一种大电网的机电‑电磁暂态混合仿真方法与流程

本发明涉及电力系统暂态仿真技术领域，尤其涉及一种大电网的机电-电磁暂态混合仿真方法。

背景技术：

随着当前电力系统区域互联规模日趋庞大，为对部分电力电子器件进行精确仿真，同时又要保留对整个大电网的动态特性描述，常规的做法为机电-电磁暂态混合仿真。

机电-电磁暂态混合仿真是将一个完整的电网分割成第一子网和第二子网，二者分别进行机电暂态和电磁暂态两种模式的仿真。第一子网和第二子网在分网位置接口，实现了在一次仿真中同时对一个完整电网的两种典型暂态过程进行模拟。由于在建模和模型求解算法方面的差异，两种暂态仿真模式需要首先分别独立地对第一子网和第二子网进行初始化，而后才能闭环接口，进行正常的混合仿真交互计算。其中，第一子网的初始化相对简单；而第二子网电磁暂态系统中一般包含了较多的电力电子设备，且进行了非常精细的建模，包含了较多的控制逻辑，其启动过程相对复杂。

常规对第一子网和第二子网进行初始化的做法为在分网接口处对第一子网进行戴维南等值，并将获取的等值电路在第二子网中重构，让第二子网自由运行直至达到稳定状态。但这种做法存在一定的缺陷，在某些情况下，如第二子网为直流等大型电力电子设备，第二子网的初始注入功率为零，但稳定时注入功率较大时，则启动瞬间第二子网将感受到过电压，造成电压敏感型设备(如避雷器等)误动，导致第二子网有可能不能建立有效的初始稳定状态。

技术实现要素：

针对上述现有技术中的问题，本发明提供一种大电网的机电-电磁暂态混合仿真方法，以使进行混合仿真时电网的电磁侧能够正确地启动到目标稳定状态，从而使大电网机电-电磁暂态混合仿真的初始化更加便捷有效。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种大电网的机电-电磁暂态混合仿真方法，所述机电-电磁暂态混合仿真方法包括以下步骤：

s1：在大电网的分网接口处，将大电网划分为第一子网和第二子网，将第一子网放入机电-电磁暂态混合仿真系统的机电暂态侧，将第二子网放入电网混合仿真系统的电磁暂态侧。

s2：建立大电网的稳态潮流模型，计算得到大电网的初始稳定状态，将该初始稳定状态作为电磁-机电暂态混合仿真的目标稳定状态。

s3：在分网接口处对第一子网进行等值，获取其两种形式的等值电路：电路a：无内阻恒压源等值电路，其电压为内阻为0；电路b：戴维南等值电路，其电压为内阻为z；其中，z≠0。

s4：将电路b接入第二子网，记电路b在时刻t(k)的电压为电路b在初始时刻t(0)的电压的幅值令第二子网自由运行，且实时监测分网接口处的电压其中，k＝0，1，2，3，…。

s5：将时刻t(k)监测到的分网接口处的电压的幅值与电路a的电压的幅值进行比较，求取差值并将差值△ut(k)与电路b在时刻t(k)的电压的幅值相加，得到电路b在时刻t(k+1)的电压的幅值

s6：令第二子网自由运行，判断其是否进入稳态，若是，则进入步骤s7；若否，则返回步骤s5。

s7：令电路b在时刻t(k+1)的电压的幅值恢复为电路b的电压的原始幅值令第二子网自由运行直至进入稳态。

s8：启动机电-电磁暂态初始化，使第一子网和第二子网联合自由运行，直至机电-电磁联合系统整体进入稳态。

s9：启动机电-电磁暂态混合仿真计算。

在上述机电-电磁暂态混合仿真方法中，通过在第一子网和第二子网的分网接口处，进行两种形式的等值，得到两个等值电路：无内阻恒压源等值电路和戴维南等值电路，然后将戴维南等值电路接入第二子网，并实时监测分网接口处的电压，根据两个等值电路的电压幅值参数，不断调整戴维南等值电路的电压幅值，使分网接口处的电压与目标稳定状态的电压幅值一致，达到钳制第二子网电压的目的，从而有效地预防了第二子网在初始化过程中出现过电压，使第二子网能够正确地启动到目标稳定状态，进而使大电网机电-电磁暂态混合仿真的初始化更加便捷有效。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例所提供的机电-电磁暂态混合仿真方法的流程图；

