CN108256252A - 一种基于滤波器的电磁暂态仿真方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于滤波器的电磁暂态仿真方法及系统，包括：通过一组仿真滤波器电路模拟与所述仿真滤波器电路同类的多组LCC换流站交流滤波器，以及采用参数置位法模拟所述LCC换流站交流滤波器的投切操作；其中，参数置位法为滤波器电路的电磁暂态等值计算电路实时修正历史电流源的方法。将实际LCC换流站的十几组交流滤波器按类型压缩为若干类在电磁暂态程序中模拟，大幅度压缩了直流输电电磁模型的电气节点数量和元件数目，加速了仿真模型，同时不损失滤波器滤波效果和投切动态过程的仿真精度，具有很好的实用推广价值。
Description
技术领域
本发明属于电力系统电磁暂态分析技术领域，具体涉及一种基于滤波器的电磁暂态仿真方法及系统。
背景技术
在高压直流输电中，LCC换流站的组成结构决定了其会产生大量的特征谐波，并产生较多的无功需求，此外，由于运行情况不理想，除换流器所产生特征谐波外，实际运行中电网中还含有一些非特征谐波。为滤除这些谐波，以及补偿一定的无功，换流站需针对各次主要谐波分别设置多类多组滤波器，以便按需投切。这些滤波器一般选用无源滤波器，由RLC器件组成，故而会有较多的储能器件。
目前，这些滤波器在仿真工程中的建模是通过开关和RLC实现，具体模拟每组每个滤波器的状态。在仿真计算时就体现在需要相应的节点，大幅增加了导纳矩阵阶数，提高了运算量，不利于仿真的快速运行。此外，每次投切过程都会导致网络拓扑的改变，需在仿真过程中都需要重新建立一次网络方程，运算效率受到限制。这些都不利于仿真实时性的实现。
发明内容
为了解决上述现有技术中的计算复杂和大量冗余造成的仿真运行缓慢，本发明提出一种LCC换流站交流滤波器的电磁暂态无损压缩加速仿真的方法，将实际LCC换流站的多组交流滤波器按类型压缩为若干类在电磁暂态程序中模拟，大幅度压缩了直流输电电磁模型的电气节点数量和元件数目，加速了仿真模型，同时不损失滤波器滤波效果和投切动态过程的仿真精度，具有很好的实用推广价值。
实现上述目的所采用的解决方案为：
一种基于滤波器的电磁暂态仿真方法，所述方法包括：
通过一组仿真滤波器电路模拟与所述仿真滤波器电路同类的多组LCC换流站交流滤波器，以及采用参数置位法模拟所述LCC换流站交流滤波器的投切操作；
所述参数置位法包括：滤波器电路的电磁暂态等值计算电路实时修正历史电流源的方法。
优选的，所述同类的多组LCC换流站交流滤波器是接于同一LCC站中的多个电路结构、参数相同的滤波器组。
优选的，所述通过一组仿真滤波器电路模拟与所述仿真滤波器电路同类的多组LCC换流站交流滤波器，包括：
根据同一类型LCC换流站交流滤波器的输入量和输出量，定义相应的传递函数；
根据所述传递函数，确定多组LCC换流站交流滤波器的等效电路；
其中，所述同一类型滤波器的输入量和输出量分别为母线电压和电流。
进一步地，所述根据同一类型LCC换流站交流滤波器的输入量和输出量，定义相应的传递函数包括：
通过下式确定初始状态下，投入某一类型的一组LCC换流站交流滤波器的传递函数：
通过下式确定投入两组LCC换流站交流滤波器的传递函数：
通过下式确定投入N组LCC换流站交流滤波器的传递函数：
GN(s)＝NG1(s)，(N＝1，2，3，…)
式中，I1(s)和U1(s)分别表示投入某一类型的一组LCC换流站交流滤波器的母线电流和电压。
进一步地，所述根据传递函数，确定多组LCC换流站交流滤波器的等效电路包括：保持单组电路拓扑不变，将每个电阻R和电流L置为单组LCC换流站交流滤波器电阻和电流参数的1/N，每个电容C置为单组LCC换流站交流滤波器电容参数的N倍。
优选的，所述采用参数置位法模拟LCC换流站交流滤波器的投切操作，包括：
a、接收一组仿真滤波器电路中表征滤波器类型的投切指令，包括投/切操作类型和组数变化量；
b、记录执行投切操作后，接入LLC系统的LCC换流站交流滤波器组数；
c、根据变化后的LCC换流站交流滤波器组数，重新计算LCC换流站交流滤波器电路参数；
d、在仿真中将所述LCC换流站交流滤波器电路参数置位。
进一步地，所述根据变化后的LCC换流站交流滤波器组数，重新计算滤波器电路参数包括：设某类LCC换流站交流滤波器在投切操作前为N组，则投入或者切除ΔN组后，LCC换流站交流滤波器组数变为(N±ΔN)；
保持单组电路拓扑不变，将每个电阻R和电流L置为单组滤波器电阻和电流参数的1/(N±ΔN)，电容C置为单组滤波器电容参数的(N±ΔN)；
