本發(fā)明涉及交直流混聯(lián)大規(guī)模電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)仿真，具體涉及一種多速率機(jī)電暫態(tài)模型與交流系統(tǒng)模型雙向接口方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、本技術(shù)包含兩部分技術(shù)背景：一是多速率復(fù)雜拓?fù)渲绷鬏旊娤到y(tǒng)機(jī)電暫態(tài)仿真接口；二是復(fù)雜拓?fù)渲绷鬏旊娤到y(tǒng)機(jī)電暫態(tài)仿真方法。

2、首先，仿真包括機(jī)電暫態(tài)仿真、電磁暫態(tài)仿真、機(jī)電電磁暫態(tài)混合仿真三種類型，本專利是機(jī)電暫態(tài)仿真的范疇。在仿真領(lǐng)域，系統(tǒng)模型和元件模型聯(lián)立求解計(jì)算,當(dāng)系統(tǒng)或者元件中出現(xiàn)較大擾動(dòng)，模擬系統(tǒng)或元件的非線性響應(yīng)過(guò)程，描繪出系統(tǒng)任意變量隨著曲線變化的過(guò)程，這一過(guò)程叫做電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定仿真。在純機(jī)電暫態(tài)仿真領(lǐng)域中系統(tǒng)模型指：包括靜態(tài)負(fù)荷在內(nèi)輸電或配電網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)描述，在數(shù)學(xué)中體現(xiàn)為代數(shù)方程模型，且分為三序分量解耦求解，即正序、負(fù)序、零序。元件模型指：具有動(dòng)態(tài)作用的元件，在數(shù)學(xué)中表現(xiàn)為微分方程。

3、系統(tǒng)模型和元件模型聯(lián)立求解的方法分為兩種：聯(lián)立求解和分塊求解。聯(lián)立求解方法不需要討論元件模型與系統(tǒng)模型的接口問(wèn)題，不是本專利保護(hù)的范圍。在現(xiàn)有的機(jī)電暫態(tài)仿真商業(yè)軟件(psasp/psse/psd等)中，均采用分塊求解的方法，所謂分塊求解即系統(tǒng)模型和元件模型分別求解后通過(guò)交替計(jì)算迭代最終計(jì)算獲取聯(lián)立可行解的過(guò)程，在交替計(jì)算的過(guò)程中需要在兩者之間建立數(shù)值聯(lián)系，也被稱之為接口。本專利討論的即是這種系統(tǒng)模型和元件模型之間的接口方法及計(jì)算系統(tǒng)。

4、什么是多速率模型？以復(fù)雜拓?fù)渲绷鞫嗨俾誓Ｐ蜑槔?，一般而言，暫態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)模型和元件模型按照一致的時(shí)間步長(zhǎng)逐步分塊求解。而交流電網(wǎng)、復(fù)雜拓?fù)渲绷髟诜謮K仿真時(shí)，不采用一致的仿真步長(zhǎng)，因?yàn)閺?fù)雜拓?fù)渲绷飨到y(tǒng)一二次系統(tǒng)具有遠(yuǎn)高于系統(tǒng)模型的響應(yīng)速度。這樣的元件模型稱之為多速率模型。若整體采用較大的仿真步長(zhǎng)，無(wú)法準(zhǔn)確反映柔性直流輸電系統(tǒng)換流站控制器快速調(diào)控、換流閥高速開關(guān)的特點(diǎn)；若整體采用較小的仿真步長(zhǎng)，計(jì)算速度大幅下降，計(jì)算時(shí)間延長(zhǎng)。事實(shí)上，交流電網(wǎng)中的機(jī)電設(shè)備具有較大的時(shí)間常數(shù)，采用過(guò)小的仿真步長(zhǎng)會(huì)造成計(jì)算資源浪費(fèi)?；诖?，交直流側(cè)采用不同仿真步長(zhǎng)的多速率仿真技術(shù)在柔性直流機(jī)電暫態(tài)模型中有廣泛應(yīng)用。多速率仿真的概念已在交直流混聯(lián)電網(wǎng)的機(jī)電暫態(tài)、機(jī)電-電磁混合仿真技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。

