本發(fā)明涉及一種有源配電網(wǎng)仿真方法。特別是涉及一種考慮光伏、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及負(fù)荷隨機(jī)運(yùn)行特性的適于有源配電網(wǎng)隨機(jī)動(dòng)態(tài)仿真的顯隱混合積分方法。
背景技術(shù)：
：隨著分布式電源(distributedgenerator,DG)大量接入配電網(wǎng)絡(luò)，以及需求側(cè)響應(yīng)等先進(jìn)用電技術(shù)的不斷發(fā)展，分布式電源及負(fù)荷具有的隨機(jī)運(yùn)行特性對(duì)配用電側(cè)的安全可靠運(yùn)行帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。系統(tǒng)的隨機(jī)運(yùn)行特性會(huì)直接影響配電網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，進(jìn)而影響整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，特別是故障特性。然而在實(shí)際工程領(lǐng)域，往往無(wú)法直接在真實(shí)系統(tǒng)上進(jìn)行試驗(yàn)以分析和研究相關(guān)問(wèn)題，因此通常采用有效的數(shù)字仿真方法作為主要的研究手段。隨著有源配電網(wǎng)內(nèi)隨機(jī)因素的不斷增多，系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的隨機(jī)擾動(dòng)導(dǎo)致的仿真結(jié)果差異也愈發(fā)明顯，基于確定性配電網(wǎng)穩(wěn)定性建模和仿真方法在處理具有強(qiáng)隨機(jī)特性的現(xiàn)代配電網(wǎng)仿真時(shí)存在一定的局限性。有源配電網(wǎng)確定性動(dòng)態(tài)仿真模型丟失了一部分系統(tǒng)真實(shí)運(yùn)行過(guò)程中的信息，例如可變的函數(shù)關(guān)系以及有源配電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)行為等。這些系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的擾動(dòng)主要來(lái)自于分布式發(fā)電系統(tǒng)中光輻照度、風(fēng)速的隨機(jī)波動(dòng)，需求側(cè)響應(yīng)導(dǎo)致的負(fù)荷隨機(jī)變化，同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的瞬間擾動(dòng)以及控制元件的測(cè)量誤差等。因此，隨著配電網(wǎng)的日益復(fù)雜化，來(lái)自系統(tǒng)的隨機(jī)擾動(dòng)已不能忽視，需構(gòu)建有源配電網(wǎng)的隨機(jī)動(dòng)態(tài)仿真模型。為此，可通過(guò)一組隨機(jī)微分-代數(shù)方程(stochasticdifferential-algebraicequation,SDAE)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模：式中，f(·)為微分方程，用于描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程；g(·)為代數(shù)方程用于描述系統(tǒng)的潮流約束；向量x代表系統(tǒng)中所有狀態(tài)變量，例如同步機(jī)功角、轉(zhuǎn)速，電力電子裝置控制變量等；向量y代表系統(tǒng)中所有代數(shù)變量，例如電機(jī)轉(zhuǎn)子電流，系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)電壓幅值、相角等；向量η代表系統(tǒng)中的隨機(jī)擾動(dòng)量，例如光輻照度、風(fēng)速、溫度等；ξ代表高斯白噪聲過(guò)程，用來(lái)模擬擾動(dòng)變量的隨機(jī)變化過(guò)程。與確定性動(dòng)態(tài)仿真不同，有源配電網(wǎng)隨機(jī)動(dòng)態(tài)仿真主要通過(guò)模擬系統(tǒng)變量的多條動(dòng)態(tài)軌跡，以分析系統(tǒng)運(yùn)行特性在系統(tǒng)隨機(jī)擾動(dòng)下的相應(yīng)情況。因此，蒙特卡羅仿真(MonteCarlosimulation)數(shù)值解法成為了SDAE最常用的求解方法，該方法的本質(zhì)是基于大量的仿真場(chǎng)景，進(jìn)行多次仿真，仿真的誤差收斂情況與仿真次數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系。