專利名稱：基于超前計(jì)算的電磁機(jī)電暫態(tài)混合實(shí)時(shí)仿真接口交互方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是基于超前計(jì)算的電磁機(jī)電暫態(tài)混合實(shí)時(shí)仿真接口交互方法，屬于電力系統(tǒng)暫態(tài)數(shù)字仿真技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高壓直流輸電工程等響應(yīng)快速的大容量電子裝置在現(xiàn)代電網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，使電力系統(tǒng)中電磁與機(jī)電暫態(tài)過程緊密耦合，純機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)越來越難以滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真計(jì)算要求，而純電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)受仿真規(guī)模限制，難以進(jìn)行交直流大電網(wǎng)仿真計(jì)算。因此，需要將電力系統(tǒng)電磁與機(jī)電暫態(tài)過程結(jié)合起來，在一次仿真中對兩者同時(shí)進(jìn)行模擬并達(dá)到實(shí)時(shí)，即電磁機(jī)電暫態(tài)混合實(shí)時(shí)仿真。電磁機(jī)電暫態(tài)混合實(shí)時(shí)仿真一般由電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)系統(tǒng)、機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)系統(tǒng)和接口進(jìn)程控制系統(tǒng)組成，其中電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)系統(tǒng)對一部分電力系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)仿·真，機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)系統(tǒng)對另一部分電力系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，兩者通過接口進(jìn)程控制系統(tǒng)進(jìn)行交互和協(xié)調(diào)，如圖I所示。電磁機(jī)電暫態(tài)混合實(shí)時(shí)仿真中，對電磁暫態(tài)計(jì)算而言，機(jī)電暫態(tài)系統(tǒng)采用電壓源形式的接口模型；對機(jī)電暫態(tài)計(jì)算而言，電磁暫態(tài)系統(tǒng)采用功率源形式的接口模型。電磁機(jī)電暫態(tài)混合實(shí)時(shí)仿真中，電磁暫態(tài)典型仿真步長為50微秒，機(jī)電暫態(tài)典型仿真步長為10毫秒，其接口數(shù)據(jù)交換時(shí)序一般采用并行或串行方式進(jìn)行。在這類交換時(shí)序中，電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)兩側(cè)僅在每個(gè)交互步長結(jié)束時(shí)刻交換接口等值模型參數(shù)和接口邊界條件，這些信息均為上一仿真步長的相應(yīng)數(shù)據(jù)。采用這種交換時(shí)序，在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)基本能滿足仿真計(jì)算要求；但當(dāng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓淖?如故障發(fā)生或故障消除、大擾動(dòng))發(fā)生時(shí)，接口電壓、電流等電氣量將出現(xiàn)突變，接口信息和故障信息在對側(cè)沒有能夠及時(shí)得到反映(至少延遲了一個(gè)機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)步長，約10ms)，此外，從三相瞬時(shí)值獲取基波相量有效值平均了變量突變前的值和突變后的值，而在故障暫態(tài)過程中電氣量變化相當(dāng)劇烈，因而會(huì)產(chǎn)生較大誤差，極大地影響了仿真計(jì)算準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了基于超前計(jì)算的電磁機(jī)電暫態(tài)混合實(shí)時(shí)仿真接口交互方法，目的是在故障發(fā)生、切除和大擾動(dòng)發(fā)生時(shí)刻，準(zhǔn)確確定電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)與機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)相互交換的等值模型參數(shù)和接口邊界條件，消除仿真接口交互延遲，從而有效提高電磁機(jī)電暫態(tài)混合實(shí)時(shí)仿真的精確性。本發(fā)明提出的基于超前計(jì)算的電磁機(jī)電暫態(tài)混合實(shí)時(shí)仿真接口交互計(jì)算方法，電磁機(jī)電暫態(tài)混合實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)包括模擬第一電力系統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)及模擬第二電力系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)，電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)與機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)通過接口進(jìn)程控制系統(tǒng)相互交換接口數(shù)據(jù)，其特征在于接口交互方法包括以下情況
