基于非線(xiàn)性變量代換的電網(wǎng)等值參數(shù)快速計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)電網(wǎng)等值參數(shù)的計(jì)算領(lǐng)域，具體是一種基于非線(xiàn)性變量代換 的電網(wǎng)等值參數(shù)快速計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在電力系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)建模計(jì)算、發(fā)電機(jī)進(jìn)相深度計(jì)算和發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定 極限分析和暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算等涉及發(fā)電機(jī)組和電力系統(tǒng)相互關(guān)系的計(jì)算中，廣泛應(yīng)用的是電 力系統(tǒng)單機(jī)無(wú)窮大模型。在實(shí)際試驗(yàn)和計(jì)算中，無(wú)窮大系統(tǒng)的參數(shù)系統(tǒng)等值電壓Vs、系統(tǒng)等 值阻抗R、X為計(jì)算關(guān)鍵參數(shù)，其精確度將直接影響計(jì)算結(jié)果。
[0003] 在工程實(shí)際中，系統(tǒng)等值電壓Vs、系統(tǒng)等值阻抗R、X往往難以直接獲得，在計(jì)算中 多進(jìn)行簡(jiǎn)化假設(shè)，對(duì)系統(tǒng)作近似處理。其中使用較多的簡(jiǎn)化假設(shè)是選取系統(tǒng)中與研究對(duì)象 發(fā)電機(jī)組直接相連接的一中樞點(diǎn)為系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)，假設(shè)其電壓恒定不變，將與之相連接的線(xiàn)路 阻抗作為近似的系統(tǒng)等值阻抗。這樣雖然可以得到近似的系統(tǒng)參數(shù)，實(shí)際上中樞點(diǎn)電壓往 往隨研究對(duì)象發(fā)電機(jī)組的工況變化而變化，導(dǎo)致計(jì)算誤差較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種基于非線(xiàn)性變量代換的電網(wǎng)等值參數(shù)快速計(jì)算方法，可以解決系 統(tǒng)等值電壓和阻抗不易獲得的問(wèn)題，通過(guò)非線(xiàn)性變量代換避免非線(xiàn)性方程組求解，大大降 低了計(jì)算的復(fù)雜程度，節(jié)約了計(jì)算量，具有計(jì)算速度快、精度高和易于應(yīng)用等特點(diǎn)。
[0005] -種基于非線(xiàn)性變量代換的電網(wǎng)等值參數(shù)快速計(jì)算方法，包括如下步驟：
[0006] 步驟一、獲得對(duì)象發(fā)電機(jī)在四個(gè)不同有功、無(wú)功出力下的機(jī)端電壓值；
[0007] 步驟二、將四個(gè)不同有功、無(wú)功出力下的數(shù)據(jù)代入單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)電路公式得到 聯(lián)立的非線(xiàn)性方程組：
[0008] 步驟三、對(duì)步驟二得到的公式進(jìn)行變量代換，將非線(xiàn)性方程組變換為線(xiàn)性方程 組；
[0009] 步驟四、解步驟三所得到的線(xiàn)性方程組，得到中間變量的值；
[0010] 步驟五、由解得的由中間變量的值求得系統(tǒng)等值阻抗和等值電壓。
[0011] 進(jìn)一步的，所述步驟一具體為：
[0012] 將研究對(duì)象發(fā)電機(jī)在四個(gè)不同工況下進(jìn)行測(cè)試或仿真計(jì)算，記錄或計(jì)算發(fā)電機(jī)機(jī) 端電壓值，得到四個(gè)不同有功、無(wú)功出力下的機(jī)端電壓，設(shè)四個(gè)不同工況下，發(fā)電機(jī)有功出 力、無(wú)功出力及其機(jī)端電壓分別為：
[0013]

[0014] 進(jìn)一步的，所述步驟二具體為：
[0015] 將四個(gè)工況的數(shù)據(jù)代入如下公式得到聯(lián)立的非線(xiàn)性方程組：
[0017] 其中R為系統(tǒng)等值電阻，X為系統(tǒng)等值電抗，Vs為系統(tǒng)等值電壓，P、Q分別為發(fā)電 機(jī)有功出力和無(wú)功出力，Vc為發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，Z2=R2+X2。
[0018] 進(jìn)一步的，所述步驟三具體為：
[0019] 引入中間變量kp、kq、kjPkv，對(duì)式⑴進(jìn)行非線(xiàn)性變量代換，令：
[0023] 所述步驟四具體為：解線(xiàn)性方程組（3)，得到kp、kq、1^和kv。
[0024] 進(jìn)一步的，所述步驟五具體為：由解得的kp、kq、k#kv由下式求得系統(tǒng)等值阻抗 和等值電壓：
[0026] 本發(fā)明的有益效果：
[0027] 1、僅需進(jìn)行四次工況測(cè)量或計(jì)算，即可得到系統(tǒng)等值模型，步驟簡(jiǎn)單，大大節(jié)約了 試驗(yàn)或計(jì)算的時(shí)間；
