專利名稱：實現pscad電力系統仿真計算模型自動生成的軟件接口的制作方法
技術領域：
本發明涉及電力系統仿真計算的技術領域，尤其涉及一種實現PSCAD電力系統仿 真計算模型自動生成的軟件接口。
背景技術：
仿真計算是進行電力系統設計規劃、運行調度和事故分析所必需的重要技術手 段，準確適用的仿真計算模型是進行有效仿真計算的前提和基礎。PSCAD軟件是一個用于各 種電力系統設計及校核的快速、精確和易于使用的電力系統模擬器，可廣泛應用于電源質 量研究、電力電子設計、分布式發電和傳輸計劃等方面的研究，是目前暫態仿真領域通用的 分析工具。電網規模的不斷擴大，系統元件數量的不斷增加，仿真計算需解決問題難度的不 斷加大，都增加了仿真計算模型編制的復雜程度，也對模型編制人員的專業技術提出了更 高的要求。目前仿真計算模型的手工編制方式已不能適應這種新的形勢，甚至無法完成模 型編制任務。目前絕大部分仿真計算模型仍是由運行人員手工編制，由于網絡規模大，元件數 量多，導致模型編制工作量大，重復工作多，出錯幾率高且不易查找。同時手工編制屬于離 線編制方式，不能反映實時的網絡運行狀態，所得模型時效性差、可信度不高。電力系統仿 真計算還新增了包括電能質量分析評估、故障分析等多個任務，依靠電力部門運行人員完 成這種模型編制是非常困難且不現實的。對上述現象，雖有類似根據網絡拓撲和元件參數來自動完成仿真計算的設計方 法，但或由于仿真計算過程中使用的算法為自主開發，功能極其有限，且其可信度明顯低于 PSCAD此類廣為應用的仿真計算軟件；或在生成仿真計算模型時，仍需要編制人員人工收 集必需的數據，并轉換為特定的格式，同樣存在工作量大和出錯幾率高的問題。因此，若能直接從電力系統各種原始數據出發，自動生成仿真計算軟件能調用的 仿真計算模型，可極大簡化模型編制過程，降低模型編制難度，提高模型準確性。可使工作 人員專注于后續計算過程，提高仿真計算的效率。
發明內容
針對上述存在的技術問題，本發明的目的是提供一種實現PSCAD電力系統仿真計 算模型自動生成的軟件接口，根據電力系統各種原始數據，自動生成相應PSCAD仿真計算 模型的軟件接口，從而簡化仿真計算中的模型編制過程，減小模型編制的難度，提高仿真計
算的效率。為達到上述目的，本發明采用如下的技術方案
電力系統地理信息系統轉換模塊，用于解析地理信息數據庫，提取其中的元件連接信 息，形成網絡連接信息數據庫，提取電力系統元件的參數，按照仿真模型中元件模塊參數的 設置要求進行相應轉換計算，形成元件參數數據庫；電力系統能量管理系統轉換模塊，用于解析能量管理數據庫，提取其中的實時運行數 據，按照仿真模型中元件模塊參數的設置要求進行相應轉換計算，形成運行參數數據庫；
仿真模型自動生成模塊，根據所述電力系統地理信息系統轉換模塊獲得的網絡連接信 息、元件參數，以及所述電力系統能量管理系統轉換模塊獲得的運行參數，編寫PSCAD仿真 計算模型的圖形化仿真文件，自動生成仿真計算模型。電力系統電能質量監測系統轉換模塊，用于解析暫態電能監測數據庫，提取相應 的暫態電壓、電流數據，轉換為PSCAD可識別的格式；
電力系統故障記錄轉換模塊，用于解析故障記錄數據庫，提取相應的故障信息，轉換為 PSCAD可識別的格式。接口配置模塊，用于為生成仿真計算模型提供附加的信息，包括生成的仿真計算 模型的規模和范圍、仿真計算模型的名稱和描述。所述電力系統電能質量監測系統轉換模塊和電力系統故障記錄轉換模塊，為仿真 計算提供附加的信息，用以進行仿真計算模型的校準，并用于完成電能質量評估、故障分 析。所述仿真模型自動生成模塊按照.psc文件的格式，編寫PSCAD仿真計算模型的圖 形化仿真文件。所述接口配置模塊所提供的附加信息，通過人工輸入的方式輸入，并通過該接口 配置模塊傳輸到所述仿真模型自動生成模塊，生成指定范圍的仿真計算模型。本發明具有以下優點和積極效果
