CN101996271B - 实现pscad电力系统仿真计算模型自动生成的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力系统仿真计算的技术领域，尤其涉及一种实现PSCAD电力系统仿真计算模型自动生成的软件接口。本发明包括用于解析地理信息数据库的电力系统地理信息系统转换模块，用于解析能量管理数据库电力系统能量管理系统转换模块，用于编写PSCAD仿真计算模型的图形化仿真文件，自动生成仿真计算模型的仿真模型自动生成模块。本发明可充分利用电力部门现有的各种数据资源，实现PSCAD仿真计算模型编制的自动化，极大简化仿真计算模型编制过程，降低模型编制难度，极大提高模型编制效率，增加模型准确度，所生成的仿真计算模型除可用于传统的潮流计算、稳态分析外，还可用于电能质量评估、故障分析等多个领域。

Description

实现PSCAD电力系统仿真计算模型自动生成的系统

技术领域

本发明涉及电力系统仿真计算的技术领域，尤其涉及一种实现PSCAD电力系统仿真计算模型自动生成的系统。

背景技术

仿真计算是进行电力系统设计规划、运行调度和事故分析所必需的重要技术手段，准确适用的仿真计算模型是进行有效仿真计算的前提和基础。PSCAD软件是一个用于各种电力系统设计及校核的快速、精确和易于使用的电力系统模拟器，可广泛应用于电源质量研究、电力电子设计、分布式发电和传输计划等方面的研究，是目前暂态仿真领域通用的分析工具。

电网规模的不断扩大，系统元件数量的不断增加，仿真计算需解决问题难度的不断加大，都增加了仿真计算模型编制的复杂程度，也对模型编制人员的专业技术提出了更高的要求。目前仿真计算模型的手工编制方式已不能适应这种新的形势，甚至无法完成模型编制任务。

目前绝大部分仿真计算模型仍是由运行人员手工编制，由于网络规模大，元件数量多，导致模型编制工作量大，重复工作多，出错几率高且不易查找。同时手工编制属于离线编制方式，不能反映实时的网络运行状态，所得模型时效性差、可信度不高。电力系统仿真计算还新增了包括电能质量分析评估、故障分析等多个任务，依靠电力部门运行人员完成这种模型编制是非常困难且不现实的。

对上述现象，虽有类似根据网络拓扑和元件参数来自动完成仿真计算的设计方法，但或由于仿真计算过程中使用的算法为自主开发，功能极其有限，且其可信度明显低于PSCAD此类广为应用的仿真计算软件；或在生成仿真计算模型时，仍需要编制人员人工收集必需的数据，并转换为特定的格式，同样存在工作量大和出错几率高的问题。

因此，若能直接从电力系统各种原始数据出发，自动生成仿真计算软件能调用的仿真计算模型，可极大简化模型编制过程，降低模型编制难度，提高模型准确性。可使工作人员专注于后续计算过程，提高仿真计算的效率。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明的目的是提供一种实现PSCAD电力系统仿真计算模型自动生成的系统，根据电力系统各种原始数据，自动生成相应PSCAD仿真计算模型的软件接口，从而简化仿真计算中的模型编制过程，减小模型编制的难度，提高仿真计算的效率。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

电力系统地理信息系统转换模块，用于解析地理信息数据库，提取其中的元件连接信息，形成网络连接信息数据库；并从地理信息数据库中提取电力系统元件的参数，按照仿真模型中元件模块参数的设置要求进行相应转换计算，形成元件参数数据库；

电力系统能量管理系统转换模块，用于解析能量管理数据库，提取其中的实时运行数据，按照仿真模型中元件模块参数的设置要求进行相应转换计算，形成运行参数数据库；

仿真模型自动生成模块，根据所述电力系统地理信息系统转换模块获得的网络连接信息、元件参数，以及所述电力系统能量管理系统转换模块获得的运行参数，编写PSCAD仿真计算模型的图形化仿真文件，自动生成仿真计算模型。

电力系统电能质量监测系统转换模块，用于解析暂态电能监测数据库，提取相应的暂态电压、电流数据，转换为PSCAD可识别的格式；

电力系统故障记录转换模块，用于解析故障记录数据库，提取相应的故障信息，转换为PSCAD可识别的格式。

接口配置模块，用于为生成仿真计算模型提供附加的信息，包括生成的仿真计算模型的规模和范围、仿真计算模型的名称和描述。

所述电力系统电能质量监测系统转换模块和电力系统故障记录转换模块，为仿真计算提供附加的信息，用以进行仿真计算模型的校准，并用于完成电能质量评估、故障分析。

所述仿真模型自动生成模块按照.psc文件的格式，编写PSCAD仿真计算模型的图形化仿真文件。

所述接口配置模块所提供的附加信息，通过人工输入的方式输入，并通过该接口配置模块传输到所述仿真模型自动生成模块，生成指定范围的仿真计算模型。

本发明具有以下优点和积极效果：

1）本发明可充分利用电力部门现有的各种数据资源，实现PSCAD仿真计算模型编制的自动化，极大简化仿真计算模型编制过程，降低模型编制难度，极大提高模型编制效率，增加模型准确度，所得模型能够满足多种仿真需要；

