CN107563047A - 一种电力系统并列虚拟实验实现方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力系统并列虚拟实验实现方法和装置，所述方法包括：接收用户输入参数的并列临界条件；判断压差、频率差和相角差是否均满足所述并列临界条件；若满足，模拟合闸断路器闭合，对同步发电机和无穷大系统进行合闸，同时切换网络系统模型，将同步发电机单机空载模型切换至单机—无穷大系统模型，并将空载运行时的发电机的参数传递给单机—无穷大系统模型迭代求解，输出并列结果和并列时状态；若不满足，继续判断是否还在设定并列时间内，若是，继续等待合闸时机，若否，输出无法实现并列。本发明能够有效模拟电力系统并列操作过程中并列断路器的动作，减少了仿真过程中造成的误差，并且可操作性强，丰富了学习体验。

Description

一种电力系统并列虚拟实验实现方法和装置

技术领域

本发明涉及电力系统虚拟实验仿真领域，具体涉及一种电力系统并列虚拟实验实现方法和装置。

背景技术

电网是一个非常复杂的非线性系统，主要由发电设备、变电设备及输电线路等结构组成。由于一个电力系统所包含的发电设备、变电设备以及线路的数量很多，且电能在生产销售过程中不可大量储存的特性，它又是一个十分有特点的复杂系统。它既要求每一时刻所发出的总电能等于消耗的总电能，又要求所有的中间传输环节都畅通无堵。同时，运行的发电机组台数也要随着电力系统中负荷的波动而经常变动，且当电力系统发生事故、频率波动较大时，为增大电网的容量、提高运行的稳定性、提高抗干扰能力，系统往往要进行发电机并列操作。

电力系统的建立和运行都耗资巨大，维护过程复杂，故相关研究性实验不能用真实系统进行，而一般通过两种形式：一是将原系统简化后等比例制作实物模型，通过实物模型进行相关的电力系统试验操作和研究；二是通过MATLAB等科学数学软件进行仿真运算，而这一类通常被称为电力仿真。电力仿真，是指通过操纵虚拟现实技术，将实际的电力系统及设备在计算机或微机中虚拟化，利用监视控制技术、数据库技术、数据采集等方面的技术，将各类设备的运行状态参数随时提取出来，并通过以上数据进行研究、分析和可视化呈现。在传统实物模型实验室进行电力系统实验时，通常每一步操作都需要人工操作，通过人类来操作和记录实验结果，并撰写实验报告，造成实验周期长等原因。而电力系统仿真由于其经济性以及可随时修改的便捷性，目前已成为电力系统研究性实验的主流选择。同时，在目前的教学实验过程中，一方面由于部分学校资金不足、实验设备花费较大，导致一些学校仍没有建立起现代电气自动化实验室，学生缺乏专业的实训实验室；另一方面实验室资源一般难以做到对学生完全开放，只能按照教学任务被动安排实验时间，学生没有随时操作的权限。

因此，如何设计一种经济有效、并且能够适应学生学习需求的仿真方法，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种电力系统并列虚拟实验实现方法和装置。接收用户输入压差、频率差和相角差的并列临界条件；当压差、频率差和相角差均满足所述并列临界条件时，模拟合闸断路器闭合，对同步发电机和无穷大系统进行合闸，同时切换网络系统模型，将同步发电机单机空载模型切换至单机—无穷大系统模型，根据传递函数将空载运行时的发电机的参数传递给单机—无穷大系统模型进行迭代求解，并输出并列结果和并列时状态。本发明能够有效模拟电力系统并列操作过程中并列断路器的动作，减少了仿真过程中造成的误差，并且能够对输入参数进行自主调整，可操作性强，丰富了学生学习体验。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电力系统并列虚拟实验实现方法，所述电力系统初始状态下运行在单机空载运行模型中，所述方法包括以下步骤：

