交直流电力系统的混合仿真方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及电力系统电磁暂态仿真技术领域,尤其涉及一种交直流电力系统的混合仿真方法、装置及存储介质。
背景技术
随着直流输电技术的发展及大规模应用,电力电子设备的高比例渗透已成为电网的未来发展趋势。
在此背景下,机电暂态仿真已难以满足对交直流混联电网的计算精度要求。而传统的电磁暂态程序计算精度高,但计算速度慢,计算规模受限,通常需要进行等值才可实现对大规模电网的仿真。
近年来,研究人员提出了若干适用于交流系统的大步长电磁暂态仿真算法,并开发出相应的计算程序,
本发明人在实施本发明的过程中发现,现有技术中存在以下技术问题:
现有技术通常仅限于交流大系统的高效建模仿真,无法直接用于交直流系统的仿真分析;而高效的大步长电磁暂态程序若应用于交直流系统仿真,必须与PSCAD/EMTDC直流模型实现混合仿真。
发明内容
本发明实施例提供一种交直流电力系统的混合仿真方法,能够实现既精确又高效的混合仿真。
本发明实施例一提供一种交直流电力系统的混合仿真方法,包括:
选定仿真系统的接口线路,根据所述接口将所述仿真系统划分为大步长电磁暂态仿真系统和PSCAD/EMTDC仿真系统;
采用所述大步长电磁暂态仿真系统和PSCAD/EMTDC仿真系统,对所述交直流电力系统建立仿真模型;
通过所述大步长电磁暂态仿真系统和PSCAD/EMTDC仿真系统对所述交直流电力系统建立仿真模型进行仿真,达到稳态前,所述仿真模型的交直流系统间通过隔离开关断开电气联系;
直流系统达到稳态后,采集所述接口两侧系统潮流误差;
判断所述接口两侧系统潮流误差是否均低于预设阈值,若满足,则闭合所述隔离开关,所述仿真模型的交直流系统间建立电气交互,继续进行仿真,直至完成故障仿真;
输出计算结果。
作为上述方案的改进,所述采用所述大步长电磁暂态仿真系统和PSCAD/EMTDC仿真系统,对所述交直流电力系统建立仿真模型,具体包括:
保留所述交直流电力系统中的交流系统部分,采用交流等值电源替代所述交直流电力系统中的直流系统部分;
基于所述交流系统部分的机电暂态模型的网络参数和潮流计算结果,将所述交直流电力系统中的交流系统部分转换为交流系统的大步长电磁暂态模型;
通过所述PSCAD/EMTDC仿真系统对所述交直流电力系统中直流输电系统部分进行仿真。
作为上述方案的改进,所述采用所述大步长电磁暂态仿真系统和PSCAD/EMTDC仿真系统,对所述交直流电力系统建立仿真模型,还包括:
在所述大步长电磁暂态仿真系统和PSCAD/EMTDC仿真系统中分别搭建所述接口的接口线路模型;
其中,将仿真步长与光速之积作为单位线路长度;若所述接口的线路长度小于2倍的所述单位线路长度,则采用长度大于2倍的所述单位线路长度的线路进行替代。
作为上述方案的改进,在所述接口断面设置理想电压源。
本发明实施例二对应提供了一种交直流电力系统的混合仿真装置,包括:
仿真系统划分单元,用于选定仿真系统的接口线路,根据所述接口将所述仿真系统划分为大步长电磁暂态仿真系统和PSCAD/EMTDC仿真系统;
仿真模型建立单元,用于采用所述大步长电磁暂态仿真系统和PSCAD/EMTDC仿真系统,对所述交直流电力系统建立仿真模型;
仿真进行单元,通过所述大步长电磁暂态仿真系统和PSCAD/EMTDC仿真系统对所述交直流电力系统建立仿真模型进行仿真,达到稳态前,所述仿真模型的交直流系统间通过隔离开关断开电气联系;
潮流误差计算单元,用于直流系统达到稳态后,采集所述接口两侧系统潮流误差;判断所述接口两侧系统潮流误差是否均低于预设阈值,若满足,则闭合所述隔离开关,所述仿真模型的交直流系统间建立电气交互;继续进行仿真,直至完成故障仿真;
仿真结果输出单元,用于输出计算结果。
本发明实施例三对应提供了一种交直流电力系统的混合仿真装置,包括:处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现如本发明实施例一所述的一种交直流电力系统的混合仿真方法。
