一种电磁、机电暂态混合仿真电磁侧系统等效方法技术方案

本发明专利技术公开了属于电力系统仿真技术领域的一种电磁、机电暂态混合仿真电磁侧系统等效方法。该方法适用于商业电磁暂态仿真平台；包括步骤：提取的各接口母线处的电压基波正序相量与电流基波正序相量；计算出接口处机电侧向电磁侧注入有功P与无功Q；将P、Q、接口正序电压幅值U、各接口电压间相角差，作为接口k处的等值信息传递给的机电暂态仿真平台；构造出相应迭代系数矩阵，用于机电暂态仿真节点电压的迭代求取。该方法能够有效减小电磁侧等值模型给机电暂态仿真所带来的仿真误差，特别是对故障期间机电侧系统机电暂态仿真精度具有明显的提高作用。

【技术实现步骤摘要】
一种电磁、机电暂态混合仿真电磁侧系统等效方法
本专利技术属于电力系统仿真
，特别涉及一种电磁、机电暂态混合仿真电磁侧系统等效方法。
技术介绍
随着越来越多的大功率电力电子器件广泛应用于现代电力系统，特别是直流输电工程的发展与建设，传统的暂态稳定仿真技术已不能满足电力系统运行和控制的要求。暂态仿真可分为研究暂态过电压、过电流、系统谐波及波形畸变的电磁暂态仿真、研究电网扰动后动态行为的机电暂态仿真。由于单一的仿真技术在大规模系统精确仿真时存在不足，国内外学者提出将电磁和机电暂态仿真通过接口程序结合，从而实现机电、电磁混合实时仿真，充分利用两种实时仿真的优点，相互弥补不足之处。根据研究需要，将系统中需详细研究的部分定为电磁暂态子系统，采用电磁暂态方法仿真；而将外部的交流系统定为机电暂态子系统，采用机电暂态方法仿真；连接两个子系统的母线定为接口母线，负责一定频率的数据交换。电磁、机电暂态混合仿真在具体实现过程中，电磁暂态仿真与机电暂态仿真均是各自独立进行，因此在各自的仿真进程中，需要对对侧系统进行等效，即相应的对策系统等值信息。机电则系统在电磁侧可采用戴维南等值、宽频等值(FrequencyDependentNetworkEquivalent，FDNE)等等值方法，而电磁侧在机电侧的等值形式目前主要有电流源、功率源与诺顿等值三种形式。电流源等值是将接口处电磁侧向机电侧注入的电流以相量形式传递给机电侧，用于机电侧系统进行机电暂态仿真，然而，电流相位具有相对属性，相角取决于信号采样数据窗的起始时刻，因而对相量提取算法的选用有一定限制。以功率源的形式对电磁侧系统进行等值，虽然避免了绝对相位的直接求取，但是其对对侧系统信息的表征仍不完整。进行诺顿等值的前提是获得电磁侧所有节点的节点导纳矩阵和注入电流，但这种方式显然不适用于电磁侧采用RTDS(RealTimeDigitalSimulator)或PSCAD这类商业电磁暂态仿真平台的情况。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种电磁、机电暂态混合仿真电磁侧系统等效方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1：同一时刻提取各接口母线处的电压基波正序相量Uk∠θk与电流基波正序相量k为接口母线标号，θk和分别为第k个接口母线的电压基波正序相量相位和从电磁系统注入接口母线的电流基波正序相量相位；步骤2：根据电压基波正序相量Uk∠θk与电流基波正序相量计算出k接口处机电侧向电磁侧注入有功功率Pk与无功功率Qk，其中步骤3：将Pk、Qk、接口正序电压幅值Uk，各接口电压间相角差Δθkj作为接口k处的等值信息传递给的机电暂态仿真平台，其中Δθkj为多接口情况下k,j两接口正序基波电压相角差；步骤4：机电暂态仿真程序将对侧传递的等值信息进行预处理，构造出相应迭代系数矩阵其中A＝-MkkUkdwnr+NkkUkdwniB＝-NkkUkdwnr-MkkUkdwni，Ukdwnr与Ukdwni为上一个迭代步长计算得到的机电网络其他节点注入电流在第k个接口处决定的戴维南电势实部与虚部，Rkk与Xkk分别为第k个接口处的自电阻与自电抗，用于节点电压的迭代求取。