CN106919064A - 协同仿真接口设置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种协同仿真接口设置方法，其包含：设置前向控制模块，分别连接主电网仿真子系统以及含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统，用于从主电网仿真子系统中提取解耦点母线的电压相量并发送至含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统，以驱动含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统中的受控电压源；设置反向控制模块，分别连接主电网仿真子系统以及含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统，用于从含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统中提取支路功率，以控制主电网仿真子系统中的四象限等效负荷，从而构成闭环仿真。其优点是：可以解决在根据主电网仿真与建筑物负荷仿真的解耦后两者的协同问题。

Description

协同仿真接口设置方法

技术领域

本发明涉及协同仿真接口设置方法。

背景技术

上海是世界上高层建筑最多的城市，建筑物负荷已占夏季高峰负荷的50%。上海电网属于大受端电网，外受电力难以快速跟踪负荷变化。这些使得建筑物负荷已成为加剧上海电网调峰压力的主要因素。但另一方面，空调负荷使得建筑物能够成为具有热能转化与储存能力的低成本虚拟储能单元；建筑物可以作为电动汽车的重要接入点；建筑物还是分布式发电的理想部署场所以及实现冷/热/电多能利用的节点。以建筑物作为集成与协调上述广义需求侧资源的基本单元，开展建筑物B2G(Building-to-Grid)机理研究并开发相应的仿真验证平台，对于挖掘建筑物负荷集群的需求响应潜力、增加电网中柔性负荷的比例，从而提高大城市受端电网负荷跟踪电源能力、构造更为高效、绿色、安全的电网等具有重要意义。

建筑物负荷的建模问题，这是开展B2G研究的基础问题，研究的趋势是从传统的被动负荷模型转向能够反映需求响应能力的主动负荷模型。在现有商用电力系统仿真软件中，无论针对输电网仿真（如RTDS、PSS/E）还是配电网仿真（如DigSilent），负荷皆采用被动模型，这不足以反映其灵活资源特性，也无法对电网与负荷的双向互动行为做仿真分析。事实上，目前还不存在能够同时满足建筑物负荷建模与电网分析计算的仿真软件。利用多种仿真软件构成一体化协同仿真系统是目前的技术趋势。并且，现有的协同仿真主要集中在电力系统与通信系统的协同仿真、输电网与配电网的协同仿真等领域，而针对大规模建筑物负荷接入电力系统的协同仿真方法的研究则尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种协同仿真接口设置方法，解决在根据主电网仿真与建筑物负荷仿真的解耦后两者的协同问题。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种协同仿真接口设置方法，解决在根据主电网仿真与建筑物负荷仿真的解耦后两者的协同问题，其特征是，包含：

设置前向控制模块，分别连接主电网仿真子系统以及含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统，用于从主电网仿真子系统向含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统传递仿真结果；

设置反向控制模块，分别连接主电网仿真子系统以及含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统，用于从含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统向主电网仿真子系统传递仿真结果，从而构成闭环仿真。

上述的协同仿真接口设置方法，其中：

所述的主电网仿真子系统是由实时数字仿真装置仿真实现，采用时阈仿真方法，其仿真步长小于0.1ms。

上述的协同仿真接口设置方法，其中：

所述的含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统是由基于计算机的建筑物负荷集群仿真软件仿真实现，用于配电网潮流计算以及大规模需求侧资源动态行为仿真，采用向量阈仿真，仿真步长大于20ms。

上述的协同仿真接口设置方法，其中：

所述的主电网仿真子系统以及含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统分别通过以太网通信接口卡与基于定时中断服务程序的模拟量信号交换模块通信连接。

上述的协同仿真接口设置方法，其中：

选择将所述的主电网仿真子系统中配网降压变低侧母线作为解耦点，使解耦点以下的配电网部分被简化为一个具备四象限运动能力的等值负荷，此时，解耦点以上的含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统由等值的受控电压源代替。

上述的协同仿真接口设置方法，其中：

其中，所述的前向控制模块从主电网仿真子系统向含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统传递仿真结果的过程，具体包含以下步骤：

