[发明专利]一种基于三层分区和电气距离的电磁暂态仿真等值方法

权利要求书

1.一种基于三层分区和电气距离的电力系统电磁暂态仿真等值方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将电力系统分为内-中-外三层区域，分别表示需要在电磁暂态仿真中作重点研究的区域、对重点研究区域仿真精度构成较大影响的区域、可用线性时不变等值网络替代的区域；

(2)确定电力系统内部与中间区域间的接口位置，即接口I；

(3)计算电力系统除内部区域外各节点相对接口I的电气距离；

(4)计算误差指标；

(5)确定临界电气距离的值；临界电气距离的确定应符合以下标准：若将所有电气距离大于该临界值的节点处的非线性元件用线性电路模型近似替代，其中，无源元件用恒阻抗模型，有源元件用恒压源串联恒阻抗模型，内部区域中受关注电气量相对原系统的误差指标E_ij仍能处于可接受的范围内；将电气距离低于临界电气距离的各主网节点纳入中间区域，而将其余主网节点纳入外部区域，即得到接口II的位置；为提高仿真效率，接口II的位置可根据电力系统实际拓扑结构作适当合理调整，尽可能减小外部区域的端口个数；

(6)结合临界电气距离与误差指标，识别中间区域与外部区域间接口，即接口II的位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于三层分区和电气距离的电力系统电磁暂态仿真等值方法，其特征在于：所述的步骤(1)具体为：根据具体研究需要，将电力系统中需要进行电磁暂态详细模拟的区域设为内部区域，包括直流输电系统、新能源并网系统或柔性输电系统，将交流主网中对内部区域仿真精度有较大影响的部分纳入中间区域，将交流主网中对内部区域影响较小的部分设为外部区域。

3.根据权利要求1所述的一种基于三层分区和电气距离的电力系统电磁暂态仿真等值方法，其特征在于：所述的步骤(2)中将接口I设在含有电力电子元件的子系统的并网点，即PCC点；定义电力系统中除内部区域外各节点即主网节点与接口I之间的等值阻抗大小为两者间的电气距离，并计算其数值。

4.根据权利要求1所述的一种基于三层分区和电气距离的电力系统电磁暂态仿真等值方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，节点i和j间的电气距离D_ij定义为：

D_ij＝|U_ij/I_i|＝|(Z_ii-Z_ij)-(Z_ij-Z_jj)|

其中Z_ii，Z_ij和Z_jj代表节点阻抗矩阵的对应元素，I_i为接口Ⅰ即节点i处的注入电流，其余节点注入电流均为零，U_ij为两节点间电压降。

5.根据权利要求1所述的一种基于三层分区和电气距离的电力系统电磁暂态仿真等值方法，其特征在于：所述的步骤(4)中误差指标E_ij定义为：

其中v_r,ij(t)表示将主网节点j及电气距离更远节点处的非线性元件用线性电路模型替代后，内部区域受关注电气量的仿真结果；v_o,ij(t)表示原系统中该电气量的仿真结果；t_s与t_e分别表示观测时间窗口的起讫时刻。

6.根据权利要求1所述的一种基于三层分区和电气距离的电力系统电磁暂态仿真等值方法，其特征在于：所述的步骤(6)中，根据电气距离指标D_ij与误差指标E_ij，按照以下方法确定节点集合S，用于识别接口II的位置：

(a)计算主网节点j与接口I即节点i之间的电气距离D_ij，将各主网节点按照D_ij大小排序；

(b)计算各主网节点j对应的误差指标E_ij；

(c)根据实际精度需要，确定E_ij的可接受上限，将E_ij小于该上限的主网节点相对于节点i的最小电气距离定义为临界电气距离；将D_ij小于该临界值的节点集合记为S_i；

(d)若交流主网为多端口网络，即接口I包含多个节点，则重复步骤(a)-(d),取各个S_i的并集作为最终的节点集合S；

(e)识别接口II的位置：将不属于集合S的主网节点纳入外部区域；集合S中，按与外部区域是否直接相连，分别将对应节点识别为接口II或纳入中间区域：直接相连则识别为接口II，不直接相连则识别为中间区域节点。