CN106096069B - 用于psasp到pscad数据模型转换的通用pscad调压器建模方法 - Google Patents

Abstract

一种用于PSASP到PSCAD数据模型转换的通用PSCAD调压器建模方法，包括步骤有PSASP中调压器传递函数框图的各环节进行初始化和解析变换，确定输入输出变量，确定中间环节的状态变量；建立调压器模型，定义输入输出引脚，自定义元件的外观、常量参数；采用Fortran语言编写调压器的控制程序。本发明实现自动转换时的模型对应和调用，使得PSCAD软件模型库中的励磁系统模型进行完善，为电力系统暂态仿真提供更多的励磁系统仿真模型。

Description

用于PSASP到PSCAD数据模型转换的通用PSCAD调压器建模 方法

技术领域

本发明涉及仿真软件数据模型相互转换技术领域，特别是一种用于PSASP的数据模型转换为PSCAD数据模型的调压器建模方法。

背景技术

随着电力电子装置，风电、光伏发电等新能源接入及应用到电网中，电力系统的运行和控制变得更加复杂。而数字仿真是电力系统规划、控制、分析的主要手段，因此需要采用对电力系统进行更准确更精细的仿真。近年来PSCAD/EMTDC软件在全球被广泛应用，随着开发人员对软件功能的不断完善和更新，使得该软件在模拟包含大量电力电子设备的交直流混合输电、柔性交流输电等非线性系统发挥着举足轻重的作用，因此各科研机构和高校常采用PSCAD软件进行电磁暂态过程的分析。

PSCAD/EMTDC采用软件算法基于梯形积分法，动态元件采用伴随模型，用LU因式分解法和稀疏矩阵来求解由节点法建立的代数方程。PSCAD是仿真软件的图形化界面，自带元件库中提供了大量的电力系统元件模型，且可利用本身具有的用户自定义功能和与其他程序(如Fortran和Matlab)的接口新建自定义元件模型以满足系统中出现的新型元件。

由于我国电力管理部门和研究机构的大部分电力系统仿真数据都以PSASP、BPA、PSS/E三种机电仿真软件的环境储存的，用于PSCAD电力系统电磁暂态仿真的数据匮乏。目前有采用程序自动将机电暂态数据转换为PSCAD电磁暂态数据。但是两种软件模型库中的励磁模型和数据储存格式有较大差别，对励磁系统模型的计算处理也不一致，给数据和模型的自动转换造成了较大困难和误差。

发明内容

本发明的目的就是提供一种用于PSASP到PSCAD数据模型转换的通用PSCAD调压器建模方法，它实现自动转换时的模型对应和调用，使得PSCAD软件模型库中的励磁系统模型进行完善，为电力系统暂态仿真提供更多的励磁系统仿真模型。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，具体步骤如下：

1)基于隐士梯形积分法对PSASP软件中的调压器传递函数框图进行解析变换，将复频域形式的传递函数转换为时域的形式，并对各状态变量进行初始化；

2)基于PSCAD自定义建模功能建立调压器的组件模型，根据步骤1)中的传递函数框图的输入和输出变量来定义待转换元件的输入输出引脚特性，每一个输入和输出对应一个引脚，以此定义待转换元件外观和常量参数；

3)根据步骤一中定义的初始化变量和中间状态变量，采用Fortran语言编写调压器控制程序，将程序代码加载到步骤2)中自定义的模型中对应的程序段；

步骤1)中所述PSASP调压器包括1-15型的AVR调压器，解析变换过程包括有对其传递函数框图中的微分环节、惯性环节和反馈积分环节进行等效变换，采用隐士梯形积分法进行求解变换，将复杂的控制关系转换为多个中间状态变量，用于步骤3)的程序编写；

其特征在于，步骤2)中所述建立调压器组件模型包括有：

2-1)根据传递函数框图确定输入输出变量的类型和数量；

2-2)编辑元件的外观，编辑自定义模型的外观尺寸和形状，确定输入输出端子的方位和个数；

2-3)根据传递函数框图中的放大系数、比例系数、反馈系数等参数，编辑元件的常量参数表，确定参数名和参数类型。

进一步，其特征在于，步骤3)中所述编写调压器控制程序包括变量初始化和计算求解两部分。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

(1)本发明可以实现PSASP到PSCAD数据和模型自动转换中调压器模型的对应和转换，实现PSCAD建模的自动化，降低建模难度，提高电磁暂态仿真效率，增加仿真准确度；

(2)形成了通用的调压器建模流程和方法，具有良好的适应性和扩展性，可以建立实际中各种类型的PSCAD调压器模型，能够使得PSCAD。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