1)本發明可充分利用電力部門現有的各種數據資源，實現PSCAD仿真計算模型編制的 自動化，極大簡化仿真計算模型編制過程，降低模型編制難度，極大提高模型編制效率，增 加模型準確度，所得模型能夠滿足多種仿真需要；
2)所生成的仿真計算模型除可用于傳統的潮流計算、穩態分析外，還可用于電能質量 評估、故障分析等多個領域，適用于任何需要進行電力系統仿真計算的應用場合，尤其在電 力系統復雜、仿真計算軟件接口功能較弱時更能體現本發明解決方案的優越性。
圖1是本發明提供的軟件接口在仿真過程中的系統結構示意圖。圖2是本發明提供的軟件接口的功能模塊結構圖。圖3是PSCAD仿真計算模型的結構示意圖。
具體實施例方式下面以具體實施例結合附圖對本發明作進一步說明
如圖1所示，軟件系統分為原始數據層1、軟件接口層2和軟件應用層3。原始數據層 1包括電力系統地理信息數據庫31、電力系統能量管理數據庫32、電力系統電能質量數據 庫33、電力系統故障信息數據庫34 ；軟件應用層3包括了 PSCAD仿真計算模型41和PSCAD 仿真計算軟件42。本發明提供的實現PSCAD電力系統仿真計算模型自動生成的軟件接口位于圖1所 示的軟件接口層2，該軟件接口層2完成三部分功能，分別為1)從各種電力系統數據庫中提取仿真計算所需要的數據；2)根據解析得到的數據庫，編寫PSCAD仿真計算模型的相應 文件；3)設置仿真計算模型所必需的其它附加信息。如圖2所示，電力系統地理信息系統轉換單元11提供仿真計算模型生成時需要的 基本拓撲信息和元件參數信息，電力系統能量管理系統轉換單元12提供仿真計算模型生 成時需要的實時運行參數信息；仿真模型自動生成單元19生成仿真計算模型；電力系統電 能質量監測系統轉換單元13提供仿真計算中需要的附加暫態電能信息；電力系統故障記 錄轉換單元14提供仿真計算中需要的附加故障信息；接口配置單元10用于對生成的仿真 計算模型進行基本的參數設置。下面結合附圖分別對本發明提出的軟件接口的具體功能的實現方式進行詳細描 述
圖1中軟件接口層2完成的第一部分功能是從各種電力系統數據庫中提取仿真計算所 需要的數據。這些常用的數據庫有電力系統地理信息系統數據庫31，其中含有網絡的拓 撲結構信息和元件參數信息。相應的數據提取和轉換工作由電力系統地理信息系統轉換單 元11完成，該單元對地理信息數據庫進行解析，獲取電網拓撲結構信息和電網組成元件的 參數，這些參數可能與仿真計算模型中元件的參數設置要求不一致，因而該單元還能將提 取的參數進行轉換和相應計算，得到仿真計算模型中元件所需的參數。所得到的網絡拓撲 信息和元件參數信息保存在軟件接口內部的網絡連接信息及元件參數數據庫15中。其實 現原理如下
電力系統地理信息系統數據庫31通常以XML文件形式提供。XML (extensible Markup Language)是由萬維網聯盟(W3E)設計，是通用標記語言SGML (Standard General Markup Language)的一個子集。它提供了一種獨立于運行程序的方法來共享數據，是用來自動描述 信息的一種新的標準語言，通過計算機通信把Internet的功能由信息傳遞擴大到人類其 他多種多樣的活動中去。利用Matlab軟件提供的XML接口對電力系統地理信息系統數據庫進行解析 h_xml=xmlread (file_name)；—讀取指定的 XML 文件 h_doc=h_xml. getDocumentElement ； —取得文件句柄
h_child_l=h_doc. getElementsByTagName (tag_name) ； ~ 按照指定的標簽提取所有
元件
for k=0: (h_child_l. getLength-1)-對所有具有指定標簽的元件進行分析
