CN109245151B - 一种面向大规模分布式发电的仿真方法及装置 - Google Patents

一种面向大规模分布式发电的仿真方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种面向大规模分布式发电的仿真方法及装置，所述方法包括将分布式发电仿真系统解耦为物理仿真系统和控制信息仿真系统；分别利用独立的CPU对物理仿真系统和控制信息仿真系统进行仿真。本发明提供的技术方案，减弱了由于解耦后的物理仿真系统和控制信息仿真系统进行通信时产生的时延造成的数值振荡，充分发挥了CPU并行计算的性能，加快了仿真速度，为大规模有源配电网仿真提供技术支撑。

Description

一种面向大规模分布式发电的仿真方法及装置
技术领域
本发明涉及配电网暂态仿真技术领域，具体涉及一种面向大规模分布式发电的仿真方法及装置。
背景技术
分布式发电及其系统集成技术研究应用进展快速，作为集中式发电的有效补充，分布式发电技术有重要作用。然而，大规模多种类分布式电源的并网运行必将对配网系统的动态特性、电能质量、电压与频率调节以及保护等方面产生诸多影响。详细了解各种分布式电源在系统不同运行方式及运行状态下的动态响应特性有重要意义，而分布式发电系统是多环节相互耦合的强非线性动力学系统，其动态特性是各元件在各个时间尺度上动态特性的叠加，这为分布式发电微网系统动态特性的分析带来了较大困难。分布式发电系统不仅包含传统的一次系统电力系统，随着配电网自动化有源化发展，还包含二次控制信息系统，控制一次侧出力频率调控等。然而，关于控制信息系统的仿真存在以下问题1)由于控制信息系统具有复杂的动态过程，难以对其实现统一建模和一体化仿真；2)将已有的仿真工具联合使用，造成数据传递、同步和协调上的困难。
暂态仿真是了解分布式发电微网系统中快动态过程的重要手段，也是揭示系统中各种暂态相关问题的基础，具有十分重要的理论意义与工程应用价值。然而对于分布式发电系统暂态仿真而言，计算速度是需要考虑的一个重要问题。一方面，分布式发电微网系统的时间尺度跨度大，为了保证仿真结果的精度及算法的数值稳定性，通常限制系统中快动态过程的时间常数确定仿真步长的上限，此时全面反映系统在各个时间尺度下动态过程的全部特征可能会导致难以忍受的计算时间；另一方面，分布式电源种类的多样性、控制信息系统的复杂性等因素也使得分布式发电系统计算求解的复杂程度堪比大电网。
发明内容
本发明提供一种面向大规模分布式发电的仿真方法及装置，其目的是为了更快速准确的了解大规模分布式发电的内部动态特性以及外部电网产生的影响，减弱由于解耦后的物理仿真系统和控制信息仿真系统进行通信时产生的时延造成的数值振荡，采用将分布式发电仿真系统解耦为物理仿真系统和控制信息仿真系统，分别利用独立的CPU对物理仿真系统和控制信息仿真系统进行仿真，加快了仿真速度，保证仿真精度抑制数值振荡，为大规模有源配电网仿真提供技术支撑。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种面向大规模分布式发电的仿真方法，其改进之处在于，所述方法包括：
将分布式发电仿真系统解耦为物理仿真系统和控制信息仿真系统；
分别利用独立的CPU对物理仿真系统和控制信息仿真系统进行仿真。
优选的，所述将分布式发电仿真系统解耦为物理仿真系统和控制信息仿真系统，包括：
利用分布参数模型对分布式发电仿真系统进行解耦，获取分布式发电系统中物理仿真系统和控制信息仿真系统。
优选的，所述分别利用独立的CPU对物理仿真系统和控制信息仿真系统进行仿真，包括：
a.设置计算仿真时间t＝0，步长序数n＝0，仿真步长Δt和仿真终了时刻；
b.分别利用独立的CPU对物理仿真系统和控制信息仿真系统进行一个仿真步长的仿真，判断仿真时间是否达到仿真终了时刻，若是，输出仿真结果，否则执行步骤c；
c.t＝t+Δt，n＝n+1，判断n是否小于3，若是，则返回步骤b，否则执行步骤d；
d.预测下一个仿真步长的物理仿真系统的输出值，并对其进行校正；
e.将校正后的物理仿真系统的输出值作为控制信息仿真系统的输入值，返回步骤b。
进一步的，按下式预测第n+1个仿真步长的物理仿真系统的输出值：
