CN102708258B - 一种PSS/E至SimPowerSys的电力网络系统数据转换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PSS/E至SimPowerSys的电力网络系统数据转换方法，包括步骤：（1）从PSS/E数据文件中的电力网络连接信息、静态电力元件参数信息以及动态电力元件参数信息；获取并形成电力网络布局信息；（2）对电力网络系统进行区域划分并形成每个区域内的子模块，根据子模块的位置信息及各子模块内母线单元的坐标信息对母线单元进行布局。（3）对母线单元进行布线。本发明电力网络系统数据转换方法利用了PSS/E文件已有的原始数据，实现了SimPowerSys电力系统仿真模型的自动生成；无需人工手动转换或重新编制大量数据文件，极大地简化了模型编制过程，减少编制错误，提高工作效率。

Description

一种PSS/E至SimPowerSys的电力网络系统数据转换方法

技术领域

本发明涉及电力系统仿真计算领域，特别涉及一种PSS/E至SimPowerSys的电力网络系统数据转换方法。

背景技术

随着直流输电技术的发展以及多条直流线路的投入，我国已投入多条高压直流输电线路，尤其是华东电网和南方电网已经形成多馈入大规模交直流互联系统。对这种含有电力电子装置的电力系统进行计算及研究，常规的机电暂态程序存在一定的局限性。为真实反映交直流系统在各种故障情况下的详细响应特征，有必要采用能够精确仿真的电磁暂态程序。

PSS/E是国内普遍使用的交直流电力系统机电暂态仿真程序之一，能够对大扰动下交直流系统相互作用的特性进行研究分析，电力系统规划数据以PSS/E数据文件的格式存在在该仿真程序中。但是，使用机电暂态仿真程序（包括PSS/E）存在如下两点限制：（1）机电暂态分析程序对交流网络的模拟仅仅采用了基波频率下的正序相量描述，无法描述交直流系统之间非基波频率下的相互作用特性。（2）机电暂态分析程序所采用的直流输电换流器模型大多为稳态模型，而换流器的稳态模型是在多种理想假设条件下成立的。因此，PSS/E等交直流电力系统机电暂态分析程序在严格的数学意义上只适用于基波对称交流系统，而不能用于偏离这种理想条件的其它运行状态的分析，比如不对称故障分析。

MATLAB/Simulink环境下的SimPowerSys拥有电力系统潮流计算、机电暂态仿真、电磁暂态仿真以及特征矩阵计算等网络分析功能，尤其是电磁暂态仿真，它的根本性特点是电力网络采用a、b、c三相模型或更一般的全相模型，系统中的物理量为瞬时值而不是相量值。因此基于电磁暂态模式的电网仿真，可以对直流输电换流器和FACTS装置等电力电子设备的开关过程进行精确仿真，它克服了机电暂态仿真程序在交直流互联电力系统下仿真不够精确的缺点。目前，实际电网的元件及运行参数均以PSS/E等机电暂态程序的数据格式输出，没有SimPowerSys仿真文件格式下的数据。为实现SimPowerSys环境下实际交直流系统的电磁暂态仿真，有必要针对已有的PSS/E数据文件，根据SimPowerSys电磁暂态元件的参数设置要求，进行相应的转换计算并输入至SimPowerSys仿真模块内，形成SimPowerSys下的电力系统仿真模型。采用人工手动编制的方法，虽然能够达到上述转换的要求和目的，但是在网络规模大，元件数量多的情况下，与本发明提出直接数据转换相比，存在工作量大，工作效率低下，出错率高等缺陷。

发明内容

本发明提供了一种PSS/E至SimPowerSys的电力网络系统数据转换方法，能够将已有的PSS/E电力网络系统数据直接转换为与SimPowerSys仿真文件内的电力网络系统数据，克服了现有技术人工手动转换或编制数据造成的工作效率低及出错率高的问题。

一种PSS/E至SimPowerSys的电力网络系统数据转换方法，其特征在于，包括步骤：

（1）从PSS/E数据文件中提取各电力元器件之间的连接信息、静态电力元件的参数以及动态电力元件参数，相应地形成电力网络连接信息、静态电力元件参数信息以及动态电力元件参数信息；

获取外部设备提供的各母线单元的地理分布信息，形成电力网络布局信息；

所述的静态电力元件参数信息为用于电力网络系统稳态分析的静态物理模型信息，包括线路、负荷、变压器以及并联无功补偿器；所述的动态电力元件参数信息为用于电力网络系统动态分析的参数信息，包括发电机模型及其附属控制设备；所述的母线单元包括母线及与其相连的静态电力元件及/或动态电力元件，即所述的母线单元包括一条母线及与其相连的线路、变压器、发电机、负荷和并联无功补偿器；所述的母线即变电站或发电厂、厂站。

