改进的暂态稳定双向模块简化仿真算法

论文摘要

电力系统数字仿真是研究电力系统的重要工具,具有不可替代的作用。随着电力系统规模不断扩大,容量不断增大,电压等级不断提高,新的元器件不断应用到系统当中。工程应用中对电力系统数字仿真的要求逐步提高,一方面要求数字仿真具有良好的精确度,另一方面对仿真程序的速度有更高的要求,此外要求仿真程序有一定可扩展性,能够方便地添加的新的器件模型。本文的主要工作旨在改进仿真算法,满足上述要求。本文首先分析电力系统各个组成部分的数学模型,阐述了电力系统数字仿真的整体思路。给出了用于电力系统暂态仿真的网络、发电机、励磁器等控制器的数学模型。从数学概念出发,阐述了Newton法的基本思想。分析了影响暂态仿真计算速度的主要因素,指出迭代过程中重复进行的Jacobian矩阵的修正和分解是提高暂态稳定仿真速度的瓶颈。本文介绍了双向模块简化方法原理,通过和传统方法比较说明了双向模块简化方法具有无交接误差,收敛性好,且可模块化编程的优点。利用其正向简化和反向回代方法对电力系统网络和发电机等子模块进行了公式推导,得到编程可用的方程。利用第三章的推导结果,比较网络和发电机模块方程的Jacobian矩阵。根据矩阵的特点,本文采用部分矩阵分解的方法来提高暂态仿真的效率。Jacobian矩阵在仿真过程中除发生网络结构改变以外,只对与修正元相关的部分进行分解,并结合保存的矩阵分解结果得到和完整的矩阵LU分解相同的结果。算法优化之后,矩阵分解的工作量得到降低,仿真速度有较大提高,同时算法保持牛顿法良好的收敛性。最后编写了电力系统暂态仿真应用程序。分别以我国蒙西,山西,东北三个不同规模的实际电力网络为算例进行仿真验证。并且以BPA的仿真结果为标准,进行精度和计算速度的比较,比较结果说明了本文提出的优化方法的正确性和有效性。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电力系统暂态稳定概述
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 电力系统暂态稳定仿真
• 2.1 电力系统暂态稳定概述
• 2.2 电力系统暂态稳定的数学模型
• 2.3 暂态稳定仿真计算
• 2.4 暂态稳定数值解法流程
• 第三章 双向模块简化暂态稳定仿真算法
• 3.1 电力系统模块特性
• 3.2 双向模块简化方法原理
• 3.3 双向模块模型推导
• 3.4 双向模块暂态仿真计算流程
• 3.5 双向模块方法总结
• 第四章 双向模块暂态仿真算法优化
• 4.1 牛顿法简介
• 4.2 稀疏技术在暂态稳定仿真中的应用
• 4.3 部分矩阵分解方法在暂态仿真中的应用
• 4.4 小结
• 第五章 算例分析
• 5.1 仿真流程
• 5.2 算例
• 5.3 结果分析
• 第六章 全文总结
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 附录
• 致谢