[发明专利]面向大规模交流电网基于时频坐标变换的全电磁暂态仿真方法

说明书

一种面向大规模交流系统的全电磁暂态仿真方法，包括以下步骤：1)根据待仿真大规模交流系统，对每个元件建立对应时频坐标变换法的模型；2)分别建立各个元件的Norton等值电路，根据网络拓扑约束，建立其对应的节点电压方程3)求解每个时步下的节点电压方程，即可得到仿真结果。本发明方法可以同时得到变量的瞬时值波形和相量值波形，适用于大规模交直流系统的安全稳定分析和日常方式计算，具有极大的工程实用价值。

技术领域

本发明涉及电力交流系统，特别是一种面向大规模交流系统的全电磁暂态仿真方法。

背景技术

针对大规模交流系统控制保护系统的精细化设计，需要考虑整个系统的电磁暂态过程，尤其是内部各个动态元件之间相互作用产生的高频动态过程。传统电磁暂态模型和机电暂态模型尚不能同时满足大规模交流系统仿真精度和仿真效率的要求，也无法给出系统宽频相量值的波形。

例如：EMTP-RV、PSCAD/EMTDC等基于隐式梯形积分法的电磁暂态仿真方法，被认为是目前反映大规模交流系统动态过程最准确的仿真工具。然而，该仿真方法的一个直接的弊端是仿真步长过小，由于数值稳定性的限制通常在10-50μs使得仿真效率极为低下；而且其电磁暂态模型只能得到动态变量的瞬时值波形，无法同时给出变量的相量值波形。

PSS/E、PSD-BPA等基于机电暂态的仿真方法，由于其仿真效率比较高，机电暂态仿真方法被广泛用于模拟大规模交流系统的动态过程。但是，机电暂态模型由于建模的原因，只能给出各个变量基波以下频率的相量值，无法反映系统中高频以上的动态特性。目前控制保护策略的精细化设计，需要仿真结果可以反映中高频的动态特性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种面向大规模交流系统的全电磁暂态仿真方法。该方法采用基于时频坐标变换的时频坐标变换法，对大规模交流系统中的各个元件进行建模，不仅可以同时给出变量的瞬时值和相量值的波形，而且该相量值波形同时保留了低频分量和中高频分量。该方法针对实际工程的仿真测试和控制保护测试具有现实的理论意义和推广价值。

本发明的技术解决方案如下：

一种面向大规模交流系统的全电磁暂态仿真方法，其特点在于该方法包括以下步骤：

1)采用时频坐标变换法，对交流系统中的每个元件建立起对应时频坐标变换法的模型：

1-1)时频坐标变换法如下：

在交流系统中，变量的频带通常为以基波频率ω_s为中心的一个窄波带，因此，每个变量均可以表示成时频坐标变换法的形式如下：

其中，为x(t)的复数包络；x_R(t)和x_I(t)分别对应的实部和虚部；

假定某个元件对应的动态方程为：

相应地，该方程基于变换T(t)转化为时频坐标变换对应的形式如下：

采用隐式梯形积分法，(3)可以离散差分化为：

其中，对应时频坐标变换形式下的状态变量和微分项；Δt对应仿真步长；

根据下式以及旋转坐标变换Q(t)，

式(5)中的变量可以转换为其对应的时域形式：

将式(8)中变量的实部和虚部分开，可得：