CN104461672B - 一种延长电力系统数字仿真模型仿真总时长的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种延长电力系统数字仿真模型仿真总时长的方法及装置，脉冲控制器根据画图精度的要求输出控制信号，使用所述控制信号选择不同的仿真画图时间步长，按照所选择的不同的仿真画图时间步长进行画图。对仿真研究不关心的大部分波形进行粗略画图，大致了解波形的趋势，对仿真研究关心的小部分波形进行精细画图，满足研究需要；同时画图的总点数较少，满足数字仿真模型长时间仿真的需要；不需要每次手动逐个删减录波变量，提高工作效率。

Description

一种延长电力系统数字仿真模型仿真总时长的方法及装置

技术领域

本发明属于电力系统数字仿真技术领域，特别涉及一种延长电力系统数字仿真模型仿真总时长的方法及装置。

背景技术

数字仿真已成为电力系统研究、规划和设计的重要手段。电力系统仿真软件以数学模型代替电力系统的实际设备，用数值计算方法对电力系统的运行特性进行试验和研究。数字仿真软件的计算结果可以以波形的形式形象化地显示在人机界面中，方便用户及时、直观地查看、分析仿真计算结果。

用于非实时仿真的电力系统数字仿真软件，例如在全世界范围内广泛应用的电力系统电磁暂态仿真软件EMTDC（Electro-Magnetic Transient in DC system），利用单个电力设备的数字仿真模型以及控制逻辑元件的数字仿真模型一起建立满足研究需求的电力系统数字仿真模型。为该仿真模型设定仿真总时长后，运行该仿真模型对应的程序即可进行仿真计算。

数字仿真模型的程序执行周期通常被称为仿真计算时间步长（step，△T）。如果一次仿真计算需要模拟电力系统T秒的运行情况，并且设定了仿真计算时间步长△T（△T一般为微秒级，例如50us），那么在这次仿真计算过程中，数字仿真模型的程序执行总次数n为：n=T/△T。对于总时长为T秒的仿真，如果设定的△T越大，那么n就越小，完成仿真计算的实际耗时也越小，但是仿真结果的精确程度越低；反之，如果设定的△T越小，那么n就越大，完成T秒仿真计算的实际耗时也越大，但是仿真结果的精确程度越高。

鉴于数字仿真计算原理的原因，目前大部分的电力系统数字仿真软件都是采用固定仿真计算时间步长的方式，即仿真软件在某一次仿真计算过程中，在人为设定了△T后仿真软件就会保持该△T不变进行数据处理，直到本次仿真计算结束才允许用户改变△T进入下一次仿真计算过程，而在仿真计算过程中不允许调整△T。为了确保仿真模型的计算精度，仿真过程中一般都会将△T设置的比较小。

在仿真软件人机界面上显示出来的波形，从微观上看，是由许许多多个离散的点通过直线连接而成。每个离散的点都来自于在△T整数倍时刻上仿真软件的计算结果，但是并不一定需要将每个△T中计算出来的点都在人机界面上显示出来，可以间隔几个点再显示出一个点。在人机界面上显示出的相邻点之间的时间间隔被称为仿真画图时间步长（plot step，△PT）。△PT一般为△T的k倍（即△PT=k·△T），其中k为自然数1，2，3......。当k越小，即△PT越小时，人机界面上显示的波形越精细；当k越大，即△PT越大时，人机界面上显示的波形越粗糙，甚至失真。与△T值在仿真过程中保持固定不同，由于△PT值不涉及到数值计算，只涉及到将计算结果在人机界面上抽样显示，因此在仿真过程中△PT值一般是允许随时修改的。

对△T值选取大小的不同会直接影响到仿真模型每个仿真过程总耗时的长短，但是它并不会影响仿真模型占用系统内存的多少。在每个△T中计算出的结果（实际计算出的点）会作为下一个△T中程序的输入值参与程序计算。在本次△T中计算得到结果后，上一个△T计算结果所占用的内存空间就用于存放本次计算的结果，即在整个仿真过程中只有一个△T的计算结果占用内存空间。因此，仿真计算结果所占用内存空间的总数并不大。

而用于画图的点则不同，由于所有用于画图显示的点都要同时显示在人机界面上，因此它们都要占用内存空间。假定每个△PT中需要显示波形的变量有p个，而整个仿真过程总时长T可以分成q个△PT，那么在人机界面上显示的波形中总共会包含p×q个点，每个点都需要占用内存空间。对于规模比较大的仿真模型，需要录波的变量数量p也非常大，如果需要仿真的总时长T也较大，并且为了通过波形看清仿真计算的真实情况，一般△PT都设置的比较小，即q值也非常大，这样会造成p×q数量非常大，占用的内存空间会非常大，往往超出了仿真软件能够访问内存空间的能力或者超出了计算机内存硬件的容量，从而导致仿真模型无法运行。

