[发明专利]一种基于线性支路模型的非线性负荷交流网络等值方法

说明书

本发明公开了一种基于线性支路模型的非线性负荷交流网络等值方法。该方法在不改变待等值交流网络边界的前提下，将交流网络中存在的非线性负荷用阻感或阻容元件串联构成的线性支路近似替代，再运用VF算法生成规模大大简化且与原交流网络具有相似频率导纳特性的等值电路，可以实现复杂电力系统网络等值及电磁暂态仿真速度的提升。

技术领域

本发明属于电力系统仿真技术领域，涉及一种基于线性支路模型 的非线性负荷交流网络等值方法。

背景技术

随着电力系统规模的不断扩大及各类复杂设备的接入，保留系统 中所有元件的详细电磁暂态模型进行仿真分析需较长时间。为提高系 统的电磁暂态仿真速度，通常选择保留电力系统部分区域(称为“研 究区域”)的详细电磁暂态模型，而将其余区域(称为“外部区域”) 用基于频率响应的诺顿等值网络简化(如图1所示)，其中Y_fit(s)代表 一个规模远小于原外部区域的RLC网络，表示并联电流源。

基于VF算法的电力系统频域等值(FDNE)是目前应用较为广 泛的一类方法，然而当外部区域中存在非线性负荷时，因该类元件在 某一频率下的导纳是外施电压或电流的函数，并且可能还与设备运行 状态有关，而非某一确定值，直接执行上述步骤，对外部区域进行频 率特性扫描并拟合求解将导致较大的等值误差。已有方法(如Neville Watson与Jos Arrillaga所著文献《Power system electromagnetic transients simulation(电力系统电磁暂态仿真)》第十章第252页中所 述方法)主张调整外部区域边界，使原外部区域内所有非线性负荷落 在新边界以外，虽确保调整后的外部区域内不再含有非线性负荷，但易导致等值电路端口数目增加，阶数随之增大，不利于仿真速度的提 高。为解决这一问题，针对含非线性负荷的外部待等值交流网络，本 发明提出在不改变外部区域边界的前提下，于扫描分析网络的导纳- 频率特性之前，预先用由线性元件组成的支路近似模拟非线性负荷， 以提高网络等值精度及电磁暂态仿真速度。

发明内容

本发明提出了一种基于线性支路模型的非线性负荷电力系统外 部区域等值方法。提出在对电力系统外部区域进行导纳-频率特性扫 描分析之前，应预先用由阻感(RL)或阻容(RC)元件串联构成的 简化模型近似替代原外部区域中的非线性负荷。典型的非线性负荷包 括动态负荷、恒PQ负荷、异步电动机等。

本发明提出，在进行外部区域简化时，忽略电动机的机械暂态特 性和电磁暂态特性，忽略恒PQ负荷及动态负荷在故障发生瞬间的阻 抗变化。测取非线性负荷在稳态条件下吸收的三相有功功率P、无功 功率Q(感性记为正，容性记为负)和流经的线电流I，利用式(4)-(6) 计算对应的简化模型参数。

再运用基于矢量拟合(VF)的频率相关的电力系统等值方法 (FDNE)辨识经步骤1)处理后的交流网络等值电路各参数：即先对 电力系统外部区域进行导纳-频率特性扫描分析，再用频率相关的网 络等值方法简化经步骤1)处理后的交流网络，并运用矢量拟合(VF)方法辨识各RLC元件参数使得等值网络具有与原待等值网络相似的 导纳-频率特性。

本发明的有益效果是：

若待等值交流网络中存在非线性负荷，采用本发明的方法能提高 其FDNE等值网络端口导纳在一定频段内的等值精度，并且不会改变 原有的外部区域边界，不增加等值网络的端口数目，相对已有方法能 获得更快的等值速度。

附图说明

图1电力系统外部区域等值示意图；

图2方法流程图；

图3线性支路模型；

图4VF算法流程图；

图5基于频率响应的等值电路；