基于電磁暫態(tài)與機電暫態(tài)的混合仿真方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)暫態(tài)仿真技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于電磁暫態(tài)與機電暫態(tài)的混合仿真方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)與機電暫態(tài)混合仿真，一直是電力行業(yè)研究的重點，國內(nèi)外也已經(jīng)提出多種方法。但是，大多數(shù)混合仿真方法都比較復(fù)雜，且接口技術(shù)實現(xiàn)困難，仿真過程需要將機電暫態(tài)和電磁暫態(tài)仿真模型通過不同的仿真軟件分開進行模擬，這樣，降低了仿真速度，不易操作，仿真規(guī)模一般比較小。而且，如果采用硬件接口，會引入額外的通信時間，也會降低仿真的速度。
[0003]現(xiàn)如今，電力系統(tǒng)大規(guī)模分布式電源的接入，導致電力系統(tǒng)運行越來越復(fù)雜，一般仿真系統(tǒng)軟件的節(jié)點數(shù)受到了限制，仿真困難，仿真結(jié)果不精確，無法滿足電力系統(tǒng)仿真的需求，如果繼續(xù)采用上述方法，將無法滿足超大規(guī)模電力網(wǎng)絡(luò)的仿真需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的問題在于提供一種基于電磁暫態(tài)與機電暫態(tài)的混合仿真方法及系統(tǒng)，可以對大規(guī)模的電力網(wǎng)絡(luò)進行仿真，而且，仿真精度高，提高了仿真速度。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實施方式提供了一種基于電磁暫態(tài)與機電暫態(tài)的混合仿真方法，包含以下步驟:
[0006]將電力網(wǎng)絡(luò)的機電暫態(tài)仿真模塊嵌入電磁暫態(tài)仿真模塊；其中，所述機電暫態(tài)仿真模塊中包含所述電力網(wǎng)絡(luò)的機電暫態(tài)仿真模型；所述電磁暫態(tài)仿真模塊中包含所述電力網(wǎng)絡(luò)的電磁暫態(tài)仿真模型；所述機電暫態(tài)仿真模型與所述電磁暫態(tài)仿真模型耦合連接；
[0007]將所述電力網(wǎng)絡(luò)解耦為N個子網(wǎng)絡(luò)；其中，N為大于1的自然數(shù)；
[0008]根據(jù)所述機電暫態(tài)仿真模型與所述電磁暫態(tài)仿真模型，通過對N個子網(wǎng)絡(luò)進行并行計算，對所述電力網(wǎng)絡(luò)同時進行機電暫態(tài)與電磁暫態(tài)仿真。
[0009]本發(fā)明的實施方式還提供了一種基于電磁暫態(tài)與機電暫態(tài)的混合仿真系統(tǒng)，包含:機電暫態(tài)仿真模塊、電磁暫態(tài)仿真模塊與解耦模塊；
[0010]所述機電暫態(tài)仿真模塊嵌在所述電磁暫態(tài)仿真模塊中；其中，所述機電暫態(tài)仿真模塊中包含所述電力網(wǎng)絡(luò)的機電暫態(tài)仿真模型；所述電磁暫態(tài)仿真模塊中包含所述電力網(wǎng)絡(luò)的電磁暫態(tài)仿真模型；所述機電暫態(tài)仿真模型與所述電磁暫態(tài)仿真模型耦合連接；
[0011]所述解耦模塊，用于將所述電力網(wǎng)絡(luò)解耦為N個子網(wǎng)絡(luò)；其中，N為大于1的自然數(shù)；
[0012]所述電磁暫態(tài)仿真模塊，用于通過對N個子網(wǎng)絡(luò)進行并行計算，并根據(jù)所述電磁暫態(tài)仿真模型對所述電力網(wǎng)絡(luò)電磁暫態(tài)仿真，還調(diào)用所述機電暫態(tài)仿真模塊，根據(jù)所述機電暫態(tài)仿真模型對所述電力網(wǎng)絡(luò)進行機電暫態(tài)。
[0013]本發(fā)明實施方式相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，是將電力網(wǎng)絡(luò)的機電暫態(tài)仿真模塊嵌入電磁暫態(tài)仿真模塊，這樣，可以同時對電力網(wǎng)絡(luò)進行機電暫態(tài)與電磁暫態(tài)仿真；而且，將電力網(wǎng)絡(luò)解耦為N個子網(wǎng)絡(luò)，通過對N個子網(wǎng)絡(luò)進行并行計算，對電力網(wǎng)絡(luò)進行機電暫態(tài)與電磁暫態(tài)仿真，由于解耦后子網(wǎng)絡(luò)的計算量小，計算速度快，計算精度高，所以，可以在較短的時間內(nèi)完成對大規(guī)模的電力網(wǎng)絡(luò)的仿真，仿真精度高，提高了仿真速度。而且，機電暫態(tài)仿真模型與所述電磁暫態(tài)仿真模型耦合連接，避免了使用硬件接口，節(jié)約了仿真模型之間的通信時間，進一步提高了仿真速度。