接收用户输入压差、频率差和相角差的并列临界条件；

判断压差、频率差和相角差是否均满足所述并列临界条件；

若满足所述并列临界条件，模拟合闸断路器闭合，对同步发电机和无穷大系统进行合闸，合闸的同时切换网络系统模型，将同步发电机单机空载模型切换至单机—无穷大系统模型，并根据给定的传递函数将空载运行时的发电机的参数传递给单机—无穷大系统模型进行迭代求解，并输出并列结果和并列时状态；

若不满足所述并列临界条件，继续判断是否还在设定并列时间内，若是，继续等待合闸时机，若否，输出无法实现并列。

进一步地，所述单机空载运行模型由隐式梯形积分法建立。

进一步地，所述单机空载模型包括同步发电机模型、励磁调节系统模型和原动机及调速系统模型。

进一步地，所述单机—无穷大系统模型包括同步发电机模型、励磁调节系统模型、原动机及调速系统模型以及输电线路和变压器等效模型。

进一步地，所述传递的参数包括电压、电流、各类功率和转速。

进一步地，所述并列时状态包括并列时刻基本参数的瞬时取值和同步发电机重要参数的变化情况。

进一步地，所述并列时刻基本参数的瞬时取值包括：并列时刻、并列时压差、并列时频差、并列时相角差和并列时所产生的最大冲击电流的数值。

进一步地，所述同步发电机重要参数的变化情况包括：同步发电机并列前后转速、冲击电流、励磁电压和同步发电机端电压随时间的变化情况。

根据本发明的第二目的，本发明还提供了一种用于电力系统并列操作仿真的计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器运行时执行以下操作：

弹出并列仿真参数输入子界面，包括子界面选择模块和参数输入模块，所述子界面选择模块用于选择系统进入汽轮机并列仿真子界面或者水轮机并列仿真子界面；所述参数输入模块用于输入压差、频率差和相角差的并列临界条件；

接收用户在所述输入子界面中的输入，所述电力系统运行在单机空载运行模型中,判断压差、频率差和相角差是否均满足所述并列临界条件；

若满足所述并列临界条件，模拟合闸断路器闭合，对同步发电机和无穷大系统进行合闸，合闸的同时切换网络系统模型，将同步发电机单机空载模型切换至单机—无穷大系统模型，并根据给定的传递函数将空载运行时的发电机的参数传递给单机—无穷大系统模型进行迭代求解，并弹出水轮机/汽轮机的单机—无穷大系统并列仿真输出子界面，输出并列结果和并列时状态；

若不满足所述并列临界条件，继续判断是否还在设定并列时间内，若是，继续等待合闸时机，若否，弹出水轮机/汽轮机的单机—无穷大系统并列仿真输出子界面，输出无法实现并列。

根据本发明的第三目的，本发明还提供了一种用于电力系统并列操作仿真的计算机装置，包括存储器、处理器、及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时执行：

弹出并列仿真参数输入子界面，包括子界面选择模块和参数输入模块，所述子界面选择模块用于选择系统进入汽轮机并列仿真子界面或者水轮机并列仿真子界面；所述参数输入模块用于输入压差、频率差和相角差的并列临界条件；

接收用户在所述输入子界面中的输入，所述电力系统运行在单机空载运行模型中,判断压差、频率差和相角差是否均满足所述并列临界条件；

若满足所述并列临界条件，模拟合闸断路器闭合，对同步发电机和无穷大系统进行合闸，合闸的同时切换网络系统模型，将同步发电机单机空载模型切换至单机—无穷大系统模型，并根据给定的传递函数将空载运行时的发电机的参数传递给单机—无穷大系统模型进行迭代求解，并弹出水轮机/汽轮机的单机—无穷大系统并列仿真输出子界面，输出并列结果和并列时状态；

若不满足所述并列临界条件，继续判断是否还在设定并列时间内，若是，继续等待合闸时机，若否，弹出水轮机/汽轮机的单机—无穷大系统并列仿真输出子界面，输出无法实现并列。

