CN105205244B - 基于机电-电磁混合仿真技术的合环操作仿真系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于机电‑电磁混合仿真技术的合环操作仿真系统，包括：显示模块用于显示相应的合环信息并提供录入合环线路参数的途径和指令；数据模块提供参数和模型数据给显示模块和程序模块以及计算模块；所述程序模块形成电网分析计算用的配电网模型，实现网络划分；计算模块用于据所述程序模块产生的所述配电网模型进行仿真计算；开关统计模块对一个周期内不同合环时刻进行逐个时间点的混合仿真，统计得到最大合环冲击电流的数据。本发明提高仿真结果的准确性，改进潮流计算方式，提高合环电流计算的准确性，能够给出电网合环操作本身可行性与合环后电网运行方式合理性的结论，可以作为评估电网合环操作对电网影响的有效依据。
Description
技术领域
本发明属于电网合环操作技术领域，具体为一种基于机电-电磁混合仿真技术的合环操作仿真系统。
背景技术
随着电网运行方式的不断变化，电磁环网可能出现短时合环与解环的情况，而合环操作的存在也对电网的供电可靠性提出了很大的挑战，合环操作产生的过电压、冲击电流对电网产生扰动，严重情况下会威胁电网的安全稳定运行。
近些年随着电网结构的愈加复杂，合环问题研究的重要性凸显。国内有地区电网利用分布系数法和叠加定理计算电网合环操作的潮流分布，这种方法一般采用手动计算，只适用于简单网络，对于大规模电网(系统规模超过10000节点)的分析计算显然不适用，无法进行在线数据计算。
另外，还有地区电网对需要进行合环操作的网络进行简化，先计算合环前简化网络的潮流，然后根据合环两侧的电压差和环网阻抗计算出循环电流，最后利用叠加原理计算出合环后的潮流，这种方法也是目前合环电流计算普遍采用的方法。在该方法的基础上，有研究人员提出了以支路功率为变量的基于叠加原理和前推回代法的两阶段算法，用于计算电网合环潮流。而通过等值简化往往会损失仿真精度，从而降低了仿真的准确度。
上述传统的合环电流计算方法一般不考虑外部网络模型，大多利用分布系数法和叠加定理计算电网合环操作的潮流分布，只考虑环网所涉及电气设备进行戴维南等值，因此无法准确获得等值电势和等值阻抗，合环操作时将可能引入较大谐波分量，引入计算误差，因此传统解决方案不能满足计算的要求。
此外，一些研究利用PSCAD/EMTDC仿真软件对多级合环系统进行建模，通过对比模型元件和实际元件的电压损耗、功率损耗，研究模型参数的设置，建立了能够准确模拟实际元件的仿真模型，这种方法往往针对大规模电网进行等值后得到的小规模仿真系统，忽略了大电网动态特性，从而也降低仿真结果的准确性。
因此从目前的合环电流计算解决方案来看，计算准确性是合环电流计算发展的趋势，同时数据兼容性、谐波分量、模拟不对称负荷、过电压对设备的损坏等情况，都是亟待解决的问题。
本发明的申请人在2011年12月14日申请的专利号为“201110417430.X”的发明专利中，公开了一种大电网合环计算系统，是基于潮流计算、机电暂态计算、混合仿真综合分析方法的合环电流计算系统，但是其仍存在潮流计算方式中经常出现潮流计算不收敛的问题。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种基于机电-电磁混合仿真技术的合环操作仿真系统，提高仿真结果的准确性，改进潮流计算方式，提高合环电流计算的准确性，能够给出电网合环操作本身可行性与合环后电网运行方式合理性的结论，可以作为评估电网合环操作对电网影响的有效依据。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
一种基于机电-电磁混合仿真技术的合环操作仿真系统，包括：
显示模块：包括显示界面和仿真操作开关；仿真操作开关根据实时电网运行数据断面设置，显示界面显示相应的合环信息并提供录入合环线路参数的途径和指令；
数据模块：包括电网基础数据库、电网模型数据库；电网基础数据库和电网模型数据库提供参数和模型数据给显示模块和程序模块以及计算模块；