（2）对母线单元进行布局：

根据所述的静态电力元件参数信息内母线的区域信息对电力网络系统进行区域划分，对每个区域内不同电压等级的母线进行分类，形成每个区域内的子模块，获取得到各子模块之间的连接信息、子模块于电力网络系统的位置信息以及各子模块内部的母线单元信息；

将所述的电力网络布局信息（上述母线单元的坐标信息）转换为SimPowerSys坐标系下的坐标信息，形成各子模块内母线单元于各子模块的坐标信息；根据子模块的位置信息及各子模块内母线单元的坐标信息对母线单元进行布局，同时，利用静态电力元件参数信息和动态电力元件参数信息对每个母线单元内的电力元件（即与母线相连的各静态电力元件及动态电力元件）进行建模；

在本步骤中，由于静态电力元件参数信息内母线的区域信息中含有母线的区域编号，所述的对电力网络系统进行区域划分即基于相同区域编号归为一个区域这一原则进行的。

此外，所述的对每个区域内不同电压等级的母线（母线所处的电压等级）进行分类，即基于母线所处的电压等级将相同电压等级的母线归为同一子模块中的母线（也即母线单元），因此，每个区域内的子模块即包括所处相同电压等级的母线，由于母线单元包括母线及与其相连的静态电力元件及/或动态电力元件，因此，每个区域内的子模块包括若干母线单元。

在形成子模块的过程中，各子模块之间的连接信息、子模块于电力网络系统的位置信息以及各子模块内部的母线单元信息可直接从区域划分及形成子模块的过程中获知：其中，子模块内部的母线单元信息指母线单元内的母线、与母线相连的静态电力元件及/或动态电力元件于子模块内部的位置信息。

（3）对母线单元进行布线：

基于各子模块之间的连接信息对各子模块之间进行布线；

根据所述的电力网络连接信息，对各子模块内部的母线单元进行布线。

本发明的电力网络系统数据转换方法在PSS/E数据文件所存数据的基础上（即在步骤（1）直接提取PSS/E数据文件所存数据），首先编制了通用的电力系统网络布局文件以存储电力网络布局信息，即将电力网络系统各厂站（即母线）所在的地理位置信息以文本的形式记录下来，以供下一步的利用及读取；由于母线单元包括母线及与其相连的静态电力元件及/或动态电力元件，因此该电力网络布局信息也即各母线单元的地理分布信息。

而在对母线单元进行布局这一步骤中，本发明将原有电力网络按照一定的方式划分区域/形成子模块，一方面解决了SimPowerSys仿真文件页面大小限制问题，另一方面使得数据的存储更具有层次性；母线单元自动布局，实质是将各个母线单元按照网络实际地理位置进行定位和安放，在本发明中，根据子模块于电力网络系统的位置信息以及各子模块内母线单元的坐标信息，可以直接将电力系统各元件模型按照坐标变换后的方式放置于SimPowerSys仿真文件页面（由于母线单元包括母线及与其连接的其他电力元件，将各元件模型按照一定的方式放置即母线单元的放置）。

在对母线单元进行布线这一步骤中，由于PSS/E数据文件已存储各电力元器件之间的连接信息（即母线单元之间的连接信息），基于提取的电力网络连接信息以及步骤（2）中得到各子模块之间的连接信息，可以直接对母线单元进行布线，包括各子模块之间的布线（基于各子模块之间的连接信息）以及各子模块内部的母线单元的布线（基于电力网络连接信息）。

下面介绍本发明的优选技术方案。

作为优选：

步骤（1）中，所述的获取外部设备提供的各母线单元的地理分布信息包括步骤：

a、按照母线实际的地理分布位置，将其平铺于电力网络系统的二维平面上，得到母线分布平面图；

b、将获得的母线分布平面图的左上角作为坐标原点，分别向右向下形成X轴和Y轴的正方向，得到每条母线在此坐标系下的坐标信息；所述母线单元的地理分布信息即为上述母线的坐标信息。