I)非故障/大擾動(dòng)發(fā)生時(shí)刻所在交互步長的計(jì)算為正常交互計(jì)算時(shí)序，具體包括如下步驟
11)電磁暫態(tài)仿真與機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)相互交換接口數(shù)據(jù)；
12)機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)機(jī)電步長的計(jì)算，在IV△ T時(shí)刻前計(jì)算完畢，準(zhǔn)備好機(jī)電側(cè)等值參數(shù)；其中T_i為故障/大擾動(dòng)發(fā)生前一個(gè)機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)步長時(shí)刻，△ T為機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)步長；
13)外推至L+nXAt時(shí)刻，機(jī)電側(cè)接口等值參數(shù)由接口線程送至電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)；其中η為從jL1時(shí)刻開始計(jì)算的電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)步數(shù)，Δ t為電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)步長； 14)電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)讀取機(jī)電側(cè)接口數(shù)據(jù)，并計(jì)算一個(gè)交互步長內(nèi)若干電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)步長，即求解L+nX Δ t時(shí)刻模型解；
15)電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)準(zhǔn)備好該側(cè)接口數(shù)據(jù)，通過接口線程發(fā)送至機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)
側(cè)；
重復(fù)13) 15)直至該交互步長結(jié)束。2)故障/大擾動(dòng)發(fā)生時(shí)刻所在的交互步長的計(jì)算，設(shè)定故障/大擾動(dòng)發(fā)生在Ttla時(shí)亥IJ，設(shè)定故障發(fā)生的時(shí)間序列、故障信息等均已知，將故障/大擾動(dòng)發(fā)生時(shí)刻所在交互步長的計(jì)算分為兩個(gè)階段，分別為Tc^Ttlb和TfflTT1，其中T1為故障/大擾動(dòng)發(fā)生后一個(gè)機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)步長時(shí)刻，Tob為在該交互步長內(nèi)，為了實(shí)現(xiàn)超前計(jì)算設(shè)置的仿真時(shí)刻點(diǎn)
2DT0a時(shí)刻前，機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)提前計(jì)算故障/大擾動(dòng)情況下網(wǎng)絡(luò)方程，估算故障時(shí)刻接口電壓；
22)在Ttla時(shí)刻，將上述故障時(shí)刻接口電壓估算值發(fā)送至電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)側(cè)；
23)機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)在Tdb—個(gè)步長的時(shí)間內(nèi)進(jìn)入等待狀態(tài)，不進(jìn)行計(jì)算；
24)電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)在Tc^Ttlb—個(gè)步長的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行仿真計(jì)算，并在Ttlb時(shí)刻，將該側(cè)接口數(shù)據(jù)發(fā)送至機(jī)電暫態(tài)側(cè)，第一階段計(jì)算結(jié)束；
25)Tob時(shí)刻后電磁機(jī)電混合實(shí)時(shí)仿真進(jìn)入正常交互計(jì)算時(shí)序，即進(jìn)入第二階段計(jì)算。本發(fā)明在故障/大擾動(dòng)發(fā)生時(shí)刻所在的交互步長內(nèi)，通過增加超前計(jì)算，得到機(jī)電暫態(tài)系統(tǒng)等值的電壓源形式的接口模型故障時(shí)刻初值，并交換到電磁暫態(tài)計(jì)算側(cè)，作為故障發(fā)生前電磁暫態(tài)計(jì)算初值；同時(shí)，通過增加超前計(jì)算，得到電磁暫態(tài)系統(tǒng)等值的功率源形式的接口模型故障時(shí)刻初值，并發(fā)送至機(jī)電暫態(tài)計(jì)算側(cè)，作為故障發(fā)生前機(jī)電暫態(tài)計(jì)算初值。經(jīng)過以上超前計(jì)算方法，可在故障發(fā)生、切除和大擾動(dòng)發(fā)生時(shí)刻，準(zhǔn)確確定電磁暫態(tài)仿真與機(jī)電暫態(tài)仿真相互交換的等值模型參數(shù)和接口邊界條件，消除仿真接口交互延遲，從而有效提高電磁機(jī)電暫態(tài)混合實(shí)時(shí)仿真的精確性。