[0014]另外，所述機電暫態(tài)仿真模型與所述電磁暫態(tài)仿真模型通過SSN(狀態(tài)空間節(jié)點法)接口模塊耦合連接。采用SSN接口模塊，接口方式簡單、方便，用戶體驗佳。
【附圖說明】
[0015]圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的基于電磁暫態(tài)與機電暫態(tài)的混合仿真方法流程圖；
[0016]圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式中的基于狀態(tài)空間節(jié)點法的計算流程示意圖。
【具體實施方式】
[0017]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的各實施方式進行詳細的闡述。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在本發(fā)明各實施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術(shù)細節(jié)。但是，即使沒有這些技術(shù)細節(jié)和基于以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現(xiàn)本申請各權(quán)利要求所要求保護的技術(shù)方案。
[0018]本發(fā)明的第一實施方式涉及一種基于電磁暫態(tài)與機電暫態(tài)的混合仿真方法，具體流程如圖1所示，包含以下步驟:
[0019]步驟101，創(chuàng)建電力網(wǎng)絡(luò)的電磁暫態(tài)仿真模型。在本實施方式中，可以利用MATLAB中的simulink模塊創(chuàng)建電力網(wǎng)絡(luò)的電磁暫態(tài)仿真模型。
[0020]步驟102，創(chuàng)建電力網(wǎng)絡(luò)的機電暫態(tài)仿真模型。在本實施方式中，可以在MATLAB中利用 simulink 模塊創(chuàng)建一個兼容 ePHASORsim 的 FMU(Funct1nal Mock-up Units,功能模型單元)文件。再利用ePHASORsim仿真器中的solver模塊分析電力網(wǎng)絡(luò)的機電暫態(tài)狀態(tài)，創(chuàng)建機電暫態(tài)仿真模型。其中，F(xiàn)MU文件是一種功能模型單元，該FMU文件能夠?qū)PHASORsim與solver模塊相關(guān)聯(lián)，繼而將solver模塊中的EXCEL表格中的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)到ePHASORsim 中。
[0021]其中，仿真參數(shù)包含:general (總體概況)、pins (節(jié)點)、bus (母線)、currentinjector (電流注入器)、vsource(電壓源)、machine (發(fā)電機)、exciter (勵磁機)、pss(電力系統(tǒng)穩(wěn)定器)n turbine and governor (汽輪機與調(diào)速系統(tǒng))、load (負荷)、line (線路)、transforner (變壓器)、switch (開關(guān))、bus faults (線路故障)。
[0022]對于FMU文件，可以作為一個單獨的工作簿添加到EXCEL文件中。這樣，一個Excel文件就可以包含所有仿真參數(shù)；而且，EXCEL工作簿的名稱與FMUcreator (FMU生成器)產(chǎn)生的FMU文件名稱一致。
[0023]另外，需要說明的是，在實際應(yīng)用中，F(xiàn)MU文件還可以是EXCEL文件、PSSe (POWERSYSTEM STATE ESTIMAT1N,電力系統(tǒng)狀態(tài)估計)文件，不局限于本實施方式中的FMU文件。
[0024]需要說明的是，步驟101與步驟102的執(zhí)行順序在實際應(yīng)用時可以調(diào)換，不局限于本實施方式中的執(zhí)行順序。
[0025]步驟103，將電力網(wǎng)絡(luò)的機電暫態(tài)仿真模塊嵌入電磁暫態(tài)仿真模塊。在本實施方式中，可以通過如下方式將電力網(wǎng)絡(luò)的機電暫態(tài)仿真模塊嵌入電磁暫態(tài)仿真模塊:在simulink模型中調(diào)用solver模塊，具體方法是:打開simulink庫瀏覽器窗口，選擇RT-LAB模塊庫中的phasor (向量)模塊，并將solver模塊拖入新建立的窗口中；打開solver模塊參數(shù)設(shè)置對話框，在“input file format (輸入文件格式)”中選擇EXCEL。