本发明的有益效果：

1、本发明提出的电力系统并列虚拟实验的实现方法，可以有效模拟电力系统并列操作过程中并列断路器的动作，减少了仿真过程中造成的误差，降低了程序结构的复杂程度，使程序结构更加清晰直观；

2、本发明进行的系统界面的设计，相比于目前普遍在MATLAB、PSS/E、PSASP等综合型软件建立接口并进行可视化仿真的程序来说，结构更加简单，外观更为友好，能够直观、清晰地展示出仿真的内容以及所需设置的参数类型，操作方便，易于推广；

3、本发明在仿真前可以自主输入系统三个并列条件参数，即在并列时所允许的电压差、频率差和相角差，可以通过调节三个参数的大小来调整同步发电机并入无穷大系统的临界条件，从而得到不同的并列操作过程。操作过程简单方便，有利于学生通过改变参数理解不同并列调节参数对并列过程中系统暂态稳定性的影响；

4、本发明的结果可视化输出模块不仅输出反映整个并列过程的同步发电机重要参数的变化情况，还可以精准的输出并列时刻基本参数的瞬时取值。“并列时刻”将整个过程分为并列前和并列后两部分，“并列时压差”“并列时频差”“并列时相角差”分别描述并列时的具体时间段，“并列时冲击电流”描述并列时冲击电流大小，以证明该并列条件是否符合规范。另外，若在一定时间内系统无法满足并列条件，则将返回“所写并网条件在规定时间内无法完成并网，请重新输入”。软件从文本和图像两方面入手，掌握发生并列前后系统的一系列变化过程。

附图说明

图1是同步发电机并列操作的并列实验模拟方法；

图2是本发明所使用的隐式梯形积分法的一般流程图；

图3是本发明所使用的励磁调节系统模型的传递函数框图；

图4(a)是本发明所使用的汽轮机调速系统的传递函数框图；

图4(b)是本发明所使用的水轮机调速系统的传递函数框图；

图5(a)是本发明所使用的单机—无穷大系统接线图；

图5(b)是单机—无穷大系统内部各个子系统之间的相互关系图；

图6是准同期并列装置的工作原理图；

图7是电力系统并列虚拟实验系统单机系统部分的输入界面示意图；

图8(a)是汽轮机的单机—无穷大系统并列实验仿真输出子界面；

图8(b)是水轮机的单机—无穷大系统并列实验仿真输出子界面；

图9是水轮机的准同期并列失败时的输出图像；

图10是水轮机的准同期并列成功时的输出图像；

图11是汽轮机的准同期并列成功时的输出图像；

图12是汽轮机的准同期并列失败时的输出图像。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本实施例的目的是提供一种电力系统并列虚拟实验实现方法。

基于以上目的，本实施例提供了一种电力系统并列虚拟实验实现方法，如图1所示，所述电力系统初始状态下运行在单机空载运行模型中，所述方法包括以下步骤：

接收用户输入压差、频率差和相角差的并列临界条件；

判断压差、频率差和相角差是否均满足所述并列临界条件；

若满足所述并列临界条件，模拟合闸断路器闭合，对同步发电机和无穷大系统进行合闸，合闸的同时切换网络系统模型，将同步发电机单机空载模型切换至单机—无穷大系统模型，并根据给定的传递函数将空载运行时的发电机的参数传递给单机—无穷大系统模型进行迭代求解，并输出并列结果和并列时状态；

若不满足所述并列临界条件，继续判断是否还在设定并列时间内，若是，继续等待合闸时机，若否，输出无法实现并列。

其中，所述单机空载运行模型由隐式梯形积分法建立。图2是本发明所使用的隐式梯形积分法的一般流程图。微分方程的数值解法在定义上可以分为隐式解法和显式解法。显式法和隐式法在进行微分方程的迭代求解时各有优劣。隐式法由于没有像隐式法一样的限制步长大小的时间常数，因此可以相对自由地选择每一步迭代的长度，从而避免导致不收敛等错误结果，因此隐式法尤其是隐式梯形积分法在目前被应用的十分广泛。图中一开始的准备工作、出现故障时的处理以后最后计算结果的输出，隐式梯形积分法和改进的欧拉法几近相同，图中所表示的方法是用隐式梯形积分法和牛顿法结合对系统求解，其中将微分方程化成差分方程的化简和参数计算是整个计算的核心。