為保證數(shù)值精度，往往需要經(jīng)過(guò)大量的仿真計(jì)算。此外，由于不同類(lèi)型的分布式電源大量接入配電網(wǎng)，既涉及包括光伏陣列、蓄電池儲(chǔ)能在內(nèi)的靜態(tài)直流環(huán)節(jié)，又涉及包括小型異步風(fēng)機(jī)、永磁同步風(fēng)機(jī)在內(nèi)的交流環(huán)節(jié)，使得有源配電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程更為復(fù)雜，相比于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中不同種類(lèi)的元件裝置，有源配電網(wǎng)中的大量分布式電源控制系統(tǒng)需通過(guò)電力電子裝置實(shí)現(xiàn)，具有更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，使系統(tǒng)中各元件間動(dòng)態(tài)時(shí)間常數(shù)的差距變得更為顯著，使得有源配電網(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程中，具有更明顯的多時(shí)間尺度特性。有源配電網(wǎng)動(dòng)態(tài)仿真的多時(shí)間尺度特征在數(shù)學(xué)上可以歸結(jié)為剛性問(wèn)題，為有效求解此問(wèn)題需對(duì)所采用的數(shù)值算法的精度和穩(wěn)定性提出更高的要求。有源配電網(wǎng)動(dòng)態(tài)仿真算法根據(jù)對(duì)系統(tǒng)模型的解算形式不同可以分為顯式積分方法和隱式積分方法兩大類(lèi)。在顯式數(shù)值算法中，計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單，仿真計(jì)算效率高，但由于其數(shù)值穩(wěn)定性差，在處理多時(shí)間尺度特性的問(wèn)題時(shí)，容易出現(xiàn)數(shù)值失穩(wěn)，通常只能通過(guò)采用較小步長(zhǎng)進(jìn)行仿真，計(jì)算效率受到較大的限制。而隱式數(shù)值算法具有良好的數(shù)值穩(wěn)定性，在處理剛性問(wèn)題時(shí)，可選擇較大的仿真步長(zhǎng)，但隱式算法，相比于顯式，每時(shí)步下的計(jì)算較復(fù)雜，需要迭代進(jìn)行求解，阻礙著計(jì)算效率的進(jìn)一步提升。在考慮隨機(jī)特性顯著的有源配電網(wǎng)動(dòng)態(tài)仿真時(shí)，一方面需要在滿(mǎn)足仿真精度的前提下，減少仿真用時(shí)；另一方面，需要考慮系統(tǒng)模型多時(shí)間尺度特性，避免出現(xiàn)數(shù)值失穩(wěn)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種在保證仿真精度及數(shù)值穩(wěn)定性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了考慮光伏、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)綜合接入情況下的有源配電網(wǎng)隨機(jī)動(dòng)態(tài)仿真的適于有源配電網(wǎng)隨機(jī)動(dòng)態(tài)仿真的顯隱混合積分方法本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種適于有源配電網(wǎng)隨機(jī)動(dòng)態(tài)仿真的顯隱混合積分方法，包括如下步驟：1)設(shè)置有源配電網(wǎng)拓?fù)溥B接關(guān)系、動(dòng)態(tài)元件參數(shù)、表征隨機(jī)擾動(dòng)變量的隨機(jī)微分方程參數(shù)以及仿真計(jì)算參數(shù)，并設(shè)置故障或操作的發(fā)生時(shí)間、類(lèi)型，其中仿真計(jì)算參數(shù)包括仿真終止時(shí)間T，仿真步長(zhǎng)Δt，蒙特卡羅仿真總次數(shù)I；2)讀取有源配電網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行潮流計(jì)算，得到系統(tǒng)潮流計(jì)算結(jié)果；3)根據(jù)系統(tǒng)潮流計(jì)算結(jié)果，對(duì)有源配電網(wǎng)中的動(dòng)態(tài)元件進(jìn)行仿真初始化；4)設(shè)置蒙特卡羅仿真初始次數(shù)i＝1；5)設(shè)置本次仿真初始時(shí)刻t＝0；6)判斷當(dāng)前仿真時(shí)刻t是否為仿真初始時(shí)刻，若t＝0，則需設(shè)置有源配電網(wǎng)隨機(jī)變量初值并跳至步驟8)，否則進(jìn)入下一步驟；7)作tn-1～tn時(shí)段計(jì)算，采用顯式積分算法對(duì)構(gòu)成有源配電網(wǎng)隨機(jī)動(dòng)態(tài)模型的有源配電網(wǎng)隨機(jī)擾動(dòng)項(xiàng)模型積分1個(gè)步長(zhǎng)得到tn時(shí)刻的系統(tǒng)隨機(jī)變量并保存，采用歐拉-丸山方法對(duì)有源配電網(wǎng)隨機(jī)動(dòng)態(tài)模型中的隨機(jī)微分方程求解；8)在tn時(shí)刻，傳遞隨機(jī)擾動(dòng)變量，實(shí)現(xiàn)隨機(jī)擾動(dòng)項(xiàng)模型與有源配電網(wǎng)確定性模型之間的數(shù)據(jù)傳輸；9)進(jìn)行tn～tn+1時(shí)刻仿真計(jì)算，其中仿真時(shí)刻t＝t+Δt，Δt為仿真步長(zhǎng)，采用隱式積分算法對(duì)構(gòu)成有源配電網(wǎng)隨機(jī)動(dòng)態(tài)模型的有源配電網(wǎng)確定性模型積分1個(gè)步長(zhǎng)，得到tn+1時(shí)刻系統(tǒng)狀態(tài)變量及代數(shù)變量并保存，采用隱式聯(lián)立求解方法對(duì)微分-代數(shù)方程組進(jìn)行求解，采用隱式后向歐拉法對(duì)微分-代數(shù)方程組中的微分方程求解；10)根據(jù)步驟1)設(shè)置的仿真故障及操作事件判斷系統(tǒng)在仿真時(shí)刻t下是否發(fā)生故障或操作，若不發(fā)生，則跳至步驟12)繼續(xù)執(zhí)行，否則進(jìn)入下一步驟；11)在發(fā)生故障或操作時(shí)，設(shè)置系統(tǒng)狀態(tài)變量不變，根據(jù)有源配電網(wǎng)確定性模型方程，重新計(jì)算系統(tǒng)代數(shù)變量，將系統(tǒng)變量計(jì)算結(jié)果重新賦值，返回步驟7)；12)判斷仿真時(shí)刻t是否達(dá)到仿真終了時(shí)刻T，若未達(dá)到仿真終了時(shí)刻，則返回步驟7)，否則進(jìn)入下一步驟；13)設(shè)置蒙特卡羅仿真次數(shù)i＝i+1，判斷仿真次數(shù)i是否大于蒙特卡羅仿真總次數(shù)I，若不大于，即i≤I，則返回步驟5)，否則進(jìn)入下一步驟；14)對(duì)I次蒙特卡羅仿真結(jié)果進(jìn)行匯總，根據(jù)仿真需求輸出仿真結(jié)果并繪圖，結(jié)束仿真任務(wù)。步驟7)中所述的有源配電網(wǎng)隨機(jī)擾動(dòng)項(xiàng)模型是通過(guò)一組隨機(jī)微分方程表征：式中，η∈RK為K維隨機(jī)變量構(gòu)成的向量；α(·)和β(·)為標(biāo)量方程，分別表示隨機(jī)微分方程的偏移量和擴(kuò)散量；x∈RN為N維狀態(tài)變量構(gòu)成的向量；y∈RM為M維代數(shù)變量構(gòu)成的向量；ξ為高斯白噪聲過(guò)程；采用顯式積分算法對(duì)隨機(jī)擾動(dòng)項(xiàng)模型積分1個(gè)步長(zhǎng)，對(duì)其中的隨機(jī)微分方程求解采用歐拉-丸山法，其中，步長(zhǎng)為Δt，時(shí)間從tn-1到tn，由ηn-1得到ηn，遞推公式如下：ηn＝ηn-1+α(xn-1,yn-1,ηn-1)Δt+β(xn-1,yn-1,ηn-1)ξn-1。步驟9)中所述的有源配電網(wǎng)確定性模型是通過(guò)一組微分-代數(shù)方程表征：式中，x∈RN為N維狀態(tài)變量構(gòu)成的向量；y∈RM為M維代數(shù)變量構(gòu)成的向量，由于步驟8)傳遞了有源配電網(wǎng)隨機(jī)擾動(dòng)變量，故方程中η為已知值；所述的采用隱式積分算法對(duì)構(gòu)成有源配電網(wǎng)隨機(jī)動(dòng)態(tài)模型的確定性模型積分1個(gè)步長(zhǎng)，采用隱式聯(lián)立求解方法對(duì)微分-代數(shù)方程組進(jìn)行求解，采用隱式后向歐拉法對(duì)微分-代數(shù)方程組中的微分方程求解，具體求解步驟如下：(1)采用后向歐拉法積分1步，步長(zhǎng)為Δt，時(shí)間從tn到tn+1，由xn得到xn+1，遞推公式為(2)將微分-代數(shù)方程中的微分方程f(·)經(jīng)后向歐拉法差分化后，帶入代數(shù)方程組g(·)聯(lián)立成一個(gè)完整的非線(xiàn)性代數(shù)方程組，采用牛頓迭代法以相同的頻率求解狀態(tài)變量x和代數(shù)變量y，當(dāng)兩次迭代差值滿(mǎn)足誤差要求時(shí)，迭代結(jié)束。