2）所生成的仿真计算模型除可用于传统的潮流计算、稳态分析外，还可用于电能质量评估、故障分析等多个领域，适用于任何需要进行电力系统仿真计算的应用场合，尤其在电力系统复杂、仿真计算软件接口功能较弱时更能体现本发明解决方案的优越性。

附图说明

图1是本发明提供的软件接口在仿真过程中的系统结构示意图。

图2是本发明提供的软件接口的功能模块结构图。

图3是PSCAD仿真计算模型的结构示意图。

具体实施方式

下面以具体实施例结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，软件系统分为原始数据层1、软件接口层2和软件应用层3。原始数据层1包括电力系统地理信息数据库31、电力系统能量管理数据库32、电力系统电能质量数据库33、电力系统故障信息数据库34；软件应用层3包括了PSCAD仿真计算模型41和PSCAD仿真计算软件42。

本发明提供的实现PSCAD电力系统仿真计算模型自动生成的软件接口位于图1所示的软件接口层2，该软件接口层2完成三部分功能，分别为：1）从各种电力系统数据库中提取仿真计算所需要的数据；2）根据解析得到的数据库，编写PSCAD仿真计算模型的相应文件；3）设置仿真计算模型所必需的其它附加信息。

如图2所示，电力系统地理信息系统转换单元11提供仿真计算模型生成时需要的基本拓扑信息和元件参数信息，电力系统能量管理系统转换单元12提供仿真计算模型生成时需要的实时运行参数信息；仿真模型自动生成单元19生成仿真计算模型；电力系统电能质量监测系统转换单元13提供仿真计算中需要的附加暂态电能信息；电力系统故障记录转换单元14提供仿真计算中需要的附加故障信息；接口配置单元10用于对生成的仿真计算模型进行基本的参数设置。

下面结合附图分别对本发明提出的软件接口的具体功能的实现方式进行详细描述：

图1中软件接口层2完成的第一部分功能是从各种电力系统数据库中提取仿真计算所需要的数据。这些常用的数据库有：电力系统地理信息系统数据库31，其中含有网络的拓扑结构信息和元件参数信息。相应的数据提取和转换工作由电力系统地理信息系统转换单元11完成，该单元对地理信息数据库进行解析，获取电网拓扑结构信息和电网组成元件的参数，这些参数可能与仿真计算模型中元件的参数设置要求不一致，因而该单元还能将提取的参数进行转换和相应计算，得到仿真计算模型中元件所需的参数。所得到的网络拓扑信息和元件参数信息保存在软件接口内部的网络连接信息及元件参数数据库15中。其实现原理如下：

电力系统地理信息系统数据库31通常以XML文件形式提供。XML(eXtensible MarkupLanguage)是由万维网联盟(W3E)设计，是通用标记语言SGML(Standard General MarkupLanguage)的一个子集。它提供了一种独立于运行程序的方法来共享数据，是用来自动描述信息的一种新的标准语言，通过计算机通信把Intenet的功能由信息传递扩大到人类其他多种多样的活动中去。

利用Matlab软件提供的XML接口对电力系统地理信息系统数据库进行解析：

通过对所有满足条件的元件解析，即可得到连接到某节点的所有元件及其参数，以此类推，即可顺序得到目标区域内所有元件的连接信息和参数信息。

电力系统能量管理系统数据库32，其中含有网络稳态运行参数。相应的数据提取和转换工作由电力系统能量管理系统转换单元12完成，该单元对能量管理系统数据库进行解析，获取电网的实时稳态运行参数，而这些参数可能与仿真计算模型中元件的参数设置不一致，因而该单元还能将提取的参数进行转换和相应计算，得到仿真计算模型中元件（主要是电源和负荷）所需的参数。所得到的实时稳态运行参数保存在软件接口内部的实时运行参数数据库16中，上述两部分数据库的数据是生成仿真计算模型所必需的，其实现原理如下：

电力系统能量管理数据库通常以PI(Plant Information)数据库形式提供。它是由美国OSI公司开发的实时/历史数据库系统，能将实时数据和历史数据存放在一个统一的数据库中，基于其特有的数据压缩和存储方式，在海量数据存储、海量数据的实时访问以及管理方面表现出关系数据库所无法比拟的优势。PI数据库系统的优势使其在电力系统中得到了广泛应用。

