CN109766584B - 一种自定义式发电机控制器电磁暂态自动建模方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自定义式发电机控制器电磁暂态自动建模方法及系统，属于大规模电网技术领域。本发明方法包括：确定发电机控制器自定义模板嵌入三层框架式结构；定义控制器分子系统之间和控制器分子系统与总子系统之间的接口协议；所述发电机控制器自定义模板的生成具体包括：读取机电暂态数据中的控制器类型标识，确定控制器识别规则，所述的控制器识别规则，可以添加、删除和修改控制器类型；针对控制器类型确定传递函数参数的读取规则，可以添加、删除和修改读取规则；针对控制器类型确定读取的传递函数参数在电磁暂态模型中的转换规则，可以增加、删除和修改转换规则。本发明可以应用为大规模电网电磁暂态自动建模方法的一个重要组成部分。

Description

一种自定义式发电机控制器电磁暂态自动建模方法及系统

技术领域

本发明涉及大规模电网技术领域，并且更具体地，涉及一种自定义式发电机控制器电磁暂态自动建模方法及系统。

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％，其中发电机及其控制器建模是其中极为重要的一项工作。

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，而其中发电机及其控制器的自动建模是其重点及难点之一。现在已有发电机各类控制器按统计约有几十近上百种，而随着电网发展和新技术的不断涌现，发电机及其控制器不会一成不变，必将随着电网发展和新技术的涌现不断更新与发展。

发明内容

针对上述问题本发明提出了一种自定义式发电机控制器电磁暂态自动建模方法，本发明方法包括：

确定发电机控制器自定义模板嵌入三层框架式结构；

定义控制器分子系统之间和控制器分子系统与总子系统之间的接口协议；

所述发电机控制器自定义模板的生成具体包括：

读取机电暂态数据中的控制器类型标识，确定控制器识别规则，

针对控制器类型确定传递函数参数的读取规则，

针对控制器类型确定读取的传递函数参数在电磁暂态模型中的转换规则。

可选的，三层框架式结构将发电机控制器控制逻辑封装在分子系统，嵌入式插入控制器总子系统层中，分子系统通过总子系统层的连接协议控制器分子系统之间、控制器分子系统与总子系统之间的连接，控制器总子系统在分子系统通过固定的接口管脚与发电机元件的连接。

可选的，三层框架式结构包括：

发电机连接层：定义发电机元件与控制器总子系统的连接；

控制器总子系统层：定义励磁控制器AVR、电力系统稳定器PSS、调速器GOV和原动机模型Tubine四类分子系统之间以及与总子系统之间的连接关系，所述连接采用协议匹配的方式；

控制器分子系统层：确定励磁控制器AVR、电力系统稳定器PSS、调速器GOV和原动机模型Tubine分子系统的控制逻辑。

可选的，接口协议，包括：分子系统的命名规范和分子系统中管脚的命名规范。

可选的，分子系统的命名规范，将发电机控制器分为励磁控制器、电力系统稳定器、调速器以及原动机多个类别，对每个类别分别命名。

可选的，分子系统中管脚的命名规范，以分子系统的类别和信号名称组合的形式对分子系统中管脚进行命名。

可选的，控制器类型包括：励磁控制器、电力系统稳定器、调速器和原动机。

可选的，传递函数包括：控制器参数位置、控制器数据格式和控制器默认值。

本发明还提出了一种自定义式发电机控制器电磁暂态自动建模系统，所述系统包括：

第一定义模块，确定发电机控制器自定义模板嵌入三层框架式结构；

第二定义模块，定义控制器分子系统之间和控制器分子系统与总子系统之间的接口协议；

所述发电机控制器自定义模板的生成具体包括：

读取机电暂态数据中的控制器类型标识，确定控制器识别规则，所述的控制器识别规则，针对控制器类型确定传递函数参数的读取规则，针对控制器类型确定读取的传递函数参数在电磁暂态模型中的转换规则。本发明发电机控制器自定义库，结构清晰，使用者操作简单方便，易用性强，并对电网和技术发展具有很好的适应性，可以应用为大规模电网电磁暂态自动建模方法的一个重要组成部分。

本发明可在该模型库中添加、删除和修改各种不同类型的发电机控制器定义模板，包括励磁控制器、电力系统稳定器、调速器和原动机等，并通过预先定义的元件接口协议实现控制器在电网模型中的嵌入。在实现对交直流电网机电暂态数据的电磁暂态自动建模时，按照事先建立的发电机控制器模型库，实现对发电机及其控制器的电磁暂态模型的自动生成。

