CN105468847A - 基于pscad emtdc的混合仿真接口管理模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于PSCAD？EMTDC的混合仿真接口管理模块，其特征在于，该混合仿真接口管理模块设置在PSCAD？EMTDC软件中，电磁暂态侧数据量测模块用于获取两子网分网接口处的功率数据结构和电流数据结构，并将获取的数据结构发送到接口核心模块；机电暂态侧仿真模块用于获取全网发电机功角计算参考值、以及每个机电暂态交互步长得到的电磁暂态侧子网与机电暂态侧子网分网接口处网络节点电压数据结构和注入网络电流数据结构，并将获取数据发送到接口核心模块；接口核心模块用于进行仿真进程控制，实现电磁暂态过程和机电暂态过程的联合仿真。

Description

基于PSCAD EMTDC的混合仿真接口管理模块

技术领域

本发明涉及一种基于PSCADEMTDC(电力系统计算机辅助设计电磁暂态仿真程序)的混合仿真接口管理模块，属于电力系统数字仿真技术领域。

背景技术

现代电力系统中，高压直流输电系统和柔性直流输电设备得到了广泛的应用，电网整体规模庞大，区域联系紧密，同时电磁暂态过程和机电暂态过程耦合紧密。传统的电磁暂态仿真对电磁暂态过程描述精细，但仿真步长小，电气元件模型复杂，计算量大，难以直接用于对大规模电网的研究，需要通过对网络的等值和简化使计算量和计算时间达到可以接受的范围，但对大规模电网的简化处理势必会造成网络响应特性的改变，特别是当直流系统换流母线处交流系统的短路容量相对于直流输送功率较小时，电磁暂态仿真不能真实反映电网的响应过程。传统的机电暂态仿真的仿真步长较大，采用准稳态模型，模型较为简单，可以满足对大规模电网的机电暂态仿真需求。但是机电暂态仿真中模型的建立基于准稳态假设，不能对非对称故障进行仿真。同时在交直流混合联网系统的研究中，机电暂态仿真忽略了换流器本身的暂态过程，不能描述换相过程以及换相失败、换流器内部故障及控制系统对换流过程的影响，不能对直流线路故障及此后的控制行为进行描述。

目前主流的电磁暂态/机电暂态混合仿真技术路线是利用已有的成熟电磁、机电仿真平台，根据实际仿真需要将网络划分为电磁暂态侧子网和机电暂态侧子网，将电磁暂态仿真、机电暂态仿真两种仿真技术进行有机地接口，实现电磁暂态过程和机电暂态过程在一次仿真中同时进行。现有软件仍然基于电磁暂态仿真或机电暂态仿真中的一种仿真思路和模型，未能实现两者的直接接口，因此要解决交流系统不对称故障的机电暂态仿真以及对高压直流输电系统、电力电子设备的电磁暂态过程的精细仿真，需要两侧仿真平台的接口管理系统对接口量进行有效的选取和组织，以最小的代价满足两侧分别仿真的数据需求。因此，有必要提出一种混合仿真接口管理模块，以克服传统仿真方法在现代电力系统研究中的局限性，提高仿真的准确性和适应性。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够实现对电磁暂态过程和机电暂态过程的联合仿真的基于PSCADEMTDC的混合仿真接口管理模块。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于PSCADEMTDC的混合仿真接口管理模块，其特征在于，该混合仿真接口管理模块设置在PSCADEMTDC中，包括一电磁暂态侧数据量测模块、一机电暂态侧仿真模块和一接口核心模块；所述电磁暂态侧数据量测模块用于获取电磁暂态侧子网与机电暂态侧子网分网接口处由电磁暂态仿真计算得到的功率数据结构和电流数据结构，并将获取的功率数据结构和电流数据结构发送到所述接口核心模块；所述机电暂态侧仿真模块编译生成静态链接库设置在PSCADEMTDC中，用于获取全网发电机功角计算参考值、以及每个机电暂态交互步长得到的电磁暂态侧子网与机电暂态侧子网分网接口处网络节点电压数据结构和注入网络电流数据结构，并将获取的全网发电机功角计算参考值、电压数据结构和电流数据结构发送到所述接口核心模块；所述接口核心模块用于进行仿真进程控制，根据获取PACAD仿真时间判断是否到达设定的闭环时间，如果达到设定闭环时间，所述接口核心模块将对从所述电磁暂态侧数据量测模块获取的数据和从所述机电暂态侧仿真模块获取的数据进行数据交互，实现电磁暂态过程和机电暂态过程的联合仿真。

