CN109657332A - 一种大规模电网电磁暂态自动建模的分网解耦方法及系统 - Google Patents

一种大规模电网电磁暂态自动建模的分网解耦方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种大规模电网电磁暂态自动建模的分网解耦方法及系统，属于大规模电网技术领域。本发明方法包括：确定类型选择规则，对交流线路电磁暂态建模类型进行自动设定；列出目标电网的所有交流线路信息，并提供类型选择菜单；根据目标电网结构选择适当位置的输电线路作为解耦元件，并在交流线路列表中对相应输电线路的类型进行修改，以实现电网解耦；根据自动设定的线路类型和使用者修改的线路类型，自动生成线路元件电磁暂态模型。本发明通过解耦线路模型的自动生成，消除了人工修改电磁暂态模型的工作，大大提高了电磁暂态仿真研究的工作效率。

Description

一种大规模电网电磁暂态自动建模的分网解耦方法及系统
技术领域
本发明涉及大规模电网技术领域，并且更具体地，涉及一种大规模电网电磁暂态自动建模的分网解耦方法及系统。
背景技术
随着我国经济社会的迅速发展进步，能源安全、气候变化、可持续发展已经成为我国经济社会发展的重大战略问题。为了适应经济社会发展，近年来国家电网公司持续推动特高压电网的快速发展，从而国家电网主网架呈现出交直流混联的显著特征。
电磁暂态仿真是一种对交直流电网运行特性仿真较为准确的技术手段，但对于大规模交直流电网的电磁暂态仿真，其仿真模型搭建是一项艰巨的任务。传统的人工手动建模的方式，耗用人员多、时间长，流程繁琐，工作量大，且容易出错。对于通常的一个区域电网仿真项目，建模工作约占整个项目工作量的60％～80％，极大的影响了电磁暂态仿真研究的仿真规模和效率。为了提高电磁暂态仿真分析的工作效率，开发一种自动建模工具成为一种必然，通过自动建模工具可以实现将机电暂态电网数据自动生成为对应的电磁暂态模型，极大提高电磁暂态仿真研究的规模和效率。
受仿真算法限制，电磁暂态仿真耗用计算资源多，因此在大规模电网的电磁暂态仿真研究中必须进行电网解耦操作，以实现仿真计算的并行，来提高仿真计算效率。所谓电网解耦指的是通过具备解耦功能的电网元件将大电网拆分为多个可以并行计算的任务，任务之间通过实时的信号交互实现联合仿真。通常的具备解耦功能的电网元件包括采用分布参数模型的输电线路元件以及电磁暂态程序中所开发的特定解耦元件。
使用者根据目标电网拓扑结构提出适当的解耦方案，即选择适当位置的输电线路采用分布参数模型进行建模或采用电磁暂态程序中所开发的特定解耦元件进行建模，以实现电网解耦。使用者所提出的解耦方案是否适当，需要反复通过实时仿真校核与修正。这种手动修改解耦元件类型和参数的操作，既繁琐又容易出错；并且当采用自动建模方法进行电磁暂态建模时，每自动生成一次电磁暂态模型，就需要使用者重新按照解耦方案修正一次电网模型，大大增加了使用者的重复工作。
发明内容
针对上述问题本发明提出了一种大规模电网电磁暂态自动建模的分网解耦方法，本发明方法包括：
确定类型选择规则，对交流线路电磁暂态建模类型进行自动设定；
列出目标电网的所有交流线路信息，并提供类型选择菜单；
根据目标电网结构选择适当位置的输电线路作为解耦元件，并在交流线路列表中对相应输电线路的类型进行修改，以实现电网解耦；
根据自动设定的线路类型和使用者修改的线路类型，自动生成相应的线路元件电磁暂态模型。
可选的，确定类型选择规则，对交流线路电磁暂态建模类型进行自动设定，包括：
读取目标大规模电网中交流线路的机电暂态参数，获取输电线路长度l，正序和零序单位长度电感值L1、L0，正序和零序单位长度电容值C1和C0信息；
根据公式1 Tline1＝l*SQRT(L1*C1)，Tline0＝l*SQRT(L0*C0)，计算交流线路中电气信号的传输时间Tline1和Tline0；
将交流线路中电气信号的传输时间Tline1和Tline0和电磁暂态仿真步长Tstep进行比较：
可选的，将交流线路中电气信号的传输时间Tline1和Tline0和电磁暂态仿真步长Tstep进行比较，包括：
当Tline1≥Tstep且Tline0≥Tstep时，将交流线路类型选择为贝杰隆分布参数模型；
