對交直流混聯(lián)電網(wǎng)進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真的等值建模方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種對交直流混聯(lián)電網(wǎng)進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真的等值建模方法，包括：（1）確定初始網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)；（2）確定外部等值網(wǎng)絡(luò)；（3）進(jìn)行矩陣計算；（4）對節(jié)點阻抗矩陣中的各元素進(jìn)行篩選；（5）對所述外部等值網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模并校驗；（6）對內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)除直流部分以外的部分進(jìn)行建模并校驗；（7）對內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的直流部分進(jìn)行建模并校驗。本發(fā)明完整的保留了直流輸電線路，有助于更加準(zhǔn)確的對交直流混聯(lián)電網(wǎng)中繼電保護(hù)裝置性能的研究，可以更加全面的分析交直流混聯(lián)電網(wǎng)中直流網(wǎng)絡(luò)對繼電保護(hù)裝置的影響、交流網(wǎng)絡(luò)對繼電保護(hù)裝置的影響以及交直流網(wǎng)絡(luò)之間在故障情況下的相互作用。
【專利說明】對交直流混聯(lián)電網(wǎng)進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真的等值建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種對交直流混聯(lián)電網(wǎng)進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真的等值建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用電負(fù)荷的持續(xù)上升，為了提高輸電的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，我國的電力系統(tǒng)開始向多機(jī)、大電網(wǎng)、交直流聯(lián)合輸電及大區(qū)域聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行發(fā)展。各個區(qū)域的電力公司在進(jìn)行動態(tài)安全分析時必須考慮其它區(qū)域?qū)Ρ緟^(qū)域的影響，而這些發(fā)展的背后卻帶來了離線計算以及計算機(jī)分析的困難。由于需要考慮調(diào)速器、勵磁機(jī)、負(fù)荷等數(shù)量巨大的元件，電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析、建模和控制也增加了新的難度。當(dāng)前，對電網(wǎng)的研究計算迫切需要提高效率，減小網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。
[0003]交直流混聯(lián)電網(wǎng)中繼電保護(hù)裝置特性的研究是交直流混聯(lián)電網(wǎng)研究的重點，而研究繼電保護(hù)裝置特性則必須進(jìn)行電網(wǎng)的暫態(tài)研究。大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的電網(wǎng)模型一般只有PSASP或者BPA等模型，不適用于暫態(tài)分析，而且，大規(guī)模的電網(wǎng)模型在電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真軟件中搭建模型較為困難，計算時間較長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種更為簡單的對交直流混聯(lián)電網(wǎng)進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真的等值建模方法；本發(fā)明在研究繼電保護(hù)裝置特性時只保留研究對象以及周邊網(wǎng)絡(luò)，對其他網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行外部網(wǎng)絡(luò)等值簡化，可顯著減少大規(guī)模暫態(tài)模型的計算時間。
[0005]一種對交直流混聯(lián)電網(wǎng)進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真的等值建模方法，包括以下步驟:
[0006](I)根據(jù)繼電保護(hù)裝置的安裝位置確定初始網(wǎng)絡(luò)，以初始網(wǎng)絡(luò)為中心，向外搜索三級節(jié)點作為內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)之外的網(wǎng)絡(luò)作為外部網(wǎng)絡(luò)；
[0007](2)將所述內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)從已知的全網(wǎng)模型中刪除，保留內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的邊界節(jié)點和外部網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，對外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行等值計算，得到外部等值網(wǎng)絡(luò)，以及外部網(wǎng)絡(luò)等值后內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的各個邊界節(jié)點的導(dǎo)納矩陣和各個邊界節(jié)點的注入電流；