初始状态下系统运行在单机空载运行模型中，且在各参考电磁参数的影响下，逐渐向所设定的并列临界条件靠拢，以等待合闸时机。

所述参数的临界条件包括：允许进行并列操作的最大电压差、允许进行并列操作的最大频率差以及允许进行并列操作的最大相角差。

所述最大电压差的输入，用以限制同步发电机并入无穷大系统时的最大允许压差；所述最大频率差的输入，用以限制同步发电机并入无穷大系统时的最大允许频差；所述最大相角差的输入，用以限制同步发电机并入无穷大系统时的最大允许相角差。

所述单机空载模型包括同步发电机模型、励磁调节系统模型和原动机及调速系统模型。

所述单机—无穷大系统模型包括同步发电机模型、励磁调节系统模型、原动机、调速系统模型、输电线路和变压器等效模型。

所述传递的参数包括电压、电流、各类功率和转速等。

图3为本发明所使用的励磁调节系统模型的传递函数框图。如图所示，同步发电机的机端电压V_F通过量测环节后与参考电压V_F0进行对比，两者的偏差值通过电压调节器，被放大后所得的电压V₃为励磁机励磁电压，并以此来控制励磁机的输出电压E_fd。在此引入一个励磁机的负反馈环节来改善励磁机的稳定运行能力和动态品质，它一般为软反馈。对于该励磁系统的各个环节，其中量测的部分是一个惯性放大环节，一般情况下T_R非常小，因此常常省略。电压调节器环节是用一个惯性放大环节来表示，惯性放大环节的放大倍数为K_A，时间常数为T_A。一般情况下，K_A的值大约在几百的范围内，时间常数T_A一般在几十毫秒之间。除此之外，电压调节器环节需要考虑饱和作用。励磁控制系统的负反馈的放大倍数为K_F，时间常数为T_F，稳态时V₂为0，此时不影响励磁系统的静态特性。除以上所介绍的各个环节之外，由于实际情况使然，还需要在此模型中加入限幅环节，如上图的V_T.max和V_T.min。图5所描述的励磁系统的最终微分方程组为

图4(a)是本发明所使用的汽轮机调速系统的传递函数框图。在图中，PID调节器中，放大倍数为K_p，微分时间常数为T_D，积分时间常数为T_I；电液转换器用一阶惯性环节表示，时间常数为T_e；继动器和油动机可用一阶惯性环节和积分环节来表示，时间常数分别为T₁和T_S；T_CH是高压蒸汽容积的时间常数。在实际应用时，可把量测环节的时间常数并入电压调节器的时间常数中，以此来简化掉量测环节。因此，励磁系统是一个典型的三阶系统，其中电压调节器一阶，励磁机一阶，励磁系统稳定器一阶。简化后所得到的传递函数图像即为本图所示。

图4(b)是本发明所使用的水轮机调速系统的传递函数框图。其中，ω是同步发电机实际转速，ω₀是参考转速，Ka为此部件的放大倍数，配压阀的行程ρ在大小上是总反馈量和飞摆位移的差，有最大值、最小值的限制，K_β为软反馈放大倍数，软、硬反馈时间常数分别是T_β和K_γ，μ为接力器活塞位移，T_S为接力器时间常数，ζ₁为软反馈量，ζ₂为硬反馈量，两者之和为总反馈量，P_T为输出总机械功率。一般在电网仿真中都会采用被简化的调速器的模型，而调速器的各类模型主要描绘能量通入的开度μ和同步发电机发电机的转速ω之间的关系。可以注意到，框图中有一部分调节失灵的区域，失灵的原因有两个，一是导水叶开度有一定的限制，并不可能无限大，二是调速器存在间隙和一定的机械摩擦。图3所描述的水轮机调速系统最终微分方程组为