[0028] 2、計(jì)算模型保留了系統(tǒng)等值的全部電阻和電抗，保證了計(jì)算的精確度；
[0029] 3、時(shí)通過(guò)非線(xiàn)性變換將非線(xiàn)性方程組變換為線(xiàn)性方程組，大大降低了求解難度， 避免了多解問(wèn)題，并節(jié)約了計(jì)算量。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1是本發(fā)明的等值單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)電網(wǎng)不意圖；
[0031]圖2是本發(fā)明的等值單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)電壓、電流向量圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面將結(jié)合本發(fā)明中的附圖，對(duì)本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0033] 本發(fā)明為基于非線(xiàn)性變量代換的電網(wǎng)等值參數(shù)的快速計(jì)算方法，所述方法包括如 下步驟：
[0034] 步驟一、獲得對(duì)象發(fā)電機(jī)在四個(gè)不同有功、無(wú)功出力下的機(jī)端電壓值；具體的，將 研究對(duì)象發(fā)電機(jī)在四個(gè)不同工況下進(jìn)行測(cè)試或仿真計(jì)算，記錄或計(jì)算發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓值， 得到四個(gè)不同有功、無(wú)功出力下的機(jī)端電壓，設(shè)四個(gè)不同工況下，發(fā)電機(jī)有功出力、無(wú)功出 力及其機(jī)端電壓分別為：
[0035]
[0036] 其中研究對(duì)象發(fā)電機(jī)之外的電力系統(tǒng)等值為一如圖1所示的單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)，其 中系統(tǒng)等值電阻為R，系統(tǒng)等值電抗為X，系統(tǒng)等值電壓為Vs。
[0037] 步驟二、將四個(gè)不同有功、無(wú)功出力下的數(shù)據(jù)代入單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)電路公式得到 聯(lián)立的非線(xiàn)性方程組，具體的，將四個(gè)工況的數(shù)據(jù)代入如下公式得到聯(lián)立的非線(xiàn)性方程 組：
[0039] 其中R為系統(tǒng)等值電阻，X為系統(tǒng)等值電抗，Vs為系統(tǒng)等值電壓，P、Q分別為發(fā)電 機(jī)有功出力和無(wú)功出力，Vc為發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，Z2=R2+X2;
[0040] 步驟三、對(duì)步驟二得到的公式進(jìn)行變量代換，將非線(xiàn)性方程組變換為線(xiàn)性方程組， 具體的，引入中間變量kp、kq、kz和kv，對(duì)式⑴進(jìn)行非線(xiàn)性變量代換，令：
[0042] 則式⑴可變化為線(xiàn)性方程組：
[0044] 步驟四、解步驟三所得到的線(xiàn)性方程組，得到中間變量的值；具體的，解線(xiàn)性方程 組（3)，得到kp、kq、kjPkv;
[0045] 步驟五、由解得的由中間變量的值求得系統(tǒng)等值阻抗和等值電壓，具體的，由解得 的kp、kq、kdPk^下式求得系統(tǒng)等值阻抗和等值電壓：
[0047] 下面結(jié)合一個(gè)具體實(shí)例對(duì)本方法做進(jìn)一步說(shuō)明：
[0048] 接入一大型電力系統(tǒng)的A發(fā)電機(jī)組額定容量為388MVA，其機(jī)端額定電壓為20kV， 現(xiàn)需要計(jì)算在發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，機(jī)端電壓不低于19. 15kV約束條件下不同有功出力下的 無(wú)功極限出力。
[0049] 利用本發(fā)明的方法計(jì)算接入系統(tǒng)的等值阻抗R、X和等值電壓％后，再用單機(jī)無(wú)窮 大系統(tǒng)下的電壓計(jì)算公式計(jì)算無(wú)功出力，并和保留完整電網(wǎng)的精確結(jié)果進(jìn)行比較。
[0050] 將該發(fā)電機(jī)在不同有功和無(wú)功出力下進(jìn)行潮流計(jì)算，可得到該機(jī)組四個(gè)不同工況 下的機(jī)端電壓值如下：
[0051]
[0052] 由式（3)，可得如下方程組：
[0054]解之，可得：
[0056]將式（6)代入到式（4)，可求得系統(tǒng)等值電壓和阻抗：
[0058] 利用本發(fā)明的方法得到的系統(tǒng)等值電壓和阻抗，用單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)下的電路公式 可計(jì)算出各有功出力下的無(wú)功極限出力，并和保留完整電網(wǎng)的精確計(jì)算結(jié)果比較如下：
[0059]