[0008](3)對各個邊界節(jié)點的導(dǎo)納矩陣和各個邊界節(jié)點的注入電流進(jìn)行矩陣計算，得到外部等值網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點阻抗矩陣和各個邊界節(jié)點的電壓源矩陣；
[0009](4)對步驟(3)中得到的節(jié)點阻抗矩陣中的各元素進(jìn)行篩選，若任一元素大于預(yù)先設(shè)定的參考值，則將該元素所對應(yīng)的線路作為斷開線路；否則，不作處理；
[0010](5)采用集中參數(shù)法對所述外部等值網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模，得到外部網(wǎng)絡(luò)模型；對所述外部網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行校驗，若校驗不合格，返回步驟(I);若校驗合格，進(jìn)入步驟(6)；
[0011](6)對內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)除直流部分以外的部分進(jìn)行建模，得到全網(wǎng)的交流網(wǎng)絡(luò)模型；對所述交流網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行校驗，若校驗不合格，返回步驟(I);若校驗合格，進(jìn)入步驟(7)；
[0012](7)對內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的直流部分進(jìn)行建模，得到全網(wǎng)的直流網(wǎng)絡(luò)模型；對所述直流網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行校驗，若校驗不合格，返回步驟(I);若校驗合格，結(jié)束。[0013]進(jìn)一步的，步驟(I)包括如下子步驟:
[0014](1.1)在已知的全網(wǎng)模型中選擇所有繼電保護(hù)裝置的安裝位置所在的節(jié)點以及與繼電保護(hù)裝置的安裝位置節(jié)點直連的節(jié)點作為初始網(wǎng)絡(luò)；
[0015](1.2)按照樹形發(fā)散結(jié)構(gòu)對初始網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)展，以初始網(wǎng)絡(luò)的邊界節(jié)點為根節(jié)點，向外延伸一級，構(gòu)建一級網(wǎng)絡(luò)；
[0016](1.3)以一級網(wǎng)絡(luò)的邊界節(jié)點為根節(jié)點，按照步驟(1.2)的方法向外延伸一級，構(gòu)建二級網(wǎng)絡(luò)；
[0017](1.4)以二級網(wǎng)絡(luò)的邊界節(jié)點為根節(jié)點，按照步驟(1.2)的方法向外延伸一級，構(gòu)建三級網(wǎng)絡(luò)；將所述三級網(wǎng)絡(luò)作為內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。
[0018]進(jìn)一步的，步驟(1.2)?(1.4)中所述向外延伸的過程中，若遇到變壓器，則將變壓器的高壓側(cè)和低壓側(cè)視為兩個節(jié)點。
[0019]進(jìn)一步的，步驟(1.4)中所述向外延伸的過程中，若遇到直流落點，則繼續(xù)向外延伸，保留整條直流線路。
[0020]進(jìn)一步的，步驟(5)?(7)中所述校驗包括以下步驟:
[0021]通過在各個邊界節(jié)點分別做三相接地短路和單相接地短路，對正序短路電流和零序短路電流進(jìn)行校驗，若各節(jié)點的正序短路電流和零序短路電流與等值建模前各節(jié)點的正序短路電流和零序短路電流相比，誤差在±5%以內(nèi)，則表明校驗合格；否則，表明校驗不合格。
[0022]本發(fā)明所述的對交直流混聯(lián)電網(wǎng)進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真的等值建模方法具有如下有益效果:
[0023]1、本發(fā)明完整的保留了直流輸電線路，有助于更加準(zhǔn)確的對交直流混聯(lián)電網(wǎng)中繼電保護(hù)裝置性能的研究，可以更加全面的分析交直流混聯(lián)電網(wǎng)中直流網(wǎng)絡(luò)對繼電保護(hù)裝置的影響、交流網(wǎng)絡(luò)對繼電保護(hù)裝置的影響以及交直流網(wǎng)絡(luò)之間在故障情況下的相互作用。
[0024]2、本發(fā)明中在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的確定時采用了樹形發(fā)散結(jié)構(gòu)，對初始研究網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)展。無需其他等值方法中繁瑣的計算過程，對研究網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行三級擴(kuò)展之后搭建的模型能夠很準(zhǔn)確的模擬交直流混聯(lián)電網(wǎng)，對內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的保留原則決定了本發(fā)明不僅能夠精確模擬交流網(wǎng)絡(luò)，并且能夠?qū)⒅绷鞑糠謱^電保護(hù)裝置性能的影響也可以準(zhǔn)確的模擬。
[0025]3、本發(fā)明中提到的等值方法在模型搭建過程中按照先外部等值網(wǎng)絡(luò)，然后內(nèi)部交流網(wǎng)絡(luò)，最后內(nèi)部直流網(wǎng)絡(luò)的順序進(jìn)行搭建。一方面提高了模型搭建的效率，保證各個環(huán)節(jié)校驗正確以后再進(jìn)行下一步建模。另一方面可以分別研究無直流網(wǎng)絡(luò)時交流網(wǎng)絡(luò)中繼電保護(hù)裝置的性能以及加入直流網(wǎng)絡(luò)后對繼電保護(hù)裝置性能的影響。
[0026]4、本發(fā)明中提到的等值技術(shù)操作過程更為簡單，無需復(fù)雜計算，矩陣維數(shù)較小。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明等值計算中四點等值網(wǎng)絡(luò)模型；