本發(fā)明的一種適于有源配電網(wǎng)隨機(jī)動(dòng)態(tài)仿真的顯隱混合積分方法，在考慮了系統(tǒng)的多時(shí)間尺度特性的前提下，能夠有效處理隨機(jī)特性顯著的有源配電網(wǎng)動(dòng)態(tài)仿真問(wèn)題。本發(fā)明方法同時(shí)兼顧了顯式積分算法計(jì)算速度快、隱式積分算法數(shù)值穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，具有0.5階強(qiáng)收斂性、1階弱收斂性，能夠在保證仿真精度與數(shù)值穩(wěn)定性的同時(shí)，有效完成多時(shí)間尺度特性顯著的有源配電網(wǎng)隨機(jī)動(dòng)態(tài)仿真任務(wù)，尤其適于含多種分布式電源和負(fù)荷的有源配電網(wǎng)隨機(jī)運(yùn)行模擬和分析計(jì)算。本發(fā)明能夠充分發(fā)揮顯式積分算法及隱式積分算法的數(shù)值解算優(yōu)勢(shì)，在保證仿真精度及數(shù)值穩(wěn)定性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了考慮光伏、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)綜合接入情況下的有源配電網(wǎng)隨機(jī)動(dòng)態(tài)仿真。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明適于有源配電網(wǎng)隨機(jī)動(dòng)態(tài)仿真的顯隱混合積分方法的整體流程圖；圖2是中低壓有源配電網(wǎng)算例拓?fù)鋱D；圖3是光伏發(fā)電系統(tǒng)1有功功率隨機(jī)動(dòng)態(tài)單仿真軌跡對(duì)比及局部放大圖；圖4是不同步長(zhǎng)下L10母線(xiàn)電壓隨機(jī)動(dòng)態(tài)單仿真軌跡對(duì)比及局部放大圖；圖5是光伏發(fā)電系統(tǒng)1有功功率隨機(jī)動(dòng)態(tài)仿真軌跡；圖6是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1有功功率隨機(jī)動(dòng)態(tài)仿真軌跡；圖7是L10母線(xiàn)電壓隨機(jī)動(dòng)態(tài)仿真軌跡。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的一種適于有源配電網(wǎng)隨機(jī)動(dòng)態(tài)仿真的顯隱混合積分方法做出詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明提出的一種適于有源配電網(wǎng)隨機(jī)動(dòng)態(tài)仿真的顯隱混合積分方法，屬于電力系統(tǒng)仿真領(lǐng)域，特別適用于含光伏、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的有源配電網(wǎng)動(dòng)態(tài)仿真。本發(fā)明方法是針對(duì)隨機(jī)特性及多時(shí)間尺度特性顯著的有源配電網(wǎng)動(dòng)態(tài)仿真提出的一種定步長(zhǎng)隨機(jī)動(dòng)態(tài)仿真方法。其中，求解單條仿真軌跡時(shí)本發(fā)明方法一個(gè)積分步長(zhǎng)下的計(jì)算步驟為：首先，隨機(jī)擾動(dòng)項(xiàng)模型部分采用歐拉-丸山法進(jìn)行數(shù)值解算，其次，確定性部分采用隱式聯(lián)立方法求解，其中，確定性模型的微分方程通過(guò)后向歐拉法進(jìn)行差分處理，差分化方程與代數(shù)方程聯(lián)立，通過(guò)牛頓迭代法求解系統(tǒng)變量。本發(fā)明實(shí)施例中是以中低壓有源配電網(wǎng)作為測(cè)試算例。