[0060] 由以上結(jié)果可知，利用本發(fā)明的方法，進(jìn)相計(jì)算結(jié)果和保留完整電網(wǎng)的精確計(jì)算 結(jié)果之間的誤差在0. 002%以?xún)?nèi)，在工程上可忽略不計(jì)。由此可以證明本發(fā)明的計(jì)算方法得 到的系統(tǒng)等值阻抗和系統(tǒng)等值電壓具有極高的精確度。
[0061] 以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何 屬于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng) 涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于非線(xiàn)性變量代換的電網(wǎng)等值參數(shù)快速計(jì)算方法，其特征在于包括如下步 驟： 步驟一、獲得對(duì)象發(fā)電機(jī)在四個(gè)不同有功、無(wú)功出力下的機(jī)端電壓值； 步驟二、將四個(gè)不同有功、無(wú)功出力下的數(shù)據(jù)代入單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)電路公式得到聯(lián)立 的非線(xiàn)性方程組： 步驟Ξ、對(duì)步驟二得到的公式進(jìn)行變量代換，將非線(xiàn)性方程組變換為線(xiàn)性方程組； 步驟四、解步驟Ξ所得到的線(xiàn)性方程組，得到中間變量的值； 步驟五、由解得的由中間變量的值求得系統(tǒng)等值阻抗和等值電壓。2. 如權(quán)利要求1所述的基于非線(xiàn)性變量代換的電網(wǎng)等值參數(shù)快速計(jì)算方法，其特征在 于所述步驟一具體為： 將研究對(duì)象發(fā)電機(jī)在四個(gè)不同工況下進(jìn)行測(cè)試或仿真計(jì)算，記錄或計(jì)算發(fā)電機(jī)機(jī)端電 壓值，得到四個(gè)不同有功、無(wú)功出力下的機(jī)端電壓，設(shè)四個(gè)不同工況下，發(fā)電機(jī)有功出力、無(wú) 功出力及其機(jī)端電壓分別為：3. 如權(quán)利要求2所述的基于非線(xiàn)性變量代換的電網(wǎng)等值參數(shù)快速計(jì)算方法，其特征在 于所述步驟二具體為： 將四個(gè)工況的數(shù)據(jù)代入如下公式得到聯(lián)立的非線(xiàn)性方程組：其中R為系統(tǒng)等值電阻，X為系統(tǒng)等值電抗，Vs為系統(tǒng)等值電壓，P、Q分別為發(fā)電機(jī)有 功出力和無(wú)功出力，Vc為發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，Z2= R2+χ2。4. 如權(quán)利要求3所述的基于非線(xiàn)性變量代換的電網(wǎng)等值參數(shù)快速計(jì)算方法，其特征在 于所述步驟Ξ具體為： 引入中間變量kp、kq、k,和ky，對(duì)式（1)進(jìn)行非線(xiàn)性變量代換，令：所述步驟四具體為：解線(xiàn)性方程組（3)，得到kp、kq、k,和k y。5.如權(quán)利要求4所述的基于非線(xiàn)性變量代換的電網(wǎng)等值參數(shù)快速計(jì)算方法，其特征在 于所述步驟五具體為：由解得的kp、kq、k,和ky由下式求得系統(tǒng)等值阻抗和等值電壓：(4 ):。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種基于非線(xiàn)性變量代換的電網(wǎng)等值參數(shù)快速計(jì)算方法，包括如下步驟：步驟一、獲得對(duì)象發(fā)電機(jī)在四個(gè)不同有功、無(wú)功出力下的機(jī)端電壓值；步驟二、將四個(gè)不同有功、無(wú)功出力下的數(shù)據(jù)代入單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)電路公式得到聯(lián)立的非線(xiàn)性方程組：步驟三、對(duì)步驟二得到的公式進(jìn)行變量代換，將非線(xiàn)性方程組變換為線(xiàn)性方程組；步驟四、解步驟三所得到的線(xiàn)性方程組，得到中間變量的值；步驟五、由解得的由中間變量的值求得系統(tǒng)等值阻抗和等值電壓。本發(fā)明通過(guò)4次潮流計(jì)算即可解得等值電壓和阻抗，通過(guò)非線(xiàn)性變量代換避免非線(xiàn)性方程組求解，大大降低了計(jì)算的復(fù)雜程度，節(jié)約了計(jì)算量，具有計(jì)算速度快、精度高和易于應(yīng)用等特點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】G06F19/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105404786
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510923980
【發(fā)明人】萬(wàn)黎
【申請(qǐng)人】國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院
【公開(kāi)日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2015年12月14日