一種基于三序等值阻抗的機電暫態(tài)仿真系統(tǒng)的建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)仿真領(lǐng)域，特別涉及一種基于三序等值阻抗的機電暫態(tài)仿真 系統(tǒng)的建模方法，具體涉及一種交直流系統(tǒng)的機電-電磁暫態(tài)混合仿真中交流系統(tǒng)部分三 序等值阻抗的建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國直流線路建設(shè)的不斷發(fā)展，我國電網(wǎng)已經(jīng)成為交直流混聯(lián)的復(fù)雜電網(wǎng)。 傳統(tǒng)的機電暫態(tài)仿真對直流系統(tǒng)采用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型，不能對直流換相失敗、非對稱條件運行 等暫態(tài)特性進行精確模擬。電磁暫態(tài)仿真雖然可以精確模擬直流系統(tǒng)的暫態(tài)特性，但是模 型過于復(fù)雜，需要較多的計算資源，不適合對大型電網(wǎng)的建模和仿真。機電-電磁暫態(tài)混合 仿真技術(shù)可以兼顧二者的優(yōu)勢，在直流系統(tǒng)換流母線處將電網(wǎng)分網(wǎng)，將直流系統(tǒng)采用電磁 暫態(tài)模型進行仿真，將除直流系統(tǒng)以外的交流部分采用機電暫態(tài)模型進行仿真，從而在滿 足局部系統(tǒng)仿真精度的前提下提高了電網(wǎng)仿真的規(guī)模，尤其適合多饋入交直流并聯(lián)運行電 網(wǎng)的實時仿真分析。
[0003] 采用機電暫態(tài)仿真的子系統(tǒng)在混合仿真中一般又定義為外部系統(tǒng)，需要在電磁暫 態(tài)仿真平臺中建立外部系統(tǒng)的等值模型，使得電磁子系統(tǒng)可以實現(xiàn)電磁暫態(tài)仿真。外部系 統(tǒng)等值一般采用戴維南等值電路，根據(jù)端口數(shù)目不同，又具體分為單端與多端兩類。戴維南 阻抗為從接口節(jié)點向外部系統(tǒng)看入的等值阻抗，可分為自阻抗和互阻抗兩部分。自阻抗是 指從單個接口節(jié)點看入的等值阻抗，其物理意義是將外部系統(tǒng)的電源開路，從單個接口節(jié) 點注入單位電流后在本節(jié)點的電壓?；プ杩故侵笍哪硞€接口節(jié)點看入的與另一個接口節(jié)點 的等值阻抗，其物理意義是將外部系統(tǒng)的電源開路，從該節(jié)點注入單位電流后在另一個節(jié) 點的電壓。等值阻抗根據(jù)分析目標(biāo)分為正序、負序和零序等值阻抗。為了對電磁側(cè)系統(tǒng)非 對稱情況進行準(zhǔn)確分析，需要對外部系統(tǒng)的三序等值阻抗進行建模。
[0004] 在三序等值阻抗求取方法上，傳統(tǒng)的方法是讀入外部系統(tǒng)的節(jié)點，變壓器，發(fā)電機 和線路參數(shù)，形成外部系統(tǒng)的各序?qū)Ъ{矩陣，然后按照自阻抗和互阻抗的定義，在接口節(jié)點 依次注入單位電流，求取各接口節(jié)點電壓，進而得到各序自阻抗和互阻抗。這種方法貼近 物理本質(zhì)，但是存在三個弊端：第一，需要將電網(wǎng)已有的適用于機電暫態(tài)短路計算程序的 網(wǎng)絡(luò)參數(shù)轉(zhuǎn)化為程序可處理的數(shù)據(jù)需要額外建立數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化接口，數(shù)據(jù)處理繁瑣。第二，為 了準(zhǔn)確計算并聯(lián)負荷的等值導(dǎo)納，需要進行的潮流計算得到各個節(jié)點的電壓。對于大規(guī)模 電網(wǎng)可能存在潮流計算收斂性的問題，需要引入較為復(fù)雜的算法，會進一步提高設(shè)計成本。 第三，對于發(fā)電機、變壓器、高抗、線路和負荷需要分別建立在正序、負序和零序下的等值模 型，還要兼顧其他具有強非線性的電力電子調(diào)節(jié)裝置的三序等值模型，如靜止無功發(fā)生器 (STATC0M)，靜止無功補償器（SVC)等，電力電子裝置等值結(jié)果直接影響提取結(jié)果精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的提出一種基于三序等值阻抗的機電暫態(tài)仿真系統(tǒng)的建模方法，其特 征在于：在基于電力系統(tǒng)潮流和暫態(tài)算法中，首先將接口節(jié)點設(shè)置為單相接地故障，記錄各 接口節(jié)點故障前的三相電壓和故障開始時刻的三相電壓，再根據(jù)故障計算原理反過來求解 接口節(jié)點的自阻抗和互阻抗；具體包括如下步驟：
