A multi rate and multi-mode joint simulation method for a large-scale wind farm. The frequency shift phasor model based on the time-frequency coordinate transformation of the invention will accelerate the simulation speed of the AC network by adopting a larger simulation step size. The simulation efficiency of large-scale AC power grid is significantly improved, while the electromagnetic transient process, the nonlinear dynamic of generator and the frequency related dynamic of transmission line can still be retained. On the other hand, the wind farm is included in the electromagnetic subsystem by using a small time step (usually as small as 2 \u2011 50 microseconds), and its detailed dynamic process can be captured by its electromagnetic transient model. The invention proposes a multi rate phase domain \u2011 time domain transmission line model or a multi rate phase domain \u2011 time domain frequency dependent transmission line model to reflect the wide-band interaction between a large-scale AC system and a large-scale wind farm.
【技术实现步骤摘要】
用于大规模风电场的多速率多模态联合仿真方法
本专利技术涉及电力系统，特别是一种用于大规模风电场的多速率多模态联合仿真方法。
技术介绍
随着电力系统电力电子化，主网交直流输电混合，配网高负荷密度供电，新能源并网(电动汽车等冲击性负荷增大)等客观因素，电网运行方式日益复杂化，对安全稳定分析和控制保护系统提出新的诸多要求。尤其是近年来，我国电网多次发生同步振荡与超同步振荡相互作用事件，对大规模风电场的精确仿真分析技术成为电网安全稳定运行分析技术的关键。然而，传统的准稳态模型，电磁暂态模型以及机电电磁混合仿真方法均无法反映大规模交流电网和风电场之间的宽频带相互作用，因此本专利技术提出了一种用于大规模风电场的多速率多模态联合仿真方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种用于大规模风电场的多速率多模态联合仿真方法，重点解决并反映大规模风电场与大规模交流混联系统产生的宽频带相互作用。该仿真方法通过多速率接口技术极大地提高了仿真效率，同时满足仿真精度的客观要求。该方法针对实际工程的仿真测试和控制保护测试具有现实的理论意义和推广价值。本专利技术用于大规模风电场的多速率多模态联合仿真方法，首先将目标系统划分为电磁子系统(electromagnetictransient,简称为EMT)和频移相量(shiftedfrequencyphasor,简称为SFP)子系统。基于时频坐标变换的频移相量SFP模型将通过采用更大的仿真步长来加速交流网格的仿真速度(仿真步长可以扩大到500us)。相应地，大规模交流电网的...
【技术保护点】
1.一种用于大规模风电场的多速率多模态联合仿真方法，其特征在于该方法包括以下步骤：/n1)将目标系统分化成频移相量子系统和电磁子系统：大规模交流系统划分在频移相量子系统；大规模风电场划分在电磁子系统，所述的频移相量子系统和电磁子系统的时间步长分别表示为ΔT和Δt，且满足ΔT＝nΔt，n＞1；/n网络分区可以通过以下规则完成：(a)选择较长的传输线作为接口传输线，相应的接口传输线有较大的波阻抗和延迟；(b)选择上具有最小连接线数的母线作为分区点，以减少接口模型误差对其他母线误差的影响；(c)选择网络弱耦合点作为分区点；/n2)建立交流网络对应的频移相量模型，具体过程如下：/n2-1)电力系统中的电气量信号由频移相量形式表达如下：/n
