有源配电网电磁暂态仿真模型降维化简方法研究

有源配电系统电磁暂态仿真是认知有源配电网中快动态过程的重要手段,也是揭示系统中各种暂态相关问题的基础工具,具有十分重要的理论意义与工程应用价值。随着各种分布式电源、储能、电动汽车、负荷等多样化设备的并网接入,有源配电网模型规模不断增大、结构日益复杂,极大地限制了其在电磁暂态仿真中的计算效率。对此,本文从有源配电网的电磁暂态仿真模型降维化简问题入手,从降维化简框架、模型降维方法、仿真实现方法、非线性扩展方法等四个方面开展研究,具体工作包括:(1)研究了基于Krylov子空间的线性系统降维化简理论在有源配电系统中的应用框架。建立了面向电磁暂态仿真模型降维化简的研究区域划分原则,为大规模线性系统模型降维方法的应用创造了条件;在此基础上,从Krylov子空间类模型降维化简技术的基本原理入手,研究了面向配电网络模型的空间投影基底构造方法、投影基底数值特性优化方法、投影降维实现方法等;(2)在基于Krylov子空间的有源配电网模型降维化简框架下,结合配电网络模型的具体特点,研究了能够保留模型初始结构特性的投影降维方法。面向降维化简计算效率与效果的提升,提出了一种基于一般支路模型的大规模配电网络状态空间自动建模方法,不仅能够满足保留配电网络模型无源性与稳定性的需求,同时降低了其初始模型规模与求解计算难度,大大改善了投影降维方法的适用性;(3)针对有源配电网降维化简方法在电力系统常用EMTP类电磁仿真程序中的实现问题,提出了一种基于化简误差控制的模型自动降维化简方法;在此基础上,提出了一种基于状态变量-节点分析混合仿真框架的有源配电网模型降维化简EMTP类程序实现方法,为有源配电网模型降维化简方法的实用化铺平了道路;(4)探索了将基于线性系统理论的模型降维化简方法扩展应用于具有非线性特征的有源配电网整体模型中的可行性。在所提出的配电网络建模方法的基础上,进一步设计了面向非线性环节的接口方法,以满足非线性系统建模需要。在此基础上,分别根据模型中非线性环节比例不同,设计实现了相应的模型降维与简化仿真计算方法以提升仿真计算效率。