上述技术特征即为通用的电力系统网络布局文件的设置过程，该电力系统网络布局文件存储了每条母线在该X-Y坐标系下的坐标信息，也即母线单元的坐标信息。

相应地，更进一步地：

步骤（2）中，所述的将电力网络布局信息（上述母线单元的坐标信息）转换为SimPowerSys坐标系下的坐标信息，包括步骤：

a、基于电力网络系统的子模块，将所述的母线分布平面图转换为子模块母线分布平面图，将获得的各子模块母线分布平面图的左上角作为坐标原点，分别向右向下形成x轴和y轴的正方向，获取每条母线在各子模块母线分布平面图上的坐标信息；

b、将母线单元在SimPowerSys坐标系下的横向长度及纵向长度作为x轴和y轴的长度单位，将每条母线在各子模块母线分布平面图上的坐标信息转换为SimPowerSys坐标系下的坐标信息，该经转换的坐标信息即为各母线单元在SimPowerSys坐标系下的坐标信息。

上述技术特征基于上述电力系统网络布局文件，实现了该X-Y坐标系至SimPowerSys坐标系（即x-y坐标系的转换）。

作为优选：

步骤（3）中，所述的基于各子模块之间的连接信息对各子模块之间进行布线包括步骤：基于各子模块之间的连接信息对子模块的端口进行自动连接。

作为优选：

步骤（3）中，所述的对各子模块内部的母线单元进行布线包括步骤：

a、获得子模块内部第i对母线单元对之间的直线距离l_i，利用如下公式得到该子模块内部母线单元的距离判据L：

$L=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{l}_i+\mathrm{\Δl}$

其中，n为该子模块内母线单元对的总数，且i＝1,2,...,n表示第i对母线单元对，Δl为预设的距离判据自由调节量；

b、若第i对母线单元对之间的直线距离l_i小于等于距离判据L，可根据所述电力网络连接信息对该母线单元对的电力元器件进行自动连接；若第i对母线单元对之间的直线距离l_i大于距离判据L，则执行步骤c；

c、对该母线单元对之间基于所述电力网络连接信息的连接路径进行交叉线判断，即判断该连接路径是否与所在子模块中已存在的连接线发生交叉现象，该连接路径为虚拟连接路径：

若不存在交叉现象，则直接依照该连接路径对母线单元内的电力元器件进行自动连接；

若存在交叉现象，则执行步骤d~f；

d、获取该连接路径与所在子模块的连接线的交叉点所在的区域，读取所述连接路径的起点坐标及终点坐标；

e、在上述连接路径所处区域内选择至少两个非交叉点所在的区域的折点；

f、基于相邻点之间的距离最小的原则依次连接起点坐标、上述折点以及终点坐标，在所述连接路径的基础上对该母线单元对的电力元器件进行自动连接。

上述母线单元对为两个存在连接关系的母线单元。

相应地，更进一步地：

步骤c中，所述对该母线单元对之间基于所述电力网络连接信息的连接路径进行交叉线判断包括步骤：

i、将子模块中的每个母线单元看作一个无尺寸坐标点，将已存在的母线单元对之间的连接线作直线段处理；根据已存在的连接线利用其起点坐标和终点坐标得到该连接线的斜率；

ii、遍历上述连接线的斜率；

若连接路径的斜率与上述连接线的斜率相同或相近，则认为该连接路径与上述连接线不存在交叉现象；否，则执行步骤iii；

iii、计算连接路径与连接线的交点坐标；

若交点的横坐标或纵坐标在连接路径起点坐标及终点坐标的范围内，则认为该连接路径与上述连接线存在交叉现象；否，则认为该连接路径与上述连接线不存在交叉现象。

在对母线单元进行布线这一步骤中，考虑了连接线可能存在的交叉现象，能够避免电力网络系统仿真布线的繁冗与庞大，避免了电力元件间的连接错误，也便于后续对电力网络系统的修改与仿真调整。

本发明电力网络系统数据转换方法利用了PSS/E文件已有的原始数据，实现了SimPowerSys电力系统仿真模型的自动生成；无需人工手动转换或重新编制大量数据文件，极大地简化了模型编制过程，减少编制错误，提高工作效率。自动生成的仿真模型可用于潮流计算，机电暂态计算和电磁暂态计算，具有丰富的仿真分析手段，更具精确性。

附图说明

图1为本实施例PSS/E至SimPowerSys数据转换链路示意图；

图2为本实施例三机九节点系统平面分布图；

图3为本实施例三机九节点系统坐标化后的坐标分布图；

图4为本实施例步骤（2）中的数据转换链路示意图；

图5为本实施例电力网络系统的区域划分及子模块形成示意图；

图6为本实施例的母线单元的结构示意图；

图7为本实施例交叉现象下母线单元间两折点式连接示意图；

图8为本实施例交叉现象的判断示意图；

图9为本实施例三机九节点系统结构图；

图10为本实施例故障情况下电力网络系统仿真过程中的发电机功角曲线；其中，实线为SimPowerSys仿真模型的仿真曲线，虚线为PSS/E环境下的仿真曲线。

具体实施方式

下面结合附图详细介绍本发明的具体实施方式。

一种PSS/E至SimPowerSys的电力网络系统数据转换方法，如图1所示，主要含有三个过程，即数据准备部分（1）、模型建立部分（2）及模型生成部分（3）。

数据准备部分（1）主要完成三种功能：

①在PSS/E潮流数据文件*.raw（4）中，通过潮流文件数据提取和转换模块（7）对潮流文件数据进行提取，获得电力网络连接信息（10），将获取的元件参数经转换计算后获得静态电力元件参数信息（11），用于静态元件模型自动生成等方面；

