電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定時域仿真的Taylor級數(shù)算法研究.pdf

1、隨著我國超大規(guī)模互聯(lián)電網(wǎng)的逐步形成，電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的計算維度逐漸增加，對高效快速的暫態(tài)穩(wěn)定數(shù)值積分算法的需求不斷增長與加強。自高階Taylor級數(shù)法引入暫態(tài)穩(wěn)定計算以來，對基于Taylor級數(shù)法的暫態(tài)穩(wěn)定快速仿真算法的研究工作一直沒有中斷。本文由研究常微分方程的高階導數(shù)快速遞推計算入手，從電力網(wǎng)絡高階時間導數(shù)的角度，研究了暫態(tài)穩(wěn)定時域仿真的Taylor級數(shù)算法。
　　從常微分方程高階導數(shù)的計算入手，研究了常微分方程的高階Tayl

2、or級數(shù)解法。提出了常微分方程高階導數(shù)遞推計算公式的形成條件及處理方法，并以此為基礎，對電力系統(tǒng)機電暫態(tài)仿真計算進行了分析。機電暫態(tài)過程中各動態(tài)元件的微分方程之間沒有直接的耦合關系，即其右端函數(shù)對各個狀態(tài)變量的混合偏導數(shù)為零，因此發(fā)電機功角等狀態(tài)變量的高階時間導數(shù)能夠逐階遞推，使得基于高階Taylor級數(shù)法的暫態(tài)穩(wěn)定計算得以實用。對常微分方程的高階導數(shù)遞推規(guī)律的研究，為高階Taylor級數(shù)暫態(tài)穩(wěn)定算法提供了數(shù)學基礎，發(fā)展和完善了快速高階

3、Taylor級數(shù)法暫態(tài)穩(wěn)定計算的理論體系。
　　為了提高方法的計算效率，對Taylor級數(shù)算法的階數(shù)選擇問題進行了深入研究。對于Taylor級數(shù)法暫態(tài)穩(wěn)定計算而言，主要的計算量都集中在高階導數(shù)的遞推計算過程，因此最高求導階數(shù)對于Taylor級數(shù)法的計算量有著舉足輕重的作用。本文提出了動態(tài)多維階數(shù)控制方法，在暫態(tài)穩(wěn)定仿真計算中根據(jù)計算精度對不同的發(fā)電機組采用不同的展開階數(shù)，以實現(xiàn)最大限度地壓縮計算過程中的冗余計算量，從而提高計算效率

4、。
　　另一方面，為了充分挖掘計算過程中各個時步的高階導數(shù)所蘊含的信息，提出了多步高階暫態(tài)穩(wěn)定計算方法。其積分公式包含多個時步的高階導數(shù)值，利用多步信息來提高算法的精度，從而降低了方法在每一時步的導數(shù)遞推的計算消耗。多步高階暫態(tài)穩(wěn)定計算方法保留了原Taylor級數(shù)法快速、遞推等優(yōu)點，通過簡單的積分格式設計實現(xiàn)了計算效率的提高，算法簡潔。所提方法能夠方便地與單步Taylor級數(shù)法銜接與過渡，從而在保證了一定的靈活性。與單步Taylo

5、r級數(shù)法相互配合，有效提高了暫態(tài)仿真的計算效率。
　　Taylor級數(shù)法作為顯式算法，其數(shù)值穩(wěn)定域是有限的。在進行多擺或者更長時間的仿真計算時，高階Taylor級數(shù)法的應用受到了局限。為了改進Taylor級數(shù)法的數(shù)值穩(wěn)定性，本文基于電力網(wǎng)絡高階時間導數(shù)的遞推計算體系，從多步高階導數(shù)的積分計算通式出發(fā)，提出了同時具有高階數(shù)和大數(shù)值穩(wěn)定域等特性的多步高階隱式Taylor級數(shù)算法。通過合理的計算參數(shù)設計，能夠使所提算法的數(shù)值穩(wěn)定域包含h

6、μλ=域平面的整個負半平面。根據(jù)暫態(tài)穩(wěn)定計算模型，設計了多步高階隱式Taylor級數(shù)法的算法實現(xiàn)流程。多步高階隱式Taylor級數(shù)法能夠保留原Taylor級數(shù)法準確、快速、遞推和編程簡單的優(yōu)點，同時具有良好的數(shù)值穩(wěn)定性。隱式Taylor級數(shù)法與單步和多步Taylor級數(shù)法結合成統(tǒng)一的整體，是一種有效的時域仿真算法。
　　本文算法均通過算例進行了驗證，結果令人滿意。暫態(tài)穩(wěn)定時域仿真的Taylor級數(shù)算法，從電網(wǎng)的高階時間導數(shù)的角度分