本发明实施例四对应提供了一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序,其中,在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如本发明实施例一所述的一种交直流电力系统的混合仿真方法。
本发明实施例提供的一种交直流电力系统的混合仿真方法,具有如下有益效果:
通过接口线路的选定,仿真系统的划分,保证了交流系统的大步长电磁暂态仿真模型和直流系统的PSCAD/EMTDC仿真模型能够准确平稳地进行混合计算,从而发挥了大步长电磁暂态程序的速度优势,提高交直流系统的电磁暂态仿真速率,同时保留PSCAD/EMTDC仿真模型对直流系统仿真的精确性;通过到达稳态后才对隔离开关进行切换,减少因开关闭合造成的功率波动;在所述接口断面设置理想电压源,避免直流系统启动过程破坏交流系统的初始化;实现既精确又高效的混合仿真。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种交直流电力系统的混合仿真方法的流程示意图。
图2是本发明一具体实施例中的大步长电磁暂态仿真系统和PSCAD/EMTDC仿真系统之间的一种接口结构示意图。
图3是本发明一具体实施例中的大步长电磁暂态仿真系统和PSCAD/EMTDC仿真系统之间的另一种接口结构示意图。
图4是本发明另一具体实施例的交直流电力系统结构示意图。
图5本发明的一个具体实施方式的交直流系统间接口的有功功率变化曲线示意图。
图6是本发明实施例二提供的一种交直流电力系统的混合仿真装置的结构示意图。
具体实施方式
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,所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
参见图1,是本发明实施例一提供的一种交直流电力系统的混合仿真方法的流程示意图,包括:
S101、选定仿真系统的接口线路,根据接口将仿真系统划分为大步长电磁暂态仿真系统和PSCAD/EMTDC仿真系统;
S102、采用大步长电磁暂态仿真系统和PSCAD/EMTDC仿真系统,对交直流电力系统建立仿真模型;
S103、通过大步长电磁暂态仿真系统和PSCAD/EMTDC仿真系统对交直流电力系统建立仿真模型进行仿真,达到稳态前,仿真模型的交直流系统间通过隔离开关断开电气联系;
S104、直流系统达到稳态后,采集接口两侧系统潮流误差;
S105、判断接口两侧系统潮流误差是否均低于预设阈值,若满足,则闭合隔离开关,仿真模型的交直流系统间建立电气交互,继续进行仿真,直至完成故障仿真;
S106、输出计算结果。
进一步地,采用大步长电磁暂态仿真系统和PSCAD/EMTDC仿真系统,对交直流电力系统建立仿真模型,具体包括:
保留交直流电力系统中的交流系统部分,采用交流等值电源替代交直流电力系统中的直流系统部分;
基于交流系统部分的机电暂态模型的网络参数和潮流计算结果,将交直流电力系统中的交流系统部分转换为交流系统的大步长电磁暂态模型;
通过PSCAD/EMTDC仿真系统对交直流电力系统中直流输电系统部分进行仿真。
优选的,部分需重点研究的交流系统可采用PSCAD/EMTDC仿真模型。
进一步地,采用大步长电磁暂态仿真系统和PSCAD/EMTDC仿真系统,对交直流电力系统建立仿真模型,还包括:
在大步长电磁暂态仿真系统和PSCAD/EMTDC仿真系统中分别搭建接口的接口线路模型;
其中,将仿真步长与光速之积作为单位线路长度;若接口的线路长度小于2倍的单位线路长度,则采用长度大于2倍的单位线路长度的线路进行替代。
优选的,大步长电磁暂态仿真系统和PSCAD/EMTDC仿真系统之间的接口线路为贝杰龙传输线模型。
