[发明专利]适于电磁暂态仿真的大规模配电网络整体模型化简方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于配电网络整体模型化简方法。特别是涉及一种对规模庞大、结构复杂且高度不对称的配电网络进行整体上的模型化简的适于电磁暂态仿真的大规模配电网络整体模型化简方法。

背景技术

近代以来，电能一直是能源利用的最有效方式之一。随着人类经济社会发展对能源需求的不断增长以及环境问题的日益突出，传统的以化石燃料为主导的集中式发电方式受到挑战，能够充分利用各种新能源的分布式发电技术正受到越来越广泛的重视和应用。分布式发电技术主要是指利用各种可用的分散存在的能源，包括可再生能源（太阳能、生物质能、小型风能、小型水能、波浪能等）和本地可方便获取的化石类燃料（主要是天然气）进行发电供能的技术。相对于传统的大规模集中式发电技术（如大型火电厂、水电厂），分布式发电技术具有经济性好、灵活性高、对环境友好等诸多优点。然而，分布式发电技术的多样性增加了其并网运行的难度，大量分布式电源的并网运行对电网的运行与调度也提出了诸多新的挑战。

现有研究和实践表明，将分布式发电供能系统以微网的形式接入到大电网并网运行是发挥其效能的最有效方式。微网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。微网技术的提出旨在实现中低压层面上分布式发电技术的灵活、高效应用，解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网运行问题。随着单位千瓦电能生产价格的不断下降以及政策层面的有力支持，分布式发电微网及相关系统集成技术正得到越来越广泛的应用。

分布式发电技术和微网技术的不断成熟极大地推动了智能电网的发展。智能电网以通畅的双路通信、高级传感器和分布式计算等技术为基础，目的是实现电网运行和控制的信息化与智能化，从而改善能源结构和利用效率，满足各种关键的供能需求，提高电力传输的经济性、安全性和可靠性。智能电网涉及发电、输电、变电、配电、用电以及调度等6个环节。其中，智能配电网通过应用各种先进的信息技术,实现电网的数字化、信息化、自动化和智能化,并最终实现配电网与用户间的互动,以满足未来各种关键的技术需要，包括：实现资产优化提高运行效率；兼容各种分布式电源和储能设备；创造新的产品、服务和市场；实现用户的积极参与；提高配电网的安全性,电网故障时具有自愈功能；提高配电网的稳定性,以灵活的运行方式抵御各种物理破坏、网络攻击和自然灾害；根据需求提供不同质量的电能。因此，智能配电网将是未来智能电网技术发展的重中之重。未来智能配电网可能并不直接面向各种分布式电源，而是通过微网实施对分布式电源的有效管理，这样既保证了对配电网的安全运行产生尽可能小的影响，又能够实现分布式电源的“即插即用”，同时可以最大限度地利用可再生能源和清洁能源，对解决大量分散的分布式电源在配网中的运行问题具有重要意义。

配电网在智能电网中扮演着十分重要的角色，各种形式分布式电源、储能装置、微网及电动汽车充放电等设施的接入，特别是与用户的灵活互动都需要依靠配电网来体现。配电系统作为电力系统到用户的最后一环，与用户的联系最为紧密，对用户的影响也最为直接，已越来越引起人们的重视。同时，配电网还具有网络规模庞大、结构复杂、结构与参数不对称等特点。特别是当大量的分布式电源并网后，会极大地改变配电网的运行特征，其动态过程也将更为复杂，因此需要借助快速有效的仿真工具和方法来研究含有各种分布式电源及储能装置的配电网的动态行为。此外，未来智能配电网作为现有配电自动化系统的发展和延伸，在故障定位、隔离与自愈，分布式电源出力及负荷调度，计算机辅助决策等方面都对仿真计算速度提出了更高的要求，这与配电网日益复杂且庞大的网络结构是相矛盾的。因此，研究面向配电网络的模型整体化简方法以实现高维复杂配电系统的快速、准确、高效仿真是极为必要的。

在传统电力系统数字仿真的研究中，分别针对电磁暂态过程与机电暂态过程发展出了相应的数字仿真方法，即电磁暂态仿真方法与机电暂态仿真方法，二者从元件的数学模型到仿真计算方法具有完全不同的特征。对于含分布式电源、微网及储能装置的智能配电网动态过程的研究同样需要借助传统电力系统仿真计算方法，即以电磁暂态仿真方法为基础研究系统中相对较快的动态过程，而以机电暂态仿真方法为基础研究其中相对较慢的动态过程，其中“较快”和“较慢”都是相对而言的，但在一般情况下以工频为界加以区别是合适的。本发明重点关注面向智能配电网快动态过程，采用电磁暂态仿真建模方法实现的网络模型整体化简方法，其中智能配电系统电磁暂态仿真也称为智能配电系统暂态仿真（transient simulation）。