②根据PSS/E动态数据文件*.dyr（5），通过动态文件数据提取和转换模块（8）得到动态电力元件参数信息（12），用于动态元件模型自动生成。

③根据电力系统网络布局文件*.dat（6），通过坐标数据提取模块（9），获得电力网络布局信息（3），可实现电力网络自动布局。

数据准备部分（1）具体包括步骤：

从PSS/E数据文件中提取各电力元器件之间的连接信息、静态电力元件的参数以及动态电力元件参数，根据SysPowersys具体数据格式要求，转换形成相应地电力网络连接信息、静态电力元件参数信息以及动态电力元件参数信息；获取外部设备提供的各母线单元的地理分布信息，形成电力网络布局信息；

PSS/E潮流数据文件*.raw及PSS/E动态数据文件*.dyr属于PSS/E数据文件，而电力系统网络布局文件*.dat则用于存储的电力网络布局信息，电力系统网络布局文件*.dat属于通用的数据存储文件；

进一步地论述数据准备部分（1）：图1所示的数据准备部分（1）主要完成数据信息准备工作，包括数据提取和转换。由于PSS/E潮流数据文件*.raw（4）以及PSS/E动态数据文件*.dyr（5）内部的数据均是按照一定的格式严格排列，因此，利用Matlab编程语言自身特点，编写数据读取功能函数，可方便实现所需数据的选择性提取，将提取自潮流数据文件的节点编号信息直接转换为电力网络连接信息（10），提取自潮流数据文件的元件参数，包含线路、负荷、变压器和并联无功补偿器的静态物理模型信息，可作为静态电力元件参数信息（11），提取自动态数据文件的元件参数，包括发电机模型及其附属控制设备参数信息，可作为动态电力元件参数信息（12）。

数据准备部分（1）的第三个数据文件电力网络布局文件*.dat（6）通过人工编制完成。对于一个实际电力系统而言，每个厂站及变电站可视为一条母线，将每条母线看作一个无尺寸点，按照所对应厂站实际地理分布位置，平铺于一个二维平面上，可获得电网分布平面图。将获得的电网分布平面图的左上角作为坐标原点，分别向右向下作为X轴和Y轴的正方向，可以得到每条母线在此坐标系下的坐标值。以图2所示的三机九节点系统为例，将图2视为一个实际系统的电网分布平面图，按照上述坐标系建立方法，可得到如图3所示的母线-坐标对应关系。每条母线的编号以及对应坐标分别按照先X轴从小到大，再Y轴从小到大的排列顺序，依次编入数据文件，可得到电力网络布局文件*.dat（6），读取上述文件内的参数信息，可形成电力网络布局信息（13）。

模型建立部分（2）包括两类功能：

①利用数据准备部分（1）获得的静态电力元件参数信息（11）和电力网络布局信息（13），经网络模块化及自动布局模块（16），对电力网络进行区域分割/形成子模块和母线单元的自动布局，得到各子模块之间的连接信息（18）和已实现布局的子模块集合（17）。

②根据获得的静态电力元件参数（11）和动态电力元件参数（12），经电力元器件模型生成模块（14），生成各子模块内部的母线单元集合（15）。

模型建立部分（2）主要完成对母线单元进行布局这一过程，具体包括步骤：

根据所述的静态电力元件参数信息内母线的区域信息对电力网络系统进行区域划分，对每个区域内不同电压等级的母线进行分类，形成每个区域内的子模块，获取得到各子模块之间的连接信息、子模块于电力网络系统的位置信息以及各子模块内部的母线单元信息；

将所述的电力网络布局信息（上述母线单元的坐标信息）转换为SimPowerSys坐标系下的坐标信息，形成各子模块内母线单元于各子模块的坐标信息；根据子模块的位置信息及各子模块内母线单元的坐标信息对母线单元进行布局。

