一种基于隐式数值积分的电力系统暂态稳定仿真方法

摘要

本发明公开了一种基于隐式数值积分的电力系统暂态稳定仿真方法。与已有的电力系统暂态稳定数值仿真隐式梯形积分方法相比，采用了局部截断误差更小的功角积分公式，即将描述电力系统暂态过程的非线性微分方程组，表示为线性部分和非线性部分。通过合理将线性部分的系统矩阵选为奇异阵，以得到状态转移矩阵的准确解析表达式，并用线性可积函数去近似微分方程组的非线性部分，以得到一组隐式积分公式。其中，发电机功角隐式积分公式的局部截断误差为，高于局部截断误差为的隐式梯形积分，而每一次积分的计算量则与隐式梯形积分相当。由于采用了高精度的隐式积分公式，使得在相同迭代精度下每一积分步迭代次数减少，从而显著地减少了仿真的计算量。

主权项

1.一种基于隐式数值积分的电力系统暂态稳定仿真方法，其特征在于该方法包括以下步骤： 步骤1：输入系统的原始参数和信息，进行潮流计算得到稳态工况下的运行变量值y(0)，包括发电机节点的电压V(0)，注入网络的电流I(0)及发电机电磁功率P_e(0)； 步骤2：计算状态变量功角的初值δ(0)、角频率的初值ω(0)、发电机的暂态和次暂态电势、励磁及调速系统各动态环节状态变量组成的状态向量子向量的初值(0)；步骤3：形成描述系统暂态过程的微分方程和网络代数方程,并且进行网络代数方程因子表分解； 步骤4：置暂态稳定计算初值时刻t=0，确定暂态稳定计算采用的积分步长h，进行暂态稳定仿真计算； 步骤5：判断是否有故障或操作发生；若无，则转向步骤8；若有则执行步骤6； 步骤6：依据故障或操作情况，修改网络代数方程的因子表； 步骤7：求解网络代数方程，得到t时刻的运行变量； 步骤8：计算t+h时刻的系统的状态变量，运行变量，本步骤具体过程如下： 步骤8.1：根据t时刻系统的状态变量包括各台发电机功角δ_i(t)、角频率ω_i(t)和各发电机的暂态和次暂态电势、励磁及调速系统各动态环节状态变量组成的状态向量子向量(t)，其中下标i表示第i台发电机；运行变量y(t)包括各节点电压V(t)、各节点的注入电流I(t)及发电机电磁功率P_e(t)；用如下显式积分公式预测各发电机功角在t+h时刻的初值： 其中，ω_s为系统同步角频率，T_Ji为第i台发电机惯性时间常数，P_mi为第i台原动机机械功率； 用显式欧拉公式预测各发电机角频率ω_i(t+h)的初值和其它各状态变量的初值取运行变量初值y⁽⁰⁾(t+h)=y(t)； 步骤8.2：置迭代次数m=0； 步骤8.3：按如下积分公式 求出发电机功角和角频率按一般隐式梯形积分公式： 求出其它状态变量其中为与状态向量子向量对应的微分方程右侧的函数向量；步骤8.4：求解网络代数方程式中，Y为节点导纳矩阵；首先求解等式右边的虚拟电流从而得到t+h时刻系统 的运行变量V^(m+1)(t+h)、I^(m+1)(t+h)，进而得到各发电机的电磁功率步骤8.5：检查两次迭代各发电机最大电磁功率偏差值，若偏差大于给定精度ε，令m=m+1，返回步骤8.3继续迭代；否则，执行步骤9； 步骤9：判断系统是否稳定，即任意两台发电机的最大相对摇摆功角是否大于某一给定值，若是执行步骤12；否则，执行步骤10； 步骤10：将仿真时间推进一个步长，令t=t+h； 步骤11：判断是否到达事先给定的仿真时间T；若t≥T则执行步骤12，否则返回步骤5； 步骤12：输出计算结果并结束计算。