针对Matlab编程接口与PI实时数据库的二次开发接口的特点。在此选取API方式访问数据库：Matlab调用piapi32.dll动态链接库来访问PI实时数据库系统。Matlab提供了loadlibrary接口函数来加载动态链接库、calllib接口函数来引用动态链接库中的函数、unloadlibrary接口函数来卸载动态链接库.

loadlibrary(′D:\LIBRARY\piapi32.dll′,′D:\LIBRARY\piapi.h′);--数据库的加载;

libfunctionsview(′piapi32′)；--查看加载数据库的函数;

calllib(′piapi32′,′piut_setservernode′,′地址′)；--服务器的连接;

calllib(′piapi32′,′piut_login′,′用户名′,′密码′,权限)--用户登录;

calllib(′piapi32′,′piut_login′,′用户名′,′密码′,权限)=0)--归档值的提取;

calllib(′piapi32′,′pitm_parsetime′,′startt′,0,&timesta);--设置开始时间;

calllib(′piapi32′,′pitm_parsetime′,′endt′,0,&timeend);--设置结束时间;

num=((timeend-timesta)/sec)+1；--sec为相隔取点的时间间隔;

calllib(′piapi32′,′pipt_findpoint′,′*tagname′,*pt);--根据测点名获得测点索引号;

calllib(′piapi32′,′piar_timedvalues′,pt,*count,times[],rvals[],istats[],prev);

calllib(′piapi32′,′piut_login′,′用户名′,′密码′,权限)=0)--快照值的提取;

calllib(′piapi32′,′pitm_parsetime′,′strtime′,0,&datatime);--设置时间;

calllib(′piapi32′,′pipt_findpoint′,′*tagname′,*pt);根据测点名获得测点索引号;

calllib(′piapi32′,′pisn_getsnapshot′,pt，*rval,*istat,*timedate);--获得某个时间点的快照

unloadlibrary(′piapi32′);--卸载数据库

另外，越来越多的电力企业开始重视电能质量问题，并多数已建立起相应的监测网络，所得到的电力系统电能质量数据库33包含有电压和电流的暂态波形数据，对于分析电压跌落、谐波和电压闪变等具有重要作用。相应的数据提取和转换工作由电力系统电能质量监测系统转换单元13完成，该单元对电能质量监测数据库进行解析，获取记录到的暂态电压电流事件及相应的波形数据，并按照PSCAD仿真计算软件42能识别的数据格式形成可识别格式的暂态电压电流数据文件17，供仿真计算时调用。其实现原理如下：

电力系统电能质量数据库33通常以PQDIF格式提供。它是IEEE1159标准新规定的一种通用电能质量数据转换格式。PQDIF使多数据具有良好兼容性，便于实现不同监测系统间数据共享。

从PQD文件提取信息的方法通常都是设计开发人员容易实现的。以下详述将提取到信息转换到PSCAD中的具体方法。

利用PSCAD提供的数据文件读入模型file read即可实现数据的读入。所能读入的文件格式为.TXT格式，要求该文件中具有两列：第一列为时间坐标，第二列为对应该时间的参数值，下面以某电压监测波形给出了典型的文件结构：

类似的，电力系统故障信息数据库34中包含有故障时间、故障时跳闸的开关位置、故障地点等信息，对于分析电力系统故障来源，采取相应解决措施等具有很大作用。相应的数据提取和转换工作由电力系统故障记录转换单元14完成，该单元对故障信息数据库进行解析，获取记录到的故障信息，并按照PSCAD仿真计算软件42能识别的输入数据格式形成可识别格式的故障信息记录数据文件18，供仿真计算时调用。该部分信息通常也是以PQDIF的形式提供，其具体实现方法可参考上述对电力系统电能质量数据的提取方法。电能质量数据和故障信息数据不是生成仿真计算模型所必需的，但对进行仿真计算模型的校准、完成高级的仿真计算任务等是非常重要的。

软件接口层2的第二部分功能是由仿真模型自动生成单元19根据解析所得到的数据库，编写PSCAD仿真计算模型41的相应文件，所得模型可被PSCAD仿真计算软件42直接调用。该功能的具体实施如下：

PSCAD仿真计算软件仅有少量的数据接口，未提供编写仿真计算模型的接口。经过研究发现，PSCAD进行仿真计算时分为两个步骤：1）开发人员在由PSCAD仿真计算软件提供的图形化界面中完成仿真计算模型的编制，编制所得到的仿真计算模型保存于后缀为.psc的文件中。2）解析.psc文件，利用EMTDC进行仿真计算。本软件接口即是按照.psc文件的格式，利用所得到的内部数据库的数据，直接编写.psc文件，自动生成PSCAD电力系统仿真计算模型。具体原理如下：