所述程序模块：包括拓扑程序单元，拓扑程序单元能够自动确定边界点和联络线进行拓扑关系分析，形成电网分析计算用的配电网模型，实现网络划分；程序模块产生的配电网模型能够在数据模块内产生拓扑数据并存储，所述配电网模型发送至显示模块显示；
所述计算模块：用于接收显示模块录入的指令，根据所述程序模块产生的所述配电网模型并调入所述数据模块内的拓扑数据进行仿真计算，仿真计算结果发送至数据模块存储并发送至显示模块的显示界面进行显示；
开关统计模块：连接所述仿真操作开关，对一个周期内不同合环时刻进行逐个时间点的混合仿真，给出冲击电流值的变化区间，统计得到最大合环冲击电流的数据，数据发送至数据模块存储并在显示模块显示。
更进一步的，计算模块包括：合环潮流计算单元、机电暂态计算单元、串行计算单元和并行计算单元、机电暂态-电磁暂态混合仿真计算单元；所述合环潮流计算单元、所述机电暂态计算单元和所述机电暂态-电磁暂态混合仿真计算单元并列设置；所述串行计算单元分别接收所述合环潮流计算单元和所述机电暂态计算单元的数据；所述并行计算单元接收所述机电暂态-电磁暂态混合仿真计算单元的计算结果；
所述机电暂态-电磁暂态混合仿真计算单元包括：电磁暂态网络划分模块、机电暂态网络模块、电磁暂态网络模块和机电-电磁接口模块；所述电磁暂态网络划分模块对所述机电暂态网络模块和所述电磁暂态网络模块进行划分；所述机电暂态网络和所述电磁暂态网络通过所述机电-电磁接口模块连接。
更进一步的，所述潮流计算单元在潮流计算时包括依次对所述配电网模型合环前的潮流分布、合环后以及解环后的潮流进行计算。
更进一步的，在所述合环后以及解环后的潮流计算之间，还要对所述配电网模型进行机电暂态计算，机电暂态计算由机电暂态计算单元完成。
更进一步的，在对所述配电网模型进行潮流计算和机电暂态计算的同时，对所述配电网模型进行机电-电磁暂态混合仿真计算；机电-电磁暂态混合仿真计算由所述机电暂态-电磁暂态混合仿真计算单元完成。
更进一步的，所述开关统计模块的统计方法包括如下步骤：
(1)将一个周波进行T等分，在每个等分时刻连续进行混合仿真分析得到系统产生的过电压情况；重复n个周波；n为大于0的正整数；
(2)记录n个周波内产生过电压情况的时刻，统计每个等分时刻产生过电压情况的次数，记为a次，当连续出现c次a大于b的情况时，进行步骤(3)；若无连续出现c次a大于b的情况时，进行步骤(4)；其中b为预设定产生过电压情况的次数；
(3)从第n+1个周波起，将s-t时刻的周波进行T等分，在每个等分时刻连续进行混合仿真分析得到系统产生的过电压情况；其中s为c次a大于b的情况出现时的起始时刻，t为c次a大于b的情况出现时的终止时刻；
(4)仍保持一个周波进行T等分，在每个等分时刻连续进行混合仿真分析得到系统产生的过电压情况，直到n+k个周波后，连续出现c次a大于b的情况时，再进行步骤(3)。
更进一步的，步骤(3)后，再执行如下步骤(5)：自n+1个周波起，进行n+L个周波的测试，其中L大于1，记录l-L个周波内产生过电压情况的时刻，统计每个等分时刻产生过电压情况的次数，记录为e次，当连续出现g次e大于f的情况时，进行步骤(6)，若无连续出现g次e大于f的情况时，执行步骤(7)；其中f为预设定产生过电压情况的次数；
(6)从第n+L+1个周波起，将u-v时刻的周波进行T等分，在每个等分时刻连续进行混合仿真分析得到系统产生的过电压情况；其中u为连续出现g次e大于f的情况时的起始时刻，v为连续出现g次e大于f的情况时的终止时刻；
(7)仍保持将s-t时刻的周波进行T等分，在每个等分时刻连续进行混合仿真分析得到系统产生的过电压情况，直到出现g次e大于f的情况时，执行步骤(6)。