所述步骤1中电压基波正序相量Uk∠θk与电流基波正序相量的提取采用基于软件锁相的dq-120变换提取方法。所述步骤3中接口k处的等值信息传递，针对不同的混合仿真平台可分硬件接口传递与软件接口传递两种，其中硬件接口传递是指机电侧和电磁侧采用不同仿真工具的情况，两侧的信息通过光纤通讯实现。软件接口传递是指机电侧和电磁侧在同一硬件仿真平台中不同仿真软件下的情况，两侧信息传递通过内部参数调用实现等值信息传递。本专利技术的有益效果在于：所提电磁侧系统等效方法适用于成熟的商业电磁暂态仿真平台与机电暂态仿真平台构成的异构混合仿真平台，能够有效减小电磁侧等值模型给机电暂态仿真所带来的仿真误差，特别是对故障期间机电侧系统机电暂态仿真精度具有明显的提高作用。附图说明图1是电磁-机电暂态混合仿真电磁侧系统等效方法实现框图。具体实施方式本专利技术提出一种适用于商业电磁暂态仿真平台的电磁-机电暂态混合仿真电磁侧系统等效方法，下面结合附图，对优选实施例作详细说明。如图1所示，包括：步骤1：同一时刻提取各接口母线处的电压基波正序相量Uk∠θk与电流基波正序相量k为接口母线标号，θk和分别为第k个接口母线的电压基波正序相量相位和从电磁系统注入接口母线的电流基波正序相量相位；步骤2：根据电压基波正序相量Uk∠θk与电流基波正序相量计算出k接口处机电侧向电磁侧注入有功功率Pk与无功功率Qk，其中步骤3：将Pk、Qk、接口正序电压幅值Uk，各接口电压间相角差Δθkj作为接口k处的等值信息传递给的机电暂态仿真平台，其中Δθkj为多接口情况下k,j两接口正序基波电压相角差；步骤4：机电暂态仿真程序将对侧传递的等值信息进行预处理，构造出相应迭代系数矩阵其中A＝-MkkUkdwnr+NkkUkdwniB＝-NkkUkdwnr-MkkUkdwni，Ukdwnr与Ukdwni为上一个迭代步长计算得到的机电网络其他节点注入电流在第k个接口处决定的戴维南电势实部与虚部，Rkk与Xkk分别为第k个接口处的自电阻与自电抗，用于节点电压的迭代求取。所述步骤1中电压基波正序相量Uk∠θk与电流基波正序相量的提取采用基于软件锁相的dq-120变换提取方法。所述步骤3中接口k处的等值信息传递，针对不同的混合仿真平台可分硬件接口传递与软件接口传递两种，其中硬件接口传递是指机电侧和电磁侧采用不同仿真工具的情况，两侧的信息通过光纤通讯实现。软件接口传递是指机电侧和电磁侧在同一硬件仿真平台中不同仿真软件下的情况，两侧信息传递通过内部参数调用实现等值信息传递。实施例一同一时刻提取各接口母线处的电压基波正序相量Uk∠θk与电流基波正序相量k为接口母线标号，θk和分别为第k个接口母线的电压基波正序相量相位和从电磁系统注入接口母线的电流基波正序相量相位；根据电压基波正序相量Uk∠θk与电流基波正序相量计算出k接口处机电侧向电磁侧注入有功功率Pk与无功功率Qk，其中根据机电侧网络方程的求解格式为：YU＝I(1)其中，Y是机电网络导纳矩阵，U是节点电压矩阵，I是节点注入电流矩阵，均为复数形式。对式(1)增阶的节点导纳矩阵求逆(可在仿真初始化中实现)，可得其中，Ur是节点电压实部矩阵，Ui是节点电压虚部矩阵，Ir是节点电压实部矩阵，Ii是节点电压虚部矩阵，R与X为相应电阻、电抗矩阵。当机电侧和电磁侧系统仅存在一个接口的情况。设机电侧网络有N个节点，第k个节点是接口节点，除第k节点外第1到第J个节点有注入电流，则对于k节点有(3)式右侧第一部分为上一个迭代步长计算得到的机电网络其他节点注入电流所决定的戴维南电势，因此可以写成如下形式节点k的注入电流可以用电压表示，Rkk与Xkk分别为第k个接口处的自电阻与自电抗。