其中，N为投切操作前的LCC换流站交流滤波器组数，ΔN为投/切操作的组数变化量，加号表示投入滤波器，减号表示切除滤波器。
优选的，所述实时修正历史电流源包括：投切操作前，同类的各组LCC换流站交流滤波器的响应状态为零，当响应状态出现突变，则对历史电流源进行实时修正；对于投入ΔN组LCC换流站交流滤波器的操作，将所有历史电流源均加零；对于切除ΔN组LCC换流站交流滤波器的操作，将仿真中的各个历史电流源修正为操作前的
一种基于滤波器的电磁暂态仿真系统，所述系统包括：
第一仿真模块，用于通过一组仿真滤波器电路模拟与所述仿真滤波器电路同类的多组LCC换流站交流滤波器；
第二仿真模块，用于采用参数置位法模拟LCC换流站交流滤波器的投切操作。
优选的，所述第一仿真模块，包括：
定义单元，用于根据同一类型LCC换流站交流滤波器的输入量和输出量，定义相应的传递函数；
确定单元，用于根据所述传递函数，确定多组LCC换流站交流滤波器的等效电路。
优选的，所述第二仿真模块，包括：
指令接收单元，用于接收一组仿真滤波器电路中表征滤波器类型的投切指令，包括投/切操作类型和组数变化量；
记录单元，用于记录执行投切操作后，接入LLC系统的LCC换流站交流滤波器组数；
计算单元，用于根据变化后的LCC换流站交流滤波器组数，重新计算LCC换流站交流滤波器电路参数；
置位单元，用于在仿真中将所述LCC换流站交流滤波器电路参数置位。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
1.本发明提供的一种基于滤波器的电磁暂态仿真方法及系统，通过一组仿真滤波器电路模拟与所述仿真滤波器电路同类的多组LCC换流站交流滤波器；采用合并同类多组滤波器参数的手段，大幅度压缩了直流输电电磁模型的电气节点数量和元件数目，从而降低导纳矩阵阶数，降低仿真计算量，提高仿真速度。
2.本发明提供的基于滤波器的电磁暂态仿真方法及系统，采用参数置位法模拟LCC换流站交流滤波器的投切操作；其中，参数置位法包括：滤波器电路的电磁暂态等值计算电路实时修正历史电流源的方法。实现了对元件的重新建模，避免了传统仿真在滤波器投切时的拓扑变化，同时不损失滤波器滤波效果和投切动态过程的仿真精度，省掉了对网络方程的修改或重新建立，提高计算速度。通过该方法模拟滤波器组在投切时段接入LCC系统的能量瞬变过程，具有广泛适用性、手段简单，以及仿真速度快等优点，适用于需要对换流站滤波器进行建模和电磁暂态研究的不同的仿真工程，不损失滤波器滤波效果和投切动态过程的仿真精度，具有很好的实用推广价值。
附图说明
图1是本发明实施例中提供的基于滤波器的电磁暂态仿真方法流程图；
图2是本发明实施例中提供的同类型多组并联滤波器参数合并简化示意图；
图3是本发明实施例中提供的RLC元件组成的滤波器仿真计算所用含历史电流源模型结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明方法的实施方案详细描述。
本发明涉及一种基于滤波器的电磁暂态仿真方法及系统，首先通过对换流站各组同种滤波器并联结构的研究，提出一种只考虑传递特性时，通过参数合并将某类多组同样的滤波器进行合并仿真的方法；在此基础上，考虑状态响应下，通过对每个滤波器元件仿真计算实现的研究，包括对仿真计算电路的元件的历史电流项的研究，通过修正历史电流项参数，可以实现在考虑总的响应时对滤波器的投切过程也进行准确等效；综合起来可以实现在只改变电路参数和修正历史电流项而不改变仿真电路拓扑的情况下，对只考虑滤波效果的换流站交流滤波器的稳定运行和投切过程的准确等效。本发明将实际LCC换流站的十几组交流滤波器按类型压缩为若干类在电磁暂态程序中模拟，大幅度压缩了直流输电电磁模型的电气节点数量和元件数目，加速了仿真模型，同时不损失滤波器滤波效果和投切动态过程的仿真精度，具有很好的实用推广价值。
如图1所示，其方法主要包括以下步骤：
S1通过一组仿真滤波器电路模拟与仿真滤波器电路同类的多组LCC换流站交流滤波器；
S2采用参数置位法模拟所述LCC换流站交流滤波器的投切操作；
其中，参数置位法包括：滤波器电路的电磁暂态等值计算电路实时修正历史电流源的方法。
步骤S1中，基于叠加原理合并同类滤波器，将每类多组滤波器采用一组修正参数的滤波器电路来模拟，合并过程如图2所示。
同类滤波器，是按照滤波器类型、结构和参数进行分类，且接在同一个LCC站的多组电路结构、参数相同的滤波器组；
合并同类滤波器，是基于叠加原理，将一组滤波器的参数进行修正以代替原有的多组滤波器的方法。
在零初始状态，且我们只关心滤波器的母线电流与电压，而不关心每个变压器组成元件具体状态的变化的情况下：对于某一类型的一组交流滤波器，其母线电流和电压分别作为输出量和输入量，传递函数为：