Figure BDA0001784586940000021
上式中，f(n+1)为预测的第n+1个仿真步长的物理仿真系统的输出值，f(n)为的第n个步长的物理仿真系统的输出值，f(n-1)为的第n-1个步长的物理仿真系统的输出值，f(n-2)为的第n-2个步长的物理仿真系统的输出值，f(n-3)为的第n-3个步长的物理仿真系统的输出值。
进一步的，按下式确定校正的第n+1个步长的物理仿真系统的输出值：
Figure BDA0001784586940000022
上式中，fc(n+1)为校正后的第n+1个步长的物理仿真系统的输出值，f(n)为的第n个步长的物理仿真系统的输出值，f(n-1)为的第n-1个步长的物理仿真系统的输出值，f(n-2)为的第n-2个步长的物理仿真系统的输出值。
一种面向大规模分布式发电的仿真装置，其改进之处在于，所述装置包括：
解耦单元，用于将分布式发电仿真系统解耦为物理仿真系统和控制信息仿真系统；
仿真单元，用于分别利用独立的CPU对物理仿真系统和控制信息仿真系统进行仿真。
优选的，所述解耦单元，用于：
利用分布参数模型对分布式发电仿真系统进行解耦，获取分布式发电系统中物理仿真系统和控制信息仿真系统。
优选的，所述仿真单元，包括：
初始化模块，用于设置计算仿真时间t＝0，步长序数n＝0，仿真步长Δt和仿真终了时刻；
仿真模块，用于分别利用独立的CPU对物理仿真系统和控制信息仿真系统进行一个仿真步长的仿真，判断仿真时间是否达到仿真终了时刻，若是，输出仿真结果，否则执行判断模块；
判断模块，用于t＝t+Δt，n＝n+1，判断n是否小于3，若是，则返回仿真模块，否则执行预测模块；
预测模块，用于预测下一个仿真步长的物理仿真系统的输出值，并对其进行校正；
确定模块，用于将校正后的物理仿真系统的输出值作为控制信息仿真系统的输入值，返回仿真模块。
进一步的，按下式预测第n+1个仿真步长的物理仿真系统的输出值：
Figure BDA0001784586940000031
上式中，f(n+1)为预测的第n+1个仿真步长的物理仿真系统的输出值，f(n)为的第n个步长的物理仿真系统的输出值，f(n-1)为的第n-1个步长的物理仿真系统的输出值，f(n-2)为的第n-2个步长的物理仿真系统的输出值，f(n-3)为的第n-3个步长的物理仿真系统的输出值。
进一步的，按下式确定校正的第n+1个步长的物理仿真系统的输出值：
Figure BDA0001784586940000032
上式中，fc(n+1)为校正后的第n+1个仿真步长的物理仿真系统的输出值，f(n)为的第n个步长的物理仿真系统的输出值，f(n-1)为的第n-1个步长的物理仿真系统的输出值，f(n-2)为的第n-2个步长的物理仿真系统的输出值。
本发明的有益效果：
本发明提供的技术方案，通过将分布式发电仿真系统解耦为物理仿真系统和控制信息仿真系统，分别利用独立的CPU对物理仿真系统和控制信息仿真系统进行仿真，不仅充分发挥并行计算的性能，加快了仿真速度，还充分利用多核心处理器计算机的计算资源，为大规模有源配电网仿真提供技术支撑，保证了仿真精度抑制数值振荡。
附图说明
图1是本发明一种面向大规模分布式发电的仿真方法的流程图；
图2是本发明一种面向大规模分布式发电的仿真装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种面向大规模分布式发电的仿真方法，如图1所示，包括：
101.将分布式发电仿真系统解耦为物理仿真系统和控制信息仿真系统；
102.分别利用独立的CPU对物理仿真系统和控制信息仿真系统进行仿真。
其中，所述独立的CPU的数量为所述分布式发电仿真系统数量的2倍。
进一步的，所述步骤101，包括：
利用分布参数模型对分布式发电仿真系统进行解耦，获取分布式发电系统中物理仿真系统和控制信息仿真系统。例如，利用分布式发电仿真系统中的传输线的分布参数特性所组成的电路连接物理仿真系统、控制信息仿真系统和配电网架，便可解耦分布式发电系统的物理仿真系统与控制信息仿真系统的直接联系，解耦后的物理仿真系统与控制信息仿真系统之间进行通信有一定时延；