S11、前向控制模块根据主电网仿真子系统中解耦点母线的三相电压采样值，提取相应的三相电压向量；

S12、前向控制模块将三相电压向量传递给含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统中对应的受控电压源；

其中，所述的反向控制模块从含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统向主电网仿真子系统传递仿真结果的过程，具体包含以下步骤：

S21、反向控制模块计算含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统中解耦点母线送出联络线的三相有功功率P和无功功率Q；

S22、反向控制模块将联络线功率P和Q传递给主电网仿真子系统，以此控制主电网仿真子系统中对应的等值负荷。

上述的协同仿真接口设置方法，其中：

受控电压源利用系统中的平衡点实现。

上述的协同仿真接口设置方法，其中：

联络线功率由含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统的潮流计算结果获得。

本发明与现有技术相比具有以下优点：解决在根据主电网仿真与建筑物负荷仿真的解耦后两者的协同问题，并弥补了行业空白；还可用于耦合多个子系统实现协同、并行仿真。

附图说明

图1为本发明的连接设置框图；

图2为本发明的实施例中的主电网与配电网的协同仿真连接关系示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，本发明公开了一种协同仿真接口设置方法，用于解决在根据主电网仿真与建筑物负荷仿真的解耦后两者的协同问题，该方法包含：设置前向控制模块1，分别连接主电网仿真子系统3以及含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统4，用于从主电网仿真子系统3中提取解耦点母线的电压相量并发送至含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统4，以驱动含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统4中的受控电压源；设置反向控制模块2，分别连接主电网仿真子系统3以及含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统4，用于从含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统4中提取支路功率，以控制主电网仿真子系统3中的四象限等效负荷，从而构成闭环仿真；本实施例中，所述的反向控制模块2以及前向控制模块1均通过算法或利用PSCAD的自定义模块设置的协同模块来实现。

所述的主电网仿真子系统是由实时数字仿真装置仿真实现，如RTDS、RT-LAB、ADPSS，以及离线仿真软件PSCAD/EMTDC等，采用时阈仿真方法，其仿真步长小于0.1ms。所述的含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统是由基于计算机的建筑物负荷集群仿真软件仿真实现建立其灰盒模型，用于配电网潮流计算以及大规模需求侧资源动态行为仿真，采用向量阈仿真，仿真步长大于20ms。

所述的主电网仿真子系统3以及含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统4分别通过以太网通信接口卡与基于定时中断服务程序的模拟量信号交换模块5通信连接。本实施例中，采用以太网协议在子系统间周期性的交换接口变量，这保证了本方法的通用性。

应当注意的是，在本发明之前，首先需要对协同仿真进行解耦，具体的，如图2所示，设配电网中存在大量DR资源，选择配网降压变低压侧母线作为解耦点，如图中的母线B1与B2，将原电网拆分为一个主干输电网和多个配电网。此时，解耦点以下的配电网部分被简化为一个具备四象限运行能力的等值负荷，如图中LD1、LD2。这样，输电网子系统可以利用有限的实时数字仿真硬件资源完成仿真计算，此时，解耦点以上的输电网被等值受控电压源所代替，如图中V1。多个配电网子系统可以分配到多个仿真软件中并行仿真。

其中，所述的前向控制模块1从主电网仿真子系统3向含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统4传递仿真结果的过程的算法，具体包含以下步骤：

S11、前向控制模块1根据主电网仿真子系统3中解耦点母线（如图2中母线B1）的三相电压采样值，提取相应的三相电压向量；

S12、前向控制模块1将三相电压向量传递给含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统4中对应的受控电压源（如图2中的电压源V1）；

其中，所述的反向控制模块2从含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统4向主电网仿真子系统3传递仿真结果的过程的算法，具体包含以下步骤：

S21、反向控制模块2计算含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统4中解耦点母线（如图2中母线B1）送出联络线（如图2中馈线F1）的三相有功功率P和无功功率Q；

