CN110442435B - 基于pscad/emtdc的仿真程序调度方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于PSCAD/EMTDC的仿真程序调度方法与装置，属于电力系统数字仿真技术领域，该方法步骤如下：在仿真程序运行时间(t)大于调度时间(RunTime)时，进行调度，根据调度时间(RunTime)对应的输入信号得到输出信号；在仿真程序运行时间(t)小于调度时间(RunTime)时，不进行程序调度，输出信号等于输入信号。本方法提高了仿真模型与实际工程程序的一致性，进而提高可靠性，确保仿真结果与实际结果的吻合，为直流工程的运行、维护提供更加精确的技术支持。同时，本方法适用于不同的实际工程的执行周期，适用性强，运用广泛。

Description

基于PSCAD/EMTDC的仿真程序调度方法与装置
技术领域
本发明涉及一种基于PSCAD/EMTDC的仿真程序调度方法与装置，属于电力系统数字仿真技术领域。
背景技术
电力系统电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC被广泛应用于电力系统故障分析、理论研究等各个方面。其中PSCAD(Power Systems Computer Aided Design)是用户仿真界面，EMTDC(Electromagnetic Transients including DC)是电力系统仿真分析软件，两者结合可以使复杂的电力系统可视化。
随着多条高压直流输电工程相继建成投运，不仅为打造坚强智能电网打下了坚实基础，同时电力系统能否安全稳定运行也面临着很多威胁。为了更好的研究电网的运行特性，防患于未然，对电力系统分析技术也提出了更高的要求。要准确地研究电力系统的动态行为就必须实现工程实际控保程序与仿真模型的无缝对接，确保仿真结果与实际装置吻合，从而提高仿真精度。
PSCAD/EMTDC中仿真程序按照固定步长执行，但实际控保程序(控制保护程序)拥有的执行周期并不固定。如果不进行任何处理，那么搭建的仿真模型和实际控保程序的执行周期不同时，会导致仿真结果与实际装置存在较大差异。也就是说，执行周期不同会导致实际控保程序与仿真模型无法实现无缝对接，不能确保仿真结果与实际装置吻合，不利于提高仿真的可靠性和指导实际工程应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于PSCAD/EMTDC的仿真程序调度方法，用于解决现有方法因执行周期不同而导致的仿真可靠性低的问题；同时还提供一种基于PSCAD/EMTDC的仿真程序调度装置，用于解决现有装置因执行周期不同而导致的仿真可靠性低的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种基于PSCAD/EMTDC的仿真程序调度方法，步骤如下：
在仿真程序运行时间(t)大于调度时间(RunTime)时，进行调度，根据调度时间(RunTime)对应的输入信号得到输出信号；在仿真程序运行时间(t)小于调度时间(RunTime)时，不进行程序调度，输出信号等于输入信号；
所述调度时间为所仿真的实际工程的执行周期的整倍数，并且在每次调度时进行叠加。
有益效果是：由于实际工程的执行周期的不确定性，使得调度时间与仿真程序运行时间不匹配，本方法通过对调度时间进行判断，以实现程序进行调度时，所得到的输出信号为调度时间对应的输入信号，提高了仿真模型与实际工程程序的一致性，进而提高可靠性，确保仿真结果与实际结果的吻合，为直流工程的运行、维护提供更加精确的技术支持。同时，本方法适用于不同的实际工程的执行周期，适用性强，运用广泛。
进一步的，通过调度时间(RunTime)两端的输入信号和差值算法计算调度时间(RunTime)对应的输入信号以得到输出信号。
