电力系统全过程动态（机电暂态与中长期动态过程）仿真技术与软件研究

本论文是电力系统全过程动态(机电暂态与中长期动态过程)仿真技术与软件研究成果的总结，论文的主要内容如下： 电力系统全过程动态仿真的特点是要实现快速的机电暂态过程和慢速的中长期动态过程的统一仿真。这是典型的刚性系统，需要采用具有自动变阶变步长技术的刚性数值积分方法。 在深入研究微分方程数值积分的基本理论和刚性微分方程的数值积分方法的基础上，本文根据微分方程的数值方法的收敛性和稳定性的基本理论，对适用于求解刚性微分方程的数值积分方法——Gear法进行了深入的研究和分析。认为Gear积分方法具有严密的理论基础、易于实现的实用算法和灵活的变阶变步长技术，是刚性系统仿真的十分有效的方法之一。在此基础上，提出了采用Gear积分方法作为电力系统全过程动态仿真微分方程求解的基本方法。并研究了根据积分的截断误差控制，自动变阶变步长的技术，为电力系统全过程动态仿真技术中的数值积分方法奠定了坚实的理论基础。 根据电力系统全过程动态仿真的数值积分的变阶变步长的要求，本文提出采用联立求解微分一代数方程法作为电力系统全过程动态仿真的网络求解方法。其特点是可以采取牛顿法或伪牛顿法实现，更适合于变步长技术的应用；可以消除了迭代过程中的交接误差。同时，牛顿迭代方法对步长力的限制较宽，可以采用较大的步长，从而克服了目前电力系统机电暂态程序中通常采用的简单迭代算法求解微分一网络方程，受迭代收敛条件的限制，积分步长h受限的问题。 本文根据电力系统全过程动态仿真软件的基本积分方法(Gear法)和微分一代数方程联立求解法，构造了Gear法联立求解微分方程组和代数方程组的牛顿迭代公式。导出了牛顿法联立求解微分方程组和代数方程组的雅可比矩阵，以及雅可比矩阵各元素的计算公式；导出了网络方程中电流注入量及偏导数的计算公式。形成了电力系统全过程动态仿真软件的基本计算公式。完成了为电力系统全过程动态仿真技术中理论和算法的基础研究。 故障模拟是电力系统动态仿真的重要内容。本文提出采用故障支路导纳阵处理复故障计算，该算法可以对一条支路发生任意重故障进行处理，而不需要增加支路或节点，克服了目前常用的电力系统机电暂态程序在处理复故障时，一般要按照事先预想的故障类型以及故障和操作发生的位置增加新的节点和小开关支路的问题。同时，也解决了各种继电保护和自动装置的动作发生的时间、地点 中囚电J］科学研究院博卜学位论义 摘要 的不确定性给软件的使用所带来的困难，从而大大提高了软件的计算效率和使用 的方便性。 电力系统全过程动态仿真除了需要详细模拟电力系统动态元件的机电暂态 过程外，还要有详细的中长期过程的模型。本文在综合调查和分析的基础上，研 究了电力系统全过程动态仿真所需要的火电厂动力系统的数学模型、水电厂动态 模型、压水堆核电站模型以及自动发电控制（AGC）模型及其算法，并在电力系 统全过程动态仿真软件中得到了实现。 最后通过典型算例，对电力系统全过程动态仿真软件进行了测试。经过与中 国版BPA暂态稳定程序的仿真对比，验证了电力系统全过程动态仿真软件的暂 忐稳定计算功能仿真结果准确性；通过中长期过程仿真和 AGC功能的测试和分 折，说明了全过程动态仿真软件仿真结果的合理性。从而验证了本文所提出的数 值计算方法和仿真技术的正确性和有效性，适用于仿真电力系统从机电暂态到中 长期动态的全过程。