專利名稱：基于超前計算的電磁機電暫態混合實時仿真接口交互方法
技術領域：
本發明是基于超前計算的電磁機電暫態混合實時仿真接口交互方法，屬于電力系統暫態數字仿真技術領域。
背景技術：
高壓直流輸電工程等響應快速的大容量電子裝置在現代電網的廣泛應用，使電力系統中電磁與機電暫態過程緊密耦合，純機電暫態仿真系統越來越難以滿足現代電力系統仿真計算要求，而純電磁暫態仿真系統受仿真規模限制，難以進行交直流大電網仿真計算。因此，需要將電力系統電磁與機電暫態過程結合起來，在一次仿真中對兩者同時進行模擬并達到實時，即電磁機電暫態混合實時仿真。電磁機電暫態混合實時仿真一般由電磁暫態仿真系統系統、機電暫態仿真系統系統和接口進程控制系統組成，其中電磁暫態仿真系統系統對一部分電力系統進行實時仿·真，機電暫態仿真系統系統對另一部分電力系統進行實時仿真，兩者通過接口進程控制系統進行交互和協調，如圖I所示。電磁機電暫態混合實時仿真中，對電磁暫態計算而言，機電暫態系統采用電壓源形式的接口模型；對機電暫態計算而言，電磁暫態系統采用功率源形式的接口模型。電磁機電暫態混合實時仿真中，電磁暫態典型仿真步長為50微秒，機電暫態典型仿真步長為10毫秒，其接口數據交換時序一般采用并行或串行方式進行。在這類交換時序中，電磁暫態與機電暫態兩側僅在每個交互步長結束時刻交換接口等值模型參數和接口邊界條件，這些信息均為上一仿真步長的相應數據。采用這種交換時序，在系統穩態時基本能滿足仿真計算要求；但當系統網絡拓撲改變(如故障發生或故障消除、大擾動)發生時，接口電壓、電流等電氣量將出現突變，接口信息和故障信息在對側沒有能夠及時得到反映(至少延遲了一個機電暫態仿真系統步長，約10ms)，此外，從三相瞬時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，而在故障暫態過程中電氣量變化相當劇烈，因而會產生較大誤差，極大地影響了仿真計算準確性。
發明內容
本發明提出了基于超前計算的電磁機電暫態混合實時仿真接口交互方法，目的是在故障發生、切除和大擾動發生時刻，準確確定電磁暫態仿真系統與機電暫態仿真系統相互交換的等值模型參數和接口邊界條件，消除仿真接口交互延遲，從而有效提高電磁機電暫態混合實時仿真的精確性。本發明提出的基于超前計算的電磁機電暫態混合實時仿真接口交互計算方法，電磁機電暫態混合實時仿真系統包括模擬第一電力系統的電磁暫態仿真系統及模擬第二電力系統的機電暫態仿真系統，電磁暫態仿真系統與機電暫態仿真系統通過接口進程控制系統相互交換接口數據，其特征在于接口交互方法包括以下情況
I)非故障/大擾動發生時刻所在交互步長的計算為正常交互計算時序，具體包括如下步驟
11)電磁暫態仿真與機電暫態仿真系統相互交換接口數據；
12)機電暫態仿真系統進行一個機電步長的計算，在IV△ T時刻前計算完畢，準備好機電側等值參數；其中T_i為故障/大擾動發生前一個機電暫態仿真系統步長時刻，△ T為機電暫態仿真系統步長；
13)外推至L+nXAt時刻，機電側接口等值參數由接口線程送至電磁暫態仿真系統；其中η為從jL1時刻開始計算的電磁暫態仿真系統步數，Δ t為電磁暫態仿真系統步長； 14)電磁暫態仿真系統讀取機電側接口數據，并計算一個交互步長內若干電磁暫態仿真系統步長，即求解L+nX Δ t時刻模型解；
15)電磁暫態仿真系統準備好該側接口數據，通過接口線程發送至機電暫態仿真系統
側；