当投入两组滤波器时，传递函数为：
在共投入N组滤波器时，传递函数为：
GN(s)＝NG1(s)，(N＝1，2，3，…)
对于只是由RLC组成的滤波器来说，其传递函数变为N倍，只需要将每个R和L都变为原来的1/N，而电容C变为原来的N倍即可实现。
于是某类N组相同滤波器采用滤波器参数置位等效的计算方法为：保持单组电路拓扑不变，将每个R和L都变为单组电阻和电流参数的1/N，而每个电容C变为单组电容参数的N倍。在图2中，即为将L1A，L2A，RA，L1B，L2B，RB，L1C，L2C，RC都变为原来的1/N，而将C1A，C2A，C1B，C2B，C1C，C2C都变为原来的N倍。
步骤S2中，采用滤波器电路参数置位的方法来模拟多滤波器组的投切操作：
a、接收本滤波器电路所代表的该类滤波器投切指令，包括投或切操作类型、组数变化；
b、计算变化后本类滤波器接入系统的组数；
c、根据变化后的组数重新计算滤波器电路参数，计算方法为：
延续步骤S1的方法；投切操作前该类滤波器共有N组，投入或者切除了ΔN组，则变化后滤波器的组数变为(N±ΔN)，其中加号表示投入滤波器，减号表示切除滤波器；由以上对步骤S1的方法描述可知，变化后滤波器参数置位计算方法为：保持单组电路拓扑不变，每个R和L都变为单组滤波器电阻和电流参数的1/(N±ΔN)，而电容C变为单组滤波器电容参数的(N±ΔN)倍；亦即保持电阻电路拓扑不变，每个R和L都置为变化前参数的N/(N±ΔN)，而电容C置为变化前滤波器电容参数的(N±ΔN)/N；
d、在仿真中将滤波器电路参数置位。
参数置位法包括：滤波器电路的电磁暂态等值计算电路实时修正历史电流源的方法。通过该方法实现滤波器组投切时接入LCC系统的能量瞬变过程模拟。RLC元件组成的滤波器仿真计算所用含历史电流源的模型如图3所示，其中的每个电流源均表示历史电流项，代表元件的状态量。具体以下步骤：
a、在某类滤波器的若干组被切掉后有放电通路、且不进行投入后马上切除的操作与切除后马上投入的操作的情况下，每组新接入的滤波器都是零状态的，对应在图3中为所有的电流源均为零；投入或切除操作前同一类各组滤波器的状态均是相同的；
b、对于我们关注的某类滤波器的母线电流和电压，总的响应为零状态响应加上零输入响应，零状态响应在仿真中即体现在等效电路参数的置位操作；在考虑零输入响应时，就要考虑状态量可能产生的状态突变带来的影响，体现在仿真中即为如果出现状态突变则需对图3的各个电流源数值进行修正；
c、对于新投入ΔN组滤波器的操作时，由于这些新接入的滤波器全部是零状态的，系统状态量不突变，所以所有历史电流源均加零，其数值不突变，对应图3为所有电流源数值不改变；
d、对于切除ΔN组滤波器的操作时，被切除电路的滤波器是带有状态的，由于切除操作前正在运行的N组滤波器的状态是相同的，所以被切除的状态为原来的ΔN/N，系统各状态量减少的量为变化前的ΔN/N，系统保留的状态量为原来的所以将仿真中的各个历史电流源均减去修正前的ΔN/N，即修正为操作前的在图3中即为将各个电流源的数值减去自身的ΔN/N，修正为操作前数值的
基于同一发明构思，本发明还提供一种基于滤波器的电磁暂态仿真系统，包括：
第一仿真模块，用于通过一组仿真滤波器电路模拟与所述仿真滤波器电路同类的多组LCC换流站交流滤波器；
第二仿真模块，用于采用参数置位法模拟LCC换流站交流滤波器的投切操作。
其中，第一仿真模块，包括：
定义单元，用于根据同一类型LCC换流站交流滤波器的输入量和输出量，定义相应的传递函数；
确定单元，用于根据所述传递函数，确定多组LCC换流站交流滤波器的等效电路。
其中，第二仿真模块，包括：
指令接收单元，用于接收一组仿真滤波器电路中表征滤波器类型的投切指令，包括投/切操作类型和组数变化量；
记录单元，用于记录执行投切操作后，接入LLC系统的LCC换流站交流滤波器组数；
计算单元，用于根据变化后的LCC换流站交流滤波器组数，重新计算LCC换流站交流滤波器电路参数；
置位单元，用于在仿真中将所述LCC换流站交流滤波器电路参数置位。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，这些变更、修改或者等同替换，其均在其申请待批的权利要求范围之内。
Claims (11)
1.一种基于滤波器的电磁暂态仿真方法，其特征在于，所述方法包括：
通过一组仿真滤波器电路模拟与所述仿真滤波器电路同类的多组LCC换流站交流滤波器，以及采用参数置位法模拟所述LCC换流站交流滤波器的投切操作；