更进一步的，所述T等分取值T＝30。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明是采用不同时间尺度的机电-电磁混合仿真技术，结合潮流计算分析、暂态计算分析和开关统计功能以及显示模块的全新电网合环仿真操作系统，能够在合环电流仿真计算过程中得到合环前、合环中、合环后甚至解环后的电流稳态情况，得到合环操作对配电网影响的直观结果，同时得到冲击电流、稳态电流等量化结果，解决了电磁暂态网络需要手工划分及人工建模的问题，提高了分析效率；改进了潮流计算方式，提高合环电流计算的准确性，本发明基于多核计算机的机电-电磁暂态混合仿真并行计算，解决混合并行仿真依赖机群系统的问题，降低了系统应用成本；本发明提供的开关统计步骤，能够更为精确的统计计算出最恶劣合环时刻，解决常规计算受限于计算速度等的原因，对等分时刻混合仿真计算系统过电压情况计算不够准备的问题；本发明经过实际验证，能够给出电网合环操作本身可行性与合环后电网运行方式合理性的结论，可以作为评估电网合环操作对电网影响的有效依据。
附图说明
图1是本发明基于机电-电磁混合仿真技术的合环操作仿真系统结构框图；
图2是图1中所示计算模块的结构示意图；
图3a是机电暂态网络和电磁暂态网络数据交换时序(并行计算)示意图；
图3b是机电暂态网络和电磁暂态网络数据交换时序(串行计算)示意图；
图3c是机电暂态网络和电磁暂态网络数据并行交换时序图；
图4a是本发明机电网络和电磁网络分割示意图；
图4b是电磁暂态仿真中机电暂态网络等值电路示意图；
图4c是机电暂态仿真中电磁暂态网络等值电路示意图；
图4d是Zeq(s)的等值网络示意图；
图5是某地区电网220kV某环网单线图；
图6是配电网模型中合环断路器的三相电流瞬时值波形图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。
如图1所示，一种基于机电-电磁混合仿真技术的合环操作仿真系统，包括：
显示模块：包括显示界面和仿真操作开关；仿真操作开关根据实时电网运行数据断面设置，显示界面显示相应的合环信息并提供录入合环线路参数的途径和指令；
数据模块：包括电网基础数据库、电网模型数据库；电网基础数据库和电网模型数据库提供参数和模型数据给显示模块和程序模块以及计算模块；
所述程序模块：包括拓扑程序单元，拓扑程序单元能够自动确定边界点和联络线进行拓扑关系分析，形成电网分析计算用的配电网模型，实现网络划分；程序模块产生的配电网模型能够在数据模块内产生拓扑数据并存储，所述配电网模型发送至显示模块显示；
所述计算模块：用于接收显示模块录入的指令，根据所述程序模块产生的所述配电网模型并调入所述数据模块内的拓扑数据进行仿真计算，仿真计算结果发送至数据模块存储并发送至显示模块的显示界面进行显示；
开关统计模块：连接所述仿真操作开关，对一个周期内不同合环时刻进行逐个时间点的混合仿真，给出冲击电流值的变化区间，统计得到最大合环冲击电流的数据，数据发送至数据模块存储并在显示模块显示。
显示模块与数据模块连接能够进行双向信息传输，数据模块的基础数据库保存本地数据信息，如电网设备参数、电网操作参数以及对电网计算分析的结果；其中电网设备包括变电站、母线、电源点、变压器、电抗器等等，电网操作参数包括操作记录、缺陷故障记录等等，电网分析计算结果包括潮流计算结果，暂态计算结果等；其模型数据库可以保存和编辑多种电网图形模型，如单线图模型、地理图模型和厂站图模型等，显示模块的仿真操作开关根据实时电网运行数据断面设置，发送合环指令，显示界面并提供录入合环线路和参数的途径和指令，数据模块接收指令后调出数据模块内的本地数据信息和图形模型建立相应的仿真合环拓扑网络，并发送至显示界面显示出来。
操作人员可以根据建立上述仿真模型，进行合环仿真计算，计算通过计算模块实现，如图2所示，计算模块包括：合环潮流计算单元、机电暂态计算单元、串行计算单元和并行计算单元、机电暂态-电磁暂态混合仿真计算单元；所述合环潮流计算单元、所述机电暂态计算单元和所述机电暂态-电磁暂态混合仿真计算单元并列设置；所述串行计算单元分别接收所述合环潮流计算单元和所述机电暂态计算单元的数据；所述并行计算单元接收所述机电暂态-电磁暂态混合仿真计算单元的计算结果；
其中电网合环操作后的系统支路功率主要由串行的合环潮流计算单元计算得到；由合环操作带来的系统冲击电流结果则主要由长时间尺度的机电暂态仿真计算模块得到；而进行长时间尺度与短时间尺度的机电暂态-电磁暂态混合仿真计算主要是并行计算模块的功能。
具体的，本发明是这样实现的合环仿真操作的：