本发明的附图说明如下。

图1为本发明的流程示意图；

图2表示PSASP中调压器传递函数框图超前滞后环节的等效变换；

图3表示PSASP软件中1型调压器的传递函数框图；

图4表示自定义的1型AVR控制程序的流程图；

图5为电力系统传递函数常见一阶环节；

图6为一阶微分滞后环节等效变换公式图；

图7为一阶变换环节及其等效变换框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

一种PSASP到PSCAD数据转换通用的PSCAD调压器自定义建模方法，包含以下顺序步骤：

步骤一：基于隐士梯形积分法对PSASP中调压器传递函数框图进行解析变换，对各状态变量进行初始化；PSASP调压器包括1-15型的AVR，对其传递函数框图中的微分环节、惯性环节、反馈环节、积分环节等环节进行等效变换，采用隐士梯形积分法进行求解，对其中的状态变量进行初始化赋值。

步骤二：基于PSCAD自定义建模功能建立调压器的组件模型，定义输入输出引脚特性，定义元件外观、常量参数；自定义建模调压器的组建模型，主要包括以下几个方面：根据传递函数框图确定输入输出变量的类型和数量；编辑元件的外观；编辑元件的常量参数输入框。

步骤三：采用FORTRAN语言编写调压器控制程序。Fortran的调压器控制程序包括变量初始化和计算求解两部分。采用结构化编程，拥有良好的EMTDC可执行性，具有较强的适用性和可扩展性，能够建立起更多不同类型以及未来新型的调压器模型，使得PSASP到PSCAD数据和模型转换中实现调压器模型的对应和转换。

常见传递函数变换求解过程如下：自定义建模时，通常将系统传递函数按照相应的物理环节分解为多个一阶环节，并确定含有状态变量环节的状态变量。电力系统中常见的含有状态变量的一阶环节如图5所示：

对应图5中(a)一阶比例环节、(b)一阶微分环节、(c)一阶滞后环节在时域中的方程分别为：

y(t)＝Kx(t) (4.5)

图5(d)中的一阶微分滞后环节作等效变换如图6所示。

电力系统中还有一些其他常见环节比如变换环节，如图7(a)所示，其可等效变换为图7(b)框图。

图6、图7(b)中各输出量、状态变量在时域中的方程分别为：

利用上述隐式梯形积分法可以对式(4.6)～式(4.9)进行求解，对应求解结果分别如式(4.10)～式(4.13)所示。

实施例：

图2表示对PSASP软件中调压器AVR的传递函数框图常见环节中超前滞后环节的等效变换，在时域中采用隐士梯形积分法求解该环节。该调压器是它励的常规或快速励磁系统及可控硅调节器，图3表示PSASP软件中1型调压器的传递函数框图。对1型AVR的传递函数所有环节进行等效变换。

在PSCAD中建立自定义模型，定义1型AVR的输入输出端子类型和数量，编辑模型的常量输入参数表和外观。然后定义其常量参数的输入表。

基于FORTRAN语言编写控制代码，代码分为两部分，首先对状态变量进行初始化，然后对各环节进行隐士梯形积分求解。图4表示控制程序的流程图。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种用于PSASP到PSCAD数据模型转换的通用PSCAD调压器建模方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)基于隐士梯形积分法对PSASP软件中的调压器传递函数框图进行解析变换，将复频域形式的传递函数转换为时域的形式，并对各状态变量进行初始化；

2)基于PSCAD自定义建模功能建立调压器的组件模型，根据步骤1)中的传递函数框图的输入和输出变量来定义待转换元件的输入输出引脚特性，每一个输入和输出对应一个引脚，以此定义待转换元件外观和常量参数；

3)根据步骤一中定义的初始化变量和中间状态变量，采用Fortran语言编写调压器控制程序，将程序代码加载到步骤2)中自定义的模型中对应的程序段；

步骤1)中所述PSASP调压器包括1-15型的AVR调压器，解析变换过程包括有对其传递函数框图中的微分环节、惯性环节和反馈积分环节进行等效变换，采用隐士梯形积分法进行求解变换，将复杂的控制关系转换为多个中间状态变量，用于步骤3)的程序编写；

步骤2)中所述建立调压器组件模型包括有：

2-1)根据传递函数框图确定输入输出变量的类型和数量；

2-2)编辑元件的外观，编辑自定义模型的外观尺寸和形状，确定输入输出端子的方位和个数；

2-3)根据传递函数框图中的放大系数、比例系数和反馈系数，编辑元件的常量参数表，确定参数名和参数类型。

2.如权利要求1所述的用于PSASP到PSCAD数据模型转换的通用PSCAD调压器建模方法，其特征在于，步骤3)中所述编写调压器控制程序包括变量初始化和计算求解两部分。