h_child_2=h_child_l. item(k)； —取得其中一個元件 if (h_child_2.hasAttributes)—判斷該元件是否有附加屬性
h_child_3=h_child_2. getAttributes ； —如果有，獲取所有屬性 h_child_4=h_child_3. item(0)；—取得屬性句柄
h_child_5=h_child_4. getNodeValue；—獲取該屬性的值
end
end
通過對所有滿足條件的元件解析，即可得到連接到某節點的所有元件及其參數，以此 類推，即可順序得到目標區域內所有元件的連接信息和參數信息。
電力系統能量管理系統數據庫32，其中含有網絡穩態運行參數。相應的數據提取 和轉換工作由電力系統能量管理系統轉換單元12完成，該單元對能量管理系統數據庫進 行解析，獲取電網的實時穩態運行參數，而這些參數可能與仿真計算模型中元件的參數設 置不一致，因而該單元還能將提取的參數進行轉換和相應計算，得到仿真計算模型中元件 (主要是電源和負荷)所需的參數。所得到的實時穩態運行參數保存在軟件接口內部的實時 運行參數數據庫16中，上述兩部分數據庫的數據是生成仿真計算模型所必需的，其實現原 理如下
電力系統能量管理數據庫通常以PI (Plant Information)數據庫形式提供。它是由美 國0SI公司開發的實時/歷史數據庫系統，能將實時數據和歷史數據存放在一個統一的數 據庫中，基于其特有的數據壓縮和存儲方式，在海量數據存儲、海量數據的實時訪問以及管 理方面表現出關系數據庫所無法比擬的優勢。PI數據庫系統的優勢使其在電力系統中得到 了廣泛應用。針對Matlab編程接口與PI實時數據庫的二次開發接口的特點。在此選取API方 式訪問數據庫Matlab調用piapi32. dll動態鏈接庫來訪問PI實時數據庫系統。Matlab 提供了 loadlibrary接口函數來加載動態鏈接庫、calllib接口函數來引用動態鏈接庫中 的函數、unloadlibrary接口函數來卸載動態鏈接庫.
loadlibrary('D:\LIBRARY\piapi32. dll，, ‘ D: \LIBRARY\piapi. h')；—數據庫的加
載；
libfunctionsview('piapi32')；—查看加載數據庫的函數； calllib (，piapi32，，，piut_setservernode，，，地址，)；一服務器的連接； calllib (‘ piapi32'，’ piut_login'，’ 用戶名’，’密碼’，權限)一用戶登錄； calllib ('piapi32','piut_login','用戶名’，’密碼’，權限)=0) — 歸檔值的提
取；
calllib (‘ piapi32'，‘ pitm_parsetime'，‘ startt' , 0, ×ta)； —設置開始時
間；
calllib (‘ piapi32'，‘ pitm_parsetime', ‘ endt'，0，&timeend)； —設置結束時
間；
num= ((timeend-timesta)/sec) +1 ；—sec 為相隔取點的時間間隔； calllib (，piapi32，，‘ pipt_findpoint',，* tagname，，*pt )；—根據測點名獲 得測點索引號；
calllib (’piapi32’，’ piar_timedvalues’，pt，*count，times[], rvals[], istats []，prev )；
calllib (’ piapi32’，
取；
calllib (’ piapi32’， calllib (’ piapi32’， ；弓 I )
calllib (’ piapi32'， -獲得某個時間點的快照
6
’ piut_login'，’用戶名’，’密碼’，權限)=0)-快照值的提
