CN109066669B - 电力系统仿真方法、电力系统仿真装置及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的电力系统仿真方法、电力系统仿真装置及电子设备，涉及电力系统仿真技术领域。其中，电力系统仿真方法包括：a，计算电力系统各分区的内部电气量；b，根据各分区的内部电气量计算节点注入历史电流向量；c，根据节点注入历史电流向量计算各分区在边界节点处的戴维南等值阻抗和戴维南等值电压；d，根据各分区在边界节点处的戴维南等值阻抗和戴维南等值电压计算该分区在当前时刻的联络线电流；e，获取各分区在步骤b计算得到的节点注入历史电流向量、步骤d计算得到的联络线电流以及当前时刻的节点导纳矩阵，并返回步骤a。通过上述方法，可以改善现有的电力系统仿真技术中存在的计算量大或精度低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统仿真技术领域，具体而言，涉及一种电力系统仿真方法、电力系统仿真装置及电子设备。
背景技术
随着可再生能源的大规模开发及特高压交直流输电技术的迅速发展，新一代电力系统呈现出电源种类丰富、电能转换形式复杂的特征。在发电侧，风电、光伏等大规模可再生能源通过变流器集中并入传统交流电网；在输电侧，西部能源基地通过特高压直流(UHVDC)及特高压交流(UHVAC)混合组网的方式对三华地区送电；在配电侧，大量分布式电源通过变流器接口组成微电网系统，逐步形成功率双向流动的主动配电网。
针对如此复杂的电网进行分析，必须依赖精确、高效的仿真工具。大规模交直流电网暂态过程的仿真方法主要可分为两类。其一，是采用全电磁暂态仿真。为精确描述在整个系统范围内的多时间尺度暂态特性，全电磁暂态仿真通常需要采用很小的计算步长。因此，针对大规模交直流电网，此类方法精确度虽高，但计算量极大，仿真效率很低。另一种替代的方法是采用混合仿真，即针对交直流网络不同区域，采用不同模型、不同算法进行仿真。目前为止，应用最广泛的混合建模和仿真技术主要是机电-电磁混合仿真。
然而，“机电-电磁”混合仿真的接口设计方案在物理本质上存在延时误差和频率截断误差两个缺点。若直流区域某一换流阀发生故障，其暂态过程中非工频分量无法再传递到机电侧，无法产生正确的高频暂态响应；同时，由于延时的存在，传统机电-电磁混合仿真技术难以准确刻画故障在网络中的传播过程。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电力系统仿真方法、电力系统仿真装置及电子设备，以改善现有的电力系统仿真技术中存在的计算量大或精度低的问题。
为实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：
一种电力系统仿真方法，包括：
a，针对电力系统的每一个分区，根据该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量、联络线电流以及节点导纳矩阵计算得到该分区的内部电气量；
b，针对每一个分区，沿该分区的时间轴步进一个对应的仿真步长，并判断该分区是否达到仿真结束时间，若达到仿真结束时间，则停止对应的计算，若未达到仿真结束时间，则根据该分区的内部电气量计算得到该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量，其中，各所述分区对应的仿真步长不同；
c，针对每一个分区，获取该分区在当前时刻的节点导纳矩阵，并结合该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量计算得到该分区在边界节点处的戴维南等值阻抗和戴维南等值电压；
d，针对每一个分区，计算该分区在当前时刻的外部公共时间，并判断各分区在当前时刻下该分区的时间轴上的时间是否大于对应的外部公共时间，若大于对应的外部公共时间，则重新进行外部公共时间的计算，若小于或等于对应的外部公共时间，则根据该分区在边界节点处的戴维南等值阻抗和戴维南等值电压计算得到该分区在当前时刻的联络线电流；
e，获取各分区在步骤b计算得到的节点注入历史电流向量、步骤d计算得到的联络线电流以及当前时刻的节点导纳矩阵，并返回步骤a。
在本发明实施例较佳的选择中，在上述电力系统仿真方法中，步骤a包括：
针对电力系统的每一个分区，获取该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量、联络线电流以及节点导纳矩阵；
针对每一个分区，根据该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量、联络线电流以及节点导纳矩阵按照节点电压方程进行计算，以得到该分区在当前时刻的节点电压；