根据根据实时电网运行数据断面，设置电网仿真操作开关发出动作指令，电网仿真操作开关包括合环开关和解列开关等，显示界面显示相应的合环信息，并提供录入合环线路参数的途径和指令，如定义初始初始母线，即合环点两侧的母线；
合环点由操作人员设定，程序模块中的拓扑程序单元进行全网在线自动拓扑分析搜索，确定边界点和联络线，直至产生合理的合环路线，形成电网分析计算用的配电网模型；
计算模块接收显示模块录入的指令，如潮流计算指令、机电暂态计算指令和机电暂态-电磁暂态混合仿真计算指令等，不同的计算单元调入数据模块根据所述配电网模型产生的拓扑数据，进行相应的计算。
计算模块包括：合环潮流计算单元、机电暂态计算单元、串行计算单元和并行计算单元、机电暂态-电磁暂态混合仿真计算单元；所述合环潮流计算单元、所述机电暂态计算单元和所述机电暂态-电磁暂态混合仿真计算单元并列设置；所述串行计算单元分别接收所述合环潮流计算单元和所述机电暂态计算单元的数据；所述并行计算单元接收所述机电暂态-电磁暂态混合仿真计算单元的计算结果。
(1)合环潮流分布计算
计算模块根据拓扑数据，由计算模块中的潮流计算单元对合环前后的潮流分布进行计算。
潮流分布计算是判定合环操作是否可行的关键步骤，潮流计算包括牛拉法、PQ分解法、最佳乘子法，与这些常规潮流计算方法相比，本发明合环潮流计算单元包括对合环前、后的两次潮流分布进行计算以及解环潮流计算；首先对合环前的系统进行潮流计算，合环之前的线路为树状结构，潮流计算单元的潮流计算功能计算出合环点两侧变压器出口电压幅值和相角，以计算合环前系统稳态电流，稳态电流乘以合环冲击系数(由操作人员设定)得到冲击电流，并将计算结果以文本形式显示在显示界面的配电网模型线路及母线旁，为操作人员提供初步判断依据；
合环后线路为环网结构，潮流计算单元的潮流计算功能计算出整个电网的潮流分布，包括各线路的有功损耗和无功损耗，各节点的电压幅值和相角，以此得到的合环稳态电流超过过流保护定值相则合环不可行；若没有超过，则可行。对比合环前后两个不同状态的潮流分布情况，能够直观的查看潮流转移，判定该次合环操作可行性。
计算合环后线路的潮流分布后，对合环线路进行解环，在预设的解列开关设解列点，对解环后的线路进行潮流分布计算，潮流计算单元的潮流计算功能计算出参与解环的两低压侧母线电压幅值和相角，计算比较合解环操作的压差是否在限值范围内，一般情况下合解环操作时的压差最大不超过10％，事故处理时35kv一般不超过15％，110kv及以上不超过20％。
本发明童工合环前潮流计算主要是求得合环馈线所在的母线的电压、相角，以计算合环后的冲击电流(计算出合环点两侧变压器出口电压幅值和相角差可得到合环前系统稳态电流，稳态电流乘以合环冲击系数得到冲击电流)；合环后潮流计算主要求得两条馈线合环后的稳态潮流分布，继而求得稳态电流；解环潮流计算主要求得在选定解列点解环后的稳态潮流分布，以校验解环后系统是否稳定。
(2)合环机电暂态计算功能
合环机电暂态计算主要判定合环操作本身产生的冲击电流是否会造成设备、系统不稳定及继电保护误动等情况，与常规机电暂态仿真的区别在于：机电暂态计算单元基于操作人员设定的合环点信息根据合环时刻自动生成合环操作动作序列卡，仿真得到合环冲击电流结果，不需要象常规机电暂态仿真计算一样设定故障卡，也不需要对指定的故障进行模拟；仿真得到的合环冲击电流与继电保护定值比较，来判断合环操作的可行性。
(3)机电-电磁暂态混合仿真计算功能
为保证电磁暂态网络与机电暂态网络的独立性，本发明程序模块中的拓扑程序单元基于最大范围搜索算法对网络进行划分，将合环点两侧母线定义为初始母线，定义阻抗支路为最小支路单元，设置最大搜索范围级数，距离初始母线不大于该级数的母线均在电磁暂态网络内，电磁暂态网络外的母线及其相关支路自动划分到机电暂态网络。所述机电暂态网络和所述电磁暂态网络通过所述机电-电磁接口模块连接，所述电磁暂态网络划分模块对所述机电暂态网络模块和所述电磁暂态网络模块进行划分，机电暂态网络模块和所述电磁暂态网络模块通过所述机电-电磁接口模块对机电暂态网络和所述电磁暂态网络进行混合仿真计算。
