[发明专利]基于多级优化追赶变分迭代法的有源配电网动态仿真方法

说明书

本发明公开了一种基于多级优化追赶变分迭代法的有源配电网动态仿真方法，首先将变分迭代算法进行两个方面的改进：一方面，在校正泛函的右侧计及已经求得的近似解析解；另一方面，优先计算被耦合频率更高的微分方程。从而提出了离线收敛更快的优化追赶变分迭代法。其次，基于该法求出了有源配电网中光伏系统以及同步发电机系统中动态元件对应的近似解析解。随后，引入多级机制，即在连续时间间隔上应用近似解析解，突破了原始变分迭代法有限的收敛域，从而使其可以应用到对更大时间跨度内要求有准确解的有源配电网仿真中。该方法，比传统数值积分方法求解速度更快。

技术领域

本发明公开了一种基于多级优化追赶变分迭代法的有源配电网动态仿真方法，属于电力系统仿真与分析的技术领域。

背景技术

近年来，可再生能源正在朝着未来全球能源结构的主体迈进。像光伏这种分布式可再生能源大规模接入配电网，给配电网带来了潮流和电压分布的变化，使得单电源辐射型配电网向多电源的有源配电网方向发展。高渗透率的分布式可再生电源将会给配电网带来诸多电力系统问题，例如光伏电站是一个高度非线性的系统，其提供的电能是随机和不确定的，这会给接入的配电网在电能质量、继电保护与控制以及电压稳定性等方面带来严重的隐患，从而进一步影响配电网的规划、设计和运行。例如，像太阳辐照度这样的小扰动会导致诸如节点电压波动的电能质量问题。而诸如短路故障这样的大扰动，会导致在公共耦合点(Point of Common Coupling,PCC)处产生更加明显的电气量振荡及其恢复过程。此外，近年来，各种不同的分布式电源如分布式光伏、小型水电站等大规模化接入配电网后，其复杂和差异巨大的动态运行特性对所接入配电网遭受到各种扰动之后的动态稳定性造成了严重的影响。开展有源配电网的动态仿真工作是分析研究上述影响的基础，也是保障配电网安全稳定运行的有效工具。

但是，含高渗透率分布式电源的有源配电网的动态仿真研究工作面临着诸多的技术难题和挑战。对于有源配电网这个高维非线性系统，传统的显式和隐式积分算法，一方面在动态仿真运算中，由于迭代次数过多而导致仿真效率低下；另一方面，在多种分布式电源接入的有源配电网这种刚性微分系统的计算环境下，传统积分算法需要针对刚性特性匹配以更小的步长，从而难以兼顾动态仿真的计算效率和数值稳定性。因此，针对分布式光伏电站集群的模型维数高、非线性以及刚性强的仿真计算环境，为了克服传统数值积分算法的缺陷，开展有源配电网的动态仿真算法研究，提出兼顾稳定性的高效率仿真算法显得非常关键。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了一种基于多级优化追赶变分迭代法(Multilevel Optimization Catch-up Variational Iteration Method,MOCVIM)的有源配电网动态仿真方法，既具备隐式积分算法的数值稳定性和数值精度，在在线仿真计算时又无需进行迭代计算，从而加速了有源配电网的动态仿真计算。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种基于多级优化追赶变分迭代法的有源配电网动态仿真计算方法。该方法分为两个阶段，即初始化阶段和动态过程计算阶段。

初始化阶段为前4个步骤：

第1步，建立有源配电网仿真计算所需的元件模型，并输入有源配电网的系统参数。

包括光伏发电系统模型，同步发电机模型，电网络模型等等；形成整个系统的微分方程组和代数方程组，构成全系统动态仿真数学模型，由式(1)所示的微分-代数方程组进行描述：

其中，x和y分别是代数变量和状态变量，f和h表示函数，分别为n维和m维。

输入的参数包括母线和线路的参数，光伏电站和同步发电机的参数以及所在母线的位置，系统频率f_grid，以及系统的基准电压和基准容量等。

第2步，潮流计算。