CN103970967B - 一种电力系统电磁暂态仿真分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力系统电磁暂态仿真分析系统，该系统以完全图形化的用户操作方式，能够设置多重故障条件，以ATP为工具自动遍历仿真故障模型，选择保存通用标准数据，校验滤波算法、保护原理和测距算法以及用户自定义算法，实现暂态数据的谐波分析、序分量分析、有效值计算等多种功能，本发明具有模块化、可扩展的性能。可用于电磁暂态领域海量仿真的单次设置、进程控制、数据转存，用户自定义算法的设计及校验，以及暂态数据多角度分析。

Description

一种电力系统电磁暂态仿真分析系统

技术领域

本发明涉及一种电力系统电磁暂态仿真分析系统。

背景技术

在电力系统继电保护中，故障后电气量受故障类型、故障位置、故障初始角、过渡电阻值、电网运行方式等诸多因素影响。对于保护原理的设计和校验、测距原理的验证，以及保护装置、测距装置、录波装置等装置的数字仿真校验，均需要各种故障情况和运行方式组合下的暂态数据，以及相应的数据处理。全面有效的计算和校验需要数以千计的仿真，若每次仿真的设置、启动都需要人工干预，需要耗费大量的时间和人力，且不能保证零出错率，因此目前对于仿真模型多参数变化的自动仿真及高效数据处理具有急切需求。

权威的电磁暂态仿真软件EMTP具备较完整的数学模型和高仿真精度，但缺乏数据分析处理能力，且EMTP的应用范围始终受其商业性限制。ATP是EMTP最广泛使用的免费版本，由于隐藏了内部细节，用户需通过建模-设置-运行依次完成一次仿真任务，且ATP不具备高级的数据计算能力，仿真结果分析需借助其他软件。利用Windows窗口消息机制对预先生成的全部仿真脚本批量仿真的方法，其仿真效率的提高受消息传递的可靠性限制，且不能兼具数据处理。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种电力系统电磁暂态仿真分析系统，该系统以完全图形化的用户操作方式，能够设置多重故障条件，以ATP为工具自动遍历仿真故障模型，选择保存通用标准数据，校验滤波算法、保护原理和测距算法以及用户自定义算法，实现暂态数据的谐波分析、序分量分析、有效值计算等多种功能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电力系统电磁暂态仿真分析系统，包括数据库、存储模块、设置模块、仿真模块、数据分析模块和算法验证模块；其中：

所述数据库用于存放Matlab全局变量，与设置模块、仿真模块、数据分析模块和算法验证模块连接；

所述设置模块，用于设置系统参数、模型参数和故障参数，接收用户输入的参数值，将其写入数据库；

所述仿真模块，调用数据库的参数数据，用于执行仿真，仿真结果传输给存储模块；

所述数据分析模块，用于谐波分析、序分量分析、有效值计算和暂态波形显示，调用存储模块中的仿真结果，按照数据存储方式对仿真结果文件进行读取；

所述算法校验模块，用于算法校验和展示结果，内置有滤波算法和测距算法。

所述数据库存放的全局变量，包括用于保存系统初始化参数的pk0，存储用户设置信息的pk，用于记录本次设置对应的仿真完成情况的opstr，用于存储代表当前系统运行状态的标志量信息的flag和process，其中flag用于仿真过程的控制，process用于记录仿真进度。

所述设置模块，用于接收GUI界面中用户输入的各参数值，将其写入数据库的pk，刷新pk值，同时刷新数据库中的标志量信息，使其处于初始状态。

所述仿真模块调用数据库的pk中的参数数据，改写数据库里的标志量flag值。

所述数据分析模块，接收GUI界面中的用户操作指令，根据用户所选择条件逐行查询数据库内opstr的内容。

所述存储模块用于存放仿真结果的mat文件。

所述算法校验模块，读入GUI界面中用户选择的算法类型，调用对应的算法；读取数据库内pk的故障参数和数据存储位置，按照本次设置的故障参数信息和数据存储位置，调用存储模块内的mat文件；利用mat文件的数据对所调用算法进行验证，将所得结果存储在一个临时矩阵中。

