CN101539963A - 一种机电暂态向电磁暂态的模型转换方案及实现方法 - Google Patents

Abstract

一种机电暂态向电磁暂态的模型转换方案及实现方法，实现机电暂态向电磁暂态电网仿真模型转换。特别是一种基于机电暂态仿真工具BPA向电磁暂态仿真工具PSCAD/EMTDC的电网模型转换方案及实现方法。该方法根据图论的关联矩阵、深度优先搜索理论，以BPA数据文件中的电网结构为依据生成节点支路关联矩阵，通过深度优先搜索并结合节点支路关联矩阵确定电网树支节点的先后顺序，直到搜索出该电网结构的一个完整树支。根据搜索后的节点顺序，调整节点支路关联矩阵并依据调整后的新关联矩阵，添加节点、负荷、支路以及其他电气元件，直到完成所有的节点与支路的重新构建，形成在电磁暂态仿真工具PSCAD/EMTDC下的新的网络模型结构，该网络模型结构与原BPA数据文件的电网结构具有相同的网络拓扑结构，并且各元件参数保持一致。

Description

一种机电暂态向电磁暂态的模型转换方案及实现方法

技术领域

本发明是一种机电暂态向电磁暂态的模型转换方案及实现方法，实现将机电暂态向电磁暂态电网仿真模型转换。特别是一种机电暂态仿真工具BPA向电磁暂态仿真工具PSCAD/EMTDC的电网模型转换方案及实现方法。本发明是简化不同仿真技术及仿真工具间建模过程，提高仿真精确度的创新方案及实现方法。更具体的说，本发明根据图论的关联矩阵、深度优先搜索理论，合理安排系统各节点的顺序，完成机电暂态仿真工具BPA的电网系统数据向电磁暂态仿真工具PSCAD/EMTDC的模型转换过程，转换后的系统网络具有与原系统相同的网络拓扑结构及等效的系统元件参数，便于进行该电力网络在电磁暂态环境下的仿真研究。

背景技术

在国内适应于机电暂态仿真的主要是BPA和PSS/E(我国很多电网采用BPA)，应用于电磁暂态仿真的主要是PSCAD/EMTDC，PSCAD/EMTDC是加拿大Manitoba直流研究中心开发的，国际上成熟的电磁暂态仿真系统。

然而，随着直流输电技术的发展，复杂的直流控制系统及柔性电力电子等快速关断器件在机电暂态仿真环境下是无法详细进行模拟并计算的，在电磁暂态下却可以非常详细的模拟并研究直流输电控制系统的响应特性，电磁暂态不仅要求对电力系统的动态元件采用详细的非线性模型，还要计及网络的暂态过程，也需采用微分方程描述，使得电磁暂态的仿真规模受到了限制。因此，国内曾展开过机电暂态与电磁暂态混合仿真的研究，以便在一定程度上弱化电磁暂态仿真在仿真规模上的限制，但是，对于机电暂态与电磁暂态混合仿真而言，两种仿真技术在接口处的计算误差始终无法消除并且存在累积误差。因此，为适应直流输电技术及柔性电力电子技术的研究要求，在全电磁暂态环境下进行全系统的仿真计算是较为精确的。

在我国，交流系统的仿真一般在机电暂态BPA环境下进行，所有的电网数据都是适用于BPA环境的，该数据文件在电磁暂态PSCAD/EMTDC中是无法使用的，通常的做法是根据机电暂态BPA数据文件的网络拓扑结构及元件参数在电磁暂态PSCAD/EMTDC中手动重新建模，这样不仅浪费时间，而且在建模过程中，由于BPA中的元件模型结构及参数与PSCAD/EMTDC中的元件模型结构及参数不完全相同，因此在重新建模的过程中一方面具有数据对应问题，另一方面在网络节点、支路及元件数目比较多时由于人为原因会出现一些错误，但目前国内尚未有将机电暂态网络数据转换到电磁暂态的相关研究或成熟方案及实现方法。

基于这种状况，本发明提出一种机电暂态向电磁暂态的模型转换方案及实现方法，该方法基于图论中的关联矩阵、深度优先搜索等理论生成与机电暂态相同网络拓扑结构的网络树，并借助在电磁暂态中的用户自定义模型功能构建自定义模型库，将机电暂态BPA的电力网络数据转换为具有可视化功能的电磁暂态PSCAD/EMTDC的系统模型，从而完成机电暂态向电磁暂态的模型转换，便于在电磁暂态PSCAD/EMTDC中进行电磁暂态仿真。该方案及实现方法提高了在PSCAD/EMTDC中进行电网建模的效率并提高了建模及仿真结果的准确度。

发明内容

本发明提出了一种机电暂态向电磁暂态的模型转换方案及实现方法，该方案将机电暂态的电力网络数据转换为具有可视化功能的电磁暂态的系统模型，转换过程中借助用户自定义模型库构建适用于电磁暂态计算的系统模型，便于在电磁暂态环境下进行全系统的仿真计算。

