一种基于网络宽频等值切换的电磁暂态仿真方法与流程

本发明涉及一种基于网络宽频等值切换的电磁暂态仿真方法，属于电力系统调度自动化和电网仿真技术领域。

背景技术：

电力系统仿真是研究电力系统暂态特性的重要方法之一。根据考察的的动态过程不同，电力系统仿真可以分为电磁暂态仿真、机电暂态仿真和中长期动态仿真。其中电磁暂态仿真精度最高，主要用于研究电力系统网络元件微秒级的暂态过程，如雷电过程、波过程和直流换相失败过程等。但是高精度是以大计算量为代价的，由于计算量太大，电磁暂态仿真不适合直接用于大规模电力系统的仿真。通常对于整个大系统，保留关心部分(指的是希望详细了解电磁暂态过程的部分)的网络元件，其他部分网络元件用网络等值来表示，再进行电磁仿真，达到减少计算量的目的。

传统的网络等值采用诺顿等值模型表示，如图1所示。左侧方框为关心部分网络；右侧方框为采用诺顿等值模型的网络等值，即用一个诺顿等值电流iabc和一个诺顿等值节点导纳矩阵yabc来表示其他部分网络元件的网络等值。

诺顿等值电路中的节点导纳矩阵是在基频下形成的，因此只能表示网络元件基频特性。为了较精确地表示网络元件在各个频率下的频率特性，引入网络宽频等值(frequencydependentnetworkequivalent，以下简称fdne，也译为频率相关网络等值)来表示其他部分网络元件的网络等值。

基于fdne的网络等值方法，如图2所示。左侧方框为关心部分网络；右侧方框为基于fdne的网络等值，即用一个诺顿等值电流iabc和一个fdne来作为其他部分的网络等值。

fdne的实质是一个以频率为函数的节点导纳矩阵。n×n维fdne的数学模型为：

其中，s＝j2πf，f是频率，j是虚数单位，下同；

fdne中的任一元素表示为一个频域函数：

其中，极点{ai}和留数{ci}或均是实数，或分别以复数共轭对出现，常数项d和一次项h为实数，而n为极点个数。这样的fdne的数学模型可以很好地在电磁暂态仿真中实现。

当fdne所表示的原始网络发生故障时，所对应的fdne也将随之改变。因为fdne本身是一个储能元件(原始网络中包含电容和电感)，所以在电磁暂态仿真中直接进行fdne的切换会导致明显的暂态波动，使得电磁暂态仿真结果不可信。这一直是fdne应用中的一个难点问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种基于网络宽频等值切换的电磁暂态仿真方法，以解决电磁暂态仿真中网络宽频等值的直接切换带来的暂态波动问题。

本发明提出的基于网络宽频等值切换的电磁暂态仿真方法，包括以下步骤：

(1)设电磁暂态仿真等效电路包括关心部分网络、一个可控电压源uc、第一网络宽频等值模块、第二网络宽频等值模块、第三网络宽频等值模块、第一切换开关、第二切换开关、第三切换开关和一个诺顿等值电流iabc，其中第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关的固定端分别与第一网络宽频等值模块、第二网络宽频等值模块和第三网络宽频等值模块相连，第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关的切换端设三个档，第一档为开路，第二档与关心部分网络和和诺顿等值电流iabc并联，第三档与可控电压源uc相连，可控电压源uc的电压与网络宽频等值模块的端口电压u相同；

(2)当电磁暂态仿真系统仿真系统正常工作时，将第一切换开关置于第二档，第二切换开关和第三切换开关分别置于第一档，使第一网络宽频等值模块接入仿真系统；

(3)设定在电磁暂态仿真系统仿真系统发生故障前△t时刻，分别将第二切换开关和第三切换开关从第一档切换到第三档，使第二网络宽频等值模块和第三网络宽频等值模块开始初始化；

(4)在电磁暂态仿真系统仿真系统发生故障的时刻，将第一切换开关从第二档切换到第一档，第二切换开关从第三档切换到第二档，使第二网络宽频等值模块接入仿真系统；

(5)在电磁暂态仿真系统仿真系统的故障清除时刻，将第二切换开关从第二档切换到第一档，第三切换开关从第三档切换到第二档，使第三网络宽频等值模块接入仿真系统。

本发明涉及一种基于网络宽频等值切换的电磁暂态仿真方法，其优点是：

本发明方法中的网络宽频等值是一个储能元件，在电磁暂态仿真中直接对其进行切换会出现明显的波动过程。本发明通过设置一个可控电压源，对待切换的网络宽频等值提前进行初始化，从而显著减少网络宽频等值切换时带来的暂态波动过程。本发明方法，能够显著提高电磁暂态仿真精度，工程实践效果满意。

附图说明

图1为已有的采用诺顿等值模型的网络等值方法示意图。

图2为已有的基于网络宽频等值的网络等值方法示意图。

图3为本发明提出的基于网络宽频等值切换的电磁暂态仿真方法涉及的等效电路示意图。

图3中，1为第一网络宽频等值模块、2为第二网络宽频等值模块、3为第三网络宽频等值模块、4为可控电压源、5为诺顿等值电流、6为第三切换开关、7为第二切换开关、8为第一切换开关。

具体实施方式

本发明提出的基于网络宽频等值切换的电磁暂态仿真方法，包括以下步骤：

(1)设电磁暂态仿真等效电路(如图3所示)包括关心部分网络、一个可控电压源uc、第一网络宽频等值模块(故障前的网络宽频等值模块)、第二网络宽频等值模块(故障时的网络宽频等值模块)、第三网络宽频等值模块(故障清除后的网络宽频等值模块)、第一切换开关、第二切换开关、第三切换开关和一个诺顿等值电流iabc，其中第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关的固定端分别与第一网络宽频等值模块、第二网络宽频等值模块和第三网络宽频等值模块相连，第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关的切换端设三个档，第一档为开路，第二档与关心部分网络和和诺顿等值电流iabc并联，第三档与可控电压源uc相连，可控电压源uc的电压与网络宽频等值模块的端口电压u相同；

(2)当电磁暂态仿真系统仿真系统正常工作时，将第一切换开关置于第二档，第二切换开关和第三切换开关分别置于第一档，使第一网络宽频等值模块接入仿真系统；

(3)设定电磁暂态仿真系统仿真系统发生故障前△t，△t一般取为0.2s，我国电力系统为50hz，即周期为0.02s，取10个周期作为提前时间△t，即0.2s)时。分别将第二切换开关和第三切换开关从第一档切换到第三档，使第二网络宽频等值模块和第三网络宽频等值模块开始初始化；

(4)在电磁暂态仿真系统仿真系统发生故障的时刻，将第一切换开关从第二档切换到第一档，第二切换开关从第三档切换到第二档，使第二网络宽频等值模块接入仿真系统；

(5)在电磁暂态仿真系统仿真系统的故障清除时刻，将第二切换开关从第二档切换到第一档，第三切换开关从第三档切换到第二档，使第三网络宽频等值模块接入仿真系统。