本发明应用不同时间尺度的机电-电磁暂态混合仿真计算，机电-电磁混合仿真计算除不同时间尺度网络的划分外，在计算过程中还不断交互各自的计算信息，包括各自网络等值后的信息提供给另外时间尺度仿真网络进行计算。
(1)不同时间尺度仿真的接口时序
由于机电暂态仿真相对于电磁暂态仿真属于长时间尺度，常规的计算步长为10ms。相对于机电暂态，电磁暂态仿真属于短时间尺度，常规的计算步长为100μs，远小于机电暂态的计算步长。因此，数据交换必须以机电暂态步长为单位进行。图3a所示为每个机电暂态网络积分时段，进行数据交换。
机电暂态网络和电磁暂态网络在机电暂态网络步长积分时段，即在t＝0.01s，0.02s，0.03s，0.04s…时交换数据。具体过程如下：首先进行程序的初始化，初始化过程中机电暂态网络向电磁暂态网络发送一次数据；初始化之后机电暂态网络不作计算，电磁暂态网络用初始的等值电势进行计算，在t＝0.01s时两个网络交换数据，其中电磁暂态网络接收的是机电暂态网络在t＝0s时刻的值，机电暂态网络接收的是电磁暂态网络在t＝0.009s时刻的值，数据交换完成后两网络分别开始进行t＝0.01s时刻的计算，以此后推，在t＝N×DTP时刻两网络交换数据，其中电磁暂态网络接收的是机电暂态网络在t-DTP时刻的值，机电暂态网络接收的是电磁暂态网络在t-DTE时刻的值。
上述为机电暂态网络和电磁暂态网络并行计算时数据交换时序，在对计算时间要求一般的前提下，可以采用如图3b所示的串行计算数据交换时序。
机电暂态网络和电磁暂态网络在每个机电暂态网络积分时段，即在t＝0.01s，0.02s，0.03s，0.04s…时交换一次数据。具体过程如下：首先程序进行初始化，初始化过程中机电暂态网络向电磁暂态网络传递一次数据；初始化之后机电暂态网络不作计算，电磁暂态网络采用初始的等值电势进行计算，在t＝0.01s时电磁暂态网络向机电暂态网络传递数据，随后机电暂态网络进行t＝0.01s时刻的计算，此时电磁暂态网络暂停计算，机电暂态网络计算完毕后将t＝0.01s时刻的值传递给电磁暂态网络，随后电磁暂态网络进行t＝0.011s～0.02s时刻的计算，此时机电暂态网络暂停计算，在t＝0.02s时开始下一周期的过程。
机电暂态网络和电磁暂态网络的数据采用如下的交换形式：初始化时机电暂态网络向电磁暂态网络发送其正、负、零序等值阻抗阵及电势的初始值；在每一个机电暂态网络积分步长内，机电暂态网络向电磁暂态网络发送边界点的正、负、零序等值电势，电磁暂态网络向机电暂态网络发送边界点的正、负、零序电压和电流。在机电暂态网络结构发生变化时，机电暂态网络还需向电磁暂态网络发送机电暂态网络的正、负、零序等值阻抗阵；反映在并行计算时序图中如图3c所示。
(2)不同时间尺度网络等值
图4a、4b、4c显示了不同时间尺度的仿真网络分割示意图和不同网络的等值示意图，图中所示仅为一个混合仿真接口，多个接口时需要扩展。此外，整个网络进行混合仿真计算的基础条件是已经明确划分了机电暂态和电磁暂态两部分。长时间尺度仿真计算时，用诺顿等值表示短时间尺度网络，以电流源Is和导纳Y的形式表示；短时间尺度网络仿真计算时，应用戴维南等值表示长时间尺度网络，采用电压源Es和阻抗Z的形式。
如图4a所示，在进行合环电流混合仿真计算时，整个网络可分为两大部分：即机电暂态网络与电磁暂态网络。如图4b所示，在进行电磁暂态网络仿真计算时，接入的机电暂态网络定义为戴维南等值电路，如图4c所示，在进行机电暂态网络仿真计算时，接入的电磁暂态网络定义为诺顿等值电路；由于电磁暂态仿真网络为三相瞬时值网络，而机电暂态仿真网络为三序相量网络，还需要进行相-序变换，瞬时值-相量变换。
混合仿真计算过程中，对机电暂态网络除进行工频特性等值外，为了提高混合仿真模拟的精度，有必要添加各频率的频域特性等值。首先，在机电－电磁接口模块(即接口点)处计算出机电暂态网络的频域扫描结果，即频率-阻抗特性关系；其次，依据矢量匹配原理得到拟合函数Zeq(s)；
式中：Zeq(s)为机电暂态网络在接口点等值阻抗，d0为等值固定电阻，表示第i个等值阻抗的电阻值，s为拉氏变换频域等值。随后，形成等值网络如图4c，将此等值网络电路作为机电暂态网络的等值电路，接入电磁暂态网络共同计算。此外，式(1)满足如下特性：