图2为第二子网接入戴维南等值电路的电路图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种大电网的机电-电磁暂态混合仿真方法，其特征在于如图1所示，所述机电-电磁暂态混合仿真方法包括以下步骤：

s1：在大电网的分网接口处，将大电网划分为第一子网和第二子网，将第一子网放入机电-电磁暂态混合仿真系统的机电暂态侧，将第二子网放入电网混合仿真系统的电磁暂态侧。

s2：建立大电网的稳态潮流模型，计算得到大电网的初始稳定状态，将该初始稳定状态作为电磁-机电暂态混合仿真的目标稳定状态。

s3：在分网接口处对第一子网进行等值，获取其两种形式的等值电路：电路a：无内阻恒压源等值电路，其电压为内阻为0；电路b：戴维南等值电路，其电压为内阻为z；其中，z≠0。

s4：如图2所示，将电路b接入第二子网，记电路b在时刻t(k)的电压为电路b在初始时刻t(0)的电压的幅值令第二子网自由运行，且实时监测分网接口处的电压其中，k＝0，1，2，3，…。

s5：将时刻t(k)监测到的分网接口处的电压的幅值与电路a的电压的幅值进行比较，求取差值并将差值△ut(k)与电路b在时刻t(k)的电压的幅值相加，得到电路b在时刻t(k+1)的电压的幅值

在上述步骤s5中，在求取得到差值△ut(k)之后，在将差值△ut(k)与电路b在时刻t(k)的电压的幅值相加之前，还包括确定差值△ut(k)的值的步骤，具体为：比较差值△ut(k)与设定的差值阈值△umax，若△ut(k)>△umax，则取△ut(k)＝△umax；-△umax≤△ut(k)≤△umax，则△ut(k)＝△ut(k)；若△ut(k)<-△umax，则取△ut(k)＝-△umax；其中，△umax≠∞。也就是说，例如：从而将△ut(k)限定在△umax的范围内，避免了每次调整电路b的电压幅值时第二子网上的电压波动过大。

需要说明的是，差值阈值△umax为根据经验值所设定的值，例如：可设定为电网电压等级的5％。

s6：令第二子网自由运行，判断其是否进入稳态，若是，则进入步骤s7；若否，则返回步骤s5。

对于步骤s4～s6，具体举例来说就是：电路b在初始时刻t(0)的电压的幅值让第二子网自由运行，且监测得到分网接口处在初始时刻t(0)的电压经过时间间隔△t后，在当前时刻(即时刻t(1))，将监测到的电压的幅值与电路a的电压的幅值进行比较，求取二者的差值将差值△ut(0)与电路b在上一时刻(即初始时刻t(0))的电压的幅值相加，得到电路b在当前时刻(即时刻t(1))的电压的幅值让第二子网自由运行，判断其是否进入稳态，若是，则进入下面的步骤；若否，则每隔特定的时间△t就按照上面所介绍的过程进行循环，不断更新和调整电路b在当前时刻的电压的幅值，直至第二子网进入稳态。

此外，对于步骤s4～s6，记相邻两个时刻之间的时间间隔为△t，△t的取值优选的可大于或等于第二子网电磁系统的单个步长时间，小于或等于第一子网电磁系统的若干周波时间，且△t·f·△umax<△u，其中，f为电磁系统的频率，△u为用户设置的电磁系统每个周期允许的电压跳变值。需要说明的是，时间间隔△t的数值越小，其钳压特性越好，但数值稳定性越差；时间间隔△t的数值越大，其钳压特性越差，但数值稳定性越好，在实际应用过程中，可根据实际需要进行选定。

s7：令电路b在时刻t(k+1)的电压的幅值恢复为电路b的电压的原始幅值令第二子网自由运行直至进入稳态。

在上述步骤s7中，在令电路b在时刻t(k+1)的电压的幅值恢复为电路b的电压的原始幅值与令第二子网自由运行直至进入稳态之间，还具体包括如下过程；比较电路b在时刻t(k)的电压相对于电路b的电压的原始幅值的变动量与设定的差值阈值△umax，若则若则若则从而可将电路b在相邻两个时刻的变动值限定在△umax的范围内，避免了每次调整电路b的电压幅值时第二子网上的电压波动过大。

需要说明的是，在步骤s4～s7的过程中，电路b的电压的相位保持不变，且等于电路b的电压的原始相位即例如：

s8：启动机电-电磁暂态初始化，使第一子网和第二子网联合自由运行，直至机电-电磁联合系统整体进入目标稳定状态；

s9：启动机电-电磁暂态混合仿真计算。

在本实施例所提供的机电-电磁暂态混合仿真方法中，通过在第一子网和第二子网的分网接口处，进行两种形式的等值，得到两个等值电路：无内阻恒压源等值电路和戴维南等值电路，然后将戴维南等值电路接入第二子网，并实时监测分网接口处的电压，根据两个等值电路的电压幅值参数，不断调整戴维南等值电路的电压幅值，使分网接口处的电压与目标稳定状态的电压幅值一致，达到钳制第二子网电压的目的，从而有效地预防了第二子网在初始化过程中出现过电压，使第二子网能够正确地启动到目标稳定状态，进而使大电网机电-电磁暂态混合仿真的初始化更加便捷有效。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。