针对每一个分区的每一个元件，根据该分区在当前时刻的节点电压计算得到每一个元件的电气量，以作为该分区的内部电气量。
在本发明实施例较佳的选择中，在上述电力系统仿真方法中，步骤c包括：
针对每一个分区，获取该分区在当前时刻的节点导纳矩阵；
针对每一个分区，根据该分区在当前时刻的节点导纳矩阵和当前时刻的节点注入历史电流向量通过高斯消去法进行计算，以得到该分区在边界节点处的戴维南等值阻抗和戴维南等值电压。
在本发明实施例较佳的选择中，在上述电力系统仿真方法中，所述针对每一个分区，计算该分区在当前时刻的外部公共时间的步骤包括：
获取各分区在当前时刻下该分区的时间轴上的时间；
针对每一个分区，在该分区以外的其它各分区的时间轴上的时间中选择一个最小值作为对应分区在当前时刻的外部公共时间。
在本发明实施例较佳的选择中，在上述电力系统仿真方法中，针对每一个分区，根据该分区在边界节点处的戴维南等值阻抗和戴维南等值电压计算得到该分区在当前时刻的联络线电流的步骤包括：
针对每一个分区，将该分区以外的其它各分区在边界节点处的戴维南等值电压进行线性内插值处理，以得到对应分区在当前时刻的戴维南等值电压；
根据各分区在当前时刻的戴维南等值电压和戴维南等值阻抗生成所述电力系统在当前时刻的戴维南等值网络；
根据所述戴维南等值网络计算得到各分区在当前时刻的联络线电流。
在本发明实施例较佳的选择中，在上述电力系统仿真方法中，在执行步骤a之前，所述方法还包括：
针对电力系统的每一个分区，对该分区的时间轴、节点注入历史电流向量和联络线电流进行初始化处理。
在本发明实施例较佳的选择中，在上述电力系统仿真方法中，在执行步骤a之前，所述方法还包括：
将电力系统划分为多个分区；
计算各所述分区的仿真步长。
在本发明实施例较佳的选择中，在上述电力系统仿真方法中，所述将电力系统划分为多个分区的步骤包括：
设置一积分步长，并基于该积分步长进行预设时长的电磁暂态仿真或移频分析仿真处理，以得到电力系统中各交流线路的电流时间序列；
以交流工频为基波频率对所述电流时间序列进行傅里叶变换，以得到对应的频谱，并根据该频谱计算每一条交流线路中电流的最大频率；
根据各所述最大频率分别计算得到对应交流线路的最大仿真步长；
以所述电力系统的交流母线为顶点、交流线路为边构建网络拓步连接关系图，并根据所述最大频率和所述最大仿真步长发生突变的顶点为边界将所述网络拓步连接关系图划分为多个子图，以得到多个分区。
本发明实施例还提供了一种电力系统仿真装置，包括：
内部电气量计算模块，用于针对电力系统的每一个分区，根据该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量、联络线电流以及节点导纳矩阵计算得到该分区的内部电气量；
电流向量计算模块，用于针对每一个分区，沿该分区的时间轴步进一个对应的仿真步长，并判断该分区是否达到仿真结束时间，若达到仿真结束时间，则停止对应的计算，若未达到仿真结束时间，则根据该分区的内部电气量计算得到该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量，其中，各所述分区对应的仿真步长不同；
戴维南参数计算模块，用于针对每一个分区，获取该分区在当前时刻的节点导纳矩阵，并结合该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量计算得到该分区在边界节点处的戴维南等值阻抗和戴维南等值电压；
联络线电流计算模块，用于针对每一个分区，计算该分区在当前时刻的外部公共时间，并判断各分区在当前时刻下该分区的时间轴上的时间是否大于对应的外部公共时间，若大于对应的外部公共时间，则重新进行外部公共时间的计算，若小于或等于对应的外部公共时间，则根据该分区在边界节点处的戴维南等值阻抗和戴维南等值电压计算得到该分区在当前时刻的联络线电流。
本发明实施例还提供了一种电子设备，包括处理器、存储器及电力系统仿真装置，其中，所述电力系统仿真装置包括一个或多个存储于所述存储器中并由所述处理器执行的软件功能模块，所述软件功能模块包括：
内部电气量计算模块，用于针对电力系统的每一个分区，根据该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量、联络线电流以及节点导纳矩阵计算得到该分区的内部电气量；
电流向量计算模块，用于针对每一个分区，沿该分区的时间轴步进一个对应的仿真步长，并判断该分区是否达到仿真结束时间，若达到仿真结束时间，则停止对应的计算，若未达到仿真结束时间，则根据该分区的内部电气量计算得到该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量，其中，各所述分区对应的仿真步长不同；