[0028]圖2為本發(fā)明實施例中內(nèi)外網(wǎng)分割以后內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋱D。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步說明。在此需要說明的是，對于這些實施方式的說明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0030]本發(fā)明提供了一種對交直流混聯(lián)電網(wǎng)進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真的等值建模方法，包括以下步驟:
[0031](I)根據(jù)繼電保護(hù)裝置安裝位置確定初始網(wǎng)絡(luò)；以初始網(wǎng)絡(luò)為中心，向外搜索，考慮電網(wǎng)節(jié)點間的緊密程度與各節(jié)點間的電氣距離相關(guān)，本發(fā)明選擇向外搜索三級節(jié)點作為內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)；內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)之外的網(wǎng)絡(luò)作為外部網(wǎng)絡(luò)；
[0032]具體步驟為:
[0033](1.1)在已知的全網(wǎng)模型中選擇所有繼電保護(hù)裝置的安裝位置所在的節(jié)點以及與繼電保護(hù)裝置的安裝位置節(jié)點直連的節(jié)點作為初始網(wǎng)絡(luò)；并確定需要研究的繼電保護(hù)裝置以及該繼電保護(hù)裝置的安裝位置；
[0034](1.2)按照樹形發(fā)散結(jié)構(gòu)對初始網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)展，以初始網(wǎng)絡(luò)的邊界節(jié)點為根節(jié)點，向外延伸一級，即選擇與根節(jié)點直連的節(jié)點為新增的研究節(jié)點，和初始網(wǎng)絡(luò)中的研究節(jié)點一起，得到新的網(wǎng)絡(luò)，作為一級網(wǎng)絡(luò)；
[0035](1.3)以一級網(wǎng)絡(luò)的邊界節(jié)點為根節(jié)點，按照步驟(2)的方法向外延伸一級，新增的研究節(jié)點與一級網(wǎng)絡(luò)組合作為二級網(wǎng)絡(luò)；
[0036](1.4)以二級網(wǎng)絡(luò)的邊界節(jié)點為根節(jié)點，按照步驟⑵的方法向外延伸一級，新增的研究節(jié)點與二級網(wǎng)絡(luò)組合作為三級網(wǎng)絡(luò)，將最終得到的三級網(wǎng)絡(luò)作為內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。
[0037]本發(fā)明中將一級網(wǎng)絡(luò)的邊界節(jié)點稱之為一級節(jié)點，二級網(wǎng)絡(luò)的邊界節(jié)點稱之為二級節(jié)點，三級網(wǎng)絡(luò)的邊界節(jié)點稱之為三級節(jié)點。
[0038]在確定內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的過程中，應(yīng)該注意以下幾點:
[0039](A)搜索過程中遇到變壓器，則將變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)視為兩個節(jié)點，即從變壓器的一側(cè)延伸至另一側(cè)考慮為向外延伸一級；
[0040](B)特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)中，特高壓網(wǎng)絡(luò)和直流回路對繼電保護(hù)裝置的影響顯著，尤其是直流線路，由于直流線路的控制模塊的作用，直流落點附近的交流節(jié)點發(fā)生故障時，直流閉鎖裝置啟動，對繼電保護(hù)裝置的動作特性影響很大。因此在步驟(1.4)所述向外延伸的過程中，若遇到直流落點，則繼續(xù)向外延伸，保留整條直流線路。
[0041](2)將內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)從已知的全網(wǎng)模型中刪除，保留內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的邊界節(jié)點以及外部網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。對外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行等值計算，得到外部等值網(wǎng)絡(luò)，以及外部網(wǎng)絡(luò)等值后內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的各個邊界節(jié)點的導(dǎo)納矩陣以及各個邊界節(jié)點的注入電流。
[0042]等值計算可以采用現(xiàn)有技術(shù)中普遍采用的等值計算方法，其基本原理如下:
[0043]a)注入電流源計算
[0044]通過對保留節(jié)點作一次全部短路，可一次性求出。以四點網(wǎng)絡(luò)為例，如圖1所示:
[0045]其中Rll、R22、R33、R44 為 1、2、3、4 點自阻抗，R12、R13、R14、R23、R24、R34 為各點之間的互阻抗，I1、I2、I3、I4為各點注入電流源。若1、2、3、4點都接地，則所有阻抗上均電流為零，各點測得短路電路電流即注入電流源值。
[0046]b)導(dǎo)納矩陣計算
[0047]據(jù)基爾霍夫定律，對保留網(wǎng)絡(luò)中一個節(jié)點進(jìn)行短路計算，可以得到該點短路電流及所有點短路電壓，形成下列方程(以三點為例):
【權(quán)利要求】
