一种输入量突变情况下的0+误差免疫电磁暂态仿真方法技术

本发明专利技术涉及一种输入量突变情况下的0+误差免疫电磁暂态仿真算法，属于电力系统电磁暂态分析技术领域。本方法利用冲激响应不变原理，系统连续信号的数值抽样与离散信号的Z变换对应，给出元件基于运算电导和历史电流项的基本形式。基于该形式下，根据节点分析法得到系统网络方程，按照同样的步骤得到系统电磁暂态仿真结果。本发明专利技术具有截断误差比目前采用方法小和免疫输入量突变情况下的0+误差的优点。本方法解决了电力系统非线性负荷建模和电力电子开关模型状态量跳变数值振荡问题。输入量突变情况下的0+误差免疫电磁暂态仿真算法为电力系统电磁暂态支路级建模提供了新的手段。

【技术实现步骤摘要】
-种输入量突变情况下的0+误差免疫电磁暂态仿真算法
本专利技术涉及，属于电力 系统电磁暂态分析
。
技术介绍
随着电力系统规模的不断扩大、互联，电力电子设备的日益增多，电磁暂态分析技 术，成为电网安全稳定运行的关键技术。然而在进行电力系统电磁暂态仿真时，如果网络上 有开关动作、网络结构变化、故障等将引起状态变量的跃变，该时若仍然采用传统隐式梯形 算法将会产生非原型的数值振荡，另外在对控制系统进行仿真时，控制系统与主系统的一 步时滞也会引起数值不稳定问题。 传统电磁暂态分析方法是基于隐式梯形法对支路进行建模。研究结果表明该方法 在状态量跳变情形下会出现非原型数值振荡现象。即使采用插值法和阻尼电阻措施，只能 抑制非原型振荡，而没法从根本上消除，此外阻尼电阻的使用会人为的附加上误差。尤其在 故障情形和网络变结构，此时故障电流比较大，改进方法会带来比较明显的误差。因此，状 态量跳变误差免疫的电磁暂态数值算法在继电保护整定计算、系统故障电流计算具有重要 的理论和工程实际意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供， W实现状态量跳变时，状态量跳变误差免疫，避免出现非原型振荡现象，解决电力系统非线 性负荷建模时状态量跳变数值振荡问题。 本专利技术提出的输入量突变情况下的0+误差免疫电磁暂态仿真算法，包括W下步 骤： (1)建立一个电力系统的支路级等值模型，具体过程如下： (1-1)设定电力系统支路的电压电流特性方程为： 聲='咖，(巧 其中，i(t)，u(t)分别为与各支路相对应端口的电压时域信号和电流时域信号， f(i(t)，u(t))为一个在实数域上的光滑函数； (1-2)根据上述电压电流特性方程，得到各支路在电压电流拉普拉斯变换下的频 域方程： I(S)=H(s)U(s) [001引其中，I(s)，U(s)分别为与各支路相对应端口的电压频域信号和电流频域信号，H(s)为与各支路相对应的电压电流之间的传递函数； (1-3)将上述步骤（1-2)的传递函数H(s)改写成零极点表达式： 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种输入量突变情况下的0+误差免疫电磁暂态仿真算法，其特征在于，该方法包括以下步骤： (1)建立一个电力系统的支路级等值模型，具体过程如下： (1‑1)设定电力系统支路的电压电流特性方程为： 其中，i(t)，u(t)分别为与各支路相对应端口的电压时域信号和电流时域信号，f(i(t),u(t))为一个在实数域上的光滑函数； (1‑2)根据上述电压电流特性方程，得到各支路在电压电流拉普拉斯变换下的频域方程： I(s)＝H(s)U(s) 其中，I(s),U(s)分别为与各支路相对应端口的电压频域信号和电流频域信号，H(s)为与各支路相对应的电压电流之间的传递函数； (1‑3)将上述步骤(1‑2)的传递函数H(s)改写成零极点表达式： 