5、目前復(fù)雜拓?fù)渲绷鞫嗨俾蕶C(jī)電暫態(tài)模型與交流系統(tǒng)模型雙向接口方法描述如下，多速率復(fù)雜拓?fù)渲绷髂Ｐ驮谟?jì)算時(shí)定義交流網(wǎng)接口位置、直流網(wǎng)接口位置。

6、交流網(wǎng)接口位置：將系統(tǒng)模型該位置變量傳遞給復(fù)雜拓?fù)渲绷鞫嗨俾誓Ｐ颓蠼狻?/p>

7、直流網(wǎng)接口位置：將復(fù)雜拓?fù)渲绷鞫嗨俾誓Ｐ驮撐恢米兞總鬟f給系統(tǒng)模型求解。

8、在多速率復(fù)雜拓?fù)渲绷髂Ｐ颓蠼鈺r(shí)，系統(tǒng)向多速率復(fù)雜拓?fù)渲绷髂Ｐ吞峁┠Ｐ椭绷骶W(wǎng)接口位置電壓向量，即，將交流系統(tǒng)等值為一個(gè)恒電壓源。在系統(tǒng)模型求解時(shí)，復(fù)雜拓?fù)渲绷髂Ｐ拖蚪涣骶W(wǎng)接口位置提供注入系統(tǒng)電流，即將直流網(wǎng)等值為電流源。這種接口方法在多速率復(fù)雜拓?fù)渲绷髂Ｐ颓蠼鈺r(shí)，忽略了系統(tǒng)阻抗對(duì)多速率復(fù)雜拓?fù)渲绷髂Ｐ偷挠绊?。而在系統(tǒng)模型求解，忽略了復(fù)雜拓?fù)渲绷髂Ｐ筒糠痔匦詫?duì)系統(tǒng)的影響。這樣形成的計(jì)算系統(tǒng)一方面由于接口忽略了各自的特性，可能導(dǎo)致最終計(jì)算結(jié)果發(fā)散，求解獲取的結(jié)果不準(zhǔn)確。另一方面，這種做法會(huì)導(dǎo)致在元件模型和系統(tǒng)模型交替求解時(shí)迭代次數(shù)大幅增加，導(dǎo)致計(jì)算系統(tǒng)的整體效率降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種多速率機(jī)電暫態(tài)模型與交流系統(tǒng)模型雙向接口方法，包括：

2、將直流多速率機(jī)電暫態(tài)模型及交流系統(tǒng)模型聯(lián)立，獲取聯(lián)立的三序代數(shù)方程；

3、求解所述三序代數(shù)方程，若求解獲取的系統(tǒng)電壓向量幅值與穩(wěn)態(tài)計(jì)算結(jié)果電壓幅值的差值，小于等于預(yù)設(shè)的誤差，則初始化通過(guò)，開始機(jī)電暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算過(guò)程；令當(dāng)前的計(jì)算時(shí)間為t，初始化獲取的系統(tǒng)電壓向量為t時(shí)步的計(jì)算結(jié)果，下一大時(shí)步的系統(tǒng)電壓向量等于t時(shí)步的電壓向量；

4、通過(guò)直流網(wǎng)接口將下一大時(shí)步交流網(wǎng)接口位置的交流系統(tǒng)模型傳入所述直流多速率機(jī)電暫態(tài)模型；所述直流多速率機(jī)電暫態(tài)模型進(jìn)行微分運(yùn)算一次，獲取下一時(shí)步的直流等值模型；

5、將所述直流等值模型與所述交流系統(tǒng)模型聯(lián)立，通過(guò)求解聯(lián)立的代數(shù)方程，獲取下一大時(shí)步的系統(tǒng)三序節(jié)點(diǎn)電壓向量；