图5(a)为单机—无穷大系统接线图。本发明所使用的单机—无穷大系统是由同步发电机、升压变压器、输电线路、降压变压器和无穷大系统相连。在接线图中，升压变压器、输电线路和降压变压器可以合并看做是统一的线路阻抗，同步发电机主要由上面所述子系统组成，共同构成本发明所使用的单机—无穷大系统结构。

图5(b)是单机—无穷大系统内部各个子系统之间的相互关系图。本发明将整个电力系统拆解为如图4的各个子系统，包括单机—无穷大系统模型、同步发电机三阶模型、原动机调速系统模型和励磁调节系统模型，并进行准同期并列的建模仿真实验。

图6是准同期并列的工作原理图。准同期并列装置主要由频率差控制单元、压差控制单元和合闸信号控制单元构成。如果并列过程中，频率不能满足所设定的要求时，准同期并列装置通过频率差控制单元控制汽门或者水门，来调整带并发电机组的频率；同理，若电压不符合所设定的要求时，准同期并列装置通过压差控制单元控制励磁调节系统，来调整带并发电机组的电压，当满足一切所述条件时，发电机会进行快速闭合。

所述并列时状态包括并列时刻基本参数的瞬时取值和同步发电机重要参数的变化情况。所述并列时刻基本参数的瞬时取值为并列时刻、并列时压差、并列时频差、并列时相角差和并列时所产生的最大冲击电流的数值，它们在并列瞬时的取值会大大影响单机—无穷大系统的暂态稳定性；同步发电机重要参数的变化情况主要指在同步发电机并列前后转速、冲击电流、励磁电压和同步发电机端电压随时间的变化情况，它们的变化过程直接反映同步发电机并列过程的状态转换情况。

实施例二

本实施例的目的是提供一种计算机可读介质。

基于以上目的，本实施例提供了一种用于电力系统并列虚拟实验的计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器运行时执行以下操作：

弹出并列仿真参数输入子界面，包括子界面选择模块和参数输入模块，所述子界面选择模块用于选择系统进入汽轮机并列仿真子界面或者水轮机并列仿真子界面；所述参数输入模块用于输入压差、频率差和相角差的并列临界条件；

接收用户在所述输入子界面中的输入，所述电力系统运行在单机空载运行模型中,判断压差、频率差和相角差是否均满足所述并列临界条件；

若满足所述并列临界条件，模拟合闸断路器闭合，对同步发电机和无穷大系统进行合闸，合闸的同时切换网络系统模型，将同步发电机单机空载模型切换至单机—无穷大系统模型，并根据给定的传递函数将空载运行时的发电机的参数传递给单机—无穷大系统模型进行迭代求解，并弹出水轮机/汽轮机的单机—无穷大系统并列仿真输出子界面，输出并列结果和并列时状态；

若不满足所述并列临界条件，继续判断是否还在设定并列时间内，若是，继续等待合闸时机，若否，弹出水轮机/汽轮机的单机—无穷大系统并列仿真输出子界面，输出无法实现并列。

其中，所述计算机程序基于Python的程序实现。

所述参数的临界条件包括：允许进行并列操作的最大电压差、允许进行并列操作的最大频率差以及允许进行并列操作的最大相角差。

所述最大电压差的输入，用以限制同步发电机并入无穷大系统时的最大允许压差；所述最大频率差的输入，用以限制同步发电机并入无穷大系统时的最大允许频差；所述最大相角差的输入，用以限制同步发电机并入无穷大系统时的最大允许相角差。

