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基于逆向电流注入的大电网实时仿真切线故障计算方法

文献发布时间:2023-06-19 18:35:48


基于逆向电流注入的大电网实时仿真切线故障计算方法

技术领域

本发明涉及交直流电网数字仿真技术领域,尤其涉及一种基于逆向电流注入的大电网实时仿真切线故障计算方法。

背景技术

实际大型电力系统稳定特性复杂多样,实物试验和解析分析的方法均难以充分、精细地掌握系统运行和调控特性,稳定仿真由于其准确性、高效性和适应性,已成为实际系统稳定性能研究与分析、调控策略合理性和有效性验证的重要手段。特别是对电力装置控制、电力系统调控与保护策略合理性和有效性验证,控制和保护装置实现正确性和可靠性测试,实时仿真已成为必要的基础支撑技术。

由于大电网仿真节点数量多,动态设备元件模型阶数高,大量非线性环节和注入,导致仿真模型解算运算量大,快速高效的仿真难度较大。其中网络模型—网络方程的解算是大电网仿真效率瓶颈之一,网络方程解算难以并行化,特别是在故障发生、故障清除、切除线路等0+时刻,网络结构、参数发生变化,导致网络方程系数矩阵多个元素发生变化,网络方程解算必须在0+时刻对网络方程系数矩阵重新做三角分解,与系数矩阵维数成三次方正比关系的浮点数运算量使得0+时刻模型解算运算量激增,仿真在0+时刻无法保证实时,从而破坏了整个仿真的实时性。

在控保装置硬件在环的实时仿真中,故障后系统保护或线路继电保护动作存在不确定性,仿真无法预先获得故障后保护动作时序,因而无法对保护动作后的切除线路动作进行提前处理,亟需一种适用于实时仿真的切除线路即时处理和计算方法。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊,而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题,提出了本发明。

因此,本发明提供了基于逆向电流注入的大电网实时仿真切线故障计算方法解决目前故障后系统保护或线路继电保护动作存在不确定性,仿真无法预先获得故障后保护动作时序,因而无法对保护动作后的切除线路动作进行提前处理的问题。

为解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:包括:

依据电网拓扑结构和支路阻抗参数,建立大电网的网络导纳矩阵Y,并建立大电网中动态元件微分代数模型;

依据时步k,设定第一时步期间,在所述第一时步期间内进行切除线路;

所述切除线路计算包括将切除节点的逆向补偿电流与元件注入电流矩阵

作为本发明所述的基于逆向电流注入的大电网实时仿真切线故障计算方法的一种优选方案,其中:所述设定第一时步期间,包括,

设第一时步期间为m≤k≤n,其中,k=1,2,3,4,…,首次步长k=1;

在第m时步切除线路;

在第n+1时步合闸线路。

作为本发明所述的基于逆向电流注入的大电网实时仿真切线故障计算方法的一种优选方案,其中:所述切除节点为被切除线路两端母线的节点,表示为i、j;

作为本发明所述的基于逆向电流注入的大电网实时仿真切线故障计算方法的一种优选方案,其中:所述将切除节点的逆向补偿电流与元件注入电流矩阵

k时步首次计算,

计算i节点逆向电流,表示为:

其中,

计算j节点逆向电流,表示为:

作为本发明所述的基于逆向电流注入的大电网实时仿真切线故障计算方法的一种优选方案,其中:将i与j节点逆向电流与元件注入电流矩阵

及第二线性化方程,表示为,

作为本发明所述的基于逆向电流注入的大电网实时仿真切线故障计算方法的一种优选方案,其中:基于LU分解和前代回代方法解算所述第二线性化方程,得到电网各节点电压

作为本发明所述的基于逆向电流注入的大电网实时仿真切线故障计算方法的一种优选方案,其中:所述迭代计算为5次,

迭代计算时,i节点逆向电流,表示为:

迭代计算时,j节点逆向电流,表示为:

作为本发明所述的基于逆向电流注入的大电网实时仿真切线故障计算方法的一种优选方案,其中:还包括,设定第二时步期间,在所述第二时步期间进行所述动态元件微分代数模型解算;

所述第二时步期间为当kn。

作为本发明所述的基于逆向电流注入的大电网实时仿真切线故障计算方法的一种优选方案,其中:所述动态元件微分代数模型解算包括,

解算动态元件,计算元件注入电流矩阵

形成第一线性化方程,表示为:

解算方程,得到电网各节点电压矩阵

重复第二时步期间的动态元件微分代数模型解算,迭代计算5次。

作为本发明所述的基于逆向电流注入的大电网实时仿真切线故障计算方法的一种优选方案,其中:第一时步期间或第二时步期间的迭代计算结束后,所述时步k增加1,并进行下一时步解算。

