一种电力系统暂态稳定的分布式仿真方法

摘要

一种电力系统暂态稳定的分布式仿真方法属于电力系统暂态稳定分析技术领域，其特征在于，使用基于节点撕裂方法的分区方法使边界协调方程的变量维数降至基于联络线的分区方法的一半，以提高仿真效率；使用边界摄动法得到较为准确的初始Jacobi逆矩阵，以减少迭代次数；综合采用预估下一时步边界节点电压值、多时步同时协调和动态更新Jacobi逆矩阵的方法来加速计算进程；使用基于逆Broyden拟牛顿法的协调算法大幅降低边界协调方程的求解次数，从而提高了仿真的效率。该技术方案数据接口简单，数据传送量小，简化了系统模型，具有接近牛顿法的超线性收敛速度，在广域通信网络中也可以实现超实时的仿真，更加便于在实际电力系统中应用。

主权项

1.一种电力系统暂态稳定的分布式仿真方法，其特征在于，所述方法是在计算机中依次按以下步骤进行的：步骤(1).初始化步骤(1.1).采用节点撕裂方法进行电力网络的分区；设定：S₁、S₂为两个区域电网，简称子分区，所提供的计算服务称为分区服务，S_B是由边界节点构成的上级电网，简称协调侧，所提供的计算服务简称协调服务，S_1In、S_2 In为所述的两个子分区的内部节点，B为边界节点集合，B₁、B₂、B₃是同一边界节点在分区1、分区2和协调侧的表示，是子分区的边界节点在协调侧对应的虚拟节点，i表示子分区序号，所述的边界节点满足以下方程：$\left\{\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{Bi}}\angle {\theta }_{\mathrm{Bi}}=u_{\tilde{B}i}\angle {\theta }_{\tilde{B}i}\\ P_{\mathrm{Bi}}+j{Q}_{\mathrm{Bi}}+P_{\tilde{B}i}+j{Q}_{\tilde{B}i}=0\end{array}\right.,i=\mathrm{1,2}$u、θ分别是所述边界节点的电压幅值和相角，P、Q分别是所述边界节点的注入有功和无功；步骤(1.2).设定仿真始末时间和仿真步长t_s表示仿真起始时刻，t_s＝0s，t_e表示仿真结束时刻，t_e＝5s～80s，h表示单时步的仿真步长，h＝0.01s～0.02s，在多时步情况下每个仿真时段包含多个h；步骤(1.3).设定同时协调的多时步数目m表示同时协调的多时步数目，简称多时步数，采用多时步同时协调能够一次性完成m个时步的仿真；步骤(1.4).根据仿真的需要选择网络故障，设定网络故障信息；步骤(2).设定当前的仿真时刻，并生成对应的仿真时段信息时段信息表示每个时段内含有的m个时步，当前仿真的时段的序号用参数k表示，k＝1表示第一个时段，时段的始末时刻表示为[t_k，t_k+m·h]；步骤(3).采用边界摄动法获得初始Jacobi逆矩阵，其步骤如下：步骤(3.1).当前仿真时段k的边界协调方程为：$F\left(U_k\right)=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta P}}_k\\ \Delta Q_k\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{P}_{B1}+P_{B2}\\ Q_{B1}+Q_{B2}\end{array}\right]=0$其中：U、ΔP、ΔQ分别表示边界节点的电压向量、注入有功功率差、注入无功功率差；步骤(3.2).在电压向量的初值为U₀时，得到线性方程为：JU₀＝b其中U₀表示电压初值，J是U＝U₀处的Jacobi矩阵，b是F(U)的函数值；步骤(3.3).通过电力系统网络向边界节点电压有变化的分区传送摄动信息，把电压向量U₀的每一维分别逐次加上一个微小量e＝10^-4，得到几个向量，表示如下：[U₀₁+e，U₀₂，…，U_0n]^T，[U₀₁，U₀₂+e，…，U_0n]^T，…，[U₀₁，U₀₂，…，U_0n+e]^T，并代入F(U)，得到：n为电压向量U的维数；步骤(3.4).将JU₀＝b与步骤(3.3)的方程逐列相减，得到：e·J·I＝[b₁-b b₂-b…b_n-b]I是与J同阶的单位矩阵，从式到Jacobi逆矩阵J¹，用A表示；步骤(4).预估边界节点电压值当开始一个新时段的第一次仿真计算时，若：存在三组以上的历史数据，指的是当前仿真时步之前的边界节点电压值，则按下式所示的二次外推以获得边界节点电压预估值：$U_{c+i}=\left[\begin{array}{ccc}{t}^2& t& 1\end{array}\right]·\left[\begin{array}{ccc}0.5& -1& 0.5\\ 0.5& -2& 1.5\\ 0& 0& 1.0\end{array}\right]·\left[\begin{array}{c}{U}_{c-2}\\ U_{c-1}\\ U_c\end{array}\right],t=\mathrm{1,2},...,m$U_c-2，U_c-1，U_c分别是第c-2，c-1，c时步的边界节点电压值，t表示预估的时步序号；步骤(5).采用逆Broyden拟牛顿法计算边界节点电压的修正量，并更新Jacobi逆矩阵步骤(5.1).协调侧向各分区发送边界节点电压信息，并接收各分区返回的边界节点注入功率信息协调服务向各分区服务发送边界节点电压U_k，各分区服务计算边界节点注入功率，并返回协调服务，所述协调服务按下式计算：$F\left(U_k\right)=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta P}}_k\\ {\mathrm{\Delta Q}}_k\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{P}_{B1}+P_{B2}\\ Q_{B1}+Q_{B2}\end{array}\right]$得到：偏差向量F(U_k)＝[ΔP，ΔQ]^T；步骤(5.2).按下式计算修正后的边界节点电压值U′_k：U′_k＝U_k-A_kF(U_k)步骤(5.3).协调侧向分区发送U′_k并获得分区反馈的F(U′_k)，从而得到s_k＝U′_k-U_k，y_k＝F(U′_k)-F(U_k)；步骤(5.4).利用下式更新A‘_k，并令新的U_k＝U′_k，A_k＝A‘_k：步骤(6).判断本时段仿真是否结束判断是否满足收敛条件F(U_k)＜10^-4，如果收敛则转步骤(7)，如果不收敛则返回步骤(5)，并令k＝k+1；步骤(7).判断所有时段仿真是否结束判断是否满足仿真结束条件，如果t_i≥t_e则仿真结束，输出相关信息；反之，返回步骤(2)，更新时间信息t_i＝t_i+(m+1)×h，并令k＝1。