面向电力系统无功调相机的镜像仿真系统及方法与流程

1.本发明涉及的是一种电网仿真领域的技术，具体是一种面向电力系统无功调相机的镜像仿真系统及方法。


背景技术：

2.高压电网多类镜像仿真问题(直流换流站、高压输电线路等)具有时空变换性强、偶发性高、动态变化机理复杂等特点，长期以来，实现定量的、全面的镜像仿真综合计算，一直是从事镜像仿真相关技术领域的生产、科研人员共同追求的目标。这其中包括两个重要方面，一是对于影响无功调相机运行稳态与暂态变化的分层分类致因进行分析，二是对于含无功调相机电力系统镜像仿真快速计算与计算收敛的研究。
3.现有基于优化牛拉法的统一解法，首先计算基波潮流，然后将结果进行迭代，计算潮流，之后再将计算出的基波潮流与潮流作为输入，再次计算新的基波潮流与潮流，在迭代数次之后，对基波潮流与潮流进行统一求解，其计算精度较高但计算规模大、内存消耗大、计算速度缓慢。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术计算规模大，所以必然面临所需内存大、计算速度缓慢等对于实际工程的应用不利的问题；以及由于节点的电压和电流与基波电压和基波电流不同，且当节点的基波电压发生较小变化时会使得电压变化很大，而且可能会导致结果不收敛的缺陷，提出一种面向电力系统无功调相机的镜像仿真系统及方法，结合实时数据计算含无功调相机电力系统的潮流分布，在每次迭代计算过程中只需要计算一次雅可比矩阵，并不会明显增加潮流计算的复杂性。同时，本方法具有高收敛性，特别是在雅可比矩阵奇异或者非线性方程组出现“病态”时，高阶收敛lm方法仍能够得到最小二乘解，为“病态”潮流的调整提供有价值的参考依据。
5.本发明是通过以下技术方案实现的：
6.本发明涉及一种面向电力系统无功调相机的镜像仿真系统，包括：系统建模模块、潮流计算模块、稀疏矩阵计算模块和潮流结果分析模块，其中：系统建模模块根据cfg配置文件与dat数据文件进行初始矩阵计算，得到系统初始矩阵结果，潮流计算模块根据初始矩阵信息，进行潮流初步迭代计算，得到迭代三代后的潮流计算结果，稀疏矩阵计算模块根据迭代三代后的潮流信息，进行迭代步长更新计算，得到自适应迭代步长结果，潮流结果分析模块根据自适应迭代步长信息，进行潮流计算，得到潮流计算结果。
7.所述的cfg配置文件包括：pq与pv节点编号、最高谐波次数h、迭代次数n、收敛精度ε1、自适应因子收敛精度ε2、初始自适应因子a0、常数m、s1、s2、s3。
8.所述的dat数据文件包括：元件参数、线路参数、拓扑信息、导纳矩阵。
9.本发明涉及一种基于上述系统的面向电力系统无功调相机的镜像仿真方法，通过将cfg配置文件与dat数据文件输入系统建模模块进行解析后；由数据接口模块将pq节点注
入的有功功率与无功功率、pv节点注入有功功率与电压幅值、pq节点初始电压与相角、pv节点初始相角、元件模型信息输入系统建模模块；再通过系统建模模块建立潮流计算模型，并将模型输入潮流计算模块后采用自适应levenberg-marquardt方法对潮流方程求解，实现镜像仿真。
附图说明
10.图1为本发明流程图；
11.图2为实施例流程图；
12.图3为实施例节点6谐波电压幅值示意图；
13.图4为实施例节点10谐波电压幅值示意图；
14.图5和图6为实施例仿真数据示意图。
具体实施方式
15.如图1所示，为本实施例涉及一种面向电力系统无功调相机的镜像仿真方法，采用自适应levenberg-marquardt方法为平台提供大规模城市高压电网运行工况下的高收敛性潮流计算能力，降低潮流计算的规模，具体包括以下步骤：
16.步骤1)将cfg配置文件与dat数据文件输入系统建模模块进行解析。
17.所述的cfg配置文件包括：算法计算中的pq与pv节点编号、最高次数h、迭代次数n、收敛精度ε1、自适应因子收敛精度ε2、初始自适应因子a0、常数m、s1、s2、s3。
18.所述的dat数据文件包括：元件参数、线路参数、拓扑信息、导纳矩阵。