’ pitm—parsetime’，’ strtime’，0，&datatime)；—設置時間； ，pipt—findpoint，，，* tagname，，*pt )；根據測點名獲得測
’ pisn—getsnapshot’， pt,氺 rval,氺 istat,氺 timedate )；unloadlibrary('piapi32')；—卸載數據庫
另外，越來越多的電力企業開始重視電能質量問題，并多數已建立起相應的監測網絡， 所得到的電力系統電能質量數據庫33包含有電壓和電流的暫態波形數據，對于分析電壓 跌落、諧波和電壓閃變等具有重要作用。相應的數據提取和轉換工作由電力系統電能質量 監測系統轉換單元13完成，該單元對電能質量監測數據庫進行解析，獲取記錄到的暫態電 壓電流事件及相應的波形數據，并按照PSCAD仿真計算軟件42能識別的數據格式形成可識 別格式的暫態電壓電流數據文件17，供仿真計算時調用。其實現原理如下
電力系統電能質量數據庫33通常以PQDIF格式提供。它是IEEE1159標準新規定的一 種通用電能質量數據轉換格式。PQDIF使多數據具有良好兼容性，便于實現不同監測系統間 數據共享。從PQD文件提取信息的方法通常都是設計開發人員容易實現的。以下詳述將提取 到信息轉換到PSCAD中的具體方法。利用PSCAD提供的數據文件讀入模型file read即可實現數據的讀入。所能讀入 的文件格式為.TXT格式，要求該文件中具有兩列第一列為時間坐標，第二列為對應該時 間的參數值，下面以某電壓監測波形給出了典型的文件結構
0-0.990664005
0.0001562497 -1. 23833001 0.0003124999 -1. 23833001 0.0004687499 -1. 23833001 0.0006249999 -0. 990664005 0.0007812499 -1. 23833001
類似的，電力系統故障信息數據庫34中包含有故障時間、故障時跳閘的開關位置、故 障地點等信息，對于分析電力系統故障來源，采取相應解決措施等具有很大作用。相應的 數據提取和轉換工作由電力系統故障記錄轉換單元14完成，該單元對故障信息數據庫進 行解析，獲取記錄到的故障信息，并按照PSCAD仿真計算軟件42能識別的輸入數據格式形 成可識別格式的故障信息記錄數據文件18，供仿真計算時調用。該部分信息通常也是以 PQDIF的形式提供，其具體實現方法可參考上述對電力系統電能質量數據的提取方法。電 能質量數據和故障信息數據不是生成仿真計算模型所必需的，但對進行仿真計算模型的校 準、完成高級的仿真計算任務等是非常重要的。軟件接口層2的第二部分功能是由仿真模型自動生成單元19根據解析所得到的 數據庫，編寫PSCAD仿真計算模型41的相應文件，所得模型可被PSCAD仿真計算軟件42直 接調用。該功能的具體實施如下
PSCAD仿真計算軟件僅有少量的數據接口，未提供編寫仿真計算模型的接口。經過研 究發現，PSCAD進行仿真計算時分為兩個步驟1)開發人員在由PSCAD仿真計算軟件提供 的圖形化界面中完成仿真計算模型的編制，編制所得到的仿真計算模型保存于后綴為.psc 的文件中。2)解析.psc文件，利用EMTDC進行仿真計算。本軟件接口即是按照.psc文件 的格式，利用所得到的內部數據庫的數據，直接編寫.psc文件，自動生成PSCAD電力系統仿 真計算模型。具體原理如下如圖3所示，典型的.psc文件由以下幾個部分構成
1)設置部分，給出了該仿真計算模型進行仿真計算時使用的環境設置，包括仿真計算 模塊名稱，顯示頁面大小，仿真計算步長、仿真計算的時間等。以下給出了典型的設置部分 的編寫實現
fprintf (fp, ’ %s\n\n'，’ PSCAD 4. 0. 2')； fprintf(fp, ‘ %s\n', ‘ Settings')； fprintf (fp, '%s\n', ‘ {')； fprintf(fp,' %s\n',' Arch = "windows"')