[0006] 步驟1 :在機電暫態(tài)短路計算潮流文件刪去系統(tǒng)的直流部分，保留換流母線節(jié)點 即為接口節(jié)點，調(diào)節(jié)發(fā)電機出力，使潮流計算收斂；
[0007] 步驟2 :依次在接口節(jié)點k處設(shè)置單相經(jīng)阻抗接地短路，進行暫態(tài)計算。記錄各個 接口節(jié)點故障前和故障開始一刻的三相電壓的幅值和相位；其中，k = 1，2, 3…N ;k為接口 節(jié)點編號，N為接口節(jié)點總數(shù)；
[0008] 步驟3 :對各接口節(jié)點故障前及故障開始時刻的電壓進行處理，將三相電壓經(jīng)過 相-序變換得到零序、正序和負序電壓；變換公式為：
[0009]
[0010] 其中?、6和1^2分別為零序、正序和負序電壓，你和R分別為A相，B相和 C相電壓，均為相量形式；Θ·] θ為算子，其值等于cos ( Θ )+jsin ( Θ );
[0011] 步驟4 :計算故障電流，其公式為：
[0012]
[0013] 4^，/^和If2s分別為在第k個接口節(jié)點設(shè)置單相故障對應(yīng)的零序、正序和負 序故障電流，均為相量表達形式；Y F為單相接地故障電路導(dǎo)納矩陣，Zf為單相故障接地阻 抗；和分別為第k個接口節(jié)點在故障后零序、正序和負序故障電壓，均為相 量的表達形式；
[0014] 由于設(shè)置的單相故障屬于串聯(lián)型故障，因此三序的故障電流相等；上式可以進一 步表達為：
[0015]
[0016] 上式中為故障電流（零序，正序和負序電流均為此）；
[0017] 步驟5 :結(jié)合第k接口節(jié)點故障前三序電壓，計算該節(jié)點的各序自阻抗，公式如 下：
[0018]
[0019] 其中，Zfflik, Zlkk和Z2kk分別為第k接口節(jié)點的零序、正序和負序自阻抗。Rw為第 k接口節(jié)點故障前的電壓，由于故障前只有正序電壓并且三序電壓參考A相，因此這里為故 障前的A相電壓。
[0020] 步驟6 :結(jié)合第i (i = k+1，…，N)個接口節(jié)點故障前和故障后的三序電壓，計算 第k個接口節(jié)點和第i接口節(jié)點之間的各序互阻抗，公式如下：
[0021]
[0022] 其中，ZQkl，Zlkl和Z2kl分別為第k個接口節(jié)點和第i個接口節(jié)點之間的零序、正序 和負序互阻抗。R w為故障前第i個接口接口節(jié)點的電壓，這里同樣為第i個接口節(jié)點的A 相電壓。,和&2;.分別為第i個接口節(jié)點故障后的三序電壓；
[0023] 步驟7 :重復(fù)步驟2-步驟6，直到計算出所有接口節(jié)點的自阻抗和所有接口節(jié)點之 間的互阻抗。
[0024] 所述步驟6中由于從第k接口節(jié)點看入的k-i互阻抗等于從第i接口節(jié)點看入的 i-k互阻抗，因此在計算互阻抗時，i的取值從k+Ι開始。
[0025] 本發(fā)明的有益效果在于：利用成熟的機電暫態(tài)短路計算，實現(xiàn)了外部系統(tǒng)的各序 等值阻抗的求取。該方法直接利用電網(wǎng)已有的數(shù)據(jù)，不用進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，避免了數(shù)據(jù)接口程 序的開發(fā)；利用成熟的潮流計算技術(shù)和電力元件模型，避免了二次開發(fā)，從而避免了因為潮 流計算和模型建模不精確帶來的求解誤差，降低工作強度，提高了研究效率。
【附圖說明】
[0026] 圖1為基于三序等值阻抗的機電暫態(tài)仿真系統(tǒng)的建模方法的邏輯框圖。
[0027] 圖2為某實際交直流系統(tǒng)示意圖。
【具體實施方式】
[0028] 本發(fā)明提出一種基于三序等值阻抗的機電暫態(tài)仿真系統(tǒng)的建模方法，下面結(jié)合附 圖，對實施方式做詳細說明。
[0029] 如圖1所示，在基于電力系統(tǒng)潮流和暫態(tài)算法中，首先將接口節(jié)點設(shè)置為單相接 地故障，記錄各接口節(jié)點故障前的三相電壓和故障開始時刻的三相電壓，再根據(jù)故障計算 原理反過來求解接口節(jié)點的自阻抗和互阻抗；具體包括如下步驟：
[0030] 步驟1 :在機電暫態(tài)短路計算潮流文件刪去系統(tǒng)的直流部分，保留換流母線節(jié)點 即為接口節(jié)點，調(diào)節(jié)發(fā)電機出力，使潮流計算收斂；
[0031] 步驟2 :依次在接口節(jié)點k處設(shè)置單相經(jīng)阻抗接地短路，進行暫態(tài)計算。記錄各個 接口節(jié)點故障前和故障開始一刻的三相電壓的幅值和相位；其中，k = 1，2, 3…N ;k為接口 節(jié)點編號，N為接口節(jié)點總數(shù)；
[0032] 步驟3