其中，A＝-MkkUkdwnr+NkkUkdwni，B＝-NkkUkdwnr-MkkUkdwni根据功率定义P＝UrIr+UiIi,Q＝UiIr-UrIi可得整理可得将接口数目拓展到多个接口的情况，设第1到第M个节点是接口节点，经过类似的推导，对于第k个节点，有将Pk、Qk、接口正序电压幅值Uk，各接口电压间相角差Δθkj(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电磁、机电暂态混合仿真电磁侧系统等效方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1：同一时刻提取各接口母线处的电压基波正序相量Uk∠θk与电流基波正序相量k为接口母线标号,θk和分别为第k个接口母线的电压基波正序相量相位和从电磁系统注入接口母线的电流基波正序相量相位；步骤2：根据电压基波正序相量Uk∠θk与电流基波正序相量计算出k接口处机电侧向电磁侧注入有功功率Pk与无功功率Qk,其中步骤3：将Pk、Qk、接口正序电压幅值Uk，各接口电压间相角差Δθkj作为接口k处的等值信息传递给的机电暂态仿真平台，其中Δθkj为多接口情况下k,j两接口正序基波电压相角差；步骤4：机电暂态仿真程序将对侧传递的等值信息进行预处理，构造出相应迭代系数矩阵1A2+B2A-BBA,]]>其中A＝‑MkkUkdwnr+NkkUkdwni，B＝‑NkkUkdwnr‑MkkUkdwni，Ukdwnr与Ukdwni为上一个迭代步长计算得到的机电网络其他节点注入电流在第k个接口处决定的戴维南电势实部与虚部，Rkk与Xkk分别为第k个接口处的自电阻与自电抗，用于节点电压的迭代求取。

【技术特征摘要】
1.一种电磁、机电暂态混合仿真电磁侧系统等效方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1：同一时刻提取各接口母线处的电压基波正序相量Uk∠θk与电流基波正序相量k为接口母线标号,θk和分别为第k个接口母线的电压基波正序相量相位和从电磁系统注入接口母线的电流基波正序相量相位；步骤2：根据电压基波正序相量Uk∠θk与电流基波正序相量计算出k接口处机电侧向电磁侧注入有功功率Pk与无功功率Qk,其中步骤3：将Pk、Qk、接口正序电压幅值Uk，各接口电压间相角差Δθkj作为接口k处的等值信息传递给机电暂态仿真平台，其中Δθkj为多接口情况下k,j两接口正序基波电压相角差；步骤4：机电暂态仿真程序将对侧传递的等值信息进行预处理，构造出相应迭代系数矩阵其中A＝-MkkUkdwnr+NkkUkdwni，B＝-NkkUkdwnr-MkkUkdwni，Ukdwnr与Ukdwni为上一个迭代步长计算得到的机电网络其他节点注入电流在第k个接口处决定的戴维南电势实部与虚部，Rkk与Xkk分别为第k个接口处的自电阻与自电抗，用于节点电压的迭代求取；所述机电暂态仿真程序将对侧传递的等值信息进行预处理，具体过程如下：根据机电侧网络方程的求解格式为：YU＝I(1)其中，Y是机电网络导纳矩阵，U是节点电压矩阵，I是节点注入电流矩阵，均为复数形式；对式(1)增阶的节点导纳矩阵求逆，得其中，Ur是节点电压实部矩阵，Ui是节点电压虚部矩阵，Ir是节点电流实部矩阵，Ii是节点电流虚部矩阵，R与X为相应节点自电阻与自电抗；当机电侧和电磁侧系统仅存在一个接口的情况,设机电侧网络有N个节点，第k个节点是接口节点，除第k节点外第1到第J个节点有注...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖湘宁，杨洋，陈鹏伟，房钊，陶顺，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11