当Tline1<Tstep或Tline0<Tstep时，且正负序单位长度电容值C1和C0均不为0时，将交流线路类型选择为π型集中参数模型；
当Tline1<Tstep或Tline0<Tstep时，且正负序单位长度电容值C1或C0为0时，将交流线路类型选择为“阻抗元件”。
可选的，列出目标电网的所有交流线路信息，并提供类型选择菜单，包括：
读取目标大规模电网机电暂态数据，列出数据中交流线路信息，所述交流线路信息，包括：交流线路两侧母线名称、交流线路两侧母线基准电压和线路长度信息，以供使用者定位所需线路；
对每条交流线路提供类型选择菜单，所述选择菜单，包括：贝杰隆分布参数模型、π型集中参数模型、阻抗元件和特定解耦元件。
可选的，根据目标电网结构选择适当位置的输电线路作为解耦元件，并在交流线路列表中对相应输电线路的类型进行修改，以实现电网解耦，具体包括：
根据运行电磁暂态仿真软件的计算机仿真能力确定需要划分的每个电网任务的规模，每个电网任务的计算时间按照不超过仿真步长的60％；
根据确定的电网任务规模，根据目标电网结构选择适当位置的输电线路作为解耦元件，所述适当位置是目标线路长度不要过短，通常要求不短于10km，电网任务划分均匀合理；
查找选择的用于解耦的输电线路，如果该线路类型为“贝杰隆分布参数模型”，则保持不变；如果该线路类型为“π型集中参数模型”和“阻抗元件”，则将其修改为“特定解耦元件”，许将“贝杰隆分布参数模型”改为“π型集中参数模型”。
可选的，方法还包括：根据自动设定的线路类型和使用者修改的线路类型，选择对应的电磁暂态元件模型，获取对应的电磁暂态元件模型参数，计算对应的电磁暂态元件模型参数；
所述电磁暂态元件模型，包括：“贝杰隆分布参数模型”、“π型集中参数模型”、“阻抗元件”和“特定解耦元件”；
“贝杰隆分布参数模型”：需要的参数包括：母线基准电压、基准频率、基准功率、输电线路长度、正序单位长度电阻值、零序单位长度电阻值、正序单位长度电感值、零序单位长度电感值、正序单位长度电容值和零序单位长度电容值；
“π型集中参数模型”：需要的参数包括：母线基准电压、基准频率、基准功率、输电线路长度、正序单位长度电阻值、零序单位长度电阻值、正序单位长度电感值、零序单位长度电感值、正序单位长度电容值和零序单位长度电容值；
“阻抗元件”：需要的参数包括：母线基准电压、基准频率、基准功率、正序总电阻值、零序总电阻值、正序总电感值和零序总电感值；
“特定解耦元件”：需要的参数包括：母线基准电压、基准频率、基准功率、正序总电阻值、零序总电阻值、正序总电感值和零序总电感值；
在对应电磁暂态元件模型填写相应参数，完成目标交流线路电磁暂态元件模型的建模。
本发明还提出了一种大规模电网电磁暂态自动建模的分网解耦系统，系统包括：
设定模块，确定类型选择规则，对交流线路电磁暂态建模类型进行自动设定；
信息模块，列出目标电网的所有交流线路信息，并提供类型选择菜单；
解耦模块，根据目标电网结构选择适当位置的输电线路作为解耦元件，并在交流线路列表中对相应输电线路的类型进行修改，以实现电网解耦；
可选的，系统还包括：生成模型模块，根据自动设定的线路类型和使用者修改的线路类型，自动生成线路元件电磁暂态模型。
本发明通过解耦线路模型的自动生成，消除了人工修改电磁暂态模型的工作，大大提高了电磁暂态仿真研究的工作效率。
附图说明
图1为大规模电网电磁暂态自动建模的分网解耦方法流程图；
图2为大规模电网电磁暂态自动建模的分网解耦方法线路类型自动选择的流程图；
图3为大规模电网电磁暂态自动建模的分网解耦系统结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
本发明提供了一种大规模电网电磁暂态自动建模的分网解耦方法，如图1所示，包括：
确定类型选择规则，对交流线路电磁暂态建模类型进行自动设定，包括：
线路类型自动选择流程如图2所示，读取目标大规模电网中交流线路的机电暂态参数，获取输电线路长度l，正序和零序单位长度电感值L1、L0，正序和零序单位长度电容值C1和C0信息；
根据公式1 Tline1＝l*SQRT(L1*C1)，Tline0＝l*SQRT(L0*C0)，计算交流线路中电气信号的传输时间Tline1和Tline0；