其中，所述单机空载运行模型由隐式梯形积分法建立。

所述传递的参数包括电压、电流、各类功率和转速等。

初始状态下系统运行在单机空载运行模型中，且在各参考电磁参数的影响下，逐渐向所设定的并列临界条件靠拢，以等待合闸时机。

所述单机空载模型包括同步发电机模型、励磁调节系统模型和原动机及调速系统模型。

所述单机—无穷大系统模型包括同步发电机模型、励磁调节系统模型、原动机、调速系统模型、输电线路和变压器等效模型。

如图7是电力系统并列操作仿真系统的输入界面示意图，整个界面包括系统电源、电流示数、并列控制、功率显示、原动机调速器、准同期控制器、微机励磁控制器等模块组成。

其中，系统电源模块用以确定无穷大系统电压值；电流示数模块用以显示同时期发电机的端电压；并列控制模块用来显示并列过程中的电磁功率和冲击电流的大小；功率显示模块用来显示同时期视在功率、有功功率、无功功率和功率因数；原动机调速器模块用来确定自动调速和手动调速并可观测转速和输出电压的瞬时值以及转速图像；准同期控制器可选择同期并列装置并设定同期并列参数，微机励磁控制器模块用来完成励磁方式等的相关设置。电力系统并列虚拟实验系统的输入界面是整个软件设计的基础，很多并列过程中的参数和条件均由此处设置实施。

所述输出子界面包括结果可视化输出模块。

所述结果可视化输出模块主要分为并列时刻基本参数的瞬时取值和同步发电机重要参数的变化情况。

如图8是电力系统并列虚拟实验系统结果输出界面，图8(a)是汽轮机的单机—无穷大系统并列实验仿真输出子界面，图8(b)是水轮机的单机—无穷大系统并列实验仿真输出子界面；系统的输出界面主要分为并列时刻基本参数的瞬时取值显示和同步发电机重要参数的变化情况显示。所述并列时刻基本参数的瞬时取值为并列时刻、并列时压差、并列时频差、并列时相角差和并列时所产生的最大冲击电流的数值，它们在并列瞬时的取值会大大影响单机—无穷大系统的暂态稳定性；同步发电机重要参数的变化情况主要指在同步发电机并列前后转速、冲击电流、励磁电压和同步发电机端电压随时间的变化情况，它们的变化过程直接反映同步发电机并列过程的状态转换情况。

输出子界面还提供菜单栏和工具栏、子界面选择模块、参数输入模块等部分。

所述菜单栏和工具栏的功能主要是对仿真以及仿真结果进行管理；菜单栏和工具栏的功能是管理仿真过程和结果，菜单栏有“文件”“编辑”“运行”和“关于”四个选项，工具栏有“开始”“暂停”“停止”和“清除”四个选项；

所述“文件”包括“新建”“打开”和“保存”，是对整个仿真文件和工程的管理；“编辑”包括“图像保存”和“清除”，分别是对仿真结果图像的保存以及清空已有的参数设置，其中“清除”与工具栏中的“清除”选项功能相同；“运行”包括“开始”、“暂停”和“停止”，主要是对仿真过程的管理，三者与工具栏中相应选项的功能相同；“关于”主要是对系统本身以及常见疑难问题解决方案的介绍，包括“帮助”等选项。

实施例三

本实施例的目的是提供一种计算机装置。

基于以上目的，本实施例提供了一种用于电力系统并列虚拟实验的计算机装置，包括存储器、处理器、及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时执行：

弹出并列仿真参数输入子界面，包括子界面选择模块和参数输入模块，所述子界面选择模块用于选择系统进入汽轮机并列仿真子界面或者水轮机并列仿真子界面；所述参数输入模块用于输入压差、频率差和相角差的并列临界条件；

接收用户在所述输入子界面中的输入，所述电力系统运行在单机空载运行模型中,判断压差、频率差和相角差是否均满足所述并列临界条件；

若满足所述并列临界条件，模拟合闸断路器闭合，对同步发电机和无穷大系统进行合闸，合闸的同时切换网络系统模型，将同步发电机单机空载模型切换至单机—无穷大系统模型，并根据给定的传递函数将空载运行时的发电机的参数传递给单机—无穷大系统模型进行迭代求解，并弹出水轮机/汽轮机的单机—无穷大系统并列仿真输出子界面，输出并列结果和并列时状态；