如圖1所示，本發(fā)明的一種適于有源配電網(wǎng)隨機(jī)動(dòng)態(tài)仿真的顯隱混合積分方法，包括如下步驟：1)設(shè)置有源配電網(wǎng)拓?fù)溥B接關(guān)系、動(dòng)態(tài)元件參數(shù)、表征隨機(jī)擾動(dòng)變量的隨機(jī)微分方程參數(shù)以及仿真計(jì)算參數(shù)，并設(shè)置故障或操作的發(fā)生時(shí)間、類(lèi)型，其中仿真計(jì)算參數(shù)包括仿真終止時(shí)間T，仿真步長(zhǎng)Δt，蒙特卡羅仿真總次數(shù)I；2)讀取有源配電網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行潮流計(jì)算，得到系統(tǒng)潮流計(jì)算結(jié)果；3)根據(jù)系統(tǒng)潮流計(jì)算結(jié)果，對(duì)有源配電網(wǎng)中的動(dòng)態(tài)元件進(jìn)行仿真初始化；4)設(shè)置蒙特卡羅仿真初始次數(shù)i＝1；5)設(shè)置本次仿真初始時(shí)刻t＝0；6)判斷當(dāng)前仿真時(shí)刻t是否為仿真初始時(shí)刻，若t＝0，則需設(shè)置有源配電網(wǎng)隨機(jī)變量初值并跳至步驟8)，否則進(jìn)入下一步驟；7)作tn-1～tn時(shí)段計(jì)算，n是大于等于1的整數(shù)，采用顯式積分算法對(duì)構(gòu)成有源配電網(wǎng)隨機(jī)動(dòng)態(tài)模型的有源配電網(wǎng)隨機(jī)擾動(dòng)項(xiàng)模型積分1個(gè)步長(zhǎng)得到tn時(shí)刻的系統(tǒng)隨機(jī)變量并保存，采用歐拉-丸山方法對(duì)有源配電網(wǎng)隨機(jī)動(dòng)態(tài)模型中的隨機(jī)微分方程求解；所述的有源配電網(wǎng)隨機(jī)擾動(dòng)項(xiàng)模型是通過(guò)一組隨機(jī)微分方程表征：式中，η∈RK為K維隨機(jī)變量構(gòu)成的向量；α(·)和β(·)為標(biāo)量方程，分別表示隨機(jī)微分方程的偏移量和擴(kuò)散量；x∈RN為N維狀態(tài)變量構(gòu)成的向量；y∈RM為M維代數(shù)變量構(gòu)成的向量；ξ為高斯白噪聲過(guò)程；采用顯式積分算法對(duì)隨機(jī)擾動(dòng)項(xiàng)模型積分1個(gè)步長(zhǎng)，對(duì)其中的隨機(jī)微分方程求解采用歐拉-丸山法，其中，步長(zhǎng)為Δt，時(shí)間從tn-1到tn，由ηn-1得到ηn，遞推公式如下：ηn＝ηn-1+α(xn-1,yn-1,ηn-1)Δt+β(xn-1,yn-1,ηn-1)ξn-1(3)；8)在tn時(shí)刻，傳遞隨機(jī)擾動(dòng)變量，實(shí)現(xiàn)隨機(jī)擾動(dòng)項(xiàng)模型與有源配電網(wǎng)確定性模型之間的數(shù)據(jù)傳輸；9)進(jìn)行tn～tn+1時(shí)刻仿真計(jì)算，其中仿真時(shí)刻t＝t+Δt，Δt為仿真步長(zhǎng)，采用隱式積分算法對(duì)構(gòu)成有源配電網(wǎng)隨機(jī)動(dòng)態(tài)模型的有源配電網(wǎng)確定性模型積分1個(gè)步長(zhǎng)，得到tn+1時(shí)刻系統(tǒng)狀態(tài)變量及代數(shù)變量并保存，采用隱式聯(lián)立求解方法對(duì)微分-代數(shù)方程組進(jìn)行求解，采用隱式后向歐拉法對(duì)微分-代數(shù)方程組中的微分方程求解；所述的有源配電網(wǎng)確定性模型是通過(guò)一組微分-代數(shù)方程表征：式中，x∈RN為N維狀態(tài)變量構(gòu)成的向量；y∈RM為M維代數(shù)變量構(gòu)成的向量，由于步驟8)傳遞了有源配電網(wǎng)隨機(jī)擾動(dòng)變量，故方程中η為已知值；所述的采用隱式積分算法對(duì)構(gòu)成有源配電網(wǎng)隨機(jī)動(dòng)態(tài)模型的確定性模型積分1個(gè)步長(zhǎng)，采用隱式聯(lián)立求解方法對(duì)微分-代數(shù)方程組進(jìn)行求解，采用隱式后向歐拉法對(duì)微分-代數(shù)方程組中的微分方程求解，具體求解步驟如下：(1)采用后向歐拉法積分1步，步長(zhǎng)為Δt，時(shí)間從tn到tn+1，由xn得到xn+1，遞推公式為(2)將微分-代數(shù)方程中的微分方程f(·)經(jīng)后向歐拉法差分化后，帶入代數(shù)方程組g(·)聯(lián)立成一個(gè)完整的非線(xiàn)性代數(shù)方程組，采用牛頓迭代法以相同的頻率求解狀態(tài)變量x和代數(shù)變量y，當(dāng)兩次迭代差值滿(mǎn)足誤差要求時(shí)，迭代結(jié)束。