其中：A为第一比例增益系数，zs为传递函数的零点，pt为传递函数的极点，N为传递函数中的零点个数，s＝1,2,3,…N,M为传递函数中的零点个数，t＝1,2,3,…M； (1‑4)根据上述步骤(1‑3)的表达式，按照冲激响应不变法原理，得到各支路在离散域下的传递函数如下： 其中：B为第二比例增益系数，zs为传递函数的零点，pt为传递函数的极点，h为电磁暂态仿真计算步长，N为传递函数中的零点个数，s＝1,2,3,…N,M为传递函数中的零点 个数，t＝1,2,3,…M； (1‑5)将上述步骤(1‑4)的离散域下的传递函数转化为时域下的差分方程： 得到差分方程中当前电压项的系数C、差分方程中历史电压项的系数D和差分方程中历史电流项的系数E； 其中，n为第n个电磁暂态仿真步长，k为差分方程的差分项个数；v(n)为第n个电磁暂态仿真的电压项；i(n)为第n个电磁暂态仿真的电流项，v(n‑k)为第n‑k个电磁暂态仿真的历史电压项；i(n‑k)为第n‑k个电磁暂态仿真的历史电流项； (1‑6)将上述步骤(1‑5)的差分方程改写成并联运算电导和历史电流项形式，得到电力系统的各支路的等值模型为：i(n)＝gv(n)+ihist(n‑1)， 其中，g为并联运算电导系数，ihist(n‑1)为第n‑1个电磁暂态仿真的历史电流项， (2)对电力系统中的负荷进行判断，若电力系统中无非线性负荷，则进行步骤(3)，若电力系统中有非线性负荷，则进行如下步骤： (2‑1)设定电力系统的恒定阻抗为Zabc，Zabc为一个3×3矩阵，电力系统的恒定电流为Iabc，Iabc为一个3×1列向量，电力系统的恒定功率为其中P为恒定功率的有功功率，Q为恒定功率的无功功率；计算恒定功率负荷的等值阻抗如下：其中为电力系统潮流稳态下恒定功率负荷的复功率，为的共轭，为电力系统潮流稳态下恒定功率负荷节点电压，将上述等值阻抗转换为三相阻抗：I3为3*3单位矩阵，为矩阵的张量积；计算恒定功率负荷的补偿电流如下： (2‑2)根据电力系统的电压时域信号和电流时域信号，得到电力系统恒定功率负荷的功率差额其中，va(t),vb(t),vc(t)分别为电力系统恒定功率负荷的三相电压时域信号，ia(t),ib(t),ic(t)分别为电力系统恒定功率负荷的三相电流时域信号，为电力系统潮流稳态下恒定功率负荷的复功率，j2＝‑1；(2‑3)根据上述电力系统恒定功率负荷的功率差额得到电力系统恒定功率负荷补偿电流的幅值Im(t)：其中Vm(t)为恒定功率负荷节点的电压幅值： va(t),vb(t),vc(t)分别为电力系统恒定功率负荷的三相电压时域信号； (2‑4)根据上述步骤(2‑2)和步骤(2‑3)的计算结果，得到恒定功率负荷的三相补偿电流： ω为电力系统角频率，分别为恒定功率负荷三相电流时域信号的初相位，ω、和通过电力系统的潮流计算得到；(2‑5)根据上述步骤(2‑4)的计算结果，得到电力系统中非线性负荷的并联运算电导和历史电流项，其中并联运算阻抗由Zabc和Z'abc并联得到，并联运算电导为并联运算阻抗的倒数。历史电流项的电流由Iabc和ΔIabc并联得到，其中ΔIabc为恒定阻抗补偿电流项，ΔIabc＝[Δia Δib Δic]T，T为矩阵转置，Zabc为电力系统的恒定阻抗，Iabc为电力系统的恒定电流； (3)建立一个电力系统的节点电压方程，包括以下步骤： (3‑1)根据上述步骤(1‑6)的并联运算电导系数g，得到电力系统的支路电导矩阵G， 其中为电力系统的拓扑关联矩阵，拓扑关联矩阵中的元素为±1或0，gi为电力系统中每条支路的并联运算电导系数，diag(gi)为每条支路的并联运算电导系数构成的对角矩阵；(3‑2)根据上述步骤(1‑6)得到的电力系统中各支路的历史电流项，得到支路节点历史电流向量Ihist(n)： 其中，diag{ihist(n‑1)}为每条支路的历史电流项构成的对角矩阵； (3‑3)根据上述步骤(3‑1)和步骤(3‑2)的计算结果，得到电力系统的节点电压方...