若不满足所述并列临界条件，继续判断是否还在设定并列时间内，若是，继续等待合闸时机，若否，弹出水轮机/汽轮机的单机—无穷大系统并列仿真输出子界面，输出无法实现并列。

仿真结果：

图9是水轮机的准同期并列失败时的输出图像。由图中可以看出，在初始时刻待并发电机组在调速系统和励磁调节系统的调节下逐步向标准并列条件靠近。当同时满足所设定的最大压差为0.05，最大频率差为0.002，最大相角差(弧度制)为3。我们可以看到，系统在1.525秒并列，并列时压差为0.0049，频差为0.00071，相角差为2.997，最大冲击电流为3.707。由上面的数据可知，由于并列时相角差过大，远远超出了一般角度，故单机—无穷大系统逐渐失稳，转速逐渐降低，同步发电机并列失败。本例证明了当相角差过大时，会造成并列时的失稳。

图10是水轮机的准同期并列成功时的输出图像。由图可知，初始时刻待并发电机组同样在两调节系统的调节下逐渐向所设并列条件靠近。此时所设允许进行并列操作的最大电压差为0.005，最大频差为0.002，最大相角差为2。则根据软件输出可知系统在5.547秒完成并列操作，此时的压差为0.0049，频差为0.00199，相角差为1.459，此时产生的最大冲击电流为2.425。输出模块同时输出了在并列时刻出现短时振荡但最终收敛的函数图像，则表明并列成功。因为最大冲击电流为2.43，仍然超过生产生活中的要求，因此相角差为1.459时并列仍然很不安全。由于水轮机的水锤效应，数据会产生剧烈振荡，这在水轮机的同期并列中是可以理解的。

图11是汽轮机的准同期并列成功时的输出图像。本发明中原动机模型采用只计及高压蒸汽容积效应的一阶汽轮机模型，调速器模型采用电液调速器模型，并采用了PID控制器来克服中间再热蒸汽的容积效应引起的影响。此时所设允许进行并列操作的最大电压差为0.05，最大频差为2，最大相角差为3。则系统在第2.419秒符合上述相关条件，完成并列操作。并列时压差为0.049，频差为0.526，相角差为1.993，此时产生的最大冲击电流为1.8816。输出模块的图像部分显示在一定的时间内系统的各项指标趋于收敛并最终稳定，表明系统最终并列成功。

图12是汽轮机的准同期并列失败时的输出图像。本算例并列失败的原因与图9所述是不同的。本图中输入允许进行并列操作的最大电压差为0.005，允许进行并列操作的最大频率差为0.001，允许进行并列操作的最大相角差(弧度制)为0.001。由于所设的条件过于精确，在有效的时间内系统无法同时达到上述三个条件，故无法在有效时间内完成并列操作。系统将输出“所输入并网条件在规定时间内无法完成并网，请重新输入”。由此可见，并网条件地选择，是需要同时考虑系统安全性和高效性的。

本领域技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。

本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种电力系统并列虚拟实验实现方法，其特征在于，所述电力系统初始状态下运行在单机空载运行模型中，所述方法包括以下步骤：

接收用户输入压差、频率差和相角差的并列临界条件；

判断压差、频率差和相角差是否均满足所述并列临界条件；

若满足所述并列临界条件，模拟合闸断路器闭合，对同步发电机和无穷大系统进行合闸，合闸的同时切换网络系统模型，将同步发电机单机空载模型切换至单机—无穷大系统模型，并根据给定的传递函数将空载运行时的发电机的参数传递给单机—无穷大系统模型进行迭代求解，并输出并列结果和并列时状态；