10)根據(jù)步驟1)設(shè)置的仿真故障及操作事件判斷系統(tǒng)在仿真時(shí)刻t下是否發(fā)生故障或操作，若不發(fā)生，則跳至步驟12)繼續(xù)執(zhí)行，否則進(jìn)入下一步驟；11)在發(fā)生故障或操作時(shí)，設(shè)置系統(tǒng)狀態(tài)變量不變，根據(jù)有源配電網(wǎng)確定性模型方程，重新計(jì)算系統(tǒng)代數(shù)變量，將系統(tǒng)變量計(jì)算結(jié)果重新賦值，返回步驟7)；12)判斷仿真時(shí)刻t是否達(dá)到仿真終了時(shí)刻T，若未達(dá)到仿真終了時(shí)刻，則返回步驟7)，否則進(jìn)入下一步驟；13)設(shè)置蒙特卡羅仿真次數(shù)i＝i+1，判斷仿真次數(shù)i是否大于蒙特卡羅仿真總次數(shù)I，若不大于，即i≤I，則返回步驟5)，否則進(jìn)入下一步驟；14)對(duì)I次蒙特卡羅仿真結(jié)果進(jìn)行匯總，根據(jù)仿真需求輸出仿真結(jié)果并繪圖，結(jié)束仿真任務(wù)。下面給出具體實(shí)例：本實(shí)例以Matlab編程語(yǔ)言環(huán)境為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了適于有源配電網(wǎng)隨機(jī)動(dòng)態(tài)仿真的顯隱混合積分方法，通過(guò)含光伏、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的中低壓有源配電網(wǎng)算例(見(jiàn)圖2)對(duì)本發(fā)明的方法進(jìn)行驗(yàn)證與分析，并與傳統(tǒng)的顯式隨機(jī)仿真方法仿真結(jié)果進(jìn)行比較。采用傳統(tǒng)顯式隨機(jī)仿真方法時(shí)，隨機(jī)擾動(dòng)項(xiàng)模型采用歐拉-丸山法，確定性部分采用顯式交替方式，其中微分方程通過(guò)顯式改進(jìn)歐拉法求解。仿真測(cè)試的硬件平臺(tái)為IntelXeonE5-2603v3CPU@1.60GHz，8GBRAM的6核PC機(jī)；軟件環(huán)境為64位Windows7操作系統(tǒng)。中低壓有源配電網(wǎng)算例分為中壓網(wǎng)絡(luò)和低壓網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)部分，系統(tǒng)頻率均為50Hz。其中，中壓網(wǎng)絡(luò)電壓等級(jí)為10kV，主饋線(xiàn)通過(guò)10kV/110kV變壓器接至外部網(wǎng)絡(luò)；外部網(wǎng)絡(luò)采用輸出電壓為1.03p.u.的理想電壓源模擬，低壓網(wǎng)絡(luò)電壓等級(jí)為0.4kV，主饋線(xiàn)通過(guò)0.4kV/10kV的變壓器連接至中壓網(wǎng)絡(luò)M5節(jié)點(diǎn)，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)S1、S2閉合。另外，配電網(wǎng)采用三相對(duì)稱(chēng)線(xiàn)路與負(fù)荷，具體線(xiàn)路參數(shù)如圖2中標(biāo)注所示，并接入了三臺(tái)永磁同步直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(中壓子網(wǎng)中)、兩臺(tái)光伏發(fā)電系統(tǒng)。各分布式電源的電力電子裝置控制方式、接入容量及有功功率初值詳見(jiàn)表1。在考慮光輻照度，風(fēng)速和負(fù)荷的隨機(jī)動(dòng)態(tài)特性的情況中，負(fù)荷波動(dòng)的隨機(jī)擾動(dòng)特性通過(guò)Ornstein-Uhlenbeck過(guò)程進(jìn)行模擬，各負(fù)荷有功功率初值及隨機(jī)特性參數(shù)詳見(jiàn)表2；光輻照度的隨機(jī)波動(dòng)通過(guò)具有幅值系數(shù)sw的Wiener過(guò)程模擬，光伏發(fā)電系統(tǒng)隨機(jī)特性參數(shù)詳見(jiàn)表3；風(fēng)速則通過(guò)計(jì)及Weibull分布特性的連續(xù)風(fēng)速模型進(jìn)行建模，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)隨機(jī)特性參數(shù)詳見(jiàn)表4。模擬負(fù)荷有功功率消耗的隨機(jī)變化過(guò)程如下式所示：式中，η(t)為Ornstein-Uhlenbeck過(guò)程；PL0為負(fù)荷有功功率初值；QL0為負(fù)荷無(wú)功功率初值；PL(t)為t時(shí)刻負(fù)荷有功功率，QL(t)為t時(shí)刻負(fù)荷無(wú)功功率?？