优选地，所述接口核心模块包括一混合仿真基本参数设定模块、一机电暂态侧数据读入模块、一电磁暂态侧数据读入模块、一全网发电机功角计算参考值读入模块和一等值阻抗读入模块：所述混合仿真基本参数设定模块用于设定混合仿真的基本参数；所述机电暂态侧数据读入模块用于读取每个机电暂态交互步长得到的电磁暂态侧子网与机电暂态侧子网分网接口处网络节点电压数据结构和注入网络电流数据结构，数据交互时，将分网接口处网络节点电压数据结构发送到电磁暂态侧子网接口处；所述电磁暂态侧数据读入模块用于读取电磁暂态侧子网与机电暂态侧子网分网接口处由电磁暂态仿真计算获得的功率数据结构和电流数据结构，数据交互时，将功率数据结构和电流数据结构发送到机电暂态侧子网接口处；所述全网发电机功角计算参考值读入模块用于从机电暂态侧获取全网发电机功角计算参考值，数据交互时，将全网发电机功角计算参考值发送到电磁暂态侧；所述等值阻抗读入模块用于读入机电暂态侧向电磁暂态侧等值得到的等值阻抗。

优选地，所述混合仿真的基本参数包括混合仿真的时标传递、同步及交互步长、闭环时间、总仿真时间、仿真模式的设定、接口量、故障事件的传递、仿真时序的选择以及插值算法的应用，其中，仿真模式包括常规混合仿真模式、机电暂态侧向电磁暂态侧回放模式、包含预测的混合仿真模式、包含预测的机电暂态侧向电磁暂态侧回放模式和映射式分网交互模式；仿真时序包括串行时序和并行时序。

优选地，功率数据结构包括有功功率和无功功率，电压数据结构包括电压的幅值和相角，电流数据结构包括电流的幅值和相角。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的接口核心模块与电磁暂态侧数据量测模块、机电暂态侧仿真模块在PSCAD环境下进行联合编译，作为静态链接库进入可执行程序，接口核心模块将电磁暂态侧仿真部分和自主的机电暂态仿真部分隔离，使得电磁暂态侧子网与机电暂态侧子网仿真数据仅通过接口核心模块进行交互，两侧子网模型、仿真进程都能够实现独立地维护，因此本发明弥补现有软件只能进行单一暂态过程仿真的不足，同时充分利用现有软件成熟的仿真平台，实现对电磁暂态和机电暂态过程的联合仿真。2、本发明可以根据仿真需要设置混合仿真控制参数、类型和交互模式等，控制简便，形式多样，能够针对仿真对象的特点灵活设置，适应性强。3、本发明接口数量不受限制，要求机电暂态侧开放网络节点电压数据和节点注入电流数据，对于能够满足以上要求的机电暂态均可实现接口，系统规模可以根据实际系统规模进行扩展，能够同时满足大规模电力系统的仿真规模和针对局部电网的精细化仿真的精度需求。本发明可以广泛应用于对电磁暂态过程和机电暂态过程的联合仿真中。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明进行详细的描绘。