fprintf (fp, fprintf(fp,
%s\n', 'Fin = 0. 5'); %s\n'，，Step = 5e-005')
fprintf(fp,'%s\n','}')
—指明仿真計算軟件版本； —指明編寫設置模塊； —設置模塊開始標志； —指明仿真軟件運行系統；
—設置仿真軟件運行時間 —設置仿真軟件仿真步長
—設置模塊結束標志；
2)定義部分，該部分為仿真計算模型的核心部分，由多個模塊構成。每個模塊包括了節 點部分，定義了該繪圖頁的外部電氣接口 ；包括了圖形部分，定義了該繪圖頁的圖形表示形 式；包括了頁面部分，定義了該繪圖頁的內部繪圖信息。以下給出了典型的模塊部分的編寫 實現
fprintf(fp, ‘ %s\n' fprintf(fp,' %s\n'
Module("Main")，) {，)；
fprintf (fp,，％s\n，，，Nodes =，)
—指明編寫定義中的主模塊； —指明主模塊定義開始；
—設置主模塊外部連接點
fprintf (fp, fprintf (fp, 模塊圖形大小；
fprintf(fp, 元件定義1 ；
%s\n'，’ Graphics =’)；—設置主模塊圖形顯示；
%s\n'，，Page (D/Al, Landscape, 16，[640, 360]，100)，)；一設置主
%s\n'，，{，)
—主模塊頁面編寫開始
—主模塊內元件1 ；
元件定義n ；—主模塊內元件n ；
fprintf (fp, ’ %s\n','{');—主模塊頁面編寫結束；
3)元件定義部分，該部分指明了每個模塊頁面內調用的元件的設置，包括元件類型、在 頁面內的位置、元件參數等。以下給出了典型的元件定義的編寫實現
case ’ inductor’---編寫電感兀件； fprintf (fp, ’ %s\
n，strcat (，0. inductor ([，，char (buildinfo {2，1})，，，，，char (buildinfo {3，1})，，]，，，
char (buildinfo{4, 1})，，，，，char (buildinfo {5，1})，，，-1)，))； 調用 PSCAD 中電 感元件模型；并根據buildinfo參數設置在頁面內位置。
fprintf (fp,，％s\n，，，{，)；一元件參數設置幵始；
if char (compinfo {1，1})
fprintf (fp,，％s\n，，strcat (，L=//，，char (compinfo {1，1})，，[H]"，))； else
fprintf (fp,，％s\n，，，L="l [H]“，)；end—元件參數可用指定值，也可用缺省值；
fprintf (fp,，%s\n'，，}，)；—元件參數設置結束；
編寫完成后的.psc文件即可由PSCAD調用進行仿真計算，并與本軟件接口獨立。如上所述的仿真計算模型編制過程中，在元件定義過程中元件參數設置和元件位 置設置將使用到電力系統地理信息系統和電力系統能量管理系統的數據。電力系統電能質 量監測數據和電力系統故障信息數據不是必需的，這兩部分數據解析后所得到的可識別格 式的暫態電壓電流數據文件和可識別格式的故障信息數據文件可通過PSCAD的文件讀入 模塊導入PSCAD仿真計算模型中，用于電能質量分析評估、故障分析及治理等領域。軟件接口層2的第三部分功能是設置仿真計算模型所必需的其它附加信息，包 括仿真計算模型的范圍和規模，仿真計算模型的名稱和描述等，這些信息由人工輸入至接 口配置單元10，并通過其傳輸至仿真模型自動生成單元19，以生成指定范圍的仿真計算模 型。