附图说明

图1为自定义式发电机控制器电磁暂态自动建模方法流程图；

图2为自定义式发电机控制器电磁暂态自动建模方法三层框架结构图；

图3为自定义式发电机控制器电磁暂态自动建模方法子系统接口协议示意图；

图4为自定义式发电机控制器电磁暂态自动建模系统结构图；

图5为自定义式发电机控制器电磁暂态自动建模方法发电机控制器自定义模板的生成流程图。

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。

本发明提供了一种自定义式发电机控制器电磁暂态自动建模方法，如图1所示，包括：

确定发电机控制器自定义模型，自定义模型生成流程如图5所示，自定义模型嵌入三层框架式结构，三层框架式结构将发电机控制器控制逻辑封装在分子系统，嵌入式插入控制器总子系统层中，分子系统通过总子系统层的连接协议控制器分子系统之间、控制器分子系统与总子系统之间的连接，控制器总子系统在分子系统通过固定的接口管脚与发电机元件的连接，其中三层框架如图2所示，包括:

发电机连接层：定义发电机元件与控制器总子系统的连接；

控制器总子系统层：定义励磁控制器AVR、电力系统稳定器PSS、调速器GOV和原动机模型Tubine分子系统之间以及与总子系统之间的连接关系，所述连接采用协议匹配的方式；

控制器分子系统层：确定励磁控制器AVR、电力系统稳定器PSS、调速器GOV和原动机模型Tubine分子系统的控制逻辑，

定义控制器分子系统之间和控制器分子系统与总子系统之间的接口协议，如图3所示，接口协议，包括：分子系统的命名规范和分子系统中管脚的命名规范，其中，命名规范，将发电机控制器分为励磁控制器、电力系统稳定器、调速器以及原动机多个类别，对每个类别分别命名，其中，分子系统中管脚的命名规范，以分子系统的类别和信号名称组合的形式对分子系统中管脚进行命名。

分子系统的命名规范：将发电机控制器分为励磁控制器、电力系统稳定器、调速器以及原动机等多个类别，对每个类别分别命名，如励磁控制器命名为”AVR_**”,其中“AVR”代表励磁器类别，“**”为某种具体励磁控制器的型号，通过该命名规范设计，由子系统名称即可获得子系统的类别和型号信息，方便用于连接匹配。其它类别控制器的命名规范包括：PSS_**(电力系统稳定器类别)；GOV_**(调速器类别)；TUB_**(原动机类别)。

分子系统中管脚的命名规范：命名规范以“分子系统的类别+信号名称”构成，形式如下：“*_#”，其中*代表分子系统类别，#代表信号名称，如“AVR_Vt”表示励磁控制器子系统中连接机端电压信号的管脚，“PSS_Vt”表示电力系统稳定器子系统中连接机端电压信号的管脚。通过该命名规范设计，通过搜索管脚命名中的信号名称即可实现各分子系统之间以及与总子系统之间的信号自动连接匹配。

接口协议按照子系统命名规范和管脚命名规范，通过信号*_dVt、*_Vs、*_Pe和*_Efd的自动连接，实现了FV型励磁控制器和SS型电力系统稳定器等控制器分子系统的嵌入。

发电机控制器自定义模板的生成，如图5所示，具体包括：

读取机电暂态数据中的控制器类型标识，确定控制器识别规则，确定控制器识别规则，所述的控制器识别规则，可以对机电暂态数据中控制器类型进行添加、删除和修改；

针对控制器类型确定传递函数参数的读取规则，传递函数包括控制器参数位置、控制器数据格式和控制器默认值，根据添加、删除和修改的控制器类型，可以添加、删除和修改读取规则；

针对控制器类型确定读取的传递函数参数在电磁暂态模型中的转换规则，根据添加、删除和修改的控制器类型可以增加、删除和修改转换规则。

转换规则具体为：在控制器模板中，定义该控制器每一个传递函数参数在电磁暂态模型中的转换规则：对在上述变量模板中已定义的变量，定义该变量在电磁暂态模型中所对应的元件名称、参数位置以及参数的折算方法，每个变量对应一条转换规则；

其中，参数的折算方法实现包括：设计充足的计算法则，包括加、减、乘、除等算数运算法则，大于、小于、等于等逻辑运算法则，以及IF等条件判断运算法则；这些运算法则结合已定义的控制器参数变量，即可编写相应计算公式，计算出电磁暂态模型中相应的控制器参数，并填写至模板的相应位置。