d0为正实数；
极点a1,a2,…,aN分别为负实数或成对出现的实部为负的共轭复数，且都是一阶的；
留数r1,r2,…,rN分别为正实数或成对出现的实部为正的共轭复数。
图4d中的电阻电路对应于式(1)中的常数项，电阻-电容电路对应于式(1)中实数极点项，电阻-电感-电容电路对应于式(1)中共轭复数极点项。图4d中对应N1个实数极点、N2对共轭复数极点的情况。其中各变量值如下：
机电暂态仿真和电磁暂态仿真在变量数学模型、积分步长、仿真时间范围等诸多方面都存在着较大的差异]。其差异主要在：电磁暂态仿真通常描述系统的快速暂态特性，其仿真过程持续时间在微秒级，计算步长一般为20-200微秒之间，机电暂态仿真通常描述系统的暂态稳定特性，其仿真过程持续时间在几秒到几十秒之间，因此机电暂态仿真与电磁暂态仿真之间的计算步长相差上百倍；电磁暂态仿真主要描述系统的特性有三相不对称、波形畸变以及高次谐波叠加等，计算时采用ABC三相瞬时值表示，机电暂态仿真主要反映系统的低频振荡和工频特性，采用基波向量来表示变量，计算系统的三相网络基于工频正弦波经线性变换转换成互相解耦的正、负、零序网络；电磁暂态仿真计算元件的模型描述通过微分方程和偏微分方程表示，这些方程的构成主要来自网络中存在的电容、电感等元件，而机电暂态仿真计算系统元件模型采用相量方程线性表示，机电暂态仿真模型相对于电磁暂态仿真模型根据仿真条件作了一定程度的简化。机电、电磁暂态计算方法为本领域成熟技术，不再一一赘述。
本机并行具体的实现方式是，本地计算机同时启动长时间尺度的机电暂态计算进程、短时间尺度的电磁暂态计算进程及输入/输出进程共计三个进程。每个进程都与图形化界面建立通讯连接，且机电、电磁暂态进程同输入/输出进程之间建立通讯连接，进行文件输出，从而实现并行计算。
实施例
本发明基于某地区电网的一处220kV环形电网模型进行了合环仿真计算，如图5所示为显示界面显示的豫浉河220母线、豫桂园220母线、豫葵花220母线同时与豫曹湾220母线和豫弦城220，以及豫潢川220母线和豫信东21母线组成了220kV电磁环网，对豫浉河220母线与豫桂园220母线之间的浉桂线进行合环操作分析，电网模型和母线旁标注有文本格式参数。
第一步是对系统合环操作前、合环操作后进行潮流分析，其中如图5所示为合环前的系统潮流分布情况。潮流计算后，系统将提供详细的合环前后的潮流结果，如表格一所示：
表格一
合环前潮流计算结果中，最重要的信息为电压差值和母线相角差值，本例中的两项参数分别为电压幅值差为17.25kV，相角差为10.32°，可以依据工程经验判断此时进行合环操作是否合适。而合环后的潮流数据将提供合环稳态电流、有功功率和无功功率等重要信息，本例中合环后稳态电流0.45kA。
为进一步确定合环网络稳定性，校验解环后网络系统的稳定性，对解环后的稳态潮流分布进行计算，计算参与解环的两低压侧母线电压幅值和相角，计算比较合解环操作的压差是否在限值范围内，解环后的结果报告如表格三所示：
合解环操作时的压差没有超过10％，在允许范围内。
潮流计算结果看，合环点两侧的电压幅值和相角均相差较大，而当合环点断路器闭合时，迫使两侧的电压相等，这必然要经历一个暂态过程，产生一个很大的冲击电流，若冲击电流过大可能引起继电保护的动作，严重情况下可能引起其他设备的保护动作跳闸，或电网振荡，甚至导致系统解列、大面积停电，威胁整个电力系统以及电网运行人员的人身安全，因此合环操作是否可行还需进一步根据暂态仿真结果进行判断分析。本发明潮流计算单元和机电暂态计算单元为并列设置连接到串行计算单元，故潮流计算单元的解环潮流分布计算放在机电暂态计算之后。
仿真计算结束后，可以通关合环操作仿真系统可视化界面清晰直观的看到仿真的电气量波形，如图6所示，为合环断路器的三相电流瞬时值在曲线阅览室中的波形。
长时间尺度和短时间尺度的联合仿真计算为进一步确定合环的可行性提供了依据，结果中最大冲击电流、最大允许电流值、允许电流持续时间等重要信息均表格二所示：
表格二
本例混合仿真计算结果报告可以看出，合环最大冲击电流为0.99kA，超过系统允许的最大电流值0.85kA，但由于超出允许电流时间仅为0.01s，该时间小于允许电流持续时间，因此判定此次合环操作是可行的。