其中，所述传输线的分布参数特性由传输线的单位线长的分布电感、分布电容、分布电阻和分布电导来描述。
进一步的，在将分布式发电仿真系统解耦为物理仿真系统和控制信息仿真系统之后，所述步骤102，包括：
a.设置计算仿真时间t＝0，步长序数n＝0，仿真步长Δt和仿真终了时刻；
b.分别利用独立的CPU对物理仿真系统和控制信息仿真系统进行一个仿真步长的仿真，判断仿真时间是否达到仿真终了时刻，若是，输出仿真结果，否则执行步骤c；
c.t＝t+Δt，n＝n+1，判断n是否小于3，若是，则返回步骤b，否则执行步骤d；
d.预测下一个仿真步长的物理仿真系统的输出值，并对其进行校正；
e.将校正后的物理仿真系统的输出值作为控制信息仿真系统的输入值，返回步骤b。
具体的，按下式预测第n+1个仿真步长的物理仿真系统的输出值：
Figure BDA0001784586940000051
上式中，f(n+1)为预测的第n+1个仿真步长的物理仿真系统的输出值，f(n)为的第n个步长的物理仿真系统的输出值，f(n-1)为的第n-1个步长的物理仿真系统的输出值，f(n-2)为的第n-2个步长的物理仿真系统的输出值，f(n-3)为的第n-3个步长的物理仿真系统的输出值。
具体的，按下式确定校正的第n+1个步长的物理仿真系统的输出值：
Figure BDA0001784586940000052
上式中，fc(n+1)为校正后的第n+1个步长的物理仿真系统的输出值，f(n)为的第n个步长的物理仿真系统的输出值，f(n-1)为的第n-1个步长的物理仿真系统的输出值，f(n-2)为的第n-2个步长的物理仿真系统的输出值。
本发明还提供一种面向大规模分布式发电的仿真装置，如图2所示，所述装置包括：
解耦单元，用于将分布式发电仿真系统解耦为物理仿真系统和控制信息仿真系统；
仿真单元，用于分别利用独立的CPU对物理仿真系统和控制信息仿真系统进行仿真。
其中，所述独立的CPU的数量为所述分布式发电仿真系统数量的2倍。
进一步的，所述解耦单元，用于利用分布参数模型对分布式发电仿真系统进行解耦，获取分布式发电系统中物理仿真系统和控制信息仿真系统。
进一步的，所述仿真单元，包括：
初始化模块，用于设置计算仿真时间t＝0，步长序数n＝0，仿真步长Δt和仿真终了时刻；
仿真模块，用于分别利用独立的CPU对物理仿真系统和控制信息仿真系统进行一个仿真步长的仿真，判断仿真时间是否达到仿真终了时刻，若是，输出仿真结果，否则执行判断模块；
判断模块，用于t＝t+Δt，n＝n+1，判断n是否小于3，若是，则返回仿真模块，否则执行预测模块；
预测模块，用于预测下一个仿真步长的物理仿真系统的输出值，并对其进行校正；
确定模块，用于将校正后的物理仿真系统的输出值作为控制信息仿真系统的输入值，返回步骤仿真模块。
具体的，所述预测模块，用于按下式预测第n+1个仿真步长的物理仿真系统的输出值：
Figure BDA0001784586940000061
上式中，f(n+1)为预测的第n+1个仿真步长的物理仿真系统的输出值，f(n)为的第n个步长的物理仿真系统的输出值，f(n-1)为的第n-1个步长的物理仿真系统的输出值，f(n-2)为的第n-2个步长的物理仿真系统的输出值，f(n-3)为的第n-3个步长的物理仿真系统的输出值。
按下式确定校正的第n+1个步长的物理仿真系统的输出值：
Figure BDA0001784586940000062
上式中，fc(n+1)为校正后的第n+1个步长的物理仿真系统的输出值，f(n)为的第n个步长的物理仿真系统的输出值，f(n-1)为的第n-1个步长的物理仿真系统的输出值，f(n-2)为的第n-2个步长的物理仿真系统的输出值。
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发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种面向大规模分布式发电的仿真方法，其特征在于，所述方法包括：
将分布式发电仿真系统解耦为物理仿真系统和控制信息仿真系统；
分别利用独立的CPU对物理仿真系统和控制信息仿真系统进行仿真；