戴维南参数计算模块，用于针对每一个分区，获取该分区在当前时刻的节点导纳矩阵，并结合该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量计算得到该分区在边界节点处的戴维南等值阻抗和戴维南等值电压；
联络线电流计算模块，用于针对每一个分区，计算该分区在当前时刻的外部公共时间，并判断各分区在当前时刻下该分区的时间轴上的时间是否大于对应的外部公共时间，若大于对应的外部公共时间，则重新进行外部公共时间的计算，若小于或等于对应的外部公共时间，则根据该分区在边界节点处的戴维南等值阻抗和戴维南等值电压计算得到该分区在当前时刻的联络线电流。
本发明提供的电力系统仿真方法、电力系统仿真装置及电子设备，可以实现对各不同仿真步长的分区之间的耦合计算，从而避免因采用现有的全电磁暂态仿真技术而存在的计算量大的问题或因采用现有的“机电-电磁”混合仿真技术而存在计算精度低的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明实施例提供的电子设备的结构框图。
图2为本发明实施例提供的电力系统仿真方法的流程示意图。
图3为图1中步骤S110的流程示意图。
图4为图1中步骤S130的流程示意图。
图5为图1中步骤S140的流程示意图。
图6为图1中步骤S140的另一流程示意图。
图7为本发明实施例提供的电力系统仿真方法的另一流程示意图。
图8为图7种步骤S170的流程示意图。
图9为本发明实施例提供的电力系统仿真装置的结构框图。
图标：10-电子设备；12-存储器；14-处理器；100-电力系统仿真装置；110-内部电气量计算模块；120-电流向量计算模块；130-戴维南参数计算模块；140-联络线电流计算模块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明实施例提供了一种电子设备10，可以包括存储器12、处理器14和电力系统仿真装置100。
所述存储器12和处理器14之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述电力系统仿真装置100包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器12中的软件功能模块。所述处理器14用于执行所述存储器12中存储的可执行的计算机程序，例如，所述电力系统仿真装置100所包括的软件功能模块及计算机程序等，以实现电力系统仿真方法。
其中，所述存储器12可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-OnlyMemory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。其中，存储器12用于存储程序，所述处理器14在接收到执行指令后，执行所述程序。
所述处理器14可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器14可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
可以理解，图1所示的结构仅为示意，所述电子设备10还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。图1中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。
可选地，所述电子设备10的具体类型不受限制，例如，可以是，但不限于，智能手机、个人电脑(personal computer，PC)、平板电脑、个人数字助理(personal digitalassistant，PDA)、移动上网设备(mobile Internet device，MID)、web(网站)服务器、数据服务器、电脑、移动上网设备(mobile Internet device，MID)等具有处理功能的设备。
结合图2，本发明实施例还提供一种可应用于上述电子设备10的电力系统仿真方法。其中，所述方法有关的流程所定义的方法步骤可以由所述处理器14实现。下面将对图2所示的具体流程进行详细阐述。
步骤S110，针对电力系统的每一个分区，根据该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量、联络线电流以及节点导纳矩阵计算得到该分区的内部电气量。