19.步骤2)数据接口模块将pq节点注入的有功功率与无功功率、pv节点注入有功功率与电压幅值、pq节点初始电压与相角、pv节点初始相角、元件模型信息输入系统建模模块。
20.步骤3)系统建模模块建立潮流计算模型，该模型包括：pq节点h次潮流方程pv节点h次潮流方程其中：模型迭代中第i次的jacobian矩阵其中：模型迭代中第i次的jacobian矩阵为第k次迭代中第i个节点发电机的有功与无功出力，为第k次迭代中第i个节点h次有功与无功负荷，f
ih,k
为第k次迭代中第i个节点h次电压的实部与虚部，g
ij
、bij
为节点i、j之间的互电导与互电纳，为第k次迭代中第i个节点的h次电压，n为总节点个数；第k次迭代中第1到n个节点的h次谐波下的电压的实部和虚部构建的矩阵个数；第k次迭代中第1到n个节点的h次谐波下的电压的实部和虚部构建的矩阵个数；第k次迭代中第1到n个节点的h次谐波下的电压的实部和虚部构建的矩阵个数；第k次迭代中第1到n个节点的h次谐波下的电压的实部和虚部构建的矩阵为第k次迭代中第1到1个节点的h次谐波下的电压的实部的差值；δf
1h,k
为第k次迭代中第1到1个节点的h次谐波下的电压的虚部的差值；为第k次迭代中第1到n个节点的h次谐波下的电压的实部的差值；为第k次迭代中第1到n个节点的h次谐波下的电压的虚部的差值；f(x
h,k
)为第k次迭代中第1到n个节点的h次谐波下的有功功率不平衡量、无功功率不平衡量、电压不平衡量构建的矩阵。
21.步骤4)将模型输入潮流计算模块，采用自适应levenberg-marquardt方法对潮流方程求解，具体包括：
22.①
令h＝2，取a
h,k
＝a0，开始进行迭代；
23.②
根据初始f
ih,0
，计算各节点h次有功功率与无功功率的初解
24.③
令k＝0，开始进行迭代；
25.④
计算功率与电压幅值不平衡量：计算功率与电压幅值不平衡量：其中：为第k次迭代中第1个节点的h次谐波下发电机的无功功率值；为第k次迭代中第1个节点的h次谐波下发电机的无功功率不平衡量；为第k次迭代中第1个节点的h次谐波下发电机的有功功率值；为第k次迭代中第1个节点的h次谐波下发电机的有功功率不平衡量；为第k次迭代中第n个节点的h次谐波下发电机的无功功率值；为第k次迭代中第n个节点的h次谐波下发电机的无功功率不平衡量；为第k次迭代中第n个节点的h次谐波下发电机的有功功率值；为第k次迭代中第n个节点的h次谐波下发电机的有功功率不平衡量；
26.⑤
计算初始雅各比矩阵j
h,k
。
27.⑥
求解潮流方程组：f(x
h,k
)＝j
h,k
δx
h,k
，得到其中：为第k次迭代中第i个节点的h次谐波的雅可比矩阵
28.⑦
计算收敛性：当||δx
h,k
||＜ε，则得到h次潮流结果，将h＝h 1，然后返回第
②
步。当||δx
h,k
||≥ε，则进入第
⑧
步。
29.⑧
求解第一次lm迭代步d
h,k1
与自适应阻尼因子μ
h,k
，具体为：其中：d
h,k1
为第k次迭代中节点的h次谐波下的第一迭代步长；μ
h,k
为第k次迭代中节点的h次
谐波下的自适应阻尼因子求解第二次lm迭代步长d
h,k2
与中间值y
h,k
，具体为：求解第三次lm迭代步长d
h,k3
与中间值z
h,k
，具体为：置迭代步计算为s
h,k
＝x
h,k
y
h,k
z
h,k
；
30.⑨
计算取舍指标r
h,k
，具体为：其中：a
h,k
和t
h,k
均为中间变量值，无具体物理含义；判断x
h,k 1
取值：
31.⑩
更新自适应因子
32.令k＝k 1，返回第
④
步。
33.当h＝h时，迭代结束，得到潮流结算结果。
34.经过具体实际实验，在intel(r)core(tm)i7-10710u cpu@1.10ghz 1.61ghz 16gb内存的环境下，以ieee33节点配电网仿真模型参数运行上述方法，如图3-图6所示，pscad仿真计算耗时15.44s，牛拉法耗时0.67s，本方法耗时0.12s。可见本方法能够大幅降低计算时间。
35.上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。