在本步骤中，由于静态电力元件参数信息内母线的区域信息中含有母线的区域编号，所述的对电力网络系统进行区域划分即基于相同区域编号归为一个区域这一原则进行的。

此外，所述的对每个区域内不同电压等级的母线（母线所处的电压等级）进行分类，即基于母线所处的电压等级将相同电压等级的母线归为同一子模块中的母线（也即母线单元），因此，每个区域内的子模块即包括所处相同电压等级的母线，由于母线单元包括母线及与其相连的静态电力元件及/或动态电力元件，因此，每个区域内的子模块包括若干母线单元。

在形成子模块的过程中，各子模块之间的连接信息、子模块于电力网络系统的位置信息以及各子模块内部的母线单元信息可直接从区域划分及形成子模块的过程中获知：其中，子模块内部的母线单元信息指母线单元内的母线、与母线相连的静态电力元件及/或动态电力元件于子模块内部的位置信息。

在上述步骤中，模型建立部分（2）的第一个功能的目的是得到各子模块之间的连接信息（18）和已实现布局的子模块集合（17），可以采用图4所示的流程框图进行说明，其中虚线框所包含的框图结构为网络模块化及自动布局模块（16）具体实现方式。静态电力系统元件参数（11）经网络分割模块（21）后，生成三个模块，分别为：各子模块之间的连接信息（18），即电力网络经分割后各子模块之间互相联络的信息，用于后续模型生成部分子模块之间的自动布线；子模块位置信息（22），即网络分割后形成的具体子模块于电力网络系统所在位置的框架；各子模块内部的母线单元信息（23），即网络分割后，每个子模块内部所含有的母线单元中母线及与其连接的其他电力元件于该子模块所在位置的框架。将各子模块内部的母线单元信息（23）与电力网络布局信息（13）经坐标变换模块（24）进行处理，再与上述母线单元信息（23）相结合，可获得已实现布局的子模块集合（17）。

图4所示的网络分割模块（21）所采用的分割方法如图5所示，具体步骤如下：

S21.1根据静态电力元件参数（11）内的母线区域信息，将含有同类区域编号的母线放入同一个区域模块内，可将电力系统网络分割成n个区域模块；

S21.2每个区域模块内部，依据合适的电压判据，将不同电压等级的母线进行分类划分，形成包含母线所处电压等级相同的母线单元的子模块。

图4所示的坐标变换模块（24），其具体说明如下：

为了保证最终生成的SimPowerSys仿真模型中母线位置与实际厂站位置相对应，以有利于电力系统研究人员对整体网络框架的把握和操作，本发明以图6所示的结构作为一个母线单元，每个母线单元包含一条母线及与其相连的线路、变压器、发电机、负荷和并联无功补偿器。基于电力网络系统的子模块，将所述的母线分布平面图转换为子模块母线分布平面图，将获得的各子模块母线分布平面图的左上角作为坐标原点，分别向右向下形成X轴和Y轴的正方向，根据电力网络布局信息（13），获取每条母线在各子模块母线分布平面图上的坐标信息。每个SimPowerSys页面内的元件定位亦采用xy直角坐标方式，并同为左上角为坐标原点，向右向下分别为x轴和y轴正方向的坐标系，因此，为了区别本发明所述的子模块母线分布的XY坐标系和SimPowerSys下已有的xy坐标系，将子模块母线分布的坐标系设为X-Y坐标系，SimPowerSys下的坐标系设为x-y坐标系。在x-y坐标系下，由于采用上述母线单元结构，每个母线单元的横向和纵向长度可分别表示为dx和dy，不能作为一个无尺寸的点来处理，而在X-Y坐标系下，每条母线均视为一个无尺寸点，因此，可将dx和dy分别作为X-Y坐标系下横纵坐标轴上的单位长度，并以此作为坐标换算单元，利用含有子模块母线参数信息的模块化信息（23），对电力网络布局信息（13）进行坐标变换。在每个子模块内部，利用变换后的坐标值，将母线单元放入相应坐标位置，可得到已实现布局的子模块集合（17）。

模型建立部分（2）的第二个功能的目的是生成母线单元集合（15），其为自动布线模块（19）调用。Matlab编程语言本身自带了建立元件模型的数据接口，结合每个元件模型各自独立的属性，程序化编写具有建模功能的函数，可确定每个元件模型在仿真模型文件内的位置及其具体参数（即确定每个母线单元中母线和与其相连的电力元件的位置及其具体参数），进而生成母线单元。

模型生成部分（3）的功能为：将上述步骤处理后的信息，包括电力网络连接信息（10）、母线单元集合（15）、各子模块之间的连接信息（18）、已实现布局的子模块集合（17），汇入自动布线模块（19）完成自动布局功能后，获得SimPowerSys电力系统仿真模型（20）。