所述算法校验模块将用户设置信息与用户所选的算法名整合成一个字符串，将其写入Excel表格的表头，将各个故障参数值写入Excel里的对应位置，将临时矩阵写入该Excel表格。

所述算法校验模块设有自定义模块，用于添加新的滤波算法和测距算法。

所述Excel表格内显示的信息包括：故障初始角、双端电源相角差、故障位置距离和过渡电阻值。

一种采用上述电力系统电磁暂态仿真分析系统的工作方法，包括以下步骤：

(1)用户通过GUI界面输入各个参数值，设置模块将其写入数据库的pk，刷新pk值。同时刷新数据库中的标志量信息，使其处于初始状态；

(2)查询标志量flag值的状态，若flag值对应开始或继续状态，则启动仿真模块，进行仿真，每完成一次仿真，数据库里的标志量process值刷新一次，仿真模块中的进度条读取当前的process值并显示仿真进度；系统读取数据库里的pk中的仿真结果存储位置，将本次仿真的mat文件保存到系统存储模块里的相应位置；

(3)数据分析模块接收GUI界面中的用户操作指令，根据用户所选择条件逐行查询数据库内opstr的内容。若所选条件未经仿真，则系统给出尚未进行本次仿真的警告；否则，根据用户指令调用系统存储模块内对应的mat文件，用于暂态数据分析；在调用相应的mat文件后，按照数据存储方式对mat文件进行读取，实现各个分析功能；

(4)算法校验模块调用对应的算法；读取数据库内pk的故障参数和数据存储位置，按照本次设置的故障参数信息和数据存储位置，调用存储模块内的mat文件；利用mat文件的数据对所调用算法进行验证，将所得结果存储在一个临时矩阵中；设置信息与用户所选的算法名整合成一个字符串，将其写入Excel表格的表头，将各个故障参数值写入Excel里的对应位置，将临时矩阵写入该Excel表格。

所述步骤(2)中，若flag值对应暂停状态，则系统控制Matlab程序跳出嵌套循环，同时process值停止刷新，从而使进度条停止；若flag值对应终止状态，则关闭仿真模块和进度条，同时将本次设置的所有参数中已完成仿真的部分记录在数据库的opstr中。

本发明的有益效果为：

1、具有模块化、可扩展的性能。可用于电磁暂态领域海量仿真的单次设置、进程控制、数据转存，用户自定义算法的设计及校验，以及暂态数据多角度分析；

2、可提高电力系统暂态仿真的自动化和效率，极大节省人力和时间；兼具软件仿真与数据分析功能，弥补了当前权威仿真软件不能有效处理数据的问题；提供用户自定义算法上传接口，及暂态数据通用格式生成功能，为学术研究及设备测试提供便捷工具，具有较高应用价值。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明算法校验结果的Excel表格生成示意图；

图3为本发明的自定义模块示意图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种电力系统电磁暂态仿真分析系统，基于Matlab对ATP的集成自动化调用方法，以完全图形化的用户操作方式，能够设置多重故障条件，以ATP为工具自动遍历仿真故障模型，选择保存通用标准数据，校验滤波算法、保护原理和测距算法以及用户自定义算法，实现暂态数据的谐波分析、序分量分析、有效值计算等多种功能。

一种电力系统电磁暂态仿真分析系统，包括数据库、存储模块、设置模块、仿真模块、数据分析模块和算法验证模块。

数据库为系统开辟的Matlab全局变量，包括用于保存系统初始化参数的pk0，存储用户设置信息的pk，用于记录本次设置对应的仿真完成情况的opstr，用于存储代表当前系统运行状态的标志量信息的flag和process，其中flag用于仿真过程的控制，process用于记录仿真进度。