所述参数置位法包括：滤波器电路的电磁暂态等值计算电路实时修正历史电流源的方法。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述同类的多组LCC换流站交流滤波器是接于同一LCC站中的多个电路结构、参数相同的滤波器组。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过一组仿真滤波器电路模拟与所述仿真滤波器电路同类的多组LCC换流站交流滤波器，包括：
根据同一类型LCC换流站交流滤波器的输入量和输出量，定义相应的传递函数；
根据所述传递函数，确定多组LCC换流站交流滤波器的等效电路；
其中，所述同一类型滤波器的输入量和输出量分别为母线电压和电流。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据同一类型LCC换流站交流滤波器的输入量和输出量，定义相应的传递函数包括：
通过下式确定初始状态下，投入某一类型的一组LCC换流站交流滤波器的传递函数：
通过下式确定投入两组LCC换流站交流滤波器的传递函数：
通过下式确定投入N组LCC换流站交流滤波器的传递函数：
GN(s)＝NG1(s)，(N＝1，2，3，...)
式中，I1(s)和U1(s)分别表示投入某一类型的一组LCC换流站交流滤波器的母线电流和电压。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据传递函数，确定多组LCC换流站交流滤波器的等效电路包括：保持单组电路拓扑不变，将每个电阻R和电流L置为单组LCC换流站交流滤波器电阻和电流参数的1/N，每个电容C置为单组LCC换流站交流滤波器电容参数的N倍。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用参数置位法模拟LCC换流站交流滤波器的投切操作，包括：
a、接收一组仿真滤波器电路中表征滤波器类型的投切指令，包括投/切操作类型和组数变化量；
b、记录执行投切操作后，接入LLC系统的LCC换流站交流滤波器组数；
c、根据变化后的LCC换流站交流滤波器组数，重新计算LCC换流站交流滤波器电路参数；
d、在仿真中将所述LCC换流站交流滤波器电路参数置位。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据变化后的LCC换流站交流滤波器组数，重新计算滤波器电路参数包括：设某类LCC换流站交流滤波器在投切操作前为N组，则投入或者切除ΔN组后，LCC换流站交流滤波器组数变为(N±ΔN)；
保持单组电路拓扑不变，将每个电阻R和电流L置为单组滤波器电阻和电力参数的1/(N±ΔN)，电容C置为单组滤波器电容参数的(N±ΔN)；
其中，N为投切操作前的LCC换流站交流滤波器组数，ΔN为投/切操作的组数变化量，加号表示投入滤波器，减号表示切除滤波器。
8.如权利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述实时修正历史电流源包括：投切操作前，同类的各组LCC换流站交流滤波器的响应状态为零，当响应状态出现突变，则对历史电流源进行实时修正；对于投入ΔN组LCC换流站交流滤波器的操作，将所有历史电流源均加零；对于切除ΔN组LCC换流站交流滤波器的操作，将仿真中的各个历史电流源修正为操作前的
9.一种基于滤波器的电磁暂态仿真系统，其特征在于，所述系统包括：
第一仿真模块，用于通过一组仿真滤波器电路模拟与所述仿真滤波器电路同类的多组LCC换流站交流滤波器；
第二仿真模块，用于采用参数置位法模拟LCC换流站交流滤波器的投切操作。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一仿真模块，包括：
定义单元，用于根据同一类型LCC换流站交流滤波器的输入量和输出量，定义相应的传递函数；
确定单元，用于根据所述传递函数，确定多组LCC换流站交流滤波器的等效电路。
11.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第二仿真模块，包括：
指令接收单元，用于接收一组仿真滤波器电路中表征滤波器类型的投切指令，包括投/切操作类型和组数变化量；
记录单元，用于记录执行投切操作后，接入LLC系统的LCC换流站交流滤波器组数；
计算单元，用于根据变化后的LCC换流站交流滤波器组数，重新计算LCC换流站交流滤波器电路参数；
置位单元，用于在仿真中将所述LCC换流站交流滤波器电路参数置位。
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