将交流线路中电气信号的传输时间Tline1和Tline0和电磁暂态仿真步长Tstep进行比较，其中，将交流线路中电气信号的传输时间Tline1和Tline0和电磁暂态仿真步长Tstep进行比较，包括：
当Tline1≥Tstep且Tline0≥Tstep时，将交流线路类型选择为贝杰隆分布参数模型；
当Tline1<Tstep或Tline0<Tstep时，且正负序单位长度电容值C1和C0均不为0时，将交流线路类型选择为π型集中参数模型；
当Tline1<Tstep或Tline0<Tstep时，且正负序单位长度电容值C1或C0为0时，将交流线路类型选择为“阻抗元件”。
列出目标电网的所有交流线路信息，并提供类型选择菜单，具体流程包括：
读取目标大规模电网机电暂态数据，列出数据中交流线路信息，所述交流线路信息，包括：交流线路两侧母线名称、交流线路两侧母线基准电压和线路长度信息，以供使用者定位所需线路；
对每条交流线路提供类型选择菜单，所述选择菜单，包括：贝杰隆分布参数模型、π型集中参数模型、阻抗元件和特定解耦元件。
根据目标电网结构选择适当位置的输电线路作为解耦元件，并在交流线路列表中对相应输电线路的类型进行修改，以实现电网解耦，具体包括：
根据运行电磁暂态仿真软件的计算机仿真能力确定需要划分的每个电网任务的规模，每个电网任务的计算时间按照不超过仿真步长的60％；
根据确定的电网任务规模，根据目标电网结构选择适当位置的输电线路作为解耦元件，所述适当位置是目标线路长度不要过短，通常要求不短于10km，电网任务划分均匀合理；
查找选择的用于解耦的输电线路，如果该线路类型为“贝杰隆分布参数模型”，则保持不变；如果该线路类型为“π型集中参数模型”和“阻抗元件”，则将其修改为“特定解耦元件”；
允许将“贝杰隆分布参数模型”改为“π型集中参数模型”。
根据自动设定的线路类型和使用者修改的线路类型，自动生成相应的线路元件电磁暂态模型，具体包括：读取目标交流线路的机电暂态参数，计算对应的电磁暂态元件模型参数；
“贝杰隆分布参数模型”：需要的参数包括：母线基准电压、基准频率、基准功率、输电线路长度、正序单位长度电阻值、零序单位长度电阻值、正序单位长度电感值、零序单位长度电感值、正序单位长度电容值和零序单位长度电容值；
“π型集中参数模型”：需要的参数包括：母线基准电压、基准频率、基准功率、输电线路长度、正序单位长度电阻值、零序单位长度电阻值、正序单位长度电感值、零序单位长度电感值、正序单位长度电容值和零序单位长度电容值；
“阻抗元件”：需要的参数包括：母线基准电压、基准频率、基准功率、正序总电阻值、零序总电阻值、正序总电感值和零序总电感值；
“特定解耦元件”：需要的参数包括：母线基准电压、基准频率、基准功率、正序总电阻值、零序总电阻值、正序总电感值和零序总电感值；
在对应电磁暂态元件模型填写相应参数，完成目标交流线路电磁暂态元件模型的建模。
本发明还提供了一种大规模电网电磁暂态自动建模的分网解耦系统200，系统200，如图3所示，包括：
设定模块201，确定类型选择规则，对交流线路电磁暂态建模类型进行自动设定；
信息模块202，列出目标电网的所有交流线路信息，并提供类型选择菜单；
解耦模块203，根据目标电网结构选择适当位置的输电线路作为解耦元件，并在交流线路列表中对相应输电线路的类型进行修改，以实现电网解耦；
生成模型模块204，根据自动设定的线路类型和使用者修改的线路类型，自动生成线路元件电磁暂态模型。
本发明通过解耦线路模型的自动生成，消除了人工修改电磁暂态模型的工作，大大提高了电磁暂态仿真研究的工作效率。

Claims (8)

1.一种大规模电网电磁暂态自动建模的分网解耦方法，所述方法包括：
确定类型选择规则，对交流线路电磁暂态建模类型进行自动设定；
列出目标电网的所有交流线路信息，并提供类型选择菜单；
根据目标电网结构选择适当位置的输电线路作为解耦元件，并在交流线路列表中对相应输电线路的类型进行修改，以实现电网解耦。
2.根据权利要求1所述的方法，所述的确定类型选择规则，对交流线路电磁暂态建模类型进行自动设定，包括：