本发明除包含了潮流分析、暂态分析功能外，还包含了开关统计功能，所谓的开关统计功能即为了寻找最恶劣的合环时刻而设置，用于模拟不同合环相角差的情况。理论上开关统计次数越多，则越有可能计算得到最严重的合环时刻，但受限于计算速度等原因，通常设定次数为30。本文算例也如此，不同的是本发明按照如下步骤进行开关统计：
(1)将一个周波进行30等分，在每个等分时刻连续进行混合仿真分析得到系统产生的过电压情况，重复n个周波；n为大于0的正整数；
(2)记录n个周波内产生过电压情况的时刻，统计每个等分时刻产生过电压情况的次数，记为a次，当连续出现c次a大于b的情况时，进行步骤(3)；若无连续出现c次a大于b的情况时，进行步骤(4)；其中b为预设定产生过电压情况的次数；
(3)从第n+1个周波起，将s-t时刻的周波进行T等分，在每个等分时刻连续进行混合仿真分析得到系统产生的过电压情况；其中s为c次a大于b的情况出现时的起始时刻，t为c次a大于b的情况出现时的终止时刻；
(4)仍保持一个周波进行30等分，在每个等分时刻连续进行混合仿真分析得到系统产生的过电压情况，直到n+k个周波后，连续出现c次a大于b的情况时，再进行步骤(3)；
步骤(3)后，再执行如下步骤(5)：自n+1个周波起，进行n+L个周波的测试，其中L大于1，记录l-L个周波内产生过电压情况的时刻，统计每个等分时刻产生过电压情况的次数，记录为e次，当连续出现g次e大于f的情况时，进行步骤(6)，若无连续出现g次e大于f的情况时，执行步骤(7)；其中f为预设定产生过电压情况的次数；
(6)从第n+L+1个周波起，将u-v时刻的周波进行T等分，在每个等分时刻连续进行混合仿真分析得到系统产生的过电压情况；其中u为连续出现g次e大于f的情况时的起始时刻，v为连续出现g次e大于f的情况时的终止时刻；
(7)仍保持将s-t时刻的周波进行T等分，在每个等分时刻连续进行混合仿真分析得到系统产生的过电压情况，直到出现g次e大于f的情况时，执行步骤(6)；
本实施例中n取值24，T取值30，预设定b为0次，f为1次，按照上述步骤的内建程序开关统计结果得出如表格三所示：
表格三
最恶劣合环最高电压为246.01kV，该线路合环操作不存在过电压问题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于机电-电磁混合仿真技术的合环操作仿真系统，其特征在于包括：
显示模块：包括显示界面和仿真操作开关；仿真操作开关根据实时电网运行数据断面设置，显示界面显示相应的合环信息并提供录入合环线路参数的途径和指令；
数据模块：包括电网基础数据库、电网模型数据库；电网基础数据库和电网模型数据库提供参数和模型数据给显示模块和程序模块以及计算模块；
所述程序模块：包括拓扑程序单元，拓扑程序单元能够自动确定边界点和联络线进行拓扑关系分析，形成电网分析计算用的配电网模型，实现网络划分；程序模块产生的配电网模型能够在数据模块内产生拓扑数据并存储，所述配电网模型发送至显示模块显示；
所述计算模块：用于接收显示模块录入的指令，根据所述程序模块产生的所述配电网模型并调入所述数据模块内的拓扑数据进行仿真计算，仿真计算结果发送至数据模块存储并发送至显示模块的显示界面进行显示；
开关统计模块：连接所述仿真操作开关，对一个周期内不同合环时刻进行逐个时间点的混合仿真，给出冲击电流值的变化区间，统计得到最大合环冲击电流的数据，数据发送至数据模块存储并在显示模块显示；
计算模块包括：合环潮流计算单元、机电暂态计算单元、串行计算单元和并行计算单元、机电暂态-电磁暂态混合仿真计算单元；所述合环潮流计算单元、所述机电暂态计算单元和所述机电暂态-电磁暂态混合仿真计算单元并列设置；所述串行计算单元分别接收所述合环潮流计算单元和所述机电暂态计算单元的数据；所述并行计算单元接收所述机电暂态-电磁暂态混合仿真计算单元的计算结果；
所述机电暂态-电磁暂态混合仿真计算单元包括：电磁暂态网络划分模块、机电暂态网络模块、电磁暂态网络模块和机电-电磁接口模块；所述电磁暂态网络划分模块对所述机电暂态网络模块和所述电磁暂态网络模块进行划分；所述机电暂态网络和所述电磁暂态网络通过所述机电-电磁接口模块连接；
