阅读说明：本技术 一种适用于大规模交直流电网机电-电磁暂态混合仿真的接口定位方法 (Interface positioning method suitable for large-scale alternating current-direct current power grid electromechanical-electromagnetic transient hybrid simulation ) 是由 赵乐 熊雪君 冯煜尧 于 2021-07-19 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种适用于大规模交直流电网机电-电磁暂态混合仿真的接口定位方法,包含以下步骤：S1、基于无功功率注入法确定接口母线范围；S2、对所述S1中确定的接口母线范围内的所有母线进行阻频特性扫描并绘制阻频特性图；S3、分析所述S2中得到的各阶母线的阻频特性图,确定接口母线。本发明提出的一种适用于大规模交直流电网机电-电磁暂态混合仿真的接口定位方法,解决了目前大规模交直流电网机电-电磁暂态混合仿真接口定位无法量化描述或仅以换流器换流母线作为接口,所带来的仿真不准确的问题。(The invention provides an interface positioning method suitable for large-scale alternating current and direct current power grid electromechanical-electromagnetic transient hybrid simulation, which comprises the following steps of: s1, determining the interface bus range based on a reactive power injection method; s2, performing frequency resistance characteristic scanning on all buses in the interface bus range determined in the S1 and drawing a frequency resistance characteristic diagram; and S3, analyzing the frequency resistance characteristic diagram of the buses of each order obtained in the S2, and determining the interface bus. The invention provides an interface positioning method suitable for large-scale alternating current and direct current power grid electromechanical-electromagnetic transient hybrid simulation, which solves the problem of inaccurate simulation caused by the fact that the current large-scale alternating current and direct current power grid electromechanical-electromagnetic transient hybrid simulation interface positioning cannot be quantitatively described or only a converter bus is used as an interface.)

一种适用于大规模交直流电网机电-电磁暂态混合仿真的接 口定位方法

技术领域

本发明涉及电力系统仿真领域，具体涉及一种适用于大规模交直流电网机电-电磁暂态混合仿真的接口定位方法。

背景技术

随着越来越多高压直流输电系统、柔性直流输电系统及风电、光伏等可再生能源接入电网，现代电网已成为大规模交直流互联电网。

仿真分析是电力系统规划、运行的重要手段。传统的电力系统数字仿真可以分为机电暂态仿真和电磁暂态仿真。机电暂态仿真步长通常为毫秒级，计算速度快，计算规模可达数万节点，但是，其难以对反应快速的电力电子器件进行准确仿真；电磁暂态仿真步长为微秒级，可以对大型电力电子器件的进行详细建模，但算例建模复杂，计算量大，规模受限，且纯电磁暂态仿真过程中，对于大系统交流部分通常用一个电压源和一个阻抗组成的戴维南模型进行等效，但该等值模型无法反应发电机、调速器等元件的动态特性，难免与真实系统存在一定的差异，从而造成仿真建模准确性低。而机电-电磁暂态混合仿真是结合了机电暂态仿真和电磁暂态仿真，既可以对于通过大规模电力电子器件并网的设备进行精确仿真，又可以考虑其所在的大规模交流电网的整体暂态特性，成为研究大规模交直流电网运行机理与特性的重要工具。

机电-电磁暂态混合仿真技术自提出至今，机电暂态、电磁暂态接口定位一直是混合仿真研究的热点、难点问题，需要在仿真实现的准确性与复杂性之前进行平衡，目前通常有交直分网(以换流器的换流母线作为接口位置)和交交分网(以换流器的换流母线继续向交流侧延伸一定的距离作为接口位置)，交直分网相对较为简单，但其不能准确的反应换流母线周边的谐波影响，仿真精确度不高，交交分网相对较为复杂，可以在一定程度上考虑换流母线的谐波影响，但接口位置较难选取，目前尚无量化方法，本发明提出一种基于无功注入与阻频特性相结合的方法来确定机电-电磁混合仿真接口位置的方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种适用于大规模交直流电网机电-电磁暂态混合仿真的接口定位方法，以解决目前大规模交直流电网机电-电磁暂态混合仿真接口定位无法量化描述或仅以换流器换流母线作为接口，所带来的仿真不准确的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种适用于大规模交直流电网机电-电磁暂态混合仿真的接口定位方法，该方法首先基于国际上常用的电磁暂态仿真软件 RTDS和机电暂态仿真软件PSS/E，并使用现有的RTDS GTFPGA作为所述两个仿真软件的接口，构建了大规模交直流电网的机电-电磁混合仿真平台，基于此平台开展了大规模交直流电网机电-电磁暂态混合仿真的接口定位研究，包含以下步骤：S1、基于无功功率注入法确定接口母线范围；S2、对通过无功功率注入法确定的范围内的各阶母线进行阻频特性扫描并绘制阻频特性图；S3、分析所述S2中得到的各阶母线的阻频特性图，确定接口母线。

所述的步骤S1中，进一步地包括以下步骤：S11、在换流器的换流母线处注入定量的无功功率Q_inj；S12、计算换流母线周边的1～n阶各阶母线的电压偏差ΔU，以换流母线为0阶，该0阶母线电压为U₀，与换流母线直接相连的母线为1阶母线，该1阶母线电压为U₁，则该1阶母线的电压偏差为ΔU₁＝U₁-U₀；与该1阶母线直接相连的母线为2阶，该2阶母线电压为U₂，则该2阶母线的电压偏差为ΔU₂＝U₂-U₁；依次类推，i阶母线的电压偏差为ΔU_i＝U_i-U_i-1，直到计算得到n阶母线的电压偏差为ΔU_n＝U_n-U_n-1；

