电力系统数值仿真计算与分析 3.pptx
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电力系统数值仿真计算与分析时域法暂态稳定仿真,张恒旭山东大学电气工程学院,一、概述,2,山东大学电气工程学院,电力系统动态响应,3,山东大学电气工程学院,暂态仿真的目的,4,山东大学电气工程学院,获得系统在给定扰动下的动态响应,校核是否满足运行要求校核控制措施是否满足要求比较不同控制措施间的效果异同开发新型设备需要,例如各种FACTS设备、储能装置等电力系统安全防御需要,不同状态需要不同控制措施,FrequencycontrolVoltagecontrolLoadflowcontrol,5,山东大学电气工程学院,Under-frequencyloadsheddingUnder-VoltageloadsheddingSpecialsystemprotectionOver-frequencygeneratortrip,电力系统动态稳定计算整体框架,6,山东大学电气工程学院,暂态稳定分析由于主要研究发电机转子摇摆特性,主要和网络中的工频分量有关故发电机可忽略定子暂态而采用实用模型网络采用准稳态模型负荷则采用静态模型或(和)计及机械暂态或机电暂态的动态模型,7,山东大学电气工程学院,二、数学模型求解要素,8,山东大学电气工程学院,网络中的电磁暂态比发电机内的机电暂态过程衰减更快,所以一般不考虑电力网络内发生的暂态过程。
以代数方程描述电力网络,、F的形式并不是一成不变,9,山东大学电气工程学院,仿真计算过程,10,山东大学电气工程学院,微分方程-代数方程联立求解,交接误差,11,山东大学电气工程学院,发电机节点处理,
(1)发电机采用经典模型时的处理方法,发电机等值导纳,和发电机等值电流源相并联的形式。
将YG并入导纳阵,无操作时导纳阵不变,而每时步据发电机转子角更新发电机注入网络的等值电流源,即可求解网络方程,计算节点电压。
12,山东大学电气工程学院,
(2)考虑凸极效应的直接解法,13,山东大学电气工程学院,其实质是将网络复数线性代数方程实、虚部分开,增阶化为xy同步坐标下的实数线性代数方程,并将发电机方程由dq坐标化为xy坐标,再和网络方程联立求解,最终是在实数域内求解线性代数方程。
这种解法对负荷非线性适应能力差,且发电机方程由dq坐标据转子角转化为xy坐标,引起导纳阵中发电机节点相应的对角(22)子块由于变化而为非定常元素,每一时步要重新计算因子表,机时多且内存要增加一倍,目前在实用的暂态稳定分析程序中已不再采用此法。
但这种方法物理概念清楚,不需迭代,求解网络方程为求解实线性代数方程组,也有一定优点。
(3)考虑凸极效应的迭代解法,14,山东大学电气工程学院,该方法特点是力求在复数域中求解线性代数方程来实现网络,方程求解,并要求导纳阵元素在无操作时保持定常,而不随发电机转子角而变化,从而克服了直接解法的缺点。
但发电机的凸极效应及转子角变化对机网接口计算的影响,都,要通过修正发电机注入网络的电流源来计及,而电流源计算还同tn+1时刻的节点电压值有关。
由于tn+1时刻的节点电压正待计算,而不预知,因此tn+1时刻,相应的电流源也不能预先准确计算,故要通过迭代,逐步逼近准确值,这就是迭代解法的本质。
迭代解法相对于直接解法有节省内存、因子表定常、计算速,度快、便于适应非线性负荷模型等特点,但计算中每时步计算,需要迭代,并有迭代误差。
迭代解法在一些实用暂态稳定分析程序中仍在使用,并常和改进欧拉法求解微分方程相结合。
(4)考虑凸极效应的牛顿法牛顿法是求解非线性代数方程组的优良方法,有良好的收敛性能,已广泛用于电力系统潮流计算。
当发电机计及凸极效应,负荷计及非线性,系统中元件微分方程化为差分代数方程后,全网的代数方程联立,实质上是要求解一组非线性代数方程,故也可采用牛顿法求解。
相对于直接解法和迭代解法,用牛顿法进行机网接口计算编程复杂,因为要计算雅可比矩阵元素,而雅可比矩阵元素随时间而变化,故计算机时也较多。
但其最大优点是对非线性元件模型的适应性好,可将微分方程的差分代数方程和系统代数方程联立求解,无“交接误差”,故计算精度高、累计误差小,因而在暂态稳定分析中广泛应用。
它常和隐式梯形积分法求解微分方程相结合。
15,山东大学电气工程学院,复杂模型时机网接口,详细内容参见动态电力系统分析倪以信第8章、电力系统计算第6章,16,山东大学电气工程学院,负荷的处理,17,山东大学电气工程学院,在暂态稳定计算中,负荷通常有以下4种模型恒定阻抗的线性负荷模型计及负荷电压特性的非线性(静态)负荷模型计及感应电动机机械暂态的动态负荷模型计及感应电动机机电暂态的动态负荷模型,负荷采用恒定阻抗模型可将其并入导纳阵,即修正导纳阵中相应节点对应的对角元素。
则网络方程求解时原来负荷节点的注入电流取为零即可。
18,山东大学电气工程学院,当负荷采用非线性模型时,根据机网接口的方法,一般有相应的两种处理方法
(1)当机网接口采用迭代解法时,在每一时步计算时,同发电机机端电压预报相似,预报负荷节点电压,然后由负荷特性算出相应的负荷有功、无功功率,进而计算负荷注入网络的等值电流,将其代入网络方程中电流矢量相应元,则可求解网络方程,得全网节点电压。
若求得的负荷节点电压和预报值一致,则计算结束,否则更新预报值,进行迭代,直到收敛。
由于在迭代解法中发电机计及凸极效应,也要进行迭代,故二者同时作迭代计算,所需机时不会明显增大。
(2)当机网接口用牛顿法时,全网所有线性或非线性代数方程联立,建立雅可比矩阵方程,用牛顿法迭代求解,则负荷非线性方程加入一起计算即可。
19,山东大学电气工程学院,初值平衡,20,山东大学电气工程学院,网络操作与故障处理,21,山东大学电气工程学院,线路无故障开断修改导纳矩阵发电机开断去除发电机,并根据需要修改导纳矩阵负荷开断修改导纳矩阵,去除非线性元素三相短路微小电阻,拓扑不变,三、简化的动态稳定计算程序,22,山东大学电气工程学院,在精度要求不十分高、仿真时间较短的暂态稳定分析中,经常忽略原动机及调速系统动态,认为机械功率恒定;对发电机采用恒定的二阶模型;负荷考虑为计及感应电动机机械暂态的动态负荷和恒定阻抗负荷的组合;网络线性,用节点导纳阵方程表示。
本节介绍基于上述系统元件模型,用改进欧拉法求解微分方程,用迭代解法求解网络方程的电力系统暂态稳定时域分析法。
23,山东大学电气工程学院,24,山东大学电气工程学院,
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