目前常用的常见方法是，将△PT尽量设置的大一些，即减小q值，从而使p×q不超过允许的上限，但是这样做的缺点是录波的波形不够精细，甚至失真，往往导致仿真人员对系统真实运行情况的误判；另一种方法是，保持△PT为较小值，但是手动将本次仿真中不关注的录波变量删除，从而减小p值，使得p×q不超过允许的上限，但是这样做的缺点是人工参与的工作较多，效率较低。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种延长电力系统数字仿真模型仿真总时长的方法及装置，可满足电力系统仿真模型长时间的仿真需要，同时又能保证仿真录波波形的准确性和高精度，且能够减少人工参与。

为了达成上述目的，本发明提供一种延长电力系统数字仿真模型仿真总时长的方法，脉冲控制器根据画图精度的要求输出控制信号，使用该控制信号选择不同的仿真画图时间步长，按照不同的仿真画图时间步长进行画图。

如果使用二级信号，可以在仿真研究不关心的时间段内，脉冲控制器输出第一控制信号，选择大仿真画图时间步长，作为当前仿真画图时间步长进行粗略画图；在仿真研究关心的时间段内，脉冲控制器输出第二控制信号，选择小仿真画图时间步长，作为当前仿真画图时间步长进行精细画图。

脉冲控制器可以根据仿真研究关心的时间段的起始时刻和持续时间，输出第二控制信号；或者，在一次仿真过程中通过其他逻辑形成第一控制信号与第二控制信号多次更替。

如果使用多级信号，则脉冲控制器根据画图精度的要求，在一次仿真过程中通过逻辑运算或编码形成多进制的信号或多值的信号,从而输出多级控制信号。

本发明还提供一种延长电力系统数字仿真模型仿真总时长的装置，包括仿真画图时间步长调节器,脉冲控制器和输入通道选择器，其中脉冲控制器根据画图精度的要求输出控制信号；输入通道选择器根据该控制信号，选择仿真画图时间步长；仿真画图时间步长调节器接收输入通道选择器所选择的仿真画图步长，根据所述步长对仿真画图时间步长进行调整。

如果使用二级信号，则在仿真研究不关心的时间段内，脉冲控制器输出第一控制信号，输入通道选择器选择大仿真画图时间步长；在仿真研究关心的时间段内，脉冲控制器输出第二控制信号，输入通道选择器选择小仿真画图时间步长。

脉冲控制器可以根据仿真研究关心的时间段的起始时刻和持续时间，输出第二控制信号；或者，在一次仿真过程中通过其他逻辑形成第一控制信号与第二控制信号多次更替。

如果使用多级信号，则脉冲控制器根据画图精度的要求，在一次仿真过程中通过逻辑运算或编码形成多进制的信号或多值的信号,从而输出多级控制信号。

通过本发明提供的方法与装置，可以对仿真研究不关心的大部分波形进行粗略画图，大致了解波形的趋势，对仿真研究关心的小部分波形进行精细画图，满足研究需要；同时画图的总点数较少，满足数字仿真模型长时间仿真的需要；不需要每次手动逐个删减录波变量，提高工作效率。

附图说明

图1是本发明实施例的延长电力系统数字仿真模型仿真总时长的原理图；

图2是本发明实施例采用了延长电力系统数字仿真模型仿真总时长方法后的仿真波形图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明方法实施例1，一种延长电力系统数字仿真模型仿真总时长的方法，脉冲控制器根据画图精度的要求输出多级控制信号，通过逻辑运算或编码形成多进制的信号或多值的信号，例如0、1、2、3或者00、01、10、11，等，使用该多级控制信号选择不同的仿真画图时间步长，然后按照所述不同的仿真画图时间步长进行画图。

本发明方法实施例2，脉冲控制输出二级信号。在仿真研究关心的时间段内，所述脉冲控制器的输出第一控制信号，例如0，选择大仿真画图时间步长，作为当前仿真画图时间步长进行粗略画图；在仿真研究关心的时间段内，所述脉冲控制器的输出第二控制信号，例如1，选择小仿真画图时间步长，作为当前仿真画图时间步长进行精细画图。

设置脉冲控制功能时，可以通过设置其输出值为1的起始时刻和持续时间的方法使其在特定的时间段内输出为1，而其余时间内输出为0；也可以为其搭建或编写其他逻辑来实现在一次仿真过程中多次出现0、1更替。

本发明方法实施例3，在设定仿真软件访问内存空间的上限为1G的情况下，一个规模较大的仿真模型需要录波的变量比较多，如果采用50us的仿真画图时间步长，那么仿真总时长无法超过6s。如果将仿真研究不关心的时间段内仿真画图时间步长改为1000us，而将仿真研究关心的时间段（0.1s）内仿真画图时间步长改为与仿真计算时间步长一致的50us，那么仿真总时长可以达到96s以上。也就是在需要的时间段（0.1s）内设置脉冲控制功能为1，其余时间为0。在脉冲为1时，选择大仿真画图时间步长1000us。在脉冲为0时，选择小仿真画图时间步长50us。