在一具体的实施例中,大步长电磁暂态仿真系统和PSCAD/EMTDC仿真系统之间的接口可按两种结构考虑。(1)参见图2所示方式,在PSCAD/EMTDC程序中,所有接口线路模型文件置于一个独立文件中,该文件与大步长电磁暂态程序文件,以及直流模型文件分别接口。该结构优点在于接口线路方便统一建模、调试和管理,以及方便快速查看全部接口断面潮流(通常为各直流换流站输出的潮流)。缺点在于接口文件占用线程,挤占并行计算资源。因此该结构适用于计算机资源和PSCAD/EMTDC程序并行许可数量充足的场合;(2)参见图3所示方式,在PSCAD/EMTDC程序中,接口线路模型不占用独立的文件,而是分别放置在对应的直流模型文件中。该结构的优点在于接口文件不占用线程,节省并行计算资源;缺点在于接口线路较为分散,不利于高效建模、调试和管理,且无法快速查看各接口断面潮流(通常为各直流换流站输出的潮流)。因此该结构适用于计算机资源和PSCAD/EMTDC程序并行许可数量紧张的场合。
进一步的,在接口断面设置理想电压源。
在另一具体的实施例中,启动过程中,交流系统的大步长电磁暂态模型初始值基于机电暂态模型计算得到的稳态潮流,因此通常可快速建立稳态,不存在中间过渡过程。而直流输电系统的PSCAD/EMTDC模型功率从0上升到所设定的功率值,需要经历长达数秒的漫长过程。为避免直流系统启动过程破坏交流系统的初始化,本发明提出在交直流混合仿真系统启动过程中,在接口断面设置理想电压源用以辅助计算的启动过程。如图4所示,以第m条接口线路为例,直流系统的PSCAD/EMTDC仿真模型与交流系统的大步长电磁暂态仿真模型之间设置开关Km,在仿真计算启动过程中,Km处于断开状态。设置理想交流电压源Sm2,接入直流系统的PSCAD/EMTDC仿真模型侧,用以等值交流系统。仿真计算启动过程中,电压源与直流模型的接连开关Km2处于闭合状态。与此同理,交流系统模型侧,设置理想交流电压源Sm1,用以等值直流系统。仿真计算启动过程中,电压源与直流模型的接连开关Km1处于闭合状态。以上设置保证了启动过程中,直流系统的功率变化不会破坏交流系统的初始化。
为减少因开关闭合造成的功率波动,首先对交直流仿真系统接口断面隔离开关两侧的潮流进行对比,当两侧潮流相同或较为接近时,隔离开关合上。以图4所示的第m条接口线路为例,设定隔离开关两侧允许的有功最大误差εP,最大无功误差为εQ。即直流系统功率上升至设定值,达到稳态后,若交直流系统模型接口断面功率同时满足|Pm1-Pm2|<εP和|Qm1-Qm2|<εQ,则闭合开关Km,直流系统的PSCAD/EMTDC仿真模型和大步长电磁暂态仿真模型建立电气交互。同时Km2和Km3断开,辅助的理想电压源退出运行,开始混合仿真。对全部接口线路均按此步骤执行。若有线路未满足功率的误差条件,则应返回步骤S102,对系统的建模过程进行检查核对,保证模型的准确。
参见图5,为本发明的一个具体实施方式的交直流系统间接口的有功功率变化曲线。启动过程中,交直流系统分别接入理想电压源,二者独立完成启动过程。其中,交流系统的大步长电磁暂态仿真模型,在约1s时间内,交流系统侧线路功率快速升高稳态。而直流系统的PSCAD/EMTDC模型需要8s才能升值高设定功率。至10s时,检测交直流侧的有功误差在设定范围内,即完成合闸动作,辅助启动的理想电压源退出运行。合闸过程未引起明显的功率波动,交直流系统平稳过度至稳态过程,启动过程结束。第15s时,设定的故障发生,继续完成仿真计算。
本发明实施例提供的一种交直流电力系统的混合仿真方法、装置及存储介质,具有如下有益效果:
通过接口线路的选定,仿真系统的划分,保证了交流系统的大步长电磁暂态仿真模型和直流系统的PSCAD/EMTDC仿真模型能够准确平稳地进行混合计算,从而发挥了大步长电磁暂态程序的速度优势,提高交直流系统的电磁暂态仿真速率,同时保留PSCAD/EMTDC仿真模型对直流系统仿真的精确性;通过到达稳态后才对隔离开关进行切换,减少因开关闭合