有益效果是：根据差值算法得到输出信号，输出结果更加准确，进一步的确保仿真结果与实际结果的吻合。
进一步的，差值算法为：
y(t)＝x(t)(1-frac)+x(t-ts)*frac，
其中，y(t)为当前的输出信号，frac为根据仿真程序运行时间(t)与调度时间(RunTime)的差值得出的差值信号，x(t)为当前的输入信号，x(t-ts)为上一步长的输入信号，x(t)、x(t-ts)为调度时间(RunTime)两端的输入信号，ts为PSCAD/EMTDC中仿真程序的固定步长。
有益效果是：利用该差值算法进一步的确保仿真结果与实际结果的吻合。
另外，本发明还提出一种基于PSCAD/EMTDC的仿真程序调度装置，包括处理器和存储器，处理器处理存储器中存储的程序指令以实现如下方法：
在仿真程序运行时间(t)大于调度时间(RunTime)时，进行调度，根据调度时间(RunTime)对应的输入信号得到输出信号；在仿真程序运行时间(t)小于调度时间(RunTime)时，不进行程序调度，输出信号等于输入信号；
所述调度时间为所仿真的实际工程的执行周期的整倍数，并且在每次调度时进行叠加。
有益效果是：由于实际工程的执行周期的不确定性，使得调度时间与仿真程序运行时间不匹配，本装置通过对调度时间进行判断，以实现程序进行调度时，所得到的输出信号为调度时间对应的输入信号，提高了仿真模型与实际工程程序的一致性，进而提高可靠性，确保仿真结果与实际结果的吻合，为直流工程的运行、维护提供更加精确的技术支持。同时，本装置适用于不同的实际工程的执行周期，适用性强，运用广泛。
进一步的，通过调度时间(RunTime)两端的输入信号和差值算法计算调度时间(RunTime)对应的输入信号以得到输出信号。
有益效果是：根据差值算法得到输出信号，输出结果更加准确，进一步的确保仿真结果与实际结果的吻合。
进一步的，差值算法为：
y(t)＝x(t)(1-frac)+x(t-ts)*frac，
其中，y(t)为当前的输出信号，frac为根据仿真程序运行时间(t)与调度时间(RunTime)的差值得出的差值信号，x(t)为当前的输入信号，x(t-ts)为上一步长的输入信号，x(t)、x(t-ts)为调度时间(RunTime)两端的输入信号，ts为PSCAD/EMTDC中仿真程序的固定步长。
有益效果是：利用该差值算法进一步的确保仿真结果与实际结果的吻合。
附图说明
图1为本发明程序调度模块工作流程图；
图2为本发明差值模块工作流程图；
图3为本发明对交流电压信号进行低通滤波处理的PSCAD/EMTDC模型；
图4-1为本发明交流正弦电压瞬时值波形；
图4-2为本发明经过程序调度模块和差值模块模拟调度并经过低通滤波后的电压瞬时值波形和现有技术按照固定步长模拟调度并经过低通滤波后的电压瞬时值波形的对比图；
图4-3为本发明经过程序调度模块和差值模块模拟调度并经过低通滤波后的有效值波形和现有技术按照固定步长模拟调度并经过低通滤波后的有效值波形对比图；
图中：1为程序调度模块、2为差值模块、3为正弦波模块、4为求和模块、5为巴特沃斯2阶低通滤波器、6为傅里叶滤波模块、7为求绝对值模块。
具体实施方式
基于PSCAD/EMTDC的仿真程序调度装置实施例：
PSCAD/EMTDC的仿真程序调度装置包括处理器以及存储器，处理器处理存储器中存储的程序指令以实现如下方法：
在仿真程序运行时间(t)大于调度时间(RunTime)时，进行调度，根据仿真程序运行时间(t)与调度时间(RunTime)的差值对输入信号进行调整以得到输出信号；在仿真程序运行时间(t)小于调度时间(RunTime)时，不进行程序调度，输出信号等于输入信号；
调度时间为所仿真的实际工程的执行周期的整倍数，并且在每次调度时进行叠加。
进一步的，通过调度时间(RunTime)两端的输入信号和差值算法计算调度时间(RunTime)对应的输入信号以得到输出信号。