[0026]步驟104，將機電暫態(tài)仿真模塊與數(shù)據(jù)表關(guān)聯(lián)。也就是，即將機電暫態(tài)的仿真參數(shù)導入solver模塊中。
[0027]步驟105，將電力網(wǎng)絡(luò)解耦為N個子網(wǎng)絡(luò)。其中，N可以為仿真系統(tǒng)自動分配的自然數(shù)，N大于1。具體地說，在本實施方式中，采用狀態(tài)空間法來描述電力網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)狀態(tài)，這樣，不但可以在若干個目標節(jié)點上進行并行計算，而且，可以將大規(guī)模的電力網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)狀態(tài)空間矩陣解耦為一些低階的狀態(tài)空間矩陣，使計算程序運行更快，提高仿真速度。
[0028]在本實施方式中，可以在simulink元件庫中調(diào)用stubline模塊，實現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)的解親功能。
[0029]步驟106，將機電暫態(tài)仿真模型與電磁暫態(tài)仿真模型耦合連接。在本實施方式中，將機電暫態(tài)仿真模型與電磁暫態(tài)仿真模型通過SSN(狀態(tài)空間節(jié)點法)接口模塊耦合連接?；旌戏抡娌捎肧SN接口模塊，實現(xiàn)對電路的解耦，接口方式簡單、方便；SSN接口模塊提供了V-1 (電壓-電流)型端口，該端口可以將模型分成兩個SSN子系統(tǒng)，實現(xiàn)了對包含多開關(guān)器件電路的解耦。
[0030]電磁暫態(tài)仿真模型與機電暫態(tài)仿真模型接口采用Artemis中的SSN接口模塊，該模塊可根據(jù)電路的相數(shù)選擇為1相、2相、3相或6相，適用性強。SSN接口模塊與感性系統(tǒng)相接的端口設(shè)置成V(電壓)類型、SSN接口模塊與容性系統(tǒng)相接的端口設(shè)置成1(電流)類型。
[0031]步驟107，根據(jù)機電暫態(tài)仿真模型與電磁暫態(tài)仿真模型，通過對N個子網(wǎng)絡(luò)進行并行計算，對電力網(wǎng)絡(luò)同時進行機電暫態(tài)與電磁暫態(tài)仿真。
[0032]對于一個復(fù)雜的電力網(wǎng)絡(luò)，其系統(tǒng)狀態(tài)空間矩會十分龐大，會大大降低仿真速度，甚至超大規(guī)模電力網(wǎng)絡(luò)由于存在大量的輸入量、輸出量和狀態(tài)量，如復(fù)雜的電力電子換流電路、多電平的拓撲結(jié)構(gòu)等、斷路器動作產(chǎn)生的故障等都會形成狀態(tài)空間矩陣，模型過大產(chǎn)生的狀態(tài)空間矩陣就會過于復(fù)雜。在現(xiàn)有技術(shù)中，如果直接通過超大規(guī)模電力網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)狀態(tài)空間矩進行解算，則過大的狀態(tài)空間矩陣可能會導致CPU(中央處理單元)的內(nèi)存溢出，編譯的過程會出現(xiàn)錯誤，最終導致仿真無法完成。
[0033]而在本實施方式中，將電力網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)狀態(tài)空間矩解耦為N個子網(wǎng)絡(luò)的低階狀態(tài)空間矩陣，由于對低價狀態(tài)空間矩陣進行計算，占用資源較小，可以大大降低對CPU計算能力的要求，而且，由于對低價狀態(tài)空間矩陣進行計算，計算量小，可以提高仿真速度。
[0034]具體地說，采用狀態(tài)空間節(jié)點法可以將電力網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)空間方程和電路的節(jié)點導納矩陣相結(jié)合，將復(fù)雜的電力網(wǎng)絡(luò)的仿真模型在多個CPU上并行計算，具體如圖2所示，包含以下步驟:
[0035]步驟201，預(yù)計算。在本步驟中，通過預(yù)計算，可以得出電力網(wǎng)絡(luò)的初始系統(tǒng)狀態(tài)空間矩陣。
[0036]步驟202，更新每個子網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)狀態(tài)。具體地說，是用戶根據(jù)需求，調(diào)整開關(guān)的狀
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