本发明依据机电暂态BPA数据文件，生成节点支路关联矩阵，并且根据深度优先搜索理论重新安排节点的顺序，根据数据文件中的不同元件选择电磁暂态自定义模型库中的相应元件与之相匹配。读取机电暂态数据文件中的元件数据，选择电磁暂态中的元件的相应种类并初始化元件参数。根据节点支路关联矩阵逐步添加每条支路的树支和连支，生成适用于电磁暂态PSCAD/EMTDC的模型，最终生成的模型具有与机电暂态BPA的数据文件相同的网络拓扑结构，并且在电磁暂态PSCAD/EMTDC中的仿真结果与机电暂态BPA中的仿真结果相同。

如图1为机电暂态BPA中IEEE 9节点经典算例的网络拓扑图，该网络拓扑图只是网络节点支路连接关系的示意图，不能直接用于机电暂态BPA仿真；图2为经本方法转换后的电磁暂态PSCAD/EMTDC的模型结构图，可以直接用于电磁暂态PSCAD/EMTDC仿真；图3为机电暂态BPA中IEEE 9节点经典算例的数据文件即机电暂态BPA的模型文件，可以直接用于机电暂态BPA仿真，从图3可以看出机电暂态BPA的模型文件可视化程度很差，从该文件中无法直接看到系统网络的结构。

附图说明

图1为机电暂态BPA中IEEE 9节点经典算例的网络拓扑图；

图2为经本方法转换后的电磁暂态PSCAD/EMTDC的模型结构图；

图3为机电暂态BPA中IEEE 9节点经典算例的数据文件；

图4为模型转换方案及实现方法流程图。

具体实施方式

如图4所示，读取机电暂态BPA数据文件，即如图3所示数据，根据数据文件形成原始节点支路关联矩阵，并且记录每一节点的节点编号i和每条支路编号j，节点支路关联矩阵矩阵的行对应数据文件的节点，列对应数据文件的支路。

通过深度优先搜索，从数据文件中读取第一个PQ节点，设定该PQ节点的节点顺序号Seq为0，树支识别号为0，并称该节点为第一条树支的母节点。根据原始节点关联矩阵，以该母节点为开始节点搜索与该节点相连的下一个节点，并设定被搜索出来的节点顺序号Seq为1，以母节点的编号为该节点的树支识别号Sequence。依据原始节点关联矩阵，以被搜索出的新的节点为开始节点继续向深度方向搜索下一节点，并且记录节点顺序号Seq为2，树支识别号Sequence仍为母节点编号。以此类推，直到第一条树支不再有新的节点为止。以第一条树支的最后节点为开始节点，假设其节点顺序号Seq为m，该节点称为下一树支的母节点，依据原始节点关联矩阵，搜索与该节点相连的尚未搜索过的节点，若无与该节点相连的节点，则以该节点的前一节点，节点顺序号为m-1的节点为开始节点重新搜索，并称节点顺序号为m-1的节点为新的母节点，并设定新搜索到的节点的节点顺序号Seq为m+1，树支识别号Sequence为新的母节点的节点顺序号m。执行与第一条树支搜索相同的方法，直到搜索到于该树支相连接所有的节点为止。根据上述方法，直到搜索出原始节点关联矩阵中的所有节点为止。

依据设定的节点顺序号Seq，重新排列原始节点关联矩阵的节点与支路顺序，形成新的节点关联矩阵并称为理想节点关联矩阵。以理想节点关联矩阵的顺序，形成电磁暂态PSCAD/EMTDC模型。

具体形成方式是首先添加第一条树支的母节点，并添加与该节点相连接的负荷模型。添加节点顺序号Seq为1的节点以及负荷模型，待节点顺序号Seq为1的节点添加完毕后，判断节点顺序号Seq为2的节点的树支识别号Sequence是否发生改变，若不发生变化，接着往下添加节点顺序号Seq为2的节点以及负荷。若发生变化，则添加树支识别号Sequence未发生变化以前的节点之间的支路，包括树枝支路和连枝支路。待该树枝所有的节点以及支路都添加完毕以后，根据上述方法，以下一个母节点为基准，添加新树枝的节点以及支路，在添加支路的过程中，根据机电暂态BPA数据文件以及发电机、励磁机、调速器、原动机等模型的动态数据，添加与支路相对应的元件模型，即：对于T卡支路，添加变压器支路，并且根据T卡支路参数初始化变压器支路参数；对于L卡支路，添加对称参数分布支路，并且根据L卡支路参数初始化对称参数分布支路参数；对于E卡支路，添加非对称参数分布支路，并且根据E卡支路参数初始化非对称参数分布支路参数。

根据上述方法，待理想关联矩阵中所有的元件添加完毕后，根据同样的方法添加其余的平衡节点和PV节点，生成电磁暂态PSCAD/EMTDC模型，如图2所示的模型结构，并完成机电暂态向电磁暂态的模型转换。

Claims (2)

1、一种机电暂态向电磁暂态的模型转换方案及实现方法，其特征在于：将机电暂态仿真的电力系统模型转换为电磁暂态仿真的电力网络系统模型，实现电力系统的电磁暂态仿真。

2、如权利要求1所述的实现方法，其特征在于：根据机电暂态数据生成节点支路关联矩阵，通过深度优先搜索调整节点支路关联矩阵并依据调整后的新节点支路关联矩阵生成电磁暂态模型，构建出电磁暂态仿真的可视化网络结构。

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