读取目标大规模电网中交流线路的机电暂态参数，获取输电线路长度l，正序和零序单位长度电感值L1、L0，正序和零序单位长度电容值C1和C0信息；
根据公式1 Tline1＝l*SQRT(L1*C1)，Tline0＝l*SQRT(L0*C0)，计算交流线路中电气信号的传输时间Tline1和Tline0；
将交流线路中电气信号的传输时间Tline1和Tline0和电磁暂态仿真步长Tstep进行比较。
3.根据权利要求1所述的方法，所述的将交流线路中电气信号的传输时间Tline1和Tline0和电磁暂态仿真步长Tstep进行比较，包括：
当Tline1≥Tstep且Tline0≥Tstep时，将交流线路类型选择为贝杰隆分布参数模型；
当Tline 1<Tstep或Tline0<Tstep时，且正负序单位长度电容值C1和C0均不为0时，将交流线路类型选择为π型集中参数模型；
当Tline1<Tstep或Tline0<Tstep时，且正负序单位长度电容值C1或C0为0时，将交流线路类型选择为“阻抗元件”。
4.根据权利要求3所述的方法，所述的列出目标电网的所有交流线路信息，并提供类型选择菜单，包括：
读取目标大规模电网机电暂态数据，列出数据中交流线路信息，所述交流线路信息，包括：交流线路两侧母线名称、交流线路两侧母线基准电压和线路长度信息，以供使用者定位所需线路；
对每条交流线路提供类型选择菜单，所述选择菜单，包括：贝杰隆分布参数模型、π型集中参数模型、阻抗元件和特定解耦元件。
5.根据权利要求3所述的方法，所述的根据目标电网结构选择适当位置的输电线路作为解耦元件，并在交流线路列表中对相应输电线路的类型进行修改，以实现电网解耦，具体包括：
根据运行电磁暂态仿真软件的计算机仿真能力确定需要划分的每个电网任务的规模，每个电网任务的计算时间按照不超过仿真步长的60％；
根据确定的电网任务规模，根据目标电网结构选择适当位置的输电线路作为解耦元件，所述适当位置是目标线路长度不要过短，要求不短于10km，电网任务划分均匀合理；
查找选择的用于解耦的输电线路，如果该线路类型为“贝杰隆分布参数模型”，则保持不变；如果该线路类型为“π型集中参数模型”和“阻抗元件”，则将其修改为“特定解耦元件”，将“贝杰隆分布参数模型”改为“π型集中参数模型”。
6.根据权利要求1所述的方法，所述的方法还包括：根据自动设定的线路类型和使用者修改的线路类型，选择对应的电磁暂态元件模型，获取对应的电磁暂态元件模型参数，计算对应的电磁暂态元件模型参数；
所述电磁暂态元件模型，包括：“贝杰隆分布参数模型”、“π型集中参数模型”、“阻抗元件”和“特定解耦元件”；
所述“贝杰隆分布参数模型”：需要的参数包括：母线基准电压、基准频率、基准功率、输电线路长度、正序单位长度电阻值、零序单位长度电阻值、正序单位长度电感值、零序单位长度电感值、正序单位长度电容值和零序单位长度电容值；
所述“π型集中参数模型”：需要的参数包括：母线基准电压、基准频率、基准功率、输电线路长度、正序单位长度电阻值、零序单位长度电阻值、正序单位长度电感值、零序单位长度电感值、正序单位长度电容值和零序单位长度电容值；
所述“阻抗元件”：需要的参数包括：母线基准电压、基准频率、基准功率、正序总电阻值、零序总电阻值、正序总电感值和零序总电感值；
所述“特定解耦元件”：需要的参数包括：母线基准电压、基准频率、基准功率、正序总电阻值、零序总电阻值、正序总电感值和零序总电感值；
在对应电磁暂态元件模型填写相应参数，完成目标交流线路电磁暂态元件模型的建模。
7.一种大规模电网电磁暂态自动建模的分网解耦系统，所述系统包括：
设定模块，确定类型选择规则，对交流线路电磁暂态建模类型进行自动设定；
信息模块，列出目标电网的所有交流线路信息，并提供类型选择菜单；
解耦模块，根据目标电网结构选择适当位置的输电线路作为解耦元件，并在交流线路列表中对相应输电线路的类型进行修改，以实现电网解耦。
8.根据权利要求7所述的系统，所述的系统还包括：
生成模型模块，根据自动设定的线路类型和使用者修改的线路类型，自动生成线路元件电磁暂态模型。
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