6、若系統(tǒng)三序節(jié)點(diǎn)電壓向量的幅值與系統(tǒng)潮流計(jì)算結(jié)果的電壓幅值進(jìn)行比對(duì)，若差值大于預(yù)設(shè)的誤差，則當(dāng)前時(shí)步t不推移，返回通過(guò)直流網(wǎng)接口將下一大時(shí)步交流網(wǎng)接口位置的交流系統(tǒng)模型傳入所述直流多速率機(jī)電暫態(tài)模型的步驟；若差值小于預(yù)設(shè)的誤差，則令下一大時(shí)步的系統(tǒng)電壓向量等于本時(shí)步所計(jì)算的電壓向量，再推進(jìn)當(dāng)前時(shí)步為下一大時(shí)步，即t＝t+tac，tac為大時(shí)步，再返回通過(guò)直流網(wǎng)接口將下一大時(shí)步交流網(wǎng)接口位置的交流系統(tǒng)模型傳入所述直流多速率機(jī)電暫態(tài)模型的步驟。

7、進(jìn)一步的，在將直流多速率機(jī)電暫態(tài)模型及交流系統(tǒng)模型聯(lián)立的步驟之前，還包括：

8、根據(jù)潮流計(jì)算結(jié)果，對(duì)交流系統(tǒng)模型的狀態(tài)變量進(jìn)行計(jì)算，返回所述交流系統(tǒng)模型yothereq、iothereq及直流多速率機(jī)電暫態(tài)模型yeq1、yeq2、iinj1、iinj2、...。

9、進(jìn)一步的，將直流多速率機(jī)電暫態(tài)模型及交流系統(tǒng)模型聯(lián)立，獲取聯(lián)立的三序代數(shù)方程，包括：

10、將直流多速率機(jī)電暫態(tài)模型及交流系統(tǒng)模型聯(lián)立，求解聯(lián)立的三序代數(shù)方程，得到

11、

12、其中，imodle1、imodle2、imodle0分別為直流多速率機(jī)電暫態(tài)模型及交流系統(tǒng)模型提供節(jié)點(diǎn)正序、負(fù)序、零序注入電流；yn1、yn2、yn0分別為交流系統(tǒng)模型包括靜態(tài)負(fù)荷、故障等值阻抗在內(nèi)的系統(tǒng)模型正序、負(fù)序、零序?qū)Ъ{矩陣；v1、v2、v0分別為系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)正序、負(fù)序、零序電壓向量。

13、進(jìn)一步的，還包括：

14、若求解獲取的系統(tǒng)電壓向量幅值與穩(wěn)態(tài)計(jì)算結(jié)果電壓幅值的差值，超過(guò)預(yù)設(shè)的誤差，則初始化失敗。

15、進(jìn)一步的，令當(dāng)前的計(jì)算時(shí)間為t，初始化獲取的系統(tǒng)電壓向量為t時(shí)步的計(jì)算結(jié)果，下一大時(shí)步的系統(tǒng)電壓向量等于t時(shí)步的電壓向量，包括：

16、令當(dāng)前的計(jì)算時(shí)間為t＝0.0s，初始化獲取的系統(tǒng)電壓向量為t＝0.0s時(shí)步的計(jì)算結(jié)果，下一大時(shí)步的系統(tǒng)電壓向量等于t＝0.0s時(shí)步的電壓向量。

17、進(jìn)一步的，若差值小于預(yù)設(shè)的誤差，則當(dāng)前時(shí)步為大時(shí)步，包括：

18、若差值小于預(yù)設(shè)的誤差，則令t＝t+tac，tac為大時(shí)步。

19、進(jìn)一步的，還包括：

20、若t大于預(yù)設(shè)的仿真時(shí)間，則結(jié)束仿真，輸出結(jié)果。

21、本發(fā)明同時(shí)提供一種多速率機(jī)電暫態(tài)模型與交流系統(tǒng)模型雙向接口系統(tǒng)，包括：

22、代數(shù)方程獲取模塊，用于將直流多速率機(jī)電暫態(tài)模型及交流系統(tǒng)模型聯(lián)立，獲取聯(lián)立的三序代數(shù)方程；