在本实施例中，电力系统可以预先划分为多个分区。并且，在对各分区进行计算时，可以并行处理。因此，可以将对各分区的处理分别通过不同的处理器14进行计算处理，只要各处理器14之间具有共享的内存即可。例如，可以包括，但不限于PC集群、多核CPU环境或多GPU异构等并行计算环境。
其中，针对每一个分区，该分区可以占用一个和多个计算核心，不同分区之间的计算通过在共享内存中创建数据共享区域，以实现同步处理。
步骤S120，针对每一个分区，沿该分区的时间轴步进一个对应的仿真步长，并判断该分区是否达到仿真结束时间，若达到仿真结束时间，则停止对应的计算，若未达到仿真结束时间，则根据该分区的内部电气量计算得到该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量。
在本实施例中，在将电力系统划分为多个分区之后，可以根据各分区的电气特性分别计算得到对应的仿真步长。其中，由于各分区之间的存在差异性，因此，各所述分区对应的仿真步长不同。
也就是说，在初始时刻时，各分区在时间轴上的时间可以是相同的，在经过仿真步长的步进处理后，由于仿真步长存在不同，将导致各分区在时间轴上的时间不一致的情形。因此，各分区是否达到仿真结束时间也不一致。
例如，电力系统可以包括第一分区、第二分区以及第三分区，各分区的仿真步长可以分别是Tx、2Tx、3Tx，仿真结束时间可以为3Tx。在执行步骤S120以步进一个仿真步长之后，第二分区和第二分区未达到仿真结束时间，可以根据对应的内部电气量计算得到该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量，第三分区达到仿真结束时间，可以停止进行计算。
步骤S130，针对每一个分区，获取该分区在当前时刻的节点导纳矩阵，并结合该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量计算得到该分区在边界节点处的戴维南等值阻抗和戴维南等值电压。
在本实施例中，为了便于各分区的联络线电流的计算，在执行步骤S130以计算得到各分区在边界节点处的戴维南等值阻抗和戴维南等值电压时，可以将计算得到的各分区在边界节点处的戴维南等值阻抗和戴维南等值电压发送至共享数据缓冲区(如上述的共享内存)存储，以便于各分区的计算可以协同处理。
步骤S140，针对每一个分区，计算该分区在当前时刻的外部公共时间，并判断各分区在当前时刻下该分区的时间轴上的时间是否大于对应的外部公共时间，若大于对应的外部公共时间，则重新进行外部公共时间的计算，若小于或等于对应的外部公共时间，则根据该分区在边界节点处的戴维南等值阻抗和戴维南等值电压计算得到该分区在当前时刻的联络线电流。
在本实施例中，针对每一个分区，可以根据该分区以外的其它分区在该分区的时间轴上的时间设置一外部公共时间。例如，针对上述的第一分区的外部公共时间，可以根据第二分区在该分区的时间轴上的时间和第三分区在该分区的时间轴上的时间进行设置。
其中，通过上述外部公共时间的设置，可以实现各分区进行计算的同步。例如，针对仿真步长最大的分区，在执行步骤S130之后，该分区的时间轴上的时间大于对应的外部公共时间，然后，可以重新进行外部公共时间的计算，以使计算得到外部公共时间在大于或等于该分区的时间轴上的时间时，再进行联络线电流的计算，从而实现各分区联络线电流计算的同步。
步骤S150，获取各分区在步骤S120计算得到的节点注入历史电流向量、步骤S140计算得到的联络线电流以及当前时刻的节点导纳矩阵。
在本实施例中，针对每一个分区，可以获取执行步骤S120计算得到的该分区的节点注入历史电流向量、执行步骤S140计算得到的联络线电流，当前时刻的节点导纳矩阵，并根据获取的参数返回执行步骤S110，从而实现周期性处理的仿真。
可选地，执行步骤S110以计算各分区的内部电气量的方式不受限制，可以根据实际应用需求进行设置。在本实施例中，在一种可行的示例中，结合图3，步骤S110可以包括步骤S111、步骤S113以及步骤S115。
步骤S111，针对电力系统的每一个分区，获取该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量、联络线电流以及节点导纳矩阵。
步骤S113，针对每一个分区，根据该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量、联络线电流以及节点导纳矩阵按照节点电压方程进行计算，以得到该分区在当前时刻的节点电压。
步骤S115，针对每一个分区的每一个元件，根据该分区在当前时刻的节点电压计算得到每一个元件的电气量，以作为该分区的内部电气量。
在本实施例中，执行步骤S113的节点电压方程可以为：
Yn,iUn,i＝In,i-Itc,i；
