基于辛RKN方法的电力系统暂态稳定性计算研究

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随着当今计算机技术的高速发展,电力系统数字仿真的研究也逐渐增多,不仅体现在研究的内容上,而且具体到仿真的方法和手段。其中数值积分方法是电力系统暂态稳定性计算中最基本、最可靠的计算方法,也是现代电力系统运行和规划部门求解暂态稳定性问题的主要方法。目前,电力系统暂态稳定性分析计算中最常用且认为比较满意的数值计算方法是改进欧拉法和四阶龙格—库塔法两种显式积分法,以及隐式梯形法积分法。其中改进欧拉法由于计算精度低且数值稳定性差,通常只适用于简单模型的暂态过程计算;龙格—库塔法的计算精度优于改进欧拉法,但其计算量比较大;而隐式梯形法在数值稳定性和对刚性微分方程组的适应性均优于显式积分法,且具有二阶精度,三阶截断误差。因此,梯形积分法常被用于大规模电力系统暂态稳定时域仿真,但在用牛顿法求解的过程中,每一步都需要重新形成和求解雅可比矩阵,耗费机时较多。辛几何算法是一种“干净”的算法,即它能够保持系统辛几何结构以及没有人为耗散等特点,且在数值稳定性和计算精度上具有优越性。本文主要介绍了两类辛几何算法,即一类是显式的辛几何算法,另一类是隐式辛几何算法。从辛几何的性质出发,介绍了几种不同格式的辛RKN方法,并将其引入到电力系统暂态稳定性计算中,通过IEEE145节点系统的实验仿真算例验证了该算法的有效性。  显式辛RKN算法执行方便,计算过程简捷,数值的稳定性也比较好。在稳定的情况下,采用较大积分步长进行数值计算时,显式辛RKN算法仍然具有较好的计算精度和数值稳定性,并将4阶显式辛RKN法与传统4阶的Runge-Kutta法相比,其误差精度高、计算速度更快。  隐式辛RKN算法是求解大规模电力系统的有效的新型计算方法,具有较高的计算精度和良好的数值稳定性。推导出了一种基于隐式辛RKN算法的电力系统暂态稳定性的并行计算公式。在积分步长的选取方面,隐式辛RKN算法所取的积分步长要远大于梯形法的积分步长,且暂态仿真计算结果表明隐式辛RKN算法的计算精度要远远高于梯形法的计算精度。因此,隐式辛RKN算法是一种较好的计算电力系统暂态稳定性的数值计算方法。
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