[发明专利]一种大电网机电暂态仿真数值收敛性的识别和提高方法

说明书

本发明公开了一种大电网机电暂态仿真数值收敛性的识别和提高方法，基于交替求解中各积分时步迭代中发电机及其控制系统和动态负荷的输出变量的方差与均值之比，提出了暂态仿真数值收敛性指标，依据指标自动识别影响仿真收敛的关键动态元件，并从迭代初值改进、积分步长自动调整、静态负荷模型转换和迭代解合理选取方面，给出了提高仿真收敛性的方法，实现快速仿真分析；本发明针对目前国内通用的机电暂态仿真软件所采用的交替迭代求解算法，采用识别‑修正‑退出的三步策略，既保证了机电暂态仿真计算的稳定性，又能有效提高关键时段的仿真收敛性。

技术领域

本发明属于电力系统领域，具体涉及一种大电网机电暂态仿真数值收敛性的识别和提高方法。

背景技术

随着电力系统规模的不断扩大和模型精度的日益提高使得整个电网的分析耗时不菲，要求机电暂态稳定时域仿真能够提供更好的收敛性和更快的计算速度。暂态稳定时域仿真在数学上可以描述为大规模微分代数方程组初值问题。求解方法可分为联立与交替算法两大类。两类方法都以稳态解作为初值，逐步计算扰动后一系列离散时间点上的数值解，求得系统状态变量和代数变量的变化曲线。不同之处在于，交替解法将微分方程与代数方程求解交替进行。而联立解法采用适当的数值积分方法将微分方程组差分化后与代数方程组联立，同步求解。

大电网暂态稳定计算在电压和频率极端变化条件下，时常出现数值仿真振荡现象，迫切需要自动识别并进行必要的措施调整提高仿真收敛性。目前已有的研究成果大多针对联立求解法提出了改进收敛性的方法。例如文献《电力系统全过程动态仿真的数值方法—电力系统全过程动态仿真软件开发之一》(电网技术,2002,26(9):7-12,28)选用Gear法,可依精度要求采用不同的阶数，阶数越高误差常数越小；文献《一种可变步长的暂态稳定自适应修正牛顿组合算法》(中国电机工程学报,2011,31(34):105-112)提出了基于自适应修正牛顿算法和非诚实牛顿法的可变步长暂态稳定仿真组合算法，能够自动适应不同故障情况，提升仿真速率。

但是目前国内通用的机电暂态稳定时域仿真软件如中国电科院开发的中国版BPA，和南瑞集团开发的FASTEST，都是采用交替求解算法。为此，本发明结合自主开发的FASTEST软件，提出了一种提高机电暂态仿真中微分代数方程交替求解计算收敛性的方法。

发明内容

本发明的目的在于提高机电暂态仿真中微分代数方程交替求解计算收敛性，提出一种大电网机电暂态仿真数值收敛性的识别和提高方法，实现快速仿真分析，解决暂态仿真中微分代数方程交替求解收敛性计算速度慢的技术问题。

本发明采用如下技术方案，一种大电网机电暂态仿真数值收敛性的识别和提高方法，具体步骤如下：

1)从0时刻开始大电网机电暂态仿真，采用微分方程和代数方程交替求解计算各时步的解，定义k^max为每一积分时步允许的最大迭代次数，交流系统初始积分步长为h₀，FLAG1为是否采取缩小交流系统积分步长处理的标识，FLAG2为是否采取发电机模型迭代初值改进操作或者电力电子动态负荷模型内部积分步长调整操作的标识，(对于直流等电力电子型动态负荷，为准确模拟电力电子动态负荷的快速调节特性，其内部计算采用比交流系统积分步长更小的积分步长处理)，FLAG3(j)为各静态负荷模型节点是否采取静态负荷模型转换的标识，j为静态负荷模型节点编号，初始时FLAG1＝0，FLAG2＝0，FLAG3(j)＝0；

2)第2个积分时步及之后的积分时步每轮首次迭代时，即积分时步数n≥2且第n积分时步的迭代次数k_n＝0，判断第n-1时步的迭代次数k_n-1是否大于设定值k^set，且第n-1时步的暂态仿真数值收敛性指标最大值是否大于暂态仿真数值收敛性指标最大设定值A^maxset，如果是则进入步骤3)；否则进入步骤6)；