本发明提供的基于PSCADEMTDC的混合仿真接口管理模块，该混合仿真接口管理模块作为一个自定义元件设置在PSCADEMTDC中，它包括一电磁暂态侧数据量测模块、一机电暂态侧仿真模块和一接口核心模块；电磁暂态侧数据量测模块用于获取电磁暂态侧子网与机电暂态侧子网分网接口处由电磁暂态仿真计算得到的功率数据结构和电流数据结构，并将获取的功率数据结构和电流数据结构发送到接口核心模块；机电暂态侧仿真模块编译生成静态链接库设置PSCADEMTDC中，用于获取全网发电机功角计算参考值、以及每个机电暂态交互步长得到的电磁暂态侧子网与机电暂态侧子网分网接口处网格节点电压数据结构和网格注入电流数据结构，并将获取的全网发电机功角计算参考值、电压数据结构和电流数据结构发送到接口核心模块；接口核心模块用于进行仿真进程控制，根据获取PACAD平台仿真时间判断是否到达设定的闭环时间，如果达到设定闭环时间，接口核心模块将对从电磁暂态侧数据量测模块获取的数据和从机电暂态侧仿真模块获取的数据按照设定仿真时序进行交互，实现电磁暂态过程和机电暂态过程的联合仿真。

在一个优选的实施例中，功率数据结构包括有功功率和无功功率，电压数据结构包括电压的幅值和相角，电流数据结构包括电流的幅值和相角。

在一个优选的实施例中，接口核心模块包括一混合仿真基本参数设定模块、一机电暂态侧数据读入模块、一电磁暂态侧数据读入模块、一全网发电机功角计算参考值读入模块和一等值阻抗读入模块：混合仿真基本参数设定模块用于设定混合仿真的基本参数，包括混合仿真的时标传递、同步及交互步长、闭环时间、总仿真时间、仿真模式的设定，接口量、故障事件的传递、仿真时序的选择以及插值算法的应用，其中，仿真模式包括常规混合仿真模式、机电暂态侧向电磁暂态侧回放模式、包含预测的混合仿真模式、包含预测的机电暂态侧向电磁暂态侧回放模式和映射式分网交互模式；仿真时序包括串行时序和并行时序；机电暂态侧数据读入模块用于读取每个机电暂态交互步长得到的电磁暂态侧子网与机电暂态侧子网分网接口处网络节点电压数据结构和注入网络电流数据结构，数据交互时，并将分网接口处网络节点电压数据结构发送到电磁暂态侧子网接口处；电磁暂态侧数据读入模块用于读取电磁暂态侧子网与机电暂态侧子网分网接口处由电磁暂态仿真计算获得的功率数据结构和电流数据结构，数据交互时，将功率数据结构和电流数据结构发送到机电暂态侧子网接口处；全网发电机功角计算参考值读入模块用于从机电暂态侧获取全网发电机功角计算参考值，数据交互时，将全网发电机功角计算参考值发送到电磁暂态侧；等值阻抗读入模块用于读入机电暂态侧向电磁暂态侧等值得到的等值阻抗，由于在电磁暂态侧子网仿真中，需要将机电暂态侧子网进行等值处理，本发明采用一个可控电压源和一个等值阻抗代替，可控电压源的数据为机电暂态侧数据读入模块发送的网络节点电压数据结构。

综上所述，采用本发明的基于PSCADEMTDC的混合仿真接口管理模块实现电磁暂态过程和机电暂态过程联合仿真，具体过程为：

1、初始化接口核心模块，即根据实际情况设定混合仿真的基本参数；

2、启动PSCADEMTDC对某个电力系统网络进行仿真，由于机电暂态仿真已经作为一个静态链接库链接到PSCADEMTDC电磁暂态仿真的执行程序中，因此启动PSCADEMTDC进行仿真时，即电磁暂态侧和机电暂态侧同时开始仿真；

3、电磁暂态侧数据量测模块根据电磁暂态侧子网仿真结果获取电磁暂态侧子网与机电暂态侧子网分网接口处的功率数据结构和电流数据结构发送到接口核心模块；

4、机电暂态侧仿真模块根据机电暂态侧子网仿真结果获取全网发电机功角计算参考值、以及每个机电暂态交互步长得到的电磁暂态侧子网与机电暂态侧子网分网接口处网络节点电压数据结构和注入网络电流数据结构，并将获取的数据发送到接口核心模块；