存储模块用于存放仿真结果的mat文件。

设置模块，用于设置系统参数、模型参数和故障参数。该模块接收GUI界面中用户输入的各参数值，将其写入数据库的pk，刷新pk值。同时刷新数据库中的标志量信息，使其处于初始状态。

所设置的系统参数包括选择仿真工具，选择仿真结果保存位置，设置仿真的采样频率等。所设置的模型参数包括模型的电压等级、线路类型、电源类型等。所设置的故障参数包括故障类型、故障持续时间(以周波计数)、故障点距离、故障点过渡电阻值、故障初始相角值、双端电源相角差，其中后四项通过初值、步长、终值的方式设置。

仿真模块调用数据库的pk中的参数数据，用于执行仿真。仿真模块由一系列控制仿真进程的命令按钮组成：开始、暂停、继续、终止。控制方式为点击不同的按钮，改写数据库里的标志量flag值。

系统在每次仿真前，先查询标志量flag值的状态，若flag值对应开始或继续状态，则启动本次仿真，Matlab自动调用IAIM内核。每完成一次仿真，数据库里的标志量process值刷新一次，仿真模块中的进度条读取当前的process值并显示仿真进度；系统读取数据库里的pk中的仿真结果存储位置，将本次仿真的mat文件保存到系统存储模块里的相应位置。若flag值对应暂停状态，则系统控制Matlab程序跳出嵌套循环，同时process值停止刷新，从而使进度条停止。若flag值对应终止状态，则关闭仿真模块和进度条，同时将本次设置的所有参数中已完成仿真的部分记录在数据库的opstr中。

数据分析模块接收GUI界面中的用户操作指令，根据用户所选择条件逐行查询数据库内opstr的内容。若所选条件未经仿真，则系统给出尚未进行本次仿真的警告；否则，根据用户指令调用系统存储模块内对应的mat文件，用于暂态数据分析。数据分析包括谐波分析、序分量分析、有效值计算、暂态波形显示等功能，在调用相应的mat文件后，按照数据存储方式对mat文件进行读取，实现各个分析功能。

算法校验模块，用于算法校验和展示结果，该模块已内置了常规的滤波算法和测距算法。系统读入GUI界面中用户选择的算法类型，调用对应的算法；读取数据库内pk的故障参数和数据存储位置，按照本次设置的故障参数信息和数据存储位置，调用存储模块内的mat文件；利用mat文件的数据对所调用算法进行验证，将所得结果存储在一个临时矩阵中。系统将本次设置信息与用户所选的算法名整合成一个字符串，将其写入Excel表格的表头，将各个故障参数值写入Excel里的对应位置，将临时矩阵写入该Excel表格。校验结果的Excel表格如图2所示。

如图3所示，自定义模块，用于将新的算法提交到系统中。其具体实现方法为：系统根据用户所选择的算法类型，自动给出该算法可能需要的所有参数，并以输入参数的形式显示在界面中；系统读取用户输入的函数名和函数体，写入算法所在的路径下的空文档中，并保存为以函数名命名的函数文件；若经系统检测，不存在与该函数重名的算法，则将新的函数名写入到该算法类型对应的选项框中。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种电力系统电磁暂态仿真分析系统，其特征是：包括数据库、存储模块、设置模块、仿真模块、数据分析模块和算法验证模块；其中：

所述数据库用于存放Matlab全局变量，与设置模块、仿真模块、数据分析模块和算法验证模块连接；

所述设置模块，用于设置系统参数、模型参数和故障参数，接收用户输入的参数值，将其写入数据库；

所述仿真模块，调用数据库的参数数据，用于执行仿真，仿真结果传输给存储模块；

所述数据分析模块，用于谐波分析、序分量分析、有效值计算和暂态波形显示，调用存储模块中的仿真结果，按照数据存储方式对仿真结果文件进行读取；

所述数据库存放的全局变量，包括用于保存系统初始化参数的pk0，存储用户设置信息的pk，用于记录本次设置对应的仿真完成情况的opstr，用于存储代表当前系统运行状态的标志量信息的flag和process，其中flag用于仿真过程的控制， process用于记录仿真进度；

