[发明专利]一种含开关特性子网络的电磁暂态仿真方法

说明书

本发明涉及一种含开关特性支路的电磁暂态仿真方法，属于电力系统电磁暂态分析技术领域。该方法将断路器、电力电子开关元件设计成单独一个开关子网络，网络中只包括电力电子开关、断路器及其相关元件(电阻、电感、电容等)，该网络通过本发明提出基于有理多项式近似的指数拟合法进行建模，其余网络用常规方法(隐式梯形法、后向欧拉法、带阻尼梯形法或其修改变更组合形式)进行建模。在离线/实时计算时，只有开关子网络进行迭代或插值计算，其余网络不参加迭代或插值。由于开关子网络采用本发明提出的高阶算法，可以免疫数值振荡，同时由于修改模型工作量较小，利于工程推广实现。

技术领域

本发明涉及一种含开关特性支路的电磁暂态仿真方法，属于电力系统电磁暂态分析技术领域。

背景技术

电力系统电磁暂态的数值仿真研究是一个历久不衰的研究题目,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，这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。此外，电力电子开关引起的高频系统突变对含有大规模电力电子元件的电力系统仿真又提出了新的挑战。目前对于如何设计准确度高、数值性能稳定的数值积分方法是进一步解决含开关子网络电力系统仿真的关键问题。

传统电磁暂态分析方法大多采用隐式梯形法及其修改方法。隐式法最突出的问题是当系统发生拓扑变化时，会出现数值振荡问题。之后有一些改进方法例如采用插值或重新初始化的方法来削弱数值振荡，这些方法并没有从根本上解决该问题。因此，本发明含开关特性支路的电磁暂态仿真方法在含有大规模电力电子元件的电力系统离线仿真和实时仿真均具有重要的理论和工程实际意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种含开关特性支路的电磁暂态仿真方法，既能保证仿真计算精度要求又能免疫数值振荡的电磁暂态仿真方法，该方法将断路器、电力电子开关元件设计成单独一个开关子网络，网络中只包括电力电子开关、断路器及其相关元件(电阻、电感、电容等)，该网络通过本发明提出基于有理多项式近似的指数拟合法进行建模，其余网络用常规方法(隐式梯形法、后向欧拉法、带阻尼梯形法或其修改变更组合形式)进行建模。在离线/实时计算时，只有开关子网络进行迭代或插值计算，其余网络不参加迭代或插值。由于开关子网络采用本发明提出的高阶算法，可以免疫数值振荡，同时由于修改模型工作量较小，利于工程推广实现。

本发明提出的含开关特性支路的电力系统电磁暂态仿真方法，包括以下步骤：

(1)将电力系统分为开关子网和常规子网两个部分；

(2)对上述开关子网建立支路级电磁暂态等效模型，具体过程包括以下步骤：

(2-1)设定开关子网中每条支路中各元件的状态空间方程为：

其中，A_K,、B_K分别为每条支路中各元件的给定参数，A_K,、B_K为实数，取值由各支路的电阻、电感和电容参数决定；

其中，x为每条支路中各元件的状态变量，u为每条支路中各元件的输入变量，x,u为相应支路的电流或电压，t为时间变量，K＝1,2…N₁，N₁为开关子网中的支路数；

(2-2)将上述状态空间方程转化为离散域下的差分方程：

x_n+1＝x_n·Γ(A_K,α,β)+B_Ku_n+1[1-Γ(A_K,α,β)]

1+(1-α)A_Kh/2+(β-α)[A_Kh]²/4