如图3所示，典型的.psc文件由以下几个部分构成：

1）设置部分，给出了该仿真计算模型进行仿真计算时使用的环境设置，包括仿真计算模块名称，显示页面大小，仿真计算步长、仿真计算的时间等。以下给出了典型的设置部分的编写实现：

2）定义部分，该部分为仿真计算模型的核心部分，由多个模块构成。每个模块包括了节点部分，定义了该绘图页的外部电气接口；包括了图形部分，定义了该绘图页的图形表示形式；包括了页面部分，定义了该绘图页的内部绘图信息。以下给出了典型的模块部分的编写实现：

3）元件定义部分，该部分指明了每个模块页面内调用的元件的设置，包括元件类型、在页面内的位置、元件参数等。以下给出了典型的元件定义的编写实现：

编写完成后的.psc文件即可由PSCAD调用进行仿真计算，并与本软件接口独立。

如上所述的仿真计算模型编制过程中，在元件定义过程中元件参数设置和元件位置设置将使用到电力系统地理信息系统和电力系统能量管理系统的数据。电力系统电能质量监测数据和电力系统故障信息数据不是必需的，这两部分数据解析后所得到的可识别格式的暂态电压电流数据文件和可识别格式的故障信息数据文件可通过PSCAD的文件读入模块导入PSCAD仿真计算模型中，用于电能质量分析评估、故障分析及治理等领域。

软件接口层2的第三部分功能是设置仿真计算模型所必需的其它附加信息，包括仿真计算模型的范围和规模，仿真计算模型的名称和描述等，这些信息由人工输入至接口配置单元10，并通过其传输至仿真模型自动生成单元19，以生成指定范围的仿真计算模型。

综上可知，在生成仿真计算模型时，只需要人工指定需要进行仿真计算的电力系统某个区域等简单的信息，即可应用本软件接口自动生成所需要的仿真计算模型，整个生成过程再无需人工干预，降低了模型编制的难度；模型编制的数据源自对原始数据库的解析，提高了模型编制的准确性；利用计算机可完成模型编制任务，提高了模型编制的效率。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案，都落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种实现PSCAD电力系统仿真计算模型自动生成的系统，其特征在于，包括：

电力系统地理信息系统转换模块，用于解析地理信息数据库，提取其中的元件连接信息，形成网络连接信息数据库；并从地理信息数据库中提取电力系统元件的参数，按照仿真模型中元件模块参数的设置要求进行相应转换计算，形成元件参数数据库；

电力系统能量管理系统转换模块，用于解析能量管理数据库，提取其中的实时运行数据，按照仿真模型中元件模块参数的设置要求进行相应转换计算，形成运行参数数据库；

仿真模型自动生成模块，根据所述电力系统地理信息系统转换模块获得的网络连接信息、元件参数，以及所述电力系统能量管理系统转换模块获得的运行参数，编写PSCAD仿真计算模型的图形化仿真文件，自动生成仿真计算模型。

2.根据权利要求1所述的实现PSCAD电力系统仿真计算模型自动生成的系统，其特征在于还包括：

电力系统电能质量监测系统转换模块，用于解析暂态电能监测数据库，提取相应的暂态电压、电流数据，转换为PSCAD可识别的格式；

电力系统故障记录转换模块，用于解析故障记录数据库，提取相应的故障信息，转换为PSCAD可识别的格式。

3.根据权利要求1或2所述的实现PSCAD电力系统仿真计算模型自动生成的系统，其特征在于还包括：

接口配置模块，用于为生成仿真计算模型提供附加的信息，包括生成的仿真计算模型的规模和范围、仿真计算模型的名称和描述。

4.根据权利要求2所述的实现PSCAD电力系统仿真计算模型自动生成的系统，其特征在于：

所述电力系统电能质量监测系统转换模块和电力系统故障记录转换模块，为仿真计算提供附加的信息，用以进行仿真计算模型的校准，并用于完成电能质量评估、故障分析。

5.根据权利要求1所述的实现PSCAD电力系统仿真计算模型自动生成的系统，其特征在于：

所述仿真模型自动生成模块按照.psc文件的格式，编写PSCAD仿真计算模型的图形化仿真文件。

6.根据权利要求3所述的实现PSCAD电力系统仿真计算模型自动生成的系统，其特征在于：

所述接口配置模块所提供的附加信息，通过人工输入的方式输入，并通过该接口配置模块传输到所述仿真模型自动生成模块，生成指定范围的仿真计算模型。

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