所述将分布式发电仿真系统解耦为物理仿真系统和控制信息仿真系统，包括：
利用分布参数模型对分布式发电仿真系统进行解耦，获取分布式发电系统中物理仿真系统和控制信息仿真系统；
所述分别利用独立的CPU对物理仿真系统和控制信息仿真系统进行仿真，包括：
a.设置计算仿真时间t＝0，步长序数n＝0，仿真步长Δt和仿真终了时刻；
b.分别利用独立的CPU对物理仿真系统和控制信息仿真系统进行一个仿真步长的仿真，判断仿真时间是否达到仿真终了时刻，若是，输出仿真结果，否则执行步骤c；
c.t＝t+Δt，n＝n+1，判断n是否小于3，若是，则返回步骤b，否则执行步骤d；
d.预测下一个仿真步长的物理仿真系统的输出值，并对其进行校正；
e.将校正后的物理仿真系统的输出值作为控制信息仿真系统的输入值，返回步骤b。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，按下式预测第n+1个仿真步长的物理仿真系统的输出值：
Figure FDA0003647163590000011
上式中，f(n+1)为预测的第n+1个仿真步长的物理仿真系统的输出值，f(n)为第n个步长的物理仿真系统的输出值，f(n-1)为第n-1个步长的物理仿真系统的输出值，f(n-2)为第n-2个步长的物理仿真系统的输出值，f(n-3)为第n-3个步长的物理仿真系统的输出值。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，按下式确定校正的第n+1个步长的物理仿真系统的输出值：
Figure FDA0003647163590000012
上式中，fc(n+1)为校正后的第n+1个仿真步长的物理仿真系统的输出值，f(n)为第n个步长的物理仿真系统的输出值，f(n-1)为第n-1个步长的物理仿真系统的输出值，f(n-2)为第n-2个步长的物理仿真系统的输出值。
4.一种面向大规模分布式发电的仿真装置，其特征在于，所述装置包括：
解耦单元，用于将分布式发电仿真系统解耦为物理仿真系统和控制信息仿真系统；
仿真单元，用于分别利用独立的CPU对物理仿真系统和控制信息仿真系统进行仿真；
所述解耦单元，用于：
利用分布参数模型对分布式发电仿真系统进行解耦，获取分布式发电系统中物理仿真系统和控制信息仿真系统；
所述仿真单元，包括：
初始化模块，用于设置计算仿真时间t＝0，步长序数n＝0，仿真步长Δt和仿真终了时刻；
仿真模块，用于分别利用独立的CPU对物理仿真系统和控制信息仿真系统进行一个仿真步长的仿真，判断仿真时间是否达到仿真终了时刻，若是，输出仿真结果，否则执行判断模块；
判断模块，用于t＝t+Δt，n＝n+1，判断n是否小于3，若是，则返回仿真模块，否则执行预测模块；
预测模块，用于预测下一个仿真步长的物理仿真系统的输出值，并对其进行校正；
确定模块，用于将校正后的物理仿真系统的输出值作为控制信息仿真系统的输入值，返回仿真模块。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，按下式预测第n+1个仿真步长的物理仿真系统的输出值：
Figure FDA0003647163590000021
上式中，f(n+1)为预测的第n+1个仿真步长的物理仿真系统的输出值，f(n)为第n个步长的物理仿真系统的输出值，f(n-1)为第n-1个步长的物理仿真系统的输出值，f(n-2)为第n-2个步长的物理仿真系统的输出值，f(n-3)为第n-3个步长的物理仿真系统的输出值。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，按下式确定校正的第n+1个步长的物理仿真系统的输出值：
Figure FDA0003647163590000031
上式中，fc(n+1)为校正后的第n+1个仿真步长的物理仿真系统的输出值，f(n)为第n个步长的物理仿真系统的输出值，f(n-1)为第n-1个步长的物理仿真系统的输出值，f(n-2)为第n-2个步长的物理仿真系统的输出值。
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