紤]光輻照度S隨機(jī)特性的光伏發(fā)電系統(tǒng)如下式所示：式中，Ns和Np分別為串聯(lián)和并聯(lián)光伏電池?cái)?shù)；Rs和Rsh為串聯(lián)和并聯(lián)電阻值(Ω)；q為電子電量常量(C)；k為玻爾茲曼常量(J/K)；A為二極管特性擬合系數(shù)，取為2；U為光伏陣列輸出電壓(V)；I和Is為光伏陣列輸出電流和二極管飽和電流(A)；T和Tref為光伏陣列工作絕對(duì)溫度值和標(biāo)準(zhǔn)條件下電池的工作溫度(K)；S和Sref為實(shí)際光輻照度和標(biāo)準(zhǔn)條件下的光輻照度(W/m2)；Iphref和Isref為標(biāo)準(zhǔn)條件光輻照度下的光生電流和二極管飽和電流(A)；CT為溫度系數(shù)，由廠家提供(A/K)；Eg為禁帶寬度(eV)，與光伏電池材料有關(guān)；sw為擾動(dòng)幅值系數(shù)?？紤]風(fēng)速v隨機(jī)特性的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)如下式所示：式中，η(t)為簡(jiǎn)化后的Ornstein-Uhlenbeck過(guò)程；Φ[·]為高斯累積分布函數(shù)，可表述為：erf[·]為高斯誤差函數(shù)(Gaussianerrorfunction)，可表示為：表示W(wǎng)eibull累積分布函數(shù)，即仿真場(chǎng)景設(shè)置如下：基于中低壓有源配電網(wǎng)算例，設(shè)置仿真時(shí)間t＝5s，仿真步長(zhǎng)Δt＝2ms，0.9s時(shí)M6母線(xiàn)發(fā)生三相經(jīng)小電阻接地短路故障，其中短路電阻為2Ω，1.0s時(shí)刻故障清除。隨機(jī)增量的離散步長(zhǎng)δt設(shè)置為2ms，仿真步長(zhǎng)Δt與離散步長(zhǎng)一致。在配電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，設(shè)置偽隨機(jī)數(shù)函數(shù)在相同時(shí)刻，不同的仿真算法中均生成相同的隨機(jī)變量，此時(shí)即可比較不同仿真算法下的隨機(jī)動(dòng)態(tài)仿真中的單軌跡仿真結(jié)果。隨機(jī)動(dòng)態(tài)仿真單軌跡仿真結(jié)果測(cè)試：由圖3可知，在考慮隨機(jī)特性的有源配電網(wǎng)中，本發(fā)明的顯隱混合積分方法與傳統(tǒng)顯式積分方法得到的光伏發(fā)電系統(tǒng)有功功率單軌跡擬合情況良好。其中，軌跡的相對(duì)誤差小于10-5。說(shuō)明本發(fā)明的顯隱混合積分方法能夠有效地處理有源配電網(wǎng)隨機(jī)動(dòng)態(tài)仿真問(wèn)題。另外，確定性仿真方法相比于隨機(jī)動(dòng)態(tài)仿真，在系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程中，無(wú)法體現(xiàn)出系統(tǒng)變量運(yùn)行過(guò)程中的隨機(jī)特性。為進(jìn)一步比較本發(fā)明的一種適于有源配電網(wǎng)隨機(jī)動(dòng)態(tài)仿真的顯隱混合積分方法與傳統(tǒng)顯式積分方法的仿真效率與數(shù)值穩(wěn)定性，分別在Δt＝1ms，Δt＝2ms，Δt＝5ms三種不同仿真步長(zhǎng)下，對(duì)不同仿真方法進(jìn)行測(cè)試，其中L10母線(xiàn)電壓的仿真圖像如圖4所示，由該圖可知，在Δt＝1ms，Δt＝2ms時(shí)，本發(fā)明的顯隱混合積分方法與傳統(tǒng)顯式積分方法仿真軌跡擬合良好，說(shuō)明該方法能夠滿(mǎn)足仿真所需的數(shù)值精度，然而在仿真常用步長(zhǎng)Δt＝5ms下，本發(fā)明方法能夠進(jìn)行仿真計(jì)算，而傳統(tǒng)顯式積分方法會(huì)出現(xiàn)數(shù)值失穩(wěn)，無(wú)法完成仿真任務(wù)。此外，對(duì)不同仿真方法的效率進(jìn)行比較(見(jiàn)表5)，可知本發(fā)明方法與傳統(tǒng)顯式積分方法相比，仿真的計(jì)算效率得到了提高。隨機(jī)動(dòng)態(tài)仿真多軌跡仿真結(jié)果測(cè)試：經(jīng)400次蒙特卡羅仿真，對(duì)分布式電源有功出力圖像進(jìn)行分析，仿真軌跡如圖5，圖6所示。由于系統(tǒng)發(fā)生發(fā)生三相經(jīng)小電阻接地短路故障，在故障期間，各節(jié)點(diǎn)電壓將發(fā)生瞬時(shí)跌落。各分布式電源有功功率輸出將出現(xiàn)振蕩，而后，經(jīng)控制策略調(diào)節(jié)，恢復(fù)指定參考值。