重復13) 15)直至該交互步長結束。2)故障/大擾動發生時刻所在的交互步長的計算，設定故障/大擾動發生在Ttla時亥IJ，設定故障發生的時間序列、故障信息等均已知，將故障/大擾動發生時刻所在交互步長的計算分為兩個階段，分別為Tc^Ttlb和TfflTT1，其中T1為故障/大擾動發生后一個機電暫態仿真系統步長時刻，Tob為在該交互步長內，為了實現超前計算設置的仿真時刻點
2DT0a時刻前，機電暫態仿真系統提前計算故障/大擾動情況下網絡方程，估算故障時刻接口電壓；
22)在Ttla時刻，將上述故障時刻接口電壓估算值發送至電磁暫態仿真系統側；
23)機電暫態仿真系統在Tdb—個步長的時間內進入等待狀態，不進行計算；
24)電磁暫態仿真系統在Tc^Ttlb—個步長的時間內進行仿真計算，并在Ttlb時刻，將該側接口數據發送至機電暫態側，第一階段計算結束；
25)Tob時刻后電磁機電混合實時仿真進入正常交互計算時序，即進入第二階段計算。本發明在故障/大擾動發生時刻所在的交互步長內，通過增加超前計算，得到機電暫態系統等值的電壓源形式的接口模型故障時刻初值，并交換到電磁暫態計算側，作為故障發生前電磁暫態計算初值；同時，通過增加超前計算，得到電磁暫態系統等值的功率源形式的接口模型故障時刻初值，并發送至機電暫態計算側，作為故障發生前機電暫態計算初值。經過以上超前計算方法，可在故障發生、切除和大擾動發生時刻，準確確定電磁暫態仿真與機電暫態仿真相互交換的等值模型參數和接口邊界條件，消除仿真接口交互延遲，從而有效提高電磁機電暫態混合實時仿真的精確性。
圖I為電磁暫態與機電暫態混合實時仿真系統結構示意圖。圖2為本發明提出的基于超前計算的電磁暫態與機電暫態混合實時仿真接口交互時序示意圖。
具體實施例方式本發明提出的基于超前計算的電磁機電暫態混合實時仿真接口交互計算方法，電磁機電暫態混合實時仿真系統包括模擬第一電力系統的電磁暫態仿真系統及模擬第二電力系統的機電暫態仿真系統，電磁暫態仿真系統與機電暫態仿真系統通過接口進程控制系統相互交換接口數據，其特征在于接口交互方法包括以下情況
I)非故障/大擾動發生時刻所在交互步長的計算為正常交互計算時序，具體包括如下步驟
II)電磁暫態仿真系統與機電暫態仿真系統相互交換接口數據，如圖2中的步驟①所
示；
12)機電暫態仿真系統進行一個機電步長的計算，在IV△ T時刻前計算完畢，準備好機電側等值參數，如圖2中的步驟②所示；
13)外推至L+nXAt時刻，機電側接口等值參數由接口線程送至電磁暫態仿真系統，如圖2中的步驟③所示； 14)電磁暫態仿真系統讀取機電側接口數據，并計算一個交互步長內若干電磁暫態仿真系統步長，即求解L+nX At時刻模型解，如圖2中的步驟④所示；
15)電磁暫態仿真系統準備好該側接口數據，通過接口線程發送至機電暫態仿真系統偵牝如圖2中的步驟⑤所示；
重復13) 15)直至該交互步長結束。2)故障/大擾動發生時刻所在的交互步長的計算，設定故障/大擾動發生在Ttla時亥IJ，設定故障發生的時間序列、故障信息等均已知，將故障/大擾動發生時刻所在交互步長的計算分為兩個階段，分別為Tc^Ttlb和TcilTT1
2DT0a時刻前，機電暫態仿真系統提前計算故障/大擾動情況下網絡方程，估算故障時刻接口電壓，如圖2中的步驟⑥所示；
22)在Ttla時刻，將上述故障時刻接口電壓估算值發送至電磁暫態仿真系統側，如圖2中的步驟⑦所示；
23)機電暫態仿真系統在Tc^Ttlb—個步長的時間內進入等待狀態，不進行計算，如圖2中的步驟⑧所示；