S13、计算并比较各阶母线的无功功率与电压变化率，确定接口母线范围。

所述的步骤S13中，进一步地包含以下步骤：S131、计算1～n阶各阶母线的无功功率与电压变化率，即

其中，Q_inj表示所述步骤S11中在换流器的换流母线处注入的无功功率，ΔU_i表示所述步骤S12中得到的i阶母线的电压偏差，k_i表示i阶母线的无功功率与电压变化率；

S132、比较1～n阶各阶母线的变化率，确定接口母线范围；

比较所述步骤S131中得到的各阶母线的无功功率与电压变化率k_i，在第j阶与第j+1阶母线的无功功率与电压变化率k变化不明显时，即时，取符合上述条件的最小的j_min阶母线和符合条件的最大的j_max阶母线分别作为接口母线的范围两端，即j_min～j_max阶母线为确定的接口母线范围。

所述的步骤S2中，进一步地包含以下步骤：在所述步骤S1中确定的范围内的各阶母线处，即所有的j_min～j_max阶各阶母线处，分别注入频率递增的谐波源，稳定运行后，测量不同频率下系统的阻抗大小；

S22、根据所述步骤S21中得到的各阶母线的不同频率下的阻抗大小，绘制 j_min～j_max阶各阶母线的阻频特性图。

所述的步骤S3中，具体分析如下，对j_min～j_max阶各阶母线的阻频特性图进行比较分析，取其中阻频特性变化不大的最小阶数的母线为接口母线；当 j_min～j_max中的第m阶母线与第m+1阶母线的阻频特性图有85％以上的重合度时，取其中阶数最小的m阶母线作为接口母线，其中，m为[j_min，j_max]范围内的整数。

综上所述，本发明所提供了一种适用于大规模交直流电网机电-电磁暂态混合仿真的接口定位方法，该方法解决了目前大规模交直流电网机电-电磁混合仿真接口位置无法量化描述或确定不准确，可能带来的仿真结果不准确，从而引起安全稳定分析不准确，安全策略制定不恰当的一系列问题。以下将结合附图对本发明的步骤作进一步说明。

附图说明

图1为一种适用于大规模交直流电网机电-电磁暂态混合仿真的接口定位方法的具体流程示意图。

具体实施方式

本发明基于国际上常用的电磁暂态仿真软件RTDS和机电暂态仿真软件 PSS/E，并使用现有的RTDS GTFPGA作为RTDS与PSS/E两个仿真软件的接口，构建了大规模交直流互联电网的机电-电磁混合仿真平台，本发明提供一种适用于上述大规模交直流电网机电-电磁暂态混合仿真平台的接口定位方法，具体步骤如下：

S1、基于无功功率注入法确定接口母线范围；

S11、在换流器的换流母线处注入定量的无功功率Q_inj；

S12、计算换流母线周边的1～n阶各阶母线的电压偏差ΔU；

以换流母线为0阶母线，该0阶母线电压为U₀，与换流母线直接相连的母线为1 阶母线，该1阶母线电压为U₁，则该1阶母线的电压偏差为ΔU₁＝U₁-U₀；与该1阶母线直接相连的母线为2阶母线，该2阶母线电压为U₂，则该2阶母线的电压偏差为ΔU₂＝U₂-U₁；依次类推，i阶母线的电压偏差为ΔU_i＝U_i-U_i-1，直到计算得到n阶母线的电压偏差为ΔU_n＝U_n-U_n-1；

S13、计算并比较各阶母线的无功功率与电压变化率，确定接口母线范围；

S131、计算1～n阶各阶母线的无功功率与电压变化率，即：

其中，Q_inj表示在换流器的换流母线处注入的无功功率，ΔU_i表示i阶母线的电压偏差，k_i表示i阶母线的无功功率与电压变化率；

S132、比较1～n阶各阶母线的无功功率与电压变化率，确定接口母线范围；

比较步骤S131中得到的各阶母线的无功功率与电压变化率k_i，在第j阶与第j+1阶母线的无功功率与电压变化率变化不明显时，即时，取符合上述条件的最小的j_min阶母线和符合条件的最大的j_max阶母线分别作为接口母线的范围两端，即j_min～j_max阶母线为确定的接口母线范围。

S2、对通过无功功率注入法确定的范围内的所有母线进行阻频特性扫描并绘制阻频特性图；

S21、在步骤S1中确定的接口母线范围内，即所有的j_min～j_max阶各阶母线处，分别注入频率递增的谐波源，稳定运行后，使用电磁暂态仿真软件中的阻频响应模型测量不同频率下仿真平台的阻抗大小；

S22、根据步骤S21中得到的各阶母线的不同频率下的阻抗大小，使用电磁暂态仿真软件绘制j_min～j_max阶各阶母线的阻频特性图。

S3、分析j_min～j_max阶各阶母线的阻频特性图，确定接口母线；

对步骤S2中得到的j_min～j_max阶各阶母线的阻频特性图进行比较分析，取其中阻频特性变化不大的最小阶数的母线为接口母线，即当j_min～j_max阶母线中的第m阶母线与第m+1阶母线的阻频特性曲线有85％以上的重合度时，取其中阶数最小的m阶母线作为接口母线，其中，m为[j_min，j_max]范围内的整数。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。