母線L流入低壓網(wǎng)絡(luò)的功率，Pce為等值發(fā)電機的出力，P&為等值無功補償裝置的容量，Pt為降壓變壓器的損耗； 降壓變壓器的阻抗取典型值；升壓變壓器的阻抗由以下方程組聯(lián)立計算求得: E=iis+j(xt+xd)it
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的構(gòu)建方法，其特征在于:對于多母線網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的低壓網(wǎng)絡(luò)，其等效電路結(jié)構(gòu)中等值發(fā)電機的動態(tài)參數(shù)是通過同調(diào)發(fā)電機聚合法確定的，即將等效前低壓網(wǎng)絡(luò)中所有發(fā)電機視為同調(diào)發(fā)電機群，進而采用同調(diào)發(fā)電機聚合法將同調(diào)發(fā)電機群聚合成一臺等值發(fā)電機并計算出該等值發(fā)電機的動態(tài)參數(shù)； 等值無功補償裝置的容量為等效前低壓網(wǎng)絡(luò)中所有無功補償裝置的容量總和；等值負荷的容量由以下算式確定:
P Lk-Pk-Pck-Pck-Plk 其中=Put為第k個等值負荷的容量，Pk為等效前第k條母線流入低壓網(wǎng)絡(luò)的功率，Pa為等值發(fā)電機對于第k條母線的出力，Pck為等值無功補償裝置對于第k條母線的出力，Plk為第k臺降壓變壓器的損耗； 降壓變壓器的阻抗取典型值；升壓變壓器的阻抗由以下方程組聯(lián)立計算求得:
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)建方法，其特征在于:所述的步驟(4)中對簡化后系統(tǒng)中各組件在電磁暫態(tài)仿真軟件中對應(yīng)的模型進行參數(shù)整定的具體實現(xiàn)方法如下: 對于系統(tǒng)中的線路，調(diào)取線路在機電暫態(tài)仿真軟件中的集總π模型以及在電磁暫態(tài)仿真軟件中的Bergeron模型；若集總π模型中線路的串聯(lián)阻抗為R+jU，對地導(dǎo)納為jB ;則根據(jù)以下公式計算出線路的波阻抗、波傳播時間以及線路送端和受端的歷史量，進而根據(jù)求得的信息對Bergeron模型進行參數(shù)整定；
【文檔編號】G06F17/50GK103559347SQ201310529030
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】徐政, 董桓鋒, 劉昇, 李暉, 王智冬, 王帥 申請人:浙江大學(xué), 國家電網(wǎng)公司