5、接口核心模块获取PSCADEMTDC仿真时间，判断是否到达接口核心模块闭环时间，如未达到闭环时间，机电暂态侧和电磁暂态侧各自独立进行仿真，如达到核心接口模块闭环时间，接口核心模块根据设定的混合仿真模式使得对从电磁暂态侧数据量测模块获取的数据和从机电暂态侧仿真模块获取的数据按照设定的仿真时序进行数据交互进而实现混合仿真；

6、判断是否达到总仿真时间，如未达到，则返回步骤3，如已达到，仿真结束。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (4)

1.一种基于PSCADEMTDC的混合仿真接口管理模块，其特征在于，该混合仿真接口管理模块设置在PSCADEMTDC中，包括一电磁暂态侧数据量测模块、一机电暂态侧仿真模块和一接口核心模块；

所述电磁暂态侧数据量测模块用于获取电磁暂态侧子网与机电暂态侧子网分网接口处由电磁暂态仿真计算得到的功率数据结构和电流数据结构，并将获取的功率数据结构和电流数据结构发送到所述接口核心模块；

所述机电暂态侧仿真模块编译生成静态链接库设置在PSCADEMTDC中，用于获取全网发电机功角计算参考值、以及每个机电暂态交互步长得到的电磁暂态侧子网与机电暂态侧子网分网接口处网络节点电压数据结构和注入网络电流数据结构，并将获取的全网发电机功角计算参考值、电压数据结构和电流数据结构发送到所述接口核心模块；

所述接口核心模块用于进行仿真进程控制，根据获取PACAD仿真时间判断是否到达设定的闭环时间，如果达到设定闭环时间，所述接口核心模块将对从所述电磁暂态侧数据量测模块获取的数据和从所述机电暂态侧仿真模块获取的数据进行数据交互，实现电磁暂态过程和机电暂态过程的联合仿真。

2.如权利要求1所述的基于PSCADEMTDC的混合仿真接口管理模块，其特征在于，所述接口核心模块包括一混合仿真基本参数设定模块、一机电暂态侧数据读入模块、一电磁暂态侧数据读入模块、一全网发电机功角计算参考值读入模块和一等值阻抗读入模块：

所述混合仿真基本参数设定模块用于设定混合仿真的基本参数；所述机电暂态侧数据读入模块用于读取每个机电暂态交互步长得到的电磁暂态侧子网与机电暂态侧子网分网接口处网络节点电压数据结构和注入网络电流数据结构，数据交互时，将分网接口处网络节点电压数据结构发送到电磁暂态侧子网接口处；所述电磁暂态侧数据读入模块用于读取电磁暂态侧子网与机电暂态侧子网分网接口处由电磁暂态仿真计算获得的功率数据结构和电流数据结构，数据交互时，将功率数据结构和电流数据结构发送到机电暂态侧子网接口处；所述全网发电机功角计算参考值读入模块用于从机电暂态侧获取全网发电机功角计算参考值，数据交互时，将全网发电机功角计算参考值发送到电磁暂态侧；所述等值阻抗读入模块用于读入机电暂态侧向电磁暂态侧等值得到的等值阻抗。

3.如权利要求2所述的基于PSCADEMTDC的混合仿真接口管理模块，其特征在于，所述混合仿真的基本参数包括混合仿真的时标传递、同步及交互步长、闭环时间、总仿真时间、仿真模式的设定、接口量、故障事件的传递、仿真时序的选择以及插值算法的应用，其中，仿真模式包括常规混合仿真模式、机电暂态侧向电磁暂态侧回放模式、包含预测的混合仿真模式、包含预测的机电暂态侧向电磁暂态侧回放模式和映射式分网交互模式；仿真时序包括串行时序和并行时序。

4.如权利要求1或2或3所述的基于PSCADEMTDC的混合仿真接口管理模块，其特征在于，功率数据结构包括有功功率和无功功率，电压数据结构包括电压的幅值和相角，电流数据结构包括电流的幅值和相角。