模型生成部分（3）包括对母线单元进行布线这一过程，具体包括步骤：

基于各子模块之间的连接信息对各子模块之间进行布线；

根据所述的电力网络连接信息，对各子模块内部的母线单元进行布线。

所述的基于各子模块之间的连接信息对各子模块之间进行布线包括步骤：基于各子模块之间的连接信息对子模块的端口进行自动连接。

所述的对各子模块内部的母线单元进行布线包括步骤：

a、获得子模块内部第i对母线单元对之间的直线距离l_i，利用式（1.1）得到该子模块内部母线单元的距离判据L：

$L=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{l}_i+\mathrm{\Δl}---\left(1.1\right)$

其中，n为该子模块内母线单元对的总数，且i＝1,2,...,n表示第i对母线单元对，Δl为预设的距离判据自由调节量；

b、若第i对母线单元对之间的直线距离l_i小于等于距离判据L，可根据所述电力网络连接信息对该母线单元对的电力元器件进行自动连接；若第i对母线单元对之间的直线距离l_i大于距离判据L，则执行步骤c；

c、对该母线单元对之间基于所述电力网络连接信息的连接路径进行交叉线判断，即判断该连接路径是否与所在子模块中的连接线发生交叉现象，该连接路径为虚拟连接路径：

所述对该母线单元对之间基于所述电力网络连接信息的连接路径进行交叉线判断包括步骤：

i、将子模块中的每个母线单元看作一个无尺寸坐标点，将已存在的母线单元对之间的连接线作直线段处理；根据已存在的连接线利用其起点坐标和终点坐标得到该连接线的斜率；

ii、遍历上述连接线的斜率；

若连接路径的斜率与上述连接线的斜率相同或相近，则认为该连接路径与上述连接线不存在交叉现象；否，则执行步骤iii；

iii、计算连接路径与连接线的交点坐标；

若交点的横坐标或纵坐标在连接路径起点坐标及终点坐标的范围内，则认为该连接路径与上述连接线存在交叉现象；否，则认为该连接路径与上述连接线不存在交叉现象。

在上述步骤中，若不存在交叉现象，则直接依照该连接路径对母线单元的电力元器件直接进行连接；

若存在交叉现象，则执行步骤d~f；

d、获取该连接路径与所在子模块的连接线的交叉点所在的区域，读取所述连接路径的起点坐标及终点坐标；

e、在上述连接路径所处区域内选择至少两个非交叉点所在的区域的折点；

f、基于相邻点之间的距离最小的原则依次连接起点坐标、上述折点以及终点坐标，在所述连接路径的基础上对该母线单元对的电力元器件进行自动连接。

上述步骤是通过自动布线模块（19）实现的。Matlab编程语言含有元件模型间自动布线功能函数add_line。根据不同需求，add_line可采用两种用法：①端口直接法，已知需要连接的两个元件模型端口的信息即可实现直接连接，连接线会自动绕开布线路径上已存在的其他元件模块，即步骤c中所述的直接依照该连接路径对母线单元的电力元器件直接进行连接；②坐标定位法，利用一系列SysPowerSys坐标系下的坐标信息，如确定的起点坐标、终点坐标以及起点坐标与终点坐标之间的折点（折点用以确定连接线的拐点），可确定连接线的起点、终点以及各拐点，从而实现布线功能，即步骤d~f所述的技术方案。

在进行自动布线之前，经过上述各步骤，SimPowerSys电力系统仿真模型已生成子模块，各子模块内部如图6所示的母线单元已布局完毕，每个母线单元所包含的线路、变压器、发电机、负荷等元件模型已生成，其参数已输入完毕。因此，自动布线是实现SimPowerSys电力系统仿真模型自动生成的最后一个步骤。

模块生成部分（3）的自动布线过程分为子模块内部布线与子模块之间布线。一方面，由于子模块之间的连接关系较简单，根据各子模块之间的连接信息可直接采用端口直接法实现自动布线。另一方面，由于模块内部存在较多的元件模型，若直接采用端口直接法，虽然也能达到自动布线的效果，但是整体布线较为混乱，不利于模型调试与仿真结果观察。

为达到模块内部布线整齐，调试方便的目的，在步骤a~f中首先利用母线单元的坐标信息计算模块内部各母线单元之间的直线距离，根据式（1.1）可以获得母线单元距离判据，当两个母线单元之间的连接距离小于距离判据L，可对其采用端口直接法，直接自动布线。反之，即当两母线单元之间的连接距离大于距离判据L，则需要进行交叉线判断：