与现有技术相比,本发明的有益效果:本发明在故障后切除线路引起的网络变结构或变参数,通过等效电流注入实现,即通过修改网络方程右端注入电流项以等效切除线路引起的网络变结构和变参数。在不改变初始网络方程系数矩阵的情况下,实现故障后切除线路的计算,因而在0+时步计算中,无需重新对网络方程系数矩阵进行重新三角分解,运算量与非0+时刻相当,突破实时仿真效率瓶颈,保证了仿真的严格实时性。此外,在时步迭代中可修正注入电流,其等效精度不断逼近基于变网络方程的精确模型。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例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性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。其中:

图1为本发明一个实施例所述的基于逆向电流注入的大电网实时仿真切线故障计算方法的整体流程示意图。

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,下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明,显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次,此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例,也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述,在详述本发明实施例时,为便于说明,表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大,而且所述示意图只是示例,其在此不应限制本发明保护的范围。此外,在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中,需要说明的是,术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定,术语“安装、相连、连接”应做广义理解,例如:可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接;同样可以是机械连接、电连接或直接连接,也可以通过中间媒介间接相连,也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1,为本发明的一个实施例,提供了一种基于逆向电流注入的大电网实时仿真切线故障计算方法,包括:

S1:依据电网拓扑结构和支路阻抗参数,建立大电网的网络导纳矩阵Y,并建立大电网中动态元件微分代数模型;

S2:依据时步k,设定第一时步期间,在所述第一时步期间内进行切除线路;

更进一步的,所述设定第一时步期间,包括,

设第一时步期间为m≤k≤n,其中,k=1,2,3,4,…,首次步长k=1;

在第m时步切除线路;

在第n+1时步合闸线路。

S3:所述切除线路计算包括将切除节点的逆向补偿电流与元件注入电流矩阵

更进一步的,其特征在于,所述切除节点为被切除线路两端母线的节点,表示为i、j;

更进一步的,其特征在于,所述将切除节点的逆向补偿电流与元件注入电流矩阵

k时步首次计算,

计算i节点逆向电流,表示为:

其中,

计算j节点逆向电流,表示为:

更进一步的,其特征在于,将i与j节点逆向电流与元件注入电流矩阵

及第二线性化方程,表示为,

更进一步的,基于LU分解和前代回代方法解算所述第二线性化方程,得到电网各节点电压

应说明的是,切除线路引起的网络变结构或变参数,通过等效电流注入实现,即通过修改网络方程右端注入电流项以等效切除线路引起的网络变结构和变参数。在不改变初始网络方程系数矩阵的情况下,实现故障后切除线路的计算,因而在0+时步计算中,无需重新对网络方程系数矩阵进行重新三角分解,运算量与非0+时刻相当,突破实时仿真效率瓶颈,保证了仿真的严格实时性。

更进一步的,所述迭代计算为5次,

迭代计算时,i节点逆向电流,表示为:

迭代计算时,j节点逆向电流,表示为:

应说明的是,在时步迭代中可修正注入电流,其等效精度不断逼近基于变网络方程的精确模型。

S4:还包括,设定第二时步期间,在所述第二时步期间进行所述动态元件微分代数模型解算;

所述第二时步期间为当kn。

更进一步的,所述动态元件微分代数模型解算包括,

解算动态元件,计算元件注入电流矩阵

形成第一线性化方程,表示为:

解算方程,得到电网各节点电压矩阵

重复第二时步期间的动态元件微分代数模型解算,迭代计算5次。

S5:第一时步期间或第二时步期间的迭代计算结束后,所述时步k增加1,并进行下一时步解算。

实施例2

参照表1,为本发明的一个实施例,提供了一种基于逆向电流注入的大电网实时仿真切线故障计算方法,为了验证其有益效果,提供了两种方案的对比结果。

表1对比表

如表1汇总了不同电网规模下常规方法和所提方法处理瓶颈步长网络方程的耗时,测试在英特尔酷睿1195g7处理器的计算机上开展,线路切除、投入时步网络方程解算,常规方法和所提方法,在精度基本一致的前提下耗时比较。

可以发现通过逆向电流注入处理暂态稳定仿真中切线路的事件,避免了仿真中重新创建网络方程的导纳矩阵、导纳矩阵重新三角分解,显著降低了传统仿真中线路切除、投入事件发生时刻的运算量,解决了实时仿真中“瓶颈“步长解算超实的问题。

应说明的是,以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术分类

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