1.一种机电暂态过程的仿真方法,其特征在于,包括:利用电力系统的元件参数和网络拓扑结构,形成描述所述电力系统机电暂态过程的第一微分-代数方程组;利用所述电力系统初始化时的运行参数,获得初始仿真结果,其中,所述初始仿真结果包括状态变量的初始值和网络变量的初始值;基于牛顿积分算法,根据所述初始仿真结果计算所述第一微分-代数方程组的雅可比矩阵,并在相邻两次迭代的雅可比矩阵解的残差小于第一预设阈值时,不更新雅可比矩阵,获得所述雅可比矩阵、所述第一微分-代数方程组的第一状态变量和所述第一微分-代数方程组的第一网络变量;利用所有设备的注入电流,形成描述所述电力系统机电暂态过程的第二微分-代数方程组;基于牛顿积分算法,根据所述雅可比矩阵、所述第一状态变量和所述第一网络变量对所述第二微分-代数方程组进行迭代求解,在相邻两次迭代的状态变量的残差小于第二预设阈值,且相邻两次迭代的网络变量的残差小于第三预设阈值时,获得所述第二微分-代数方程组的第二状态变量和所述第二微分-代数方程组的第二网络变量;当仿真时间达到仿真终止时间,输出仿真结果;其中,所述仿真结果包括所述电力系统各个节点的电压、功率、发电机功角曲线和发电机相对摇摆角曲线;其中,所述基于牛顿积分算法,根据所述初始仿真结果计算所述第一微分-代数方程组的雅可比矩阵,具体为:对所述第一微分-代数方程组采用隐式梯形积分法进行差分,得到公式(2)和(3):YV n+1 =I(x n+1 ,V n+1 ) (3)其中,Y是电力系统的导纳矩阵,h是步长,x n+1 为第n+1步的状态变量,x n 为第n步的状态变量,V n+1 为第n+1步的网络变量,V n 为第n步的网络变量;令公式(2)改成为公式(4):根据所述状态变量的初始值和所述网络变量的初始值,采用牛顿积分算法求解F(x n+1 ,V n+1 )=0,计算所述第一微分-代数方程组的雅可比矩阵;所述利用所有设备的注入电流,形成描述所述电力系统机电暂态过程的第二微分-代数方程组,具体为:对公式(2)和公式(3)采用牛顿积分算法求解,得到公式(10)和(14):其中,A G 、B G 、C G 和Y G 是雅克比矩阵,雅可比矩阵A G 、B G 、C G 和Y G 是(x,V)的函数, 为第k+1次迭代的第n+1步的状态变量, 为第k次迭代的第n+1步的状态变量, 为第k+1次迭代的第n+1步的网络变量, 为第k次迭代的第n+1步的网络变量;利用所有设备的注入电流,得到公式(18):将公式(18)代替公式(14),形成所述第二微分-代数方程组,所述第二微分-代数方程组如公式(10)和公式(18)所示:其中,Y Gn 是电力系统所有设备对应于非凸极效应的常数矩阵。
2.如权利要求1所述的机电暂态过程的仿真方法,其特征在于,所述第一微分-代数方程组如公式(1)所示:其中,微分方程表示电力系统元件的动态特性,是电力系统的状态方程;代数方程表示电力系统元件的静态特性,主要是系统的网络方程;x为n个状态向量,V为m个代数向量,微分代数方程组的阶数为n和m之和;Y是电力系统的导纳矩阵。
3.如权利要求2所述的机电暂态过程的仿真方法,其特征在于,所述利用所述电力系统初始化时的运行参数,获得初始仿真结果,其中,所述初始仿真结果包括状态变量的初始值和网络变量的初始值,具体为:利用所述电力系统初始化时的运行参数,采用简单欧拉法对初始状态变量进行预测,获得状态变量的初始值,则所述状态变量的初始值 为:其中,h为仿真步长,x n 为第n步的状态变量,V n 为第n步的网络变量;利用所述电力系统初始化时的运行参数,采用几何预测法对初始网络变量进行预测,获得网络变量的初始值,则所述网络变量的初始值 为:其中,V n-1 为第n-1步的网络变量,V n 为第n步的网络变量。