23、穩(wěn)定計(jì)算模塊，用于求解所述三序代數(shù)方程，若求解獲取的系統(tǒng)電壓向量幅值與穩(wěn)態(tài)計(jì)算結(jié)果電壓幅值的差值，小于等于預(yù)設(shè)的誤差，則初始化通過(guò)，開始機(jī)電暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算過(guò)程；令當(dāng)前的計(jì)算時(shí)間為t，初始化獲取的系統(tǒng)電壓向量為t時(shí)步的計(jì)算結(jié)果，下一大時(shí)步的系統(tǒng)電壓向量等于t時(shí)步的電壓向量；

24、直流等值模型獲取模塊，用于通過(guò)直流網(wǎng)接口將下一大時(shí)步交流網(wǎng)接口位置的交流系統(tǒng)模型傳入所述直流多速率機(jī)電暫態(tài)模型；所述直流多速率機(jī)電暫態(tài)模型進(jìn)行微分運(yùn)算一次，獲取下一時(shí)步的直流等值模型；

25、三序節(jié)點(diǎn)電壓向量獲取模塊，用于將所述直流等值模型與所述交流系統(tǒng)模型聯(lián)立，通過(guò)求解聯(lián)立的代數(shù)方程，獲取下一大時(shí)步的系統(tǒng)三序節(jié)點(diǎn)電壓向量；

26、電壓幅值比對(duì)模塊，用于若系統(tǒng)三序節(jié)點(diǎn)電壓向量的幅值與系統(tǒng)潮流計(jì)算結(jié)果的電壓幅值進(jìn)行比對(duì)，若差值大于預(yù)設(shè)的誤差，則當(dāng)前時(shí)步t不推移，則返回通過(guò)直流網(wǎng)接口將下一大時(shí)步交流網(wǎng)接口位置的交流系統(tǒng)模型傳入所述直流多速率機(jī)電暫態(tài)模型的步驟；若差值小于預(yù)設(shè)的誤差，則當(dāng)前時(shí)步為大時(shí)步，則返回通過(guò)直流網(wǎng)接口將下一大時(shí)步交流網(wǎng)接口位置的交流系統(tǒng)模型傳入所述直流多速率機(jī)電暫態(tài)模型的步驟。

27、進(jìn)一步的，還包括：

28、潮流計(jì)算模塊，用于根據(jù)潮流計(jì)算結(jié)果，對(duì)交流系統(tǒng)模型的狀態(tài)變量進(jìn)行計(jì)算，返回所述交流系統(tǒng)模型yothereq、iothereq，

29、以及直流多速率機(jī)電暫態(tài)模型yeq1、yeq2、iinj1、iinj2、...。

30、進(jìn)一步的，還包括：

31、初始化模塊，用于若求解獲取的系統(tǒng)電壓向量幅值與穩(wěn)態(tài)計(jì)算結(jié)果電壓幅值的差值，超過(guò)預(yù)設(shè)的誤差，則初始化失敗。

32、本發(fā)明提供的一種多速率機(jī)電暫態(tài)模型與交流系統(tǒng)模型雙向接口方法和系統(tǒng)，在機(jī)電暫態(tài)計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，交流電網(wǎng)以大時(shí)步進(jìn)行求解，通過(guò)直流網(wǎng)接口將交流網(wǎng)接口位置的系統(tǒng)等值模型傳入復(fù)雜拓?fù)渲绷鞫嗨俾蕶C(jī)電暫態(tài)模型，復(fù)雜拓?fù)渲绷鞫嗨俾蕶C(jī)電暫態(tài)模型帶著系統(tǒng)等值模型進(jìn)行小時(shí)步積分求解完畢后，由交流網(wǎng)接口將直流網(wǎng)接口位置，根據(jù)換流變的類型將直流等值模型返回給系統(tǒng)模型，系統(tǒng)模型帶著直流等值模型進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)上述交替迭代提高電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)仿真的精度、計(jì)算效率及穩(wěn)定性。