通過(guò)圖像可知：1)由于分布式發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的隨機(jī)激勵(lì)，以及故障的影響，分布式電源出力會(huì)出現(xiàn)明顯的波動(dòng)，在故障清除后，有功輸出會(huì)由于隨機(jī)激勵(lì)的影響，出現(xiàn)隨機(jī)波動(dòng)；2)統(tǒng)計(jì)400次蒙特卡羅仿真的軌跡曲線(xiàn)，得到其軌跡均值與確定性仿真軌跡能夠良好的擬合，這也說(shuō)明隨機(jī)動(dòng)態(tài)仿真在體現(xiàn)系統(tǒng)隨機(jī)過(guò)程真實(shí)性的同時(shí)，也保持了與確定性仿真相同的準(zhǔn)確性。此外，由于有源配電網(wǎng)中的分布式電源、負(fù)荷隨時(shí)間波動(dòng)的隨機(jī)特性，會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)電壓的波動(dòng)，并可能導(dǎo)致保護(hù)裝置的誤動(dòng)作。其中主要表現(xiàn)之一為高壓側(cè)的隨機(jī)特性對(duì)低壓側(cè)的安全可靠運(yùn)行帶來(lái)的影響。故在只考慮風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、中壓負(fù)荷的隨機(jī)特性情況下進(jìn)行故障測(cè)試，選取低壓網(wǎng)絡(luò)中的L10號(hào)母線(xiàn)電壓故障前后的電壓越限情況進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)圖7故障前后出現(xiàn)電壓越限(Umin＝0.95p.u.)的隨機(jī)軌跡個(gè)數(shù)，結(jié)果如表6所示。在采用確定性仿真方法時(shí)，其仿真結(jié)果不存在電壓越限情況；而在隨機(jī)動(dòng)態(tài)仿真過(guò)程中，L10號(hào)母線(xiàn)電壓越限概率為5.75％；可以看出，中壓側(cè)分布式電源、負(fù)荷的隨機(jī)特性會(huì)直接導(dǎo)致低壓側(cè)的節(jié)點(diǎn)電壓波動(dòng)，更有一定的概率使低壓母線(xiàn)電壓越限，并可能導(dǎo)致保護(hù)裝置的誤動(dòng)作，影響配用電側(cè)的安全可靠運(yùn)行?？梢钥闯霾捎么_定性仿真方法，其仿真結(jié)果較隨機(jī)仿真的結(jié)果偏保守，而本發(fā)明方法能夠解決考慮隨機(jī)特性的有源配電網(wǎng)動(dòng)態(tài)仿真問(wèn)題，可以更加真實(shí)地反映系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況。綜上所述，本發(fā)明提出的一種適于有源配電網(wǎng)隨機(jī)動(dòng)態(tài)仿真的顯隱混合積分方法，能夠有效完成隨機(jī)特性及多時(shí)間尺度特性顯著的有源配電網(wǎng)動(dòng)態(tài)仿真任務(wù)，相比于確定性動(dòng)態(tài)仿真能更為真實(shí)地模擬系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。此外，本發(fā)明方法與傳統(tǒng)顯式積分方法相比，在滿(mǎn)足仿真所需數(shù)值精度的同時(shí)，提高了仿真計(jì)算效率及數(shù)值穩(wěn)定性。表1各分布式電源控制方式、接入容量及有功初值表2負(fù)荷有功功率隨機(jī)參數(shù)表3光伏發(fā)電系統(tǒng)隨機(jī)參數(shù)隨機(jī)模型參數(shù)sw初始光輻照度光伏發(fā)電系統(tǒng)1101000W/m2光伏發(fā)電系統(tǒng)2101000W/m2表4風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)隨機(jī)參數(shù)隨機(jī)模型參數(shù)kλαβ初始風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)11.7710.670.00002650.00728019.08m/s風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)22.169.650.00003450.00830669.37m/s風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)31.8910.210.00002980.007720110.46m/s表5不同仿真方法效率比較表6電壓越限軌跡數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果仿真方法電壓越限仿真次數(shù)越限軌跡數(shù)占比確定性動(dòng)態(tài)仿真否100％隨機(jī)性動(dòng)態(tài)仿真是400235.75％當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3