4.如权利要求1所述的机电暂态过程的仿真方法,其特征在于,所述相邻两次迭代的状态变量的残差具体为:其中, 为第k+1次迭代的第n+1步的状态变量, 为第k次迭代的第n+1步的状态变量;所述相邻两次迭代的网络变量的残差具体为:其中, 为第k+1次迭代的第n+1步的网络变量, 为第k次迭代的第n+1步的网络变量。
5.如权利要求1所述的机电暂态过程的仿真方法,其特征在于,所述方法还包括:当仿真时间未达到仿真终止时间,继续进行下一步长仿真计算。
6.一种机电暂态过程的仿真系统,包括:第一仿真模型单元:用于利用电力系统的元件参数和网络拓扑结构,形成描述所述电力系统机电暂态过程的第一微分-代数方程组;初始化单元:用于利用所述电力系统初始化时的运行参数,获得初始仿真结果,其中,所述初始仿真结果包括状态变量的初始值和网络变量的初始值;雅克比矩阵单元:用于基于牛顿积分算法,根据所述初始仿真结果计算所述第一微分-代数方程组的雅可比矩阵,并在相邻两次迭代的雅可比矩阵解的残差小于第一预设阈值时,不更新雅可比矩阵,获得所述雅可比矩阵、所述第一微分-代数方程组的第一状态变量和所述第一微分-代数方程组的第一网络变量;第二仿真模型单元:用于利用所有设备的注入电流,形成描述所述电力系统机电暂态过程的第二微分-代数方程组;求解单元:用于基于牛顿积分算法,根据所述雅可比矩阵、所述第一状态变量和所述第一网络变量对所述第二微分-代数方程组进行迭代求解,在相邻两次迭代的状态变量的残差小于第二预设阈值,且相邻两次迭代的网络变量的残差小于第三预设阈值时,获得所述第二微分-代数方程组的第二状态变量和所述第二微分-代数方程组的第二网络变量;输出单元:用于当仿真时间达到仿真终止时间,输出仿真结果;其中,所述仿真结果包括所述电力系统各个节点的电压、功率、发电机功角曲线和发电机相对摇摆角曲线;其中,所述基于牛顿积分算法,根据所述初始仿真结果计算所述第一微分-代数方程组的雅可比矩阵,具体为:对所述第一微分-代数方程组采用隐式梯形积分法进行差分,得到公式(2)和(3):YV n+1 =I(x n+1 ,V n+1 ) (3)其中,Y是电力系统的导纳矩阵,h是步长,x n+1 为第n+1步的状态变量,x n 为第n步的状态变量,V n+1 为第n+1步的网络变量,V n 为第n步的网络变量;令公式(2)改成为公式(4):根据所述状态变量的初始值和所述网络变量的初始值,采用牛顿积分算法求解F(x n+1 ,V n+1 )=0,计算所述第一微分-代数方程组的雅可比矩阵;具体的,第二仿真模型单元具体为:用于对公式(2)和公式(3)采用牛顿积分算法求解,得到公式(10)和(14):其中,A G 、B G 、C G 和Y G 是雅克比矩阵,雅可比矩阵A G 、B G 、C G 和Y G 是(x,V)的函数, 为第k+1次迭代的第n+1步的状态变量, 为第k次迭代的第n+1步的状态变量, 为第k+1次迭代的第n+1步的网络变量, 为第k次迭代的第n+1步的网络变量;用于利用所有设备的注入电流,得到公式(18):用于将公式(18)代替公式(14),形成所述第二微分-代数方程组,所述第二微分-代数方程组如公式(10)和公式(18)所示:其中,Y Gn 是电力系统所有设备对应于非凸极效应的常数矩阵。
7.如权利要求6所述的机电暂态过程的仿真系统,其特征在于,所述第一微分-代数方程组如公式(1)所示:其中,微分方程表示电力系统元件的动态特性,是电力系统的状态方程;代数方程表示电力系统元件的静态特性,主要是系统的网络方程;x为n个状态向量,V为m个代数向量,微分代数方程组的阶数为n和m之和;Y是电力系统的导纳矩阵。
8.如权利要求6所述的机电暂态过程的仿真系统,其特征在于,所述相邻两次迭代的状态变量的残差具体为:其中, 为第k+1次迭代的第n+1步的状态变量, 为第k次迭代的第n+1步的状态变量;所述相邻两次迭代的网络变量的残差具体为:其中, 为第k+1次迭代的第n+1步的网络变量, 为第k次迭代的第n+1步的网络变量。