【技术特征摘要】
1. 一种输入量突变情况下的〇+误差免疫电磁暂态仿真算法，其特征在于，该方法包括 以下步骤： (1)建立一个电力系统的支路级等值模型，具体过程如下： (1-1)设定电力系统支路的电压电流特性方程为：其中，i(t)，u(t)分别为与各支路相对应端口的电压时域信号和电流时域信号， f(i(t)，u(t))为一个在实数域上的光滑函数； (1-2)根据上述电压电流特性方程，得到各支路在电压电流拉普拉斯变换下的频域方 程： I (S) = H(S)U(S) 其中，I(S)，U (s)分别为与各支路相对应端口的电压频域信号和电流频域信号，H(S) 为与各支路相对应的电压电流之间的传递函数； (1-3)将上述步骤（1-2)的传递函数H(S)改写成零极点表达式：其中：A为第一比例增益系数,zs为传递函数的零点,pt为传递函数的极点,N为传递函 数中的零点个数，s = 1，2, 3,…N，M为传递函数中的零点个数，t = 1，2, 3,…M ; (1-4)根据上述步骤（1-3)的表达式，按照冲激响应不变法原理，得到各支路在离散域 下的传递函数如下：其中：B为第二比例增益系数,zs为传递函数的零点,pt为传递函数的极点,h为电磁暂 态仿真计算步长，N为传递函数中的零点个数，s = 1，2, 3,…N，M为传递函数中的零点个 数，t = 1，2,3,…M; (1-5)将上述步骤（1-4)的离散域下的传递函数转化为时域下的差分方程：得到差分方程中当前电压项的系数C、差分方程中历史电压项的系数D和差分方程中 历史电流项的系数E ; 其中，η为第η个电磁暂态仿真步长，k为差分方程的差分项个数；V (η)为第η个电磁 暂态仿真的电压项；i (η)为第η个电磁暂态仿真的电流项，V (n-k)为第n-k个电磁暂态仿 真的历史电压项；i(n-k)为第n-k个电磁暂态仿真的历史电流项； (1-6)将上述步骤（1-5)的差分方程改写成并联运算电导和历史电流项形式，得到电 力系统的各支路的等值模型为：i(n) = gv(n)+ihist(n-l)， 其中，g为并联运算电导系数，iMSt(n-l)为第n-1个电磁暂态仿真的历史电流项，(2)对电力系统中的负荷进行判断，若电力系统中无非线性负荷，则进行步骤（3)，若 电力系统中有非线性负荷，则进行如下步骤： (2-1)设定电力系统的恒定阻抗为Zab。，Zab。为一个3X3矩阵，电力系统的恒定电流为 Iab。，Iab。为一个3X 1列向量，电力系统的恒定功率为I f i = Ij + .,其中P为恒定功率的有 功功率，Q为恒定功率的无功功率； 计算恒定功率负荷的等值阻抗如下其中左为电力系统潮流稳态下恒定功率负荷的复功率，^为&的共轭，P(O)为电力系 统潮流稳态下恒定功率负荷节点电压， 将上述等值阻抗转换为三相阻抗：ZUr =z?/,?为3*3单位矩阵，Θ为矩阵的张量 积； 计算恒定功率负荷的补偿电流如下： (2-2)根据电力系统的电压时域信号和电流时域信号，得到电力系统恒定功率负荷的 功率差额Δ#): = +匆(I...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒德兀，张树卿，欧开健，张春朋，姜齐荣，
申请(专利权)人：清华大学，南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11