如图2所示，IVY1、IVY2、IVY3为仿真系统的电流波形，CPRY为6路触发脉冲信号合成的控制字波形。在89.9s～90.0s期间采用了50us的仿真画图时间步长，画图精度非常高，可以如实地反映出系统的运行情况，满足研究需要。而其余时间段内采用了1000us的仿真画图时间步长。可以看到波形出现了失真。通过这样的方法，对仿真研究不关心的大部分波形进行粗略画图，大致了解波形的趋势，对仿真研究关心的小部分波形进行精细画图，满足研究需要；同时画图的总点数较少，满足数字仿真模型长时间仿真的需要；不需要每次手动逐个删减录波变量，工作效率很高；另外，录波总点数较少，节省了程序往人机界面上打印波形所消耗的时间，有利于提高仿真速度。

本发明还提供一种延长电力系统数字仿真模型仿真总时长的装置，实施例如图1所示，主要包括仿真画图时间步长调节器1、脉冲控制器2和输入通道选择器3。

脉冲控制器根据画图精度的要求输出控制信号。根据仿真研究的具体需要，用仿真软件元件库中的基本元件搭建或用自定义元件的脚本代码编写脉冲控制器2的内部逻辑，从而输出控制信号。

输入通道选择器根据所述控制信号，选择不同的仿真画图时间步长。

所述仿真画图时间步长调节器接收所述输入通道选择器所选择的仿真画图步长，根据所述步长对仿真画图时间步长进行调整。

以脉冲控制器输出二级控制信号为例。对于仿真研究不关心的时间段使脉冲控制器2的输出为0，控制输入通道选择器3选择比较大的仿真画图时间步长，送给仿真画图时间步长调节器1作为当前的仿真画图时间步长，进行粗略画图，用于大致了解波形的趋势。对于仿真研究关心的时间段使脉冲控制器2的输出为1，控制输入通道选择器3选择比较小的仿真画图时间步长（可以与仿真计算时间步长相同，即每次仿真计算的输出点都在人机界面画出来），送给仿真画图时间步长调节器1作为当前的仿真画图时间步长，进行精细画图，满足研究需要。

对于脉冲控制器2，可以通过设置其输出值为1的起始时刻和持续时间的方法使其在特定的时间段内输出为1，而其余时间输出为0；也可以搭建或编写更加复杂的逻辑来实现在一次仿真过程中多次出现0、1更替。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种延长电力系统数字仿真模型仿真总时长的方法，其特征在于：脉冲控制器根据画图精度的要求输出控制信号，使用所述控制信号选择不同的仿真画图时间步长，根据所确定的不同仿真画图时间步长进行画图；

在仿真研究不关心的时间段内，所述脉冲控制器输出第一控制信号，并根据第一控制信号选择大仿真画图时间步长，使用大仿真画图时间步长进行粗略画图；在仿真研究关心的时间段内，所述脉冲控制器输出第二控制信号，并根据第二控制信号选择小仿真画图时间步长，使用小仿真画图时间步长进行精细画图。

2.如权利要求1所述的延长电力系统数字仿真模型仿真总时长的方法，其特征在于：所述脉冲控制器，根据仿真研究关心的时间段的起始时刻和持续时间，输出第二控制信号；或者，在一次仿真过程中通过逻辑运算形成第一控制信号与第二控制信号多次更替。

3.如权利要求1所述的延长电力系统数字仿真模型仿真总时长的方法，其特征在于：所述脉冲控制器根据画图精度的要求，在一次仿真过程中通过逻辑运算或编码形成多进制的信号或多值的信号,作为控制信号输出。

4.一种延长电力系统数字仿真模型仿真总时长的装置，其特征在于：包括仿真画图时间步长调节器(1)、脉冲控制器(2)和输入通道选择器(3)，其中，

所述脉冲控制器根据画图精度的要求输出控制信号；

所述输入通道选择器根据所述控制信号，选择仿真画图时间步长；

所述仿真画图时间步长调节器接收所述输入通道选择器所选择的仿真画图步长，根据所选择的步长对仿真画图时间步长进行调整；

在仿真研究不关心的时间段内，所述脉冲控制器输出第一控制信号，所述输入通道选择器选择大仿真画图时间步长；在仿真研究关心的时间段内，所述脉冲控制器输出第二控制信号，所述输入通道选择器选择小仿真画图时间步长。

5.如权利要求4所述的延长电力系统数字仿真模型仿真总时长的装置，其特征在于：所述脉冲控制器，根据仿真研究关心的时间段的起始时刻和持续时间，输出第二控制信号；或者，在一次仿真过程中通过逻辑运算形成第一控制信号与第二控制信号多次更替。

6.如权利要求4所述的延长电力系统数字仿真模型仿真总时长的装置，其特征在于：所述脉冲控制器根据画图精度的要求，在一次仿真过程中通过逻辑运算或编码形成多进制的信号或多值的信号，作为控制信号输出。