上述程序指令包括多种控制模块，例如仿真程序和各种运算程序、信息交互程序。其中，属于本发明改进点的程序模块包括程序调度模块和差值模块。
以下以具体的时间值为例对本方法进行说明。
首先介绍各标识的含义，t为程序计时器所测量出的仿真程序运行时间；RunTime为执行周期时间寄存器所得到仿真的实际工程的执行周期的整数倍；Sync为调度信号，Sync的值为TRUE(1)或FALSE(0)，当调度信号为1时，利用本方法进行仿真；Ta为一个实际工程程序的执行周期；frac为差值信号，用于表示当前的调度时间点滞后实际工程执行时间点的相对时间长度。
仿真程序的周期也可以称为仿真程度的固定步长，在本实施例中用ts表示仿真程度的固定步长，具体为50μs；用Ta表示仿真的实际工程的执行周期，具体为625μs(一般情况下仿真的实际工程的执行周期是不相同的)；RunTime初始值为一个实际工程的执行周期，具体为625μs。
具体步骤如图1所示：
程序调度模块判断t是否大于RunTime，若t≤RunTime，则小循环判断T与RunTime的大小关系，且输出Sync＝0，frac＝0；
若t＞RunTime，则输出Sync＝1，计算并输出frac，frac＝(t-RunTime)/50μs；
修改RunTime，RunTime＝RunTime初始值+Ta，在这里RunTime＝2*625μs，至此开始第二次大循环。
按照上述步骤，可以看出，从仿真程序运行时间0-600μs，t≤RunTime，经历12次小循环；第13次循环t＝650μs>RunTime＝625μs，输出调度信号Sync＝1，计算差值信号frac＝0.5，修改RunTime＝2*625μs，开始第二次大循环，直至仿真结束。值得注意的是，仿真结束之前的每次大循环均按照上述步骤进行。
紧接着如图2所示，当程序调度模块判断并输出调度信号Sync＝1时，差值模块通过调度时间两端的输入信号和差值算法计算调度时间对应的输入信号以得到输出信号，差值算法为：
y(t)＝x(t)(1-frac)+x(t-ts)*frac，
其中，y(t)为当前的输出信号，x(t)为当前的输入信号，x(t-ts)为上一步长的输入信号，x(t)、x(t-ts)为调度时间(RunTime)两端的输入信号；
在本实施例中，得到的输出信号为：
y(650μs)＝0.5x(650μs)+0.5x(600μs)。
当程序调度模块判断并输出调度信号Sync＝0时，输出信号y(t)＝输入信号x(t)。
当然，程序运行时都会存在程序初始化状态，当程序处于初始化状态时，直接输出y(t)＝0，无需进行其他步骤。
需要说明的是：在执行周期不等于固定周期的整倍数时，需要应用本发明的方法，在执行周期等于固定周期的整倍数时，可以不应用。因此，本发明的方法适合执行周期不等于固定周期的整倍数的情况，以及不知道执行周期大小的情况。
另外，由于本发明的方法以所仿真实际工程程序的执行周期信号Ta为输入，因此显然也适合于工程程序中的不同程序模块执行周期各不相同的情况。
为了验证上述实施方式，进行PSCAD/EMTDC仿真时的仿真模型如图3所示。其中，除了需要程序调度模块1和差值模块2，还需要运用到正弦波模块3、求和模块4、巴特沃斯2阶低通滤波器5(截止频率是200Hz)、傅里叶滤波模块6、求绝对值模块7，在搭建的模型基础上进行仿真，输入交流正弦电压信号含有基波和10次谐波，并且利用本方法与现有方法进行等效模拟、统一调度以及输出有效值，输出如图4-1、4-2、4-3所示的波形图，图4-1、4-2、4-3共用一个横坐标，其中图4-1中SRC为交流正弦电压瞬时值波形，图4-2、4-3中的LP和RMS为经过程序调度模块1和差值模块2模拟实际工程执行周期625μs进行调度，经过低通滤波后的电压瞬时值波形和有效值波形；图4-2、4-3中的LP_和RMS_为按照固定步长50μs模拟实际工程执行周期625μs进行调度，经过低通滤波后的电压瞬时值波形和有效值波形，可以看出：