圖I為電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)混合實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明提出的基于超前計(jì)算的電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)混合實(shí)時(shí)仿真接口交互時(shí)序示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的基于超前計(jì)算的電磁機(jī)電暫態(tài)混合實(shí)時(shí)仿真接口交互計(jì)算方法，電磁機(jī)電暫態(tài)混合實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)包括模擬第一電力系統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)及模擬第二電力系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)，電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)與機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)通過接口進(jìn)程控制系統(tǒng)相互交換接口數(shù)據(jù)，其特征在于接口交互方法包括以下情況
I)非故障/大擾動(dòng)發(fā)生時(shí)刻所在交互步長的計(jì)算為正常交互計(jì)算時(shí)序，具體包括如下步驟
II)電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)與機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)相互交換接口數(shù)據(jù)，如圖2中的步驟①所
示；
12)機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)機(jī)電步長的計(jì)算，在IV△ T時(shí)刻前計(jì)算完畢，準(zhǔn)備好機(jī)電側(cè)等值參數(shù)，如圖2中的步驟②所示；
13)外推至L+nXAt時(shí)刻，機(jī)電側(cè)接口等值參數(shù)由接口線程送至電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)，如圖2中的步驟③所示； 14)電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)讀取機(jī)電側(cè)接口數(shù)據(jù)，并計(jì)算一個(gè)交互步長內(nèi)若干電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)步長，即求解L+nX At時(shí)刻模型解，如圖2中的步驟④所示；
15)電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)準(zhǔn)備好該側(cè)接口數(shù)據(jù)，通過接口線程發(fā)送至機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)偵牝如圖2中的步驟⑤所示；
重復(fù)13) 15)直至該交互步長結(jié)束。2)故障/大擾動(dòng)發(fā)生時(shí)刻所在的交互步長的計(jì)算，設(shè)定故障/大擾動(dòng)發(fā)生在Ttla時(shí)亥IJ，設(shè)定故障發(fā)生的時(shí)間序列、故障信息等均已知，將故障/大擾動(dòng)發(fā)生時(shí)刻所在交互步長的計(jì)算分為兩個(gè)階段，分別為Tc^Ttlb和TcilTT1
2DT0a時(shí)刻前，機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)提前計(jì)算故障/大擾動(dòng)情況下網(wǎng)絡(luò)方程，估算故障時(shí)刻接口電壓，如圖2中的步驟⑥所示；
22)在Ttla時(shí)刻，將上述故障時(shí)刻接口電壓估算值發(fā)送至電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)側(cè)，如圖2中的步驟⑦所示；
23)機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)在Tc^Ttlb—個(gè)步長的時(shí)間內(nèi)進(jìn)入等待狀態(tài)，不進(jìn)行計(jì)算，如圖2中的步驟⑧所示；
24)電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)在Tc^Ttlb—個(gè)步長的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行仿真計(jì)算，并在Ttlb時(shí)刻，將該側(cè)接口數(shù)據(jù)發(fā)送至機(jī)電暫態(tài)側(cè)，第一階段計(jì)算結(jié)束；
25)1^時(shí)刻后電磁機(jī)電混合實(shí)時(shí)仿真進(jìn)入正常交互計(jì)算時(shí)序，即進(jìn)入第二階段計(jì)算，如圖2的步驟⑨所示。
權(quán)利要求
1.基于超前計(jì)算的電磁機(jī)電暫態(tài)混合實(shí)時(shí)仿真接口交互方法，電磁機(jī)電暫態(tài)混合實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)包括模擬第一電力系統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)及模擬第二電力系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)，電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)與機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)通過接口進(jìn)程控制系統(tǒng)相互交換接口數(shù)據(jù)，其特征在于接口交互方法包括以下情況 1)非故障/大擾動(dòng)發(fā)生時(shí)刻所在交互步長的計(jì)算為正常交互計(jì)算時(shí)序，具體包括如下步驟 11)電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)與機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)相互交換接口數(shù)據(jù)； 