S22、反向控制模块2将联络线功率P和Q传递给主电网仿真子系统3，以此控制主电网仿真子系统3中对应的等值负荷（如图中的负荷LD1）。由于配电网中可能包含电源，故该等值负荷应具备四象限运行能力，即既可以吸收也可以发出有功功率或无功功率。本实施例是基于PQ解耦控制原理，利用受控电压源模拟上述四象限等值负荷的控制。

通信过程中，各子系统运行于通用计算机，周期性地执行如下过程：(1)从实时数字仿真装置中读取解耦点三相母线电压相量，发送至配电网仿真软件；(2)从配电网仿真软件中读取馈线功率，反馈至实时数字仿真装置。由于DR为慢速过程，上述通信周期可以设置为s级。

本实施例中，受控电压源利用系统中的平衡点实现；联络线功率由含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统的潮流计算结果获得。

按照理想变压器原理，反向控制模块2的反馈变量为电流信号，但在本文中，若采用三相电流相量代替功率信号，则每个子系统需要更多的交换变量，这对于拓展协同实时仿真的规模是不利的。此外，若采用电流相量作为反馈变量，则主电网子系统需将电流相量变换为时域信号。仿真结果表明，当配电网负载有较大波动且接口延时较大时，反馈的电流相量会存在幅值和相位的不连续变化，这会在基于时域仿真的输电网子系统中引入衰减的高频振荡。而本文的方法能够有效抑制振荡，更适合于需要“相量-时域”混合仿真且接口延时较大的场合。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种协同仿真接口设置方法，解决在根据主电网仿真与建筑物负荷仿真的解耦后两者的协同问题，其特征在于，包含：

设置前向控制模块，分别连接主电网仿真子系统以及含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统，用于从主电网仿真子系统向含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统传递仿真结果；

设置反向控制模块，分别连接主电网仿真子系统以及含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统，用于从含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统向主电网仿真子系统传递仿真结果，从而构成闭环仿真。

2.如权利要求1所述的协同仿真接口设置方法，其特征在于：

所述的主电网仿真子系统是由实时数字仿真装置仿真实现，采用时阈仿真方法，其仿真步长小于0.1ms。

3.如权利要求2所述的协同仿真接口设置方法，其特征在于：

所述的含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统是由基于计算机的建筑物负荷集群仿真软件仿真实现，用于配电网潮流计算以及大规模需求侧资源动态行为仿真，采用向量阈仿真，仿真步长大于20ms。

4.如权利要求3所述的协同仿真接口设置方法，其特征在于：

所述的主电网仿真子系统以及含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统分别通过以太网通信接口卡与基于定时中断服务程序的模拟量信号交换模块通信连接。

5.如权利要求1所述的协同仿真接口设置方法，其特征在于：

选择将所述的主电网仿真子系统中配网降压变低侧母线作为解耦点，使解耦点以下的配电网部分被简化为一个具备四象限运动能力的等值负荷，此时，解耦点以上的含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统由等值的受控电压源代替。

6.如权利要求5所述的协同仿真接口设置方法，其特征在于：

其中，所述的前向控制模块从主电网仿真子系统向含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统传递仿真结果的过程，具体包含以下步骤：

S11、前向控制模块根据主电网仿真子系统中解耦点母线的三相电压采样值，提取相应的三相电压向量；

S12、前向控制模块将三相电压向量传递给含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统中对应的受控电压源；

其中，所述的反向控制模块从含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统向主电网仿真子系统传递仿真结果的过程，具体包含以下步骤：

S21、反向控制模块计算含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统中解耦点母线送出联络线的三相有功功率P和无功功率Q；

S22、反向控制模块将联络线功率P和Q传递给主电网仿真子系统，以此控制主电网仿真子系统中对应的等值负荷。

7.如权利要求5所述的协同仿真接口设置方法，其特征在于：

受控电压源利用系统中的平衡点实现。

8.如权利要求6所述的协同仿真接口设置方法，其特征在于：

联络线功率由含建筑物负荷集群的配电网仿真子系统的潮流计算结果获得。