如果两母线单元的连接路径与已存在的连接线不发生交叉现象，可直接采用端口直接法进行自动布线；如果存在交叉现象，首先确定起点坐标和终点坐标，然后采用如图7所示的两折点连接法（即在本实施例中，步骤e中优选取两个符合要求的折点），两折点坐标可根据已存在的母线单元以及交叉点位置进行确定，具有一定的自由度。结合起点坐标、终点坐标和两折点坐标，利用坐标定位法，可实现自动布线，其布线原则一般满足一定条件，即相邻点之间的距离最小。

交叉线的具体识别方法说明如下：

将每个母线单元看作一个无尺寸坐标点，已存在的母线单元连接线作直线段处理，如图8所示，其中实线表示已存在的连接线，虚线表示将要作的连接线。对已存在的连接线利用其起点和终点坐标，列出直线方程AX+BY+C=＝0，对于斜率绝对值小于0.1的曲线，取斜率K=0，A=0；对于斜率绝对值大于10的曲线，取斜率K=100，B=0。元素A，B，C及斜率K依次放入矩阵MA，MB，MC，MK中存储。假设目前已存在n条连接线，在作第n+1条连接线时，需遍历比较每条已存在的连接线，将第n+1条连接线的斜率与前n条直线的斜率相比较，若两者的斜率之差在设定的范围内，可认为两者之间不存在交叉，否则，计算出两者的交叉点坐标，由于此交叉点不一定存在于连接线上，因此将此交叉点称为虚拟交叉点。通过比较虚拟交叉点与第n+1条连接线段的起点和终点的横轴或纵轴坐标，判段是否存在交叉。若交点的横坐标或纵坐标数值在起点和终点的范围内，表示存在交叉现象；反之，则不存在交叉现象。

本实施例PSS/E至SimPowerSys的电力网络系统数据转换方法的仿真过程如下：

如图9所示的三机九节点系统是电力系统研究领域内通用的仿真模型，含有39个节点（母线），10台发电机，28条线路。将PSS/E至SimPowerSys转换前后的文件进行稳态分析，可以得到表1和表2所示的稳态参数对比表。

表1转换前后节点电压对比表

节点编号	PSS/E(pu)	SimPowerSys(pu)	相对误差
				30	1.048	1.053	0.48%
31	0.982	0.990	0.81%
				32	0.983	0.994	1.12%
33	0.997	1.011	1.40%
				34	1.012	1.020	0.79%
35	1.049	1.057	0.76%
				36	1.064	1.072	0.75%
37	1.028	1.034	0.58%
				38	1.027	1.020	0.68%
39	1.03	1.021	0.87%

表2转换前后线路有功功率对比表

起始节点编号	终止节点编号	PSS/E(MW)	SimPowerSys(MW)	相对误差
					30	2	250	248.3	0.68%
31	6	512	512.9	0.18%
					32	10	650	650.9	0.14%

33	19	632	632.8	0.13%
					34	20	508	507.2	0.16%
35	22	650	648.5	0.23%
					36	23	560	560.8	0.14%
37	25	540	539.2	0.15%
					38	29	830	832.1	0.25%
39	1	-124.11	-122.4	1.38%

从表1和表2可以看出，节点电压相对误差和线路有功功率的相对误差除个别外，基本都在1%以内，转换后的系统在稳态情况下具有较好地准确性。

t=0.3s时刻，在2号母线附近发生三相接地短路故障，经0.1s后故障切除。以39号节点上的发电机为参考机，可以得到35号节点上的发电机功角响应曲线，如图10所示，其中实线为SimPowerSys仿真曲线，虚线为PSS/E仿真曲线。从图中可以看出，两条曲线十分接近，特别是在功角的第一摆上，因此，可以看出转换后的系统在暂态情况下也具有较好地准确性。综合上述稳态和暂态运行情况，可以看出转换后的系统具有较好地准确性。

Claims (2)

1.一种PSS/E至SimPowerSys的电力网络系统数据转换方法，其特征在于，包括步骤：

（1）从PSS/E数据文件中提取各电力元器件之间的连接信息、静态电力元件的参数以及动态电力元件参数，相应地形成电力网络连接信息、静态电力元件参数信息以及动态电力元件参数信息；

获取外部设备提供的各母线单元的地理分布信息，形成电力网络布局信息；

所述的静态电力元件参数信息为用于电力网络系统稳态分析的静态物理模型信息；所述的动态电力元件参数信息为用于电力网络系统动态分析的参数信息；所述的母线单元包括母线及与其相连的静态电力元件及/或动态电力元件；