若不满足所述并列临界条件，继续判断是否还在设定并列时间内，若是，继续等待合闸时机，若否，输出无法实现并列。

2.如权利要求1所述的一种电力系统并列虚拟实验实现方法，其特征在于，所述单机空载运行模型由隐式梯形积分法建立。

3.如权利要求1所述的一种电力系统并列虚拟实验实现方法，其特征在于，所述单机空载模型包括同步发电机模型、励磁调节系统模型和原动机及调速系统模型。

4.如权利要求1所述的一种电力系统并列虚拟实验实现方法，其特征在于，所述单机—无穷大系统模型包括同步发电机模型、励磁调节系统模型、原动机、调速系统模型、输电线路和变压器等效模型。

5.如权利要求1所述的一种电力系统并列虚拟实验实现方法，其特征在于，所述传递的参数包括电压、电流、各类功率和转速。

6.如权利要求1所述的一种电力系统并列虚拟实验实现方法，其特征在于，所述并列时状态包括并列时刻基本参数的瞬时取值和同步发电机重要参数的变化情况。

7.如权利要求6所述的一种电力系统并列虚拟实验实现方法，其特征在于，所述并列时刻基本参数的瞬时取值包括：并列时刻、并列时压差、并列时频差、并列时相角差和并列时所产生的最大冲击电流的数值。

8.如权利要求6所述的一种电力系统并列虚拟实验实现方法，其特征在于，所述同步发电机重要参数的变化情况包括：同步发电机并列前后转速、冲击电流、励磁电压和同步发电机端电压随时间的变化情况。

9.一种用于电力系统并列虚拟实验的计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器运行时执行以下操作：

弹出并列仿真参数输入子界面，包括子界面选择模块和参数输入模块，所述子界面选择模块用于选择系统进入汽轮机并列仿真子界面或者水轮机并列仿真子界面；所述参数输入模块用于输入压差、频率差和相角差的并列临界条件；

接收用户在所述输入子界面中的输入，所述电力系统运行在单机空载运行模型中，判断压差、频率差和相角差是否均满足所述并列临界条件；

若满足所述并列临界条件，模拟合闸断路器闭合，对同步发电机和无穷大系统进行合闸，合闸的同时切换网络系统模型，将同步发电机单机空载模型切换至单机—无穷大系统模型，并根据给定的传递函数将空载运行时的发电机的参数传递给单机—无穷大系统模型进行迭代求解，并弹出水轮机/汽轮机的单机—无穷大系统并列仿真输出子界面，输出并列结果和并列时状态；

若不满足所述并列临界条件，继续判断是否还在设定并列时间内，若是，继续等待合闸时机，若否，弹出水轮机/汽轮机的单机—无穷大系统并列仿真输出子界面，输出无法实现并列。

10.一种用于电力系统并列虚拟实验的计算机装置，包括存储器、处理器、及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述程序时执行：

弹出并列仿真参数输入子界面，包括子界面选择模块和参数输入模块，所述子界面选择模块用于选择系统进入汽轮机并列仿真子界面或者水轮机并列仿真子界面；所述参数输入模块用于输入压差、频率差和相角差的并列临界条件；

接收用户在所述输入子界面中的输入，所述电力系统运行在单机空载运行模型中等待合闸时机，即判断压差、频率差和相角差是否均满足所述并列临界条件；

若满足所述并列临界条件，模拟合闸断路器闭合，对同步发电机和无穷大系统进行合闸，合闸的同时切换网络系统模型，将同步发电机单机空载模型切换至单机—无穷大系统模型，并根据给定的传递函数将空载运行时的发电机的参数传递给单机—无穷大系统模型进行迭代求解，并弹出水轮机/汽轮机的单机—无穷大系统并列仿真输出子界面，输出并列结果和并列时状态；

若不满足所述并列临界条件，继续判断是否还在设定并列时间内，若是，继续等待合闸时机，若否，弹出水轮机/汽轮机的单机—无穷大系统并列仿真输出子界面，输出无法实现并列。