①经过程序调度模块1和差值模块2模拟实际工程的执行周期工程为625μs进行调度的情况，低通滤波处理后的交流电压瞬时值和有效值波形更好；
②强制修改程序的执行周期，按照固定步长50μs进行调度，低通滤波处理后输出的交流电压瞬时值波形跟滤波前的波形差不多，滤波效果比较差，并且其有效值波形输出出现了严重偏差。
因此，进行PSCAD/EMTDC仿真时，为了确保仿真结果与实际装置吻合，为直流工程的运行、维护提供更加精确的技术支持，必须通过程序调度模块模拟实际工程程序调度，保证仿真模型中的执行周期与实际的工程程序一致。
基于PSCAD/EMTDC的仿真程序调度方法实施例：
基于PSCAD/EMTDC的仿真程序调度方法，步骤如下：
在仿真程序运行时间(t)大于调度时间(RunTime)时，进行调度，根据调度时间(RunTime)对应的输入信号得到输出信号；在仿真程序运行时间(t)小于调度时间(RunTime)时，不进行程序调度，输出信号等于输入信号；
所述调度时间为所仿真的实际工程的执行周期的整倍数，并且在每次调度时进行叠加。
基于PSCAD/EMTDC的仿真程序调度方法的具体实施过程在上述基于PSCAD/EMTDC的仿真程序调度装置实施例中已经介绍，这里不做赘述。
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 (4)

1.一种基于PSCAD/EMTDC的仿真程序调度方法，其特征在于，步骤如下：
在仿真程序运行时间(t)大于调度时间(RunTime)时，进行调度，通过调度时间(RunTime)两端的输入信号和差值算法计算调度时间(RunTime)对应的输入信号以得到输出信号；在仿真程序运行时间(t)小于调度时间(RunTime)时，不进行程序调度，输出信号等于输入信号；
所述调度时间为所仿真的实际工程的执行周期的整倍数，并且在每次调度时进行叠加。
2.根据权利要求1所述的基于PSCAD/EMTDC的仿真程序调度方法，其特征在于，所述差值算法为：
y(t)＝x(t)(1-frac)+x(t-ts)*frac，
其中，y(t)为当前的输出信号，frac为根据仿真程序运行时间(t)与调度时间(RunTime)的差值得出的差值信号，x(t)为当前的输入信号，x(t-ts)为上一步长的输入信号，x(t)、x(t-ts)为调度时间(RunTime)两端的输入信号，ts为PSCAD/EMTDC中仿真程序的固定步长。
3.一种基于PSCAD/EMTDC的仿真程序调度装置，包括处理器和存储器，其特征在于，处理器处理存储器中存储的程序指令以实现如下方法：
在仿真程序运行时间(t)大于调度时间(RunTime)时，进行调度，通过调度时间(RunTime)两端的输入信号和差值算法计算调度时间(RunTime)对应的输入信号以得到输出信号；在仿真程序运行时间(t)小于调度时间(RunTime)时，不进行程序调度，输出信号等于输入信号；
所述调度时间为所仿真的实际工程的执行周期的整倍数，并且在每次调度时进行叠加。
4.根据权利要求3所述的基于PSCAD/EMTDC的仿真程序调度装置，其特征在于，所述差值算法为：
y(t)＝x(t)(1-frac)+x(t-ts)*frac，
其中，y(t)为当前的输出信号，frac为根据仿真程序运行时间(t)与调度时间(RunTime)的差值得出的差值信号，x(t)为当前的输入信号，x(t-ts)为上一步长的输入信号，x(t)、x(t-ts)为调度时间(RunTime)两端的输入信号，ts为PSCAD/EMTDC中仿真程序的固定步长。
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