【技术特征摘要】
1.一种用于大规模风电场的多速率多模态联合仿真方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
1)将目标系统分化成频移相量子系统和电磁子系统：大规模交流系统划分在频移相量子系统；大规模风电场划分在电磁子系统，所述的频移相量子系统和电磁子系统的时间步长分别表示为ΔT和Δt，且满足ΔT＝nΔt，n＞1；
网络分区可以通过以下规则完成：(a)选择较长的传输线作为接口传输线，相应的接口传输线有较大的波阻抗和延迟；(b)选择上具有最小连接线数的母线作为分区点，以减少接口模型误差对其他母线误差的影响；(c)选择网络弱耦合点作为分区点；
2)建立交流网络对应的频移相量模型，具体过程如下：
2-1)电力系统中的电气量信号由频移相量形式表达如下：
其中，频移相量为时域信号u(t)的复数包络，同时也保留了其相应的低频动态，而uI(t)、uQ(t)分别为的实部与虚部；
2-2)电力系统中元件的动态特性通过以下微分方程描述：
变换后得到微分方程相应频移相量形式表达式如下：
2-3)将上述步骤2-2)频移相量形式微分方程实部、虚部进行分解如下：
其中，和分别为频移相量的实部和虚部，
2-4)根据上述步骤2-3)的表达式(4)，通过隐式梯形法进行差分化处理可得：
其中，Δt为积分步长，表示第n个积分步长时的状态变量，上述差分化后的方程(5)对应频移相量子系统的动态模型；
3)对频移相量子系统进行第p个仿真步长下的仿真计算时，仿真时间对应[tp,tp+1]，tp+1-tp＝ΔT，将所有网络组件基于移位相量以诺顿(Norton)等值电路形式表示，继而整个频移相量子系统的节点电压方程可表示为：
式中，Gs为频移相量子系统电导矩阵，为节点电压向量，为外部注入电流向量，为等效电流源向量；
4)对电磁子系统进行第p个仿真步长下的仿真计算，仿真时间对应t＝tp+iΔt,i＝1,2,..n，即频移相量子系统每计算一次，电磁子系统需要计算n次，将所有网络组件基于电压方程表示为：
[Ge]ve(t)＝ie(t)+Je(t-tp-iΔt),i＝1,2..n(7)
式中，Ge为电磁子系统电导矩阵，ve(t)为节点电压向量，ie(t)为外部注入电流向量，Je(t-tp-iΔt),i＝1,2..n为等效电流源向量；
5)多速率相域-时域传输线模型的计算过程，具体包括过程如下：
5-1)基于贝杰龙模型的多速率相域-时域传输线模型是一个双端口模型，每个端口由时域和相量域中诺顿等值电路来表示，一个子系统对另一个子系统的影响也由诺顿等值电路反映，该诺顿等值电路由并联阻抗和具有时间延迟(行波行进时间，τ)的受控电流源组成；
5-2)建立多速率相域-时域传输线模型与电磁子系统的接口，通过下述公式计算更新多速率相域-时域传输线模型在电磁子系统的等效电流源：
Ik(t-τ)＝-Z-1un(t-τ)-in(t-τ),t＝tp+iΔt,i＝1,2,..n(8)
其中，n,k分别对应频移相量子系统和电磁子系统的接口序号；un(t-τ)、in(t-τ)分别为频移相量接口节点n的瞬时电压和电流；Ik(t-τ)对应电磁子系统接口节点k的等效电流源；
5-3)上述un(t-τ)、in(t-τ)的计算，按下列公式将由频移相量子系统计算后得到的接口频移相量值转换为t-τ时刻的瞬时电压un(t-τ)和电流in(t-τ)：
其中，Re[·]表示取其实部，即为频移相量子系统接口处的电压：
其中，Re[·]表示取其实部，即为频移相量子系统接口处电流；
5-4)通过在相量域中的插值，可得上述
相应的也能用同样的方法得到，如下：
5-5)建立多速率相域-时域传输线模型与频移相量子系统的接口，通过下述公式计算更新多速率相域-时域传输线模型在频移相量子系统tp时刻对应的等效电流源：
其中，τ＝l/v,θ＝ωl/v，v对应信号在传输线内的传输速度，波阻抗L,C分别对应线路单位电感和电容；分别对应tp时刻接口传输线电压和电流；下标n对应接口传输线在频移相量子系统的接口节点；下标k对应接口传输线在电磁子系统的接口节点；
5-6)接口传输线电压和电流分别...
【专利技术属性】
技术研发人员：舒德兀，欧阳自强，汪可友，朱艺颖，
申请(专利权)人：上海交通大学，中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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