其中，Yn，i为当前时刻的节点导纳矩阵，Un，i为当前时刻的节点电压，In，i为当前时刻的节点注入历史电流，Itc，i为当前时刻的联络线电流。
并且，在执行步骤S115根据节点电压计算元件的电气量时，还需要结合对应元件的类型进行计算，例如，电阻、电感或电容等。其中，电气量的具体内容不受限制，例如，可以包括电流值、电压值等电气参数。
可选地，执行步骤S130以计算各分区在边界节点处的戴维南等值阻抗和戴维南等值电压的方式不受限制，可以根据实际应用需求进行设置。在本实施例中，在一种可行的示例中，结合图4，步骤S130可以包括步骤S131和步骤S133。
步骤S131，针对每一个分区，获取该分区在当前时刻的节点导纳矩阵。
步骤S133，针对每一个分区，根据该分区在当前时刻的节点导纳矩阵和当前时刻的节点注入历史电流向量通过高斯消去法进行计算，以得到该分区在边界节点处的戴维南等值阻抗和戴维南等值电压。
在本实施例中，在执行步骤S131时可以再次获取各分区在当前时刻的节点导纳矩阵，并将该节点导纳矩阵与通过步骤S120计算得到的节点注入历史电流向量基于高斯消去法进行计算，以得到当前时刻各分区在边界节点处的戴维南等值阻抗和戴维南等值电压。
可选地，执行步骤S140以计算外部公共时间的方式不受限制，可以根据实际应用需求进行设置。在本实施例中，在一种可行的示例中，结合图5，步骤S140可以包括步骤S141和步骤S143以计算各分区的外部公共时间。
步骤S141，获取各分区在当前时刻下该分区的时间轴上的时间。
步骤S143，针对每一个分区，在该分区以外的其它各分区的时间轴上的时间中选择一个最小值作为对应分区在当前时刻的外部公共时间。
在本实施例中，通过步骤S141可以获取到各分区在当前时刻下在对应的时间轴上的时间，例如，在上述第一分区、第二分区以及第三分区中，对应的在当前时刻下在时间轴上的时间可以分别为Tx、2Tx、3Tx。
并且，通过步骤S143可以在其它分区的时间轴上的时间中选择一个最小值作为外部公共时间。例如，针对第一分区，可以在第二分区在时间轴上的时间和第三分区在时间轴上的时间中选择一个最小值作为第一分区的外部公共时间，也就是将第二分区的2Tx作为第一分区的外部公共时间。同理，针对第二分区，可以在第一分区在时间轴上的时间和第三分区在时间轴上的时间中选择一个最小值作为第二分区的外部公共时间，也就是将第一分区的Tx作为第二分区的外部公共时间。
可选地，执行步骤S140以计算联络线电流的方式不受限制，可以根据实际应用需求进行设置。在本实施例中，在一种可行的示例中，结合图6，步骤S140还可以包括步骤S145、步骤S147以及步骤S149。
步骤S145，针对每一个分区，将该分区以外的其它各分区在边界节点处的戴维南等值电压进行线性内插值处理，以得到对应分区在当前时刻的戴维南等值电压。
步骤S147，根据各分区在当前时刻的戴维南等值电压和戴维南等值阻抗生成所述电力系统在当前时刻的戴维南等值网络。
步骤S149，根据所述戴维南等值网络计算得到各分区在当前时刻的联络线电流。
在本实施例中，在上述包括三个分区的示例中，执行步骤S145时可以将第二分区在边界节点处的戴维南等值电压和第三分区在边界节点处的戴维南等值电压插值到第一分区，以得到第一分区在当前时刻的戴维南等值电压；将第一分区在边界节点处的戴维南等值电压和第三分区在边界节点处的戴维南等值电压插值到第二分区，以得到第二分区在当前时刻的戴维南等值电压；将第一分区在边界节点处的戴维南等值电压和第二分区在边界节点处的戴维南等值电压插值到第三分区，以得到第三分区在当前时刻的戴维南等值电压。
并且，通过步骤S145得到各分区在当前时刻的戴维南等值电压后，然后结合执行步骤S130计算得到的各分区在边界节点处的戴维南等值阻抗，可以形成由各分区组成的电力系统的戴维南等值网络。
进一步地，在形成电力系统的戴维南等值网络之后，通过执行步骤S149，对该戴维南等值网络进行求解以得到各分区在当前时刻的联络线电流。
进一步地，在执行步骤S110之前，为了便于通过节点注入历史电流向量和联络线电流计算内部电气量，在本实施例中，所述电力系统仿真方法还可以包括以下步骤：针对电力系统的每一个分区，对该分区的时间轴、节点注入历史电流向量和联络线电流进行初始化处理。
详细地，通过进行初始化处理，可以将各分区的时间轴、节点注入历史电流向量和联络线电流分别赋值为0。
结合图7，在本实施例中，在执行步骤S110之前，所述电力系统仿真方法还可以包括步骤S170和步骤S180。
步骤S170，将电力系统划分为多个分区。
步骤S180，计算各所述分区的仿真步长。
通过上述步骤S170和步骤S180，可以将电力系统划分为多个分区，并计算各分区的仿真步长，以便于在执行步骤S110-步骤S150时完成对电力系统的仿真。
