CN109829178A - 一种基于模型分割法的变电站实时仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于模型分割法的变电站实时仿真方法，它包括：步骤1、在主变上采用理想变压器模型(ideal transformer model，ITM)法将枢纽变电站模型分割成规模大小相等的子系统，在不对变电站内部开关及非线性元件进行处理的情况下实现变电站的电磁暂态实时仿真；步骤2、将三绕组变压器的星型等效电路转化为三角型等效电路，再采用ITM法对其进行模型分割；以实现电压和电流的一对一传输；步骤3、针对枢纽变电站在模型分割后产生的数值稳定性问题，采用混合积分法来消除波形失真；解决了枢纽变电站给仿真机带来的实时化处理困难和很难保证分割模型的均衡性和数值的稳定性等技术问题。

Description

一种基于模型分割法的变电站实时仿真方法

技术领域

本发明涉及智能变电站及其装备技术领域，具体地涉及适用于变电站的实时仿真方法。

背景技术

随着变电站的快速发展，关于变电站的仿真建模技术日益趋于成熟，变电站仿真系统已经涵盖了变电站的规划、设计、运行、保护及变电运行工培训等各方面；同时，现代化监控系统以及新型互感器、断路器、智能电子设备等装置的出现，不仅影响了变电站的构建及实现方式，同时也使变电站的测试方式发生了重大变化。

在发达社会中，无论工业用户还是居民用户都对供电可靠性的要求越来越高，这对于智能变电站的实时性要求更加严格。硬件在环仿真(HIL)可以对变电站智能化二次设备进行闭环测试，验证保护装置动作的正确性以及测控系统的逻辑性，变电站电磁暂态实时仿真是硬件在环仿真实现的基础。但变电站中开关数量众多，实时仿真机的存储量和预计算量随开关数呈指数增加，当系统所需的存储量和预计算量超过单台实时仿真机的限度时，会因计算量过大而导致计算失败，所以单个实时仿真机较难实现对枢纽变电站进行全规模实时数字仿真。模型分割方法是实现枢纽变电站实时仿真的有效方法，同时接口算法的选择是决定模型分割是否成功的关键。

值得注意的是，以往文献所提出的一些分割方法和接口算法实现难度较大，并且很难保证分割模型的均衡性和数值的稳定性。所以，有必要对适用于变电站实时电磁暂态计算仿真建模方法进行研究。

发明内容

本发明的目的是：提供一种基于模型分割法的变电站实时仿真方法，达到对原整体模型进行解耦、降阶和缩短计算时间的目的，以解决枢纽变电站给仿真机带来的实时化处理困难和很难保证分割模型的均衡性和数值的稳定性等技术问题。

本发明的技术方案是：

一种基于模型分割法的变电站实时仿真方法，它包括：

步骤1、在主变上采用理想变压器模型(ideal transformer model，ITM)法将枢纽变电站模型分割成规模大小相等的子系统，在不对变电站内部开关及非线性元件进行处理的情况下实现变电站的电磁暂态实时仿真；

步骤2、将三绕组变压器的星型等效电路转化为三角型等效电路，再采用ITM法对其进行模型分割；以实现电压和电流的一对一传输。

步骤3、针对枢纽变电站在模型分割后产生的数值稳定性问题，采用混合积分法来消除波形失真。

步骤1所述在主变上采用理想变压器模型法将枢纽变电站模型分割成规模大小相等的子系统时，分割子系统的联立运行需要各绕组的电压和电流作为电气联络量成对传输。

对所述的分割模型各子系统采用两种或以上积分算法进行求解，对每个子系统接口处的电感元件采用梯形积分法，剩余元件采用后退欧拉法求解，以使联解信号的单位延时使每个步长的信号幅值误差小于1，从而间接对接口延时引起的幅值误差进行补偿。

本发明有益效果：

本发明在主变出口处采用理想变压器模型(ideal transformer model，ITM)法将枢纽变电站分割成规模大小近似相等的子系统，在不对变电站内部开关及非线性元件进行简化处理的情况下实现变电站的电磁暂态实时仿真。针对延时补偿不能解决延时所导致的波形失真缺陷，而系统的稳定性由其参数决定，不能全面分析分割模型各种工况下的动态特性问题。所以在主变上应用ITM接口算法，并采用了混合积分法以消除延时导致的数值震荡，同时采用星角变换法消除三绕组ITM接口受控电压源和受控电流源不成对出现问题，实现对枢纽变电站的实时仿真；解决了枢纽变电站给仿真机带来的实时化处理困难和很难保证分割模型的均衡性和数值的稳定性等技术问题。

附图说明

图1为本发明具体实施方式含变压器的电路图；

图2为本发明具体实施方式本发明所述的理想变压器模型接口电路图；

图3为本发明具体实施方式三绕组变压器星型接法等效电路图；

图4为本发明具体实施方式三绕组变压器星型接法对应的ITM接口模型图；

图5为本发明具体实施方式三绕组变压器星角变换后的等效电路图；

图6为本发明具体实施方式枢纽变电站改进的最终ITM接口模型图。

具体实施方式

一种基于模型分割法的变电站实时仿真方法，它包括：

步骤1、在主变上采用理想变压器模型(ideal transformer model，ITM)法将枢纽变电站模型分割成规模大小相等的子系统，在不对变电站内部开关及非线性元件进行处理的情况下实现变电站的电磁暂态实时仿真；