所述算法校验模块，用于算法校验和展示结果，内置有滤波算法和测距算法；读入GUI界面中用户选择的算法类型，调用对应的算法；读取数据库内pk的故障参数和数据存储位置，按照本次设置的故障参数信息和数据存储位置，调用存储模块内的mat文件；利用mat文件的数据对所调用算法进行验证，将所得结果存储在一个临时矩阵中；

所述算法校验模块设有自定义模块，用于添加新的滤波算法和测距算法；系统根据用户所选择的算法类型，自动给出该算法可能需要的所有参数，并以输入参数的形式显示在界面中；系统读取用户输入的函数名和函数体，写入算法所在的路径下的空文档中，并保存为以函数名命名的函数文件；若经系统检测，不存在与该函数重名的算法，则将新的函数名写入到该算法类型对应的选项框中。

2.如权利要求1所述的一种电力系统电磁暂态仿真分析系统，其特征是：所述设置模块，用于接收GUI界面中用户输入的各参数值，将其写入数据库的pk，刷新pk值，同时刷新数据库中的标志量信息，使其处于初始状态。

3.如权利要求1所述的一种电力系统电磁暂态仿真分析系统，其特征是：所述仿真模块调用数据库的pk中的参数数据，改写数据库里的标志量flag值。

4.如权利要求1所述的一种电力系统电磁暂态仿真分析系统，其特征是：所述数据分析模块，接收GUI界面中的用户操作指令，根据用户所选择条件逐行查询数据库内opstr的内容。

5.如权利要求1所述的一种电力系统电磁暂态仿真分析系统，其特征是：所述存储模块用于存放仿真结果的mat文件。

6.如权利要求1所述的一种电力系统电磁暂态仿真分析系统，其特征是：所述算法校验模块将用户设置信息与用户所选的算法名整合成一个字符串，将其写入Excel表格的表头，将各个故障参数值写入Excel里的对应位置，将临时矩阵写入该Excel表格。

7.一种采用权利要求1-6任一项所述的电力系统电磁暂态仿真分析系统的工作方法，其特征是：包括以下步骤：

（1） 用户通过GUI界面输入各个参数值，设置模块将其写入数据库的pk，刷新pk值；同时刷新数据库中的标志量信息，使其处于初始状态；

（2） 查询标志量flag值的状态，若flag值对应开始或继续状态，则启动仿真模块，进行仿真，每完成一次仿真，数据库里的标志量process值刷新一次，仿真模块中的进度条读取当前的process值并显示仿真进度；系统读取数据库里的pk中的仿真结果存储位置，将本次仿真的mat文件保存到系统存储模块里的相应位置；若flag值对应暂停状态，则系统控制Matlab程序跳出嵌套循环，同时process值停止刷新，从而使进度条停止；若flag值对应终止状态，则关闭仿真模块和进度条，同时将本次设置的所有参数中已完成仿真的部分记录在数据库的opstr中；

（3） 数据分析模块接收GUI界面中的用户操作指令，根据用户所选择条件逐行查询数据库内opstr的内容；若所选条件未经仿真，则系统给出尚未进行本次仿真的警告；否则，根据用户指令调用系统存储模块内对应的mat文件，用于暂态数据分析；在调用相应的mat文件后，按照数据存储方式对mat文件进行读取，实现各个分析功能；

（4） 算法校验模块调用对应的算法；读取数据库内pk的故障参数和数据存储位置，按照本次设置的故障参数信息和数据存储位置，调用存储模块内的mat文件；利用mat文件的数据对所调用算法进行验证，将所得结果存储在一个临时矩阵中；设置信息与用户所选的算法名整合成一个字符串，将其写入Excel表格的表头，将各个故障参数值写入Excel里的对应位置，将临时矩阵写入该Excel表格。