可选地，执行步骤S170以将电力系统划分为多个分区的方式不受限制，可以根据实际应用需求进行设置。在本实施例中，在一种可行的示例中，结合图8，步骤S170可以包括步骤S171、步骤S173、步骤S175以及步骤S177。
步骤S171，设置一积分步长，并基于该积分步长进行预设时长的电磁暂态仿真或移频分析仿真处理，以得到电力系统中各交流线路的电流时间序列。
步骤S173，以交流工频为基波频率对所述电流时间序列进行傅里叶变换，以得到对应的频谱，并根据该频谱计算每一条交流线路中电流的最大频率。
步骤S175，根据各所述最大频率分别计算得到对应交流线路的最大仿真步长。
步骤S177，以所述电力系统的交流母线为顶点、交流线路为边构建网络拓步连接关系图，并根据所述最大频率和所述最大仿真步长发生突变的顶点为边界将所述网络拓步连接关系图划分为多个子图，以得到多个分区。
在本实施例中，通过步骤S171得到的电流时间序列可以为：
i∈R nline*nT；
其中，nline为交流线路的数目，nT为时间序列的数据点数量，Tl为设置的积分运行的预设时长，Δt为设置的积分步长。
并且，通过步骤S173得到的频谱可以为：
I∈C nline*nf；
其中，nf为谐波次数。
进一步地，通过步骤S175以得到最大仿真步长的方式步骤限制，在本实施例中，针对电磁暂态仿真可以为：
其中，Δtline为最大仿真步长，nd为设置的最大频率的分辨率，fline，max为最大频率。
进一步地，基于上述的最大仿真步长的计算方式，在本实施例中，在执行步骤S180以计算各分区的仿真步长的方式可以为：
其中，Δtp为计算得到的仿真步长，gp为对应的分区。
结合图9，本发明实施例还提供一种可应用于上述电子设备10的电力系统仿真装置100。其中，所述电力系统仿真装置100可以包括内部电气量计算模块110、电流向量计算模块120、戴维南参数计算模块130以及联络线电流计算模块140。
所述内部电气量计算模块110，用于针对电力系统的每一个分区，根据该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量、联络线电流以及节点导纳矩阵计算得到该分区的内部电气量。在本实施例中，所述内部电气量计算模块110可用于执行图2所示的步骤S110，关于所述内部电气量计算模块110的具体描述可以参照前文对步骤S110的描述。
所述电流向量计算模块120，用于针对每一个分区，沿该分区的时间轴步进一个对应的仿真步长，并判断该分区是否达到仿真结束时间，若达到仿真结束时间，则停止对应的计算，若未达到仿真结束时间，则根据该分区的内部电气量计算得到该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量，其中，各所述分区对应的仿真步长不同。在本实施例中，所述电流向量计算模块120可用于执行图2所示的步骤S120，关于所述电流向量计算模块120的具体描述可以参照前文对步骤S120的描述。
所述戴维南参数计算模块130，用于针对每一个分区，获取该分区在当前时刻的节点导纳矩阵，并结合该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量计算得到该分区在边界节点处的戴维南等值阻抗和戴维南等值电压。在本实施例中，所述戴维南参数计算模块130可用于执行图2所示的步骤S130，关于所述戴维南参数计算模块130的具体描述可以参照前文对步骤S130的描述。
所述联络线电流计算模块140，用于针对每一个分区，计算该分区在当前时刻的外部公共时间，并判断各分区在当前时刻下该分区的时间轴上的时间是否大于对应的外部公共时间，若大于对应的外部公共时间，则重新进行外部公共时间的计算，若小于或等于对应的外部公共时间，则根据该分区在边界节点处的戴维南等值阻抗和戴维南等值电压计算得到该分区在当前时刻的联络线电流。在本实施例中，所述联络线电流计算模块140可用于执行图2所示的步骤S140，关于所述联络线电流计算模块140的具体描述可以参照前文对步骤S140的描述。
综上所述，本发明提供的电力系统仿真方法、电力系统仿真装置100及电子设备10，可以实现对各不同仿真步长的分区之间的耦合计算，从而避免因采用现有的全电磁暂态仿真技术而存在的计算量大的问题或因采用现有的“机电-电磁”混合仿真技术而存在计算精度低的问题。
在本发明实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置和方法实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，电子设备，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种电力系统仿真方法，其特征在于，包括：