12)機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)機(jī)電步長的計(jì)算，在IV△ T時(shí)刻前計(jì)算完畢，準(zhǔn)備好機(jī)電側(cè)等值參數(shù)；其中T_i為故障/大擾動(dòng)發(fā)生前一個(gè)機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)步長時(shí)刻，△ T為機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)步長； 13)外推至L+nXAt時(shí)刻，機(jī)電側(cè)接口等值參數(shù)由接口線程送至電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)；其中η為從jL1時(shí)刻開始計(jì)算的電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)步數(shù)，Δ t為電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)步長； 14)電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)讀取機(jī)電側(cè)接口數(shù)據(jù)，并計(jì)算一個(gè)交互步長內(nèi)若干電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)步長，即求解L+nX Δ t時(shí)刻模型解； 15)電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)準(zhǔn)備好該側(cè)接口數(shù)據(jù)，通過接口線程發(fā)送至機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)側(cè)； 重復(fù)13) 15)直至該交互步長結(jié)束； 2)故障/大擾動(dòng)發(fā)生時(shí)刻所在的交互步長的計(jì)算，設(shè)定故障/大擾動(dòng)發(fā)生在Ttla時(shí)刻，設(shè)定故障發(fā)生的時(shí)間序列、故障信息等均已知，將故障/大擾動(dòng)發(fā)生時(shí)刻所在交互步長的計(jì)算分為兩個(gè)階段，分別為Tc^Ttlb和TfflTT1，其中T1為故障/大擾動(dòng)發(fā)生后一個(gè)機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)步長時(shí)刻，Tob為在該交互步長內(nèi)，為了實(shí)現(xiàn)超前計(jì)算設(shè)置的仿真時(shí)刻點(diǎn) 2DT0a時(shí)刻前，機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)提前計(jì)算故障/大擾動(dòng)情況下網(wǎng)絡(luò)方程，估算故障時(shí)刻接口電壓； 22)在Ttla時(shí)刻，將上述故障時(shí)刻接口電壓估算值發(fā)送至電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)側(cè)； 23)機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)在Tdb—個(gè)步長的時(shí)間內(nèi)進(jìn)入等待狀態(tài)，不進(jìn)行計(jì)算； 24)電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)在Tc^Ttlb—個(gè)步長的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行仿真計(jì)算，并在Ttlb時(shí)刻，將該側(cè)接口數(shù)據(jù)發(fā)送至機(jī)電暫態(tài)側(cè)，第一階段計(jì)算結(jié)束； 25)Tob時(shí)刻后電磁機(jī)電混合實(shí)時(shí)仿真進(jìn)入正常交互計(jì)算時(shí)序，即進(jìn)入第二階段計(jì)算。
全文摘要
本發(fā)明是基于超前計(jì)算的電磁機(jī)電暫態(tài)混合實(shí)時(shí)仿真接口交互方法，屬于電力系統(tǒng)暫態(tài)數(shù)字仿真技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明在故障/大擾動(dòng)發(fā)生時(shí)刻所在的交互步長內(nèi)，通過增加超前計(jì)算，得到機(jī)電暫態(tài)系統(tǒng)等值的電壓源形式的接口模型故障時(shí)刻初值，并交換到電磁暫態(tài)計(jì)算側(cè)，作為故障發(fā)生前電磁暫態(tài)計(jì)算初值；同時(shí)，通過增加超前計(jì)算，得到電磁暫態(tài)系統(tǒng)等值的功率源形式的接口模型故障時(shí)刻初值，并發(fā)送至機(jī)電暫態(tài)計(jì)算側(cè)，作為故障發(fā)生前機(jī)電暫態(tài)計(jì)算初值。經(jīng)過以上超前計(jì)算方法，可在故障發(fā)生、切除和大擾動(dòng)發(fā)生時(shí)刻，準(zhǔn)確確定電磁暫態(tài)仿真與機(jī)電暫態(tài)仿真相互交換的等值模型參數(shù)和接口邊界條件，消除仿真接口交互延遲，從而有效提高電磁機(jī)電暫態(tài)混合實(shí)時(shí)仿真的精確性。
文檔編號(hào)H02J3/00GK102841962SQ201210255230
公開日2012年12月26日 申請日期2012年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月23日
發(fā)明者歐開健, 張樹卿, 胡云, 梁旭, 李偉 申請人:南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司