步骤2、将三绕组变压器的星型等效电路转化为三角型等效电路，再采用ITM法对其进行模型分割；以实现电压和电流的一对一传输。

步骤3、针对枢纽变电站在模型分割后产生的数值稳定性问题，采用混合积分法来消除波形失真。

步骤1所述在主变上采用理想变压器模型法将枢纽变电站模型分割成规模大小相等的子系统时，分割子系统的联立运行需要各绕组的电压和电流作为电气联络量成对传输。

对所述的分割模型各子系统采用两种或以上积分算法进行求解，对每个子系统接口处的电感元件采用梯形积分法，剩余元件采用后退欧拉法求解，以使联解信号的单位延时使每个步长的信号幅值误差小于1，从而间接对接口延时引起的幅值误差进行补偿。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的限制。

本发明提出的在主变上应用ITM算法进行分割，所述的变压器ITM法原理可以图1所示的变压器电路进行说明。在等效电路的理想变压器处将电路分割，根据电流源可并联特性，本发明采用电压型接口进行变电站的模型分割。左边网络称为子网1，右边网络称为子网2。然后基于替代定理，用受控电流源替代子网2，受控电压源替代子网1，利用测量元件测量子网2电流i₂，由受控电流源反馈给子网1，测量子网1端口电压u₁经过延时环节由受控电压源反馈给子网2。分割后的接口电路如图2所示。

在本发明所述的枢纽变电站的ITM算法中，三绕组变压器等效电路图如图3所示，对图3采用基于替代定理的理想变压器模型法进行电路模型分割，可得三绕组变压器ITM接口算法回路形式如图4所示。

由于三绕组变压器星接ITM接口算法不适用于变电站模型分割，故需对枢纽变电站ITM算法进行改进，以消除三绕组ITM接口受控源不成对出现问题。根据对外等效原则，将三绕组变压器的星型等效电路转化为三角型等效电路。星角变换后的三绕组变压器等效模型如图5所示。

根据基尔霍夫定律，由星角变换公式可得等效后的绕组阻抗表达式为：

式中r_a、r_b、r_c分别三绕组变压器星型等效电路三相电阻，x_a、x_b、x_c分别三绕组变压器星型等效电路三相电抗；r_ab、x_ab分别三绕组变压器角型等效电路的电阻和电抗。

所以根据图5可得三绕组变压器改进ITM接口算法回路形式如图6所示，改进的ITM算法实现了电压及电流信号的一对一传输。

由于在对枢纽变电站采用ITM法进行电路模型分割后，直接对接口信号延时进行补偿并不具有普适性，所以本发明对分割模型各子系统采用两种或以上积分算法进行求解时(如可对每个子系统接口处的电感元件采用梯形积分法，其余元件采用后退欧拉法求解)，以消除由于延时导致的波形失真问题。

对描述电磁暂态中元件动态特性的微分方程进行积分和离散化后有：

式中，α为积分系数；Δt为积分步长。

随着α的变化,积分方法也随之发生改变，通过分析得出：

(1)当α＝0时，积分法为梯形积分法；

(2)当α＝1时，积分法为后退欧拉法；

(3)当0＜α＜1时，积分法介于梯形法和后退欧拉法之间。

实践证明，本发明提出的变电站分割模型与原整体模型在故障情形下的动态行为具有很好的动态一致性，同时分割模型较原整体模型具有很好的加速效果。

Claims (3)

1.一种基于模型分割法的变电站实时仿真方法，它包括：

步骤1、在主变上采用理想变压器模型(ideal transformer model，ITM)法将枢纽变电站模型分割成规模大小相等的子系统，在不对变电站内部开关及非线性元件进行处理的情况下实现变电站的电磁暂态实时仿真；

步骤2、将三绕组变压器的星型等效电路转化为三角型等效电路，再采用ITM法对其进行模型分割；以实现电压和电流的一对一传输。

步骤3、针对枢纽变电站在模型分割后产生的数值稳定性问题，采用混合积分法来消除波形失真。

2.根据权利要求1所述的一种基于模型分割法的变电站实时仿真方法，其特征在于：步骤1所述在主变上采用理想变压器模型法将枢纽变电站模型分割成规模大小相等的子系统时，分割子系统的联立运行需要各绕组的电压和电流作为电气联络量成对传输。

3.根据权利要求2所述的一种基于模型分割法的变电站实时仿真方法，其特征在于：对所述的分割模型各子系统采用两种或以上积分算法进行求解，对每个子系统接口处的电感元件采用梯形积分法，剩余元件采用后退欧拉法求解，以使联解信号的单位延时使每个步长的信号幅值误差小于1，从而间接对接口延时引起的幅值误差进行补偿。