a，针对电力系统的每一个分区，根据该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量、联络线电流以及节点导纳矩阵计算得到该分区的内部电气量；
b，针对每一个分区，沿该分区的时间轴步进一个对应的仿真步长，并判断该分区是否达到仿真结束时间，若达到仿真结束时间，则停止对应的计算，若未达到仿真结束时间，则根据该分区的内部电气量计算得到该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量，其中，各所述分区对应的仿真步长不同；
c，针对每一个分区，获取该分区在当前时刻的节点导纳矩阵，并结合该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量计算得到该分区在边界节点处的戴维南等值阻抗和戴维南等值电压；
d，针对每一个分区，计算该分区在当前时刻的外部公共时间，并判断各分区在当前时刻下该分区的时间轴上的时间是否大于对应的外部公共时间，若大于对应的外部公共时间，则重新进行外部公共时间的计算，若小于或等于对应的外部公共时间，则根据该分区在边界节点处的戴维南等值阻抗和戴维南等值电压计算得到该分区在当前时刻的联络线电流；
e，获取各分区在步骤b计算得到的节点注入历史电流向量、步骤d计算得到的联络线电流以及当前时刻的节点导纳矩阵，并返回步骤a；
其中，步骤a包括：
针对电力系统的每一个分区，获取该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量、联络线电流以及节点导纳矩阵；
针对每一个分区，根据该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量、联络线电流以及节点导纳矩阵按照节点电压方程进行计算，以得到该分区在当前时刻的节点电压；
针对每一个分区的每一个元件，根据该分区在当前时刻的节点电压计算得到每一个元件的电气量，以作为该分区的内部电气量；
并且，步骤d包括：
获取各分区在当前时刻下该分区的时间轴上的时间；
针对每一个分区，在该分区以外的其它各分区的时间轴上的时间中选择一个最小值作为对应分区在当前时刻的外部公共时间。
2.根据权利要求1所述的电力系统仿真方法，其特征在于，步骤c包括：
针对每一个分区，获取该分区在当前时刻的节点导纳矩阵；
针对每一个分区，根据该分区在当前时刻的节点导纳矩阵和当前时刻的节点注入历史电流向量通过高斯消去法进行计算，以得到该分区在边界节点处的戴维南等值阻抗和戴维南等值电压。
3.根据权利要求1所述的电力系统仿真方法，其特征在于，针对每一个分区，根据该分区在边界节点处的戴维南等值阻抗和戴维南等值电压计算得到该分区在当前时刻的联络线电流的步骤包括：
针对每一个分区，将该分区以外的其它各分区在边界节点处的戴维南等值电压进行线性内插值处理，以得到对应分区在当前时刻的戴维南等值电压；
根据各分区在当前时刻的戴维南等值电压和戴维南等值阻抗生成所述电力系统在当前时刻的戴维南等值网络；
根据所述戴维南等值网络计算得到各分区在当前时刻的联络线电流。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的电力系统仿真方法，其特征在于，在执行步骤a之前，所述方法还包括：
针对电力系统的每一个分区，对该分区的时间轴、节点注入历史电流向量和联络线电流进行初始化处理。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的电力系统仿真方法，其特征在于，在执行步骤a之前，所述方法还包括：
将电力系统划分为多个分区；
计算各所述分区的仿真步长。
6.根据权利要求5所述的电力系统仿真方法，其特征在于，所述将电力系统划分为多个分区的步骤包括：
设置一积分步长，并基于该积分步长进行预设时长的电磁暂态仿真或移频分析仿真处理，以得到电力系统中各交流线路的电流时间序列；
以交流工频为基波频率对所述电流时间序列进行傅里叶变换，以得到对应的频谱，并根据该频谱计算每一条交流线路中电流的最大频率；
根据各所述最大频率分别计算得到对应交流线路的最大仿真步长；
以所述电力系统的交流母线为顶点、交流线路为边构建网络拓步连接关系图，并根据所述最大频率和所述最大仿真步长发生突变的顶点为边界将所述网络拓步连接关系图划分为多个子图，以得到多个分区。
7.一种电力系统仿真装置，其特征在于，包括：