步骤（1）中，所述的获取外部设备提供的各母线单元的地理分布信息包括步骤：

a、按照母线实际的地理分布位置，将其平铺于电力网络系统的二维平面上，得到母线分布平面图；

b、将获得的母线分布平面图的左上角作为坐标原点，分别向右向下形成X轴和Y轴的正方向，得到每条母线在此坐标系下的坐标信息；所述母线单元的地理分布信息即为上述母线的坐标信息；

（2）对母线单元进行布局：

根据所述的静态电力元件参数信息内母线的区域信息对电力网络系统进行区域划分，对每个区域内不同电压等级的母线进行分类，形成每个区域内的子模块，获取得到各子模块之间的连接信息、子模块于电力网络系统的位置信息以及各子模块内部的母线单元信息；

将所述的电力网络布局信息转换为SimPowerSys坐标系下的坐标信息，形成各子模块内母线单元于各子模块的坐标信息；根据子模块的位置信息及各子模块内母线单元的坐标信息对母线单元进行布局，同时，利用静态电力元件参数信息和动态电力元件参数信息对每个母线单元内的电力元件进行建模；

步骤（2）中，所述的将电力网络布局信息转换为SimPowerSys坐标系下的坐标信息，包括步骤：

a、基于电力网络系统的子模块，将所述的母线分布平面图转换为子模块母线分布平面图，将获得的各子模块母线分布平面图的左上角作为坐标原点，分别向右向下形成x轴和y轴的正方向，获取每条母线在各子模块母线分布平面图上的坐标信息；

b、将母线单元在SimPowerSys坐标系下的横向长度及纵向长度作为x轴和y轴的长度单位，将每条母线在各子模块母线分布平面图上的坐标信息转换为SimPowerSys坐标系下的坐标信息，该经转换的坐标信息即为各母线单元在SimPowerSys坐标系下的坐标信息；

（3）对母线单元进行布线：

基于各子模块之间的连接信息对各子模块之间进行布线；

根据所述的电力网络连接信息，对各子模块内部的母线单元进行布线；

步骤（3）中，所述的对各子模块内部的母线单元进行布线包括步骤：

a、获得子模块内部第i对母线单元对之间的直线距离l_i，利用如下公式得到该子模块内部母线单元的距离判据L：

$L=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{l}_i+\mathrm{\Δl}$

其中，n为该子模块内母线单元对的总数，且i=1,2,...,n表示第i对母线单元对，Δl为预设的距离判据自由调节量；

b、若第i对母线单元对之间的直线距离l_i小于等于距离判据L，可根据所述电力网络连接信息对该母线单元对的电力元器件进行自动连接；若第i对母线单元对之间的直线距离l_i大于距离判据L，则执行步骤c；

c、对该母线单元对之间基于所述电力网络连接信息的连接路径进行交叉线判断，即判断该连接路径是否与所在子模块中已存在的连接线发生交叉现象，该连接路径为虚拟连接路径：

若不存在交叉现象，则直接依照该连接路径对母线单元内的电力元器件进行自动连接；

若存在交叉现象，则执行步骤d～f；

d、获取该连接路径与所在子模块的连接线的交叉点所在的区域，读取所述连接路径的起点坐标及终点坐标；

e、在上述连接路径所处区域内选择至少两个非交叉点所在的区域的折点；

f、基于相邻点之间的距离最小的原则依次连接起点坐标、上述折点以及终点坐标，在所述连接路径的基础上对该母线单元对的电力元器件进行自动连接；

步骤c中，所述对该母线单元对之间基于所述电力网络连接信息的连接路径进行交叉线判断包括步骤：

i、将子模块中的每个母线单元看作一个无尺寸坐标点，将已存在的母线单元对之间的连接线作直线段处理；根据已存在的连接线利用其起点坐标和终点坐标得到该连接线的斜率；

ii、遍历上述连接线的斜率；

若连接路径的斜率与上述连接线的斜率相同或相近，则认为该连接路径与上述连接线不存在交叉现象；否，则执行步骤iii；

iii、计算连接路径与连接线的交点坐标；

若交点的横坐标或纵坐标在连接路径起点坐标及终点坐标的范围内，则认为该连接路径与上述连接线存在交叉现象；否，则认为该连接路径与上述连接线不存在交叉现象。

2.根据权利要求1所述的PSS/E至SimPowerSys的电力网络系统数据转换方法，其特征在于，

步骤（3）中，所述的基于各子模块之间的连接信息对各子模块之间进行布线包括步骤：基于各子模块之间的连接信息对子模块的端口进行自动连接。

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