1.一種對交直流混聯(lián)電網(wǎng)進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真的等值建模方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)根據(jù)繼電保護(hù)裝置的安裝位置確定初始網(wǎng)絡(luò)，以初始網(wǎng)絡(luò)為中心，向外搜索三級節(jié)點作為內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)之外的網(wǎng)絡(luò)作為外部網(wǎng)絡(luò)； (2)將所述內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)從已知的全網(wǎng)模型中刪除，保留內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的邊界節(jié)點和外部網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，對外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行等值計算，得到外部等值網(wǎng)絡(luò)，以及外部網(wǎng)絡(luò)等值后內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的各個邊界節(jié)點的導(dǎo)納矩陣和各個邊界節(jié)點的注入電流； (3)對各個邊界節(jié)點的導(dǎo)納矩陣和各個邊界節(jié)點的注入電流進(jìn)行矩陣計算，得到外部等值網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點阻抗矩陣和各個邊界節(jié)點的電壓源矩陣； (4)對步驟(3)中得到的節(jié)點阻抗矩陣中的各元素進(jìn)行篩選，若任一元素大于預(yù)先設(shè)定的參考值，則將該元素所對應(yīng)的線路作為斷開線路；否則，不作處理； (5)采用集中參數(shù)法對所述外部等值網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模，得到外部網(wǎng)絡(luò)模型；對所述外部網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行校驗，若校驗不合格，返回步驟(I);若校驗合格，進(jìn)入步驟(6)； (6)對內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)除直流部分以外的部分進(jìn)行建模，得到全網(wǎng)的交流網(wǎng)絡(luò)模型；對所述交流網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行校驗，若校驗不合格，返回步驟(I);若校驗合格，進(jìn)入步驟(7)； (7)對內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的直流部分進(jìn)行建模，得到全網(wǎng)的直流網(wǎng)絡(luò)模型；對所述直流網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行校驗，若校驗不合格，返回步驟(I);若校驗合格，結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對交直流混聯(lián)電網(wǎng)進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真的等值建模方法，其特征在于，步驟(I)包括如下子步驟: (1.1)在已知的全網(wǎng)模型中選擇所有繼電保護(hù)裝置的安裝位置所在的節(jié)點以及與繼電保護(hù)裝置的安裝位置節(jié)點直連的節(jié)點作為初始網(wǎng)絡(luò)； (1.2)按照樹形發(fā)散結(jié)構(gòu)對初始網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)展，以初始網(wǎng)絡(luò)的邊界節(jié)點為根節(jié)點，向外延伸一級，構(gòu)建一級網(wǎng)絡(luò)； (1.3)以一級網(wǎng)絡(luò)的邊界節(jié)點為根節(jié)點，按照步驟(1.2)的方法向外延伸一級，構(gòu)建二級網(wǎng)絡(luò)； (1.4)以二級網(wǎng)絡(luò)的邊界節(jié)點為根節(jié)點，按照步驟(1.2)的方法向外延伸一級，構(gòu)建三級網(wǎng)絡(luò)；將所述三級網(wǎng)絡(luò)作為內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的對交直流混聯(lián)電網(wǎng)進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真的等值建模方法，其特征在于，步驟(1.2廣(1.4)中所述向外延伸的過程中，若遇到變壓器，則將變壓器的高壓側(cè)和低壓側(cè)視為兩個節(jié)點。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的對交直流混聯(lián)電網(wǎng)進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真的等值建模方法，其特征在于，步驟(1.4)中所述向外延伸的過程中，若遇到直流落點，則繼續(xù)向外延伸，保留整條直流線路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對交直流混聯(lián)電網(wǎng)進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真的等值建模方法，其特征在于，步驟(5)?(7)中所述校驗包括以下步驟: 通過在各個邊界節(jié)點分別做三相接地短路和單相接地短路，對正序短路電流和零序短路電流進(jìn)行校驗，若各節(jié)點的正序短路電流和零序短路電流與等值建模前各節(jié)點的正序短路電流和零序短路電流相比，誤差在±5%以內(nèi)，則表明校驗合格；否則，表明校驗不合格。
【文檔編號】G06F17/50GK103605829SQ201310499191
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】文明浩, 尹項根, 朱曉彤, 謝華, 趙志偉, 馬以文 申請人:華中科技大學(xué), 南京南瑞繼保電氣有限公司, 國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)四川省電力公司