内部电气量计算模块，用于针对电力系统的每一个分区，根据该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量、联络线电流以及节点导纳矩阵计算得到该分区的内部电气量；
电流向量计算模块，用于针对每一个分区，沿该分区的时间轴步进一个对应的仿真步长，并判断该分区是否达到仿真结束时间，若达到仿真结束时间，则停止对应的计算，若未达到仿真结束时间，则根据该分区的内部电气量计算得到该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量，其中，各所述分区对应的仿真步长不同；
戴维南参数计算模块，用于针对每一个分区，获取该分区在当前时刻的节点导纳矩阵，并结合该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量计算得到该分区在边界节点处的戴维南等值阻抗和戴维南等值电压；
联络线电流计算模块，用于针对每一个分区，计算该分区在当前时刻的外部公共时间，并判断各分区在当前时刻下该分区的时间轴上的时间是否大于对应的外部公共时间，若大于对应的外部公共时间，则重新进行外部公共时间的计算，若小于或等于对应的外部公共时间，则根据该分区在边界节点处的戴维南等值阻抗和戴维南等值电压计算得到该分区在当前时刻的联络线电流；
其中，所述内部电气量计算模块具体用于：
针对电力系统的每一个分区，获取该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量、联络线电流以及节点导纳矩阵；
针对每一个分区，根据该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量、联络线电流以及节点导纳矩阵按照节点电压方程进行计算，以得到该分区在当前时刻的节点电压；
针对每一个分区的每一个元件，根据该分区在当前时刻的节点电压计算得到每一个元件的电气量，以作为该分区的内部电气量；
并且，所述联络线电流计算模块具体用于：
获取各分区在当前时刻下该分区的时间轴上的时间；
针对每一个分区，在该分区以外的其它各分区的时间轴上的时间中选择一个最小值作为对应分区在当前时刻的外部公共时间。
8.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、存储器及电力系统仿真装置，其中，所述电力系统仿真装置包括一个或多个存储于所述存储器中并由所述处理器执行的软件功能模块，所述软件功能模块包括：
内部电气量计算模块，用于针对电力系统的每一个分区，根据该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量、联络线电流以及节点导纳矩阵计算得到该分区的内部电气量；
电流向量计算模块，用于针对每一个分区，沿该分区的时间轴步进一个对应的仿真步长，并判断该分区是否达到仿真结束时间，若达到仿真结束时间，则停止对应的计算，若未达到仿真结束时间，则根据该分区的内部电气量计算得到该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量，其中，各所述分区对应的仿真步长不同；
戴维南参数计算模块，用于针对每一个分区，获取该分区在当前时刻的节点导纳矩阵，并结合该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量计算得到该分区在边界节点处的戴维南等值阻抗和戴维南等值电压；
联络线电流计算模块，用于针对每一个分区，计算该分区在当前时刻的外部公共时间，并判断各分区在当前时刻下该分区的时间轴上的时间是否大于对应的外部公共时间，若大于对应的外部公共时间，则重新进行外部公共时间的计算，若小于或等于对应的外部公共时间，则根据该分区在边界节点处的戴维南等值阻抗和戴维南等值电压计算得到该分区在当前时刻的联络线电流；
其中，所述内部电气量计算模块具体用于：
针对电力系统的每一个分区，获取该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量、联络线电流以及节点导纳矩阵；
针对每一个分区，根据该分区在当前时刻的节点注入历史电流向量、联络线电流以及节点导纳矩阵按照节点电压方程进行计算，以得到该分区在当前时刻的节点电压；
针对每一个分区的每一个元件，根据该分区在当前时刻的节点电压计算得到每一个元件的电气量，以作为该分区的内部电气量；
并且，所述联络线电流计算模块具体用于：
获取各分区在当前时刻下该分区的时间轴上的时间；
针对每一个分区，在该分区以外的其它各分区的时间轴上的时间中选择一个最小值作为对应分区在当前时刻的外部公共时间。
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