[发明专利]一种交直流电力系统的混合实时仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种交直流电力系统的混合实时仿真方法，特别是大规模实际交直流系统，属于电力系统暂态仿真技术领域。

背景技术

现代工农业生产、社会和人民生活对电能的需求急剧增加，电力系统随之飞速发展，系统规模越来越大，发电量、电网输送的电能以及负荷消耗的电能也显著增加。同时，电力系统中新型的响应快速的控制器和装置广泛采用，特别是诸多直流输电工程投运和大量大容量电力电子装置在电网投运，使得电力系统中各类暂态过程紧密耦合。电力系统的暂态行为和过程所包含的电磁暂态过程和机电暂态过程，二者有机结合，是一个连续的过程，难以截然分离，在现代电力系统中这些暂态过程的耦合更加紧密。电力系统中电磁暂态过程和机电暂态过程是同时发生并相互影响的，如果能将二者结合起来统一考虑，则不但有助于了解大系统暂态稳定过程的动态特性，而且有助于了解大系统中某一特定部分的暂态变化过程。特别是当系统中存在电力电子设备或直流系统时，如果能将电力电子设备或直流系统用电磁暂态模型模拟，而将与其相连的网络用机电暂态模型模拟，那么对于直流系统而言，直流多落点系统的稳定性、换相失败、直流控制与保护以及交直流相互作用等问题都将得到详细、准确的分析；而关于电力电子设备对系统的影响和作用及其控制策略的研究也将登上一个新的台阶。

目前混合实时仿真在实际应用中误差问题和应用局限性日益突出，最为突出的问题有如混合仿真对接口近端(电磁暂态侧细致建模、仿真系统的附近)故障或扰动的模拟误差严重等，影响了混合仿真的准确性和可信度。

问题之一在于电磁暂态与机电暂态混合仿真接口模型，如下所述。

(1)当电磁暂态侧系统功率源作为接口模型时，大扰动情况下接口模型不能反映电磁暂态侧系统的特性。此外，功率计算式也不明晰，普遍采用电磁暂态侧离散的瞬时功率计算点做平均的方法，这种计算方法是否准确，以及接口对机电暂态侧系统稳定性计算结果有何影响，在已有研究中并未涉及，仍需要从原理上研究并阐述清楚。

(2)当机电暂态侧系统采用戴维南等值电压源作为接口模型时，有研究认为在接口交互过程中涉及谐波过程时，接口电源模型内阻应当采用频率相关等值。但是主要问题有：频率相关等值难以实现，面对实际大规模电网基本不可能实现；基波等值阻抗在此问题会导致混合仿真对接口谐波过程模拟的结果误差严重，但其原因分析并不透彻；频率相关等值阻抗和基波等值阻抗的适用性和必要性尚未明晰，缺乏面向实际工程应用的接口模型。

问题之二在于电磁暂态与机电暂态混合仿真交互计算方法，如下所述。

考虑到仿真的实时性，混合仿真多采用非迭代的交互计算时序，在这种交互时序下，单侧计算中对侧所提供的接口边界条件必然存在1～2个交互步长的延迟，这是混合仿真接口交互误差的本质，应当治理。故障或大扰动发生时刻，系统变结构，诸多电气量和输出量发生突变，特别是故障在接口母线附近发生时，接口电气量发生大幅跳变，故障发生侧的“突变信息”在对侧不能得到准确的反映，故障时刻一个交互步长中两侧的接口边界条件均不准确，很大程度上歪曲了故障对整个系统的“冲击”，继而导致混合仿真难以准确模拟故障扰动后续系统的暂态行为和暂态特性。交互误差在这种情况下非常突出。故障过后系统恢复阶段的暂态过程模拟，接口量有较明显的波动，交互误差的存在影响了仿真对象两侧系统正确的物理交互过程，且在每个交互步长交互误差累积下，闭环混合仿真歪曲了两侧系统的暂态特性，特别是故障过后短时间内系统尚未恢复稳态，接口量波动频率、幅度均较大，交互误差比较突出。

发明内容

本发明的目的是提出一种交直流电力系统的混合实时仿真方法，基于预估校正机制的并行混合实时仿真进行交互计算，有效减少混合仿真模拟交直流电力系统暂态过程的误差，确保混合实时仿真对交直流电力系统模拟的准确性。

本发明提出的交直流电力系统的混合实时仿真方法，包括以下步骤：

(1)将交直流电力系统分成电磁暂态侧和机电暂态侧，建立电磁暂态侧直流系统大扰动时交直流电力系统分网接口处电压输入与功率输出之间的响应模型如下：