利用自适应多阶段全纯嵌入方法和基于帕德（Padé）的稳定性指标进行瞬态电力系统分析

《IEEE Access》：Transient Power System Analysis using an Adaptive Multi-Stage Holomorphic Embedding with Padé-Based Stability Indicators

　　

摘要：

传统的电力系统动态仿真方法主要依赖于数值积分方案，这些方案在严重的突发事件后可能会导致效率下降。而现有的动态全纯嵌入方法则受到收敛半径限制的制约，并且缺乏基于分析稳定性信息的自适应机制。为了解决这些问题，本文提出了一种基于多阶段全纯嵌入方法（MS-HELM）与帕德逼近分析相结合的自适应动态仿真框架。在该方法中，系统动态变量通过麦克劳林级数展开来表示，其有效收敛区域通过帕德逼近得到扩展，从而可以通过局部级数传播实现显式的分析轨迹表示。该框架包含了详细的动态模型，包括同步电机的摆动方程、励磁系统、涡轮调速器以及一次和二次频率控制机制。本文提出了两个主要贡献：首先，提出了一种用于瞬态仿真的MS-HELM公式，该公式在保持全纯结构的同时，相对于传统的动态HELM实现减少了计算量；其次，提出了一种基于与最近帕德极点距离的在线稳定性指标，并通过时间一致性过滤和控制器响应意识来选择自适应时间步长。在IEEE基准系统和冰岛电力系统上的验证表明，所提出的方法能够准确再现突发事件后的动态行为，同时提高了鲁棒性，并将计算时间相对于参考方法减少了高达90%。此外，所提出的公式保持了与四阶龙格-库塔方法相当的数值精度，百分比差异低于0.1%。