綜上可知，在生成仿真計算模型時，只需要人工指定需要進行仿真計算的電力系 統某個區域等簡單的信息，即可應用本軟件接口自動生成所需要的仿真計算模型，整個生 成過程再無需人工干預，降低了模型編制的難度；模型編制的數據源自對原始數據庫的解 析，提高了模型編制的準確性；利用計算機可完成模型編制任務，提高了模型編制的效率。以上實施例僅供說明本發明之用，而非對本發明的限制，有關技術領域的技術人 員，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因此所有等同的 技術方案，都落入本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種實現PSCAD電力系統仿真計算模型自動生成的軟件接口，其特征在于，包括電力系統地理信息系統轉換模塊，用于解析地理信息數據庫，提取其中的元件連接信息，形成網絡連接信息數據庫，提取電力系統元件的參數，按照仿真模型中元件模塊參數的 設置要求進行相應轉換計算，形成元件參數數據庫；電力系統能量管理系統轉換模塊，用于解析能量管理數據庫，提取其中的實時運行數 據，按照仿真模型中元件模塊參數的設置要求進行相應轉換計算，形成運行參數數據庫；仿真模型自動生成模塊，根據所述電力系統地理信息系統轉換模塊獲得的網絡連接信 息、元件參數，以及所述電力系統能量管理系統轉換模塊獲得的運行參數，編寫PSCAD仿真 計算模型的圖形化仿真文件，自動生成仿真計算模型。
2.根據權利要求1所述的實現PSCAD電力系統仿真計算模型自動生成的軟件接口，其 特征在于還包括電力系統電能質量監測系統轉換模塊，用于解析暫態電能監測數據庫，提取相應的暫 態電壓、電流數據，轉換為PSCAD可識別的格式；電力系統故障記錄轉換模塊，用于解析故障記錄數據庫，提取相應的故障信息，轉換為 PSCAD可識別的格式。
3.根據權利要求1或2所述的實現PSCAD電力系統仿真計算模型自動生成的軟件接 口，其特征在于還包括接口配置模塊，用于為生成仿真計算模型提供附加的信息，包括生成的仿真計算模型 的規模和范圍、仿真計算模型的名稱和描述。
4.根據權利要求2所述的實現PSCAD電力系統仿真計算模型自動生成的軟件接口，其 特征在于所述電力系統電能質量監測系統轉換模塊和電力系統故障記錄轉換模塊，為仿真計算 提供附加的信息，用以進行仿真計算模型的校準，并用于完成電能質量評估、故障分析。
5.根據權利要求1所述的實現PSCAD電力系統仿真計算模型自動生成的軟件接口，其 特征在于所述仿真模型自動生成模塊按照.psc文件的格式，編寫PSCAD仿真計算模型的圖形化 仿真文件。
6.根據權利要求3所述的實現PSCAD電力系統仿真計算模型自動生成的軟件接口，其 特征在于所述接口配置模塊所提供的附加信息，通過人工輸入的方式輸入，并通過該接口配置 模塊傳輸到所述仿真模型自動生成模塊，生成指定范圍的仿真計算模型。
全文摘要
本發明涉及電力系統仿真計算的技術領域，尤其涉及一種實現PSCAD電力系統仿真計算模型自動生成的軟件接口。本發明包括用于解析地理信息數據庫的電力系統地理信息系統轉換模塊，用于解析能量管理數據庫電力系統能量管理系統轉換模塊，用于編寫PSCAD仿真計算模型的圖形化仿真文件，自動生成仿真計算模型的仿真模型自動生成模塊。本發明可充分利用電力部門現有的各種數據資源，實現PSCAD仿真計算模型編制的自動化，極大簡化仿真計算模型編制過程，降低模型編制難度，極大提高模型編制效率，增加模型準確度，所生成的仿真計算模型除可用于傳統的潮流計算、穩態分析外，還可用于電能質量評估、故障分析等多個領域。
文檔編號G06F17/50GK101996271SQ201010251518
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月12日 優先權日2010年8月12日
發明者樂健, 劉開培 申請人:武漢大學