24)電磁暫態仿真系統在Tc^Ttlb—個步長的時間內進行仿真計算，并在Ttlb時刻，將該側接口數據發送至機電暫態側，第一階段計算結束；
25)1^時刻后電磁機電混合實時仿真進入正常交互計算時序，即進入第二階段計算，如圖2的步驟⑨所示。
權利要求
1.基于超前計算的電磁機電暫態混合實時仿真接口交互方法，電磁機電暫態混合實時仿真系統包括模擬第一電力系統的電磁暫態仿真系統及模擬第二電力系統的機電暫態仿真系統，電磁暫態仿真系統與機電暫態仿真系統通過接口進程控制系統相互交換接口數據，其特征在于接口交互方法包括以下情況 1)非故障/大擾動發生時刻所在交互步長的計算為正常交互計算時序，具體包括如下步驟 11)電磁暫態仿真系統與機電暫態仿真系統相互交換接口數據； 12)機電暫態仿真系統進行一個機電步長的計算，在IV△ T時刻前計算完畢，準備好機電側等值參數；其中T_i為故障/大擾動發生前一個機電暫態仿真系統步長時刻，△ T為機電暫態仿真系統步長； 13)外推至L+nXAt時刻，機電側接口等值參數由接口線程送至電磁暫態仿真系統；其中η為從jL1時刻開始計算的電磁暫態仿真系統步數，Δ t為電磁暫態仿真系統步長； 14)電磁暫態仿真系統讀取機電側接口數據，并計算一個交互步長內若干電磁暫態仿真系統步長，即求解L+nX Δ t時刻模型解； 15)電磁暫態仿真系統準備好該側接口數據，通過接口線程發送至機電暫態仿真系統側； 重復13) 15)直至該交互步長結束； 2)故障/大擾動發生時刻所在的交互步長的計算，設定故障/大擾動發生在Ttla時刻，設定故障發生的時間序列、故障信息等均已知，將故障/大擾動發生時刻所在交互步長的計算分為兩個階段，分別為Tc^Ttlb和TfflTT1，其中T1為故障/大擾動發生后一個機電暫態仿真系統步長時刻，Tob為在該交互步長內，為了實現超前計算設置的仿真時刻點 2DT0a時刻前，機電暫態仿真系統提前計算故障/大擾動情況下網絡方程，估算故障時刻接口電壓； 22)在Ttla時刻，將上述故障時刻接口電壓估算值發送至電磁暫態仿真系統側； 23)機電暫態仿真系統在Tdb—個步長的時間內進入等待狀態，不進行計算； 24)電磁暫態仿真系統在Tc^Ttlb—個步長的時間內進行仿真計算，并在Ttlb時刻，將該側接口數據發送至機電暫態側，第一階段計算結束； 25)Tob時刻后電磁機電混合實時仿真進入正常交互計算時序，即進入第二階段計算。
全文摘要
本發明是基于超前計算的電磁機電暫態混合實時仿真接口交互方法，屬于電力系統暫態數字仿真技術領域。本發明在故障/大擾動發生時刻所在的交互步長內，通過增加超前計算，得到機電暫態系統等值的電壓源形式的接口模型故障時刻初值，并交換到電磁暫態計算側，作為故障發生前電磁暫態計算初值；同時，通過增加超前計算，得到電磁暫態系統等值的功率源形式的接口模型故障時刻初值，并發送至機電暫態計算側，作為故障發生前機電暫態計算初值。經過以上超前計算方法，可在故障發生、切除和大擾動發生時刻，準確確定電磁暫態仿真與機電暫態仿真相互交換的等值模型參數和接口邊界條件，消除仿真接口交互延遲，從而有效提高電磁機電暫態混合實時仿真的精確性。
文檔編號H02J3/00GK102841962SQ201210255230
公開日2012年12月26日 申請日期2012年7月23日 優先權日2012年7月23日
發明者歐開健, 張樹卿, 胡云, 梁旭, 李偉 申請人:南方電網科學研究院有限責任公司