本发明还提供了一种自定义式发电机控制器电磁暂态自动建模系统200，如图4所示，系统200包括：

第一定义模块201，确定发电机控制器自定义模板嵌入三层框架式结构；

第二定义模块202，定义控制器分子系统之间和控制器分子系统与总子系统之间的接口协议；

所述发电机控制器自定义模板的生成具体包括：

读取机电暂态数据中的控制器类型标识，确定控制器识别规则，所述的控制器识别规则，可以对机电暂态数据中控制器类型进行添加、删除和修改；

针对控制器类型确定传递函数参数的读取规则，根据添加、删除和修改的控制器类型，可以添加、删除和修改读取规则；

针对控制器类型确定读取的传递函数参数在电磁暂态模型中的转换规则，根据添加、删除和修改的控制器类型可以增加、删除和修改转换规则。

本发明发电机控制器自定义库，结构清晰，使用者操作简单方便，易用性强，并对电网和技术发展具有很好的适应性，可以应用为大规模电网电磁暂态自动建模方法的一个重要组成部分。

本发明可在该模型库中添加、删除和修改各种不同类型的发电机控制器定义模板，包括励磁控制器、电力系统稳定器、调速器和原动机等，并通过预先定义的元件接口协议实现控制器在电网模型中的嵌入。在实现对交直流电网机电暂态数据的电磁暂态自动建模时，按照事先建立的发电机控制器模型库，实现对发电机及其控制器的电磁暂态模型的自动生成。

Claims (4)

1.一种自定义式发电机控制器电磁暂态自动建模方法，所述方法包括：

确定发电机控制器自定义模板嵌入三层框架式结构，其中所述三层框架，包括:发电机连接层：定义发电机元件与控制器总子系统的连接；控制器总子系统层：定义励磁控制器AVR、电力系统稳定器PSS、调速器GOV和原动机模型Tubine分子系统之间以及与总子系统之间的连接关系，所述连接采用协议匹配的方式；控制器分子系统层：确定励磁控制器AVR、电力系统稳定器PSS、调速器GOV和原动机模型Tubine分子系统的控制逻辑；

定义控制器分子系统之间和控制器分子系统与总子系统之间的接口协议，其中所述接口协议，包括：分子系统的命名规范和分子系统中管脚的命名规范，所述分子系统的命名规范将发电机控制器分为励磁控制器、电力系统稳定器、调速器以及原动机多个类别，对每个类别分别命名；所述分子系统中管脚的命名规范以分子系统的类别和信号名称组合的形式对分子系统中管脚进行命名；

所述发电机控制器自定义模板的生成具体包括：

读取机电暂态数据中的控制器类型标识，确定控制器识别规则，

针对控制器类型确定传递函数参数的读取规则，其中所述传递函数参数包括：控制器参数位置、控制器数据格式和控制器默认值，

针对控制器类型确定读取的传递函数参数在电磁暂态模型中的转换规则。

2.根据权利要求1所述的方法，所述的三层框架式结构将发电机控制器控制逻辑封装在分子系统，嵌入式插入控制器总子系统层中，分子系统通过总子系统层的连接协议实现控制器分子系统之间、控制器分子系统与总子系统之间的连接，控制器总子系统通过固定的接口管脚与发电机元件的连接。

3.根据权利要求1所述的方法，所述的控制器类型包括：励磁控制器、电力系统稳定器、调速器和原动机。

4.一种自定义式发电机控制器电磁暂态自动建模系统，所述系统包括：

第一定义模块，确定发电机控制器自定义模板嵌入三层框架式结构，其中所述三层框架，包括:发电机连接层：定义发电机元件与控制器总子系统的连接；控制器总子系统层：定义励磁控制器AVR、电力系统稳定器PSS、调速器GOV和原动机模型Tubine分子系统之间以及与总子系统之间的连接关系，所述连接采用协议匹配的方式；控制器分子系统层：确定励磁控制器AVR、电力系统稳定器PSS、调速器GOV和原动机模型Tubine分子系统的控制逻辑；

第二定义模块，定义控制器分子系统之间和控制器分子系统与总子系统之间的接口协议，其中所述接口协议，包括：分子系统的命名规范和分子系统中管脚的命名规范，所述分子系统的命名规范将发电机控制器分为励磁控制器、电力系统稳定器、调速器以及原动机多个类别，对每个类别分别命名；所述分子系统中管脚的命名规范以分子系统的类别和信号名称组合的形式对分子系统中管脚进行命名；

所述发电机控制器自定义模板的生成具体包括：

读取机电暂态数据中的控制器类型标识，确定控制器识别规则，

针对控制器类型确定传递函数参数的读取规则，其中所述传递函数参数包括：控制器参数位置、控制器数据格式和控制器默认值，

针对控制器类型确定读取的传递函数参数在电磁暂态模型中的转换规则。