电网仿真操作开关包括合环开关和解列开关；所述潮流计算单元用于在潮流计算时包括依次对所述配电网模型合环前的潮流分布、合环后以及解环后的潮流进行计算；所述机电暂态计算单元用于在所述合环后以及解环后的潮流计算之间，对所述配电网模型进行机电暂态计算；
所述开关统计模块的统计方法包括如下步骤：
(1)将一个周波进行T等分，在每个等分时刻连续进行混合仿真分析得到系统产生的过电压情况；重复n个周波；n为大于0的正整数；
(2)记录n个周波内产生过电压情况的时刻，统计每个等分时刻产生过电压情况的次数，记为a次，当连续出现c次a大于b的情况时，进行步骤(3)；若无连续出现c次a大于b的情况时，进行步骤(4)；其中b为预设定产生过电压情况的次数；
(3)从第n+1个周波起，将s-t时刻的周波进行T等分，在每个等分时刻连续进行混合仿真分析得到系统产生的过电压情况；其中s为c次a大于b的情况出现时的起始时刻，t为c次a大于b的情况出现时的终止时刻；
(4)仍保持一个周波进行T等分，在每个等分时刻连续进行混合仿真分析得到系统产生的过电压情况，直到n+k个周波后，连续出现c次a大于b的情况时，再进行步骤(3)；其中k为正整数，k小于30；
步骤(3)后，再执行如下步骤(5)：自n+1个周波起，进行n+L个周波的测试，其中L大于1，记录L-1个周波内产生过电压情况的时刻，统计每个等分时刻产生过电压情况的次数，记录为e次，当连续出现g次e大于f的情况时，进行步骤(6)，若无连续出现g次e大于f的情况时，执行步骤(7)；其中f为预设定产生过电压情况的次数；
(6)从第n+L+1个周波起，将u-v时刻的周波进行T等分，在每个等分时刻连续进行混合仿真分析得到系统产生的过电压情况；其中u为连续出现g次e大于f的情况时的起始时刻，v为连续出现g次e大于f的情况时的终止时刻；
(7)仍保持将s-t时刻的周波进行T等分，在每个等分时刻连续进行混合仿真分析得到系统产生的过电压情况，直到出现g次e大于f的情况时，执行步骤(6)。
2.根据权利要求1所述的基于机电-电磁混合仿真技术的合环操作仿真系统，其特征在于：在对所述配电网模型进行潮流计算和机电暂态计算的同时，对所述配电网模型进行机电-电磁暂态混合仿真计算；机电-电磁暂态混合仿真计算由所述机电暂态-电磁暂态混合仿真计算单元完成。
3.根据权利要求1所述的基于机电-电磁混合仿真技术的合环操作仿真系统，其特征在于：所述T等分取值T＝30。
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| US7788051B2 (en) * | 2004-10-01 | 2010-08-31 | Patel Sureshchandra B | Method and apparatus for parallel loadflow computation for electrical power system |
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Non-Patent Citations (3)
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| 基于机电暂态-电磁暂态混合仿真的电网合环分析计算系统;朱雨晨 等;《电力系统保护与控制》;20121201;第40卷(第23期);73-79 * |
| 机电-电磁暂态混合仿真在电网合环分析中的应用研究;胡立锦 等;《四川电力技术》;20130228;第36卷(第1期);1-6 * |
| 电气工程论文-基于混合仿真进行合环电流分析和控制的可行性;小纯洁蛋疼;《百度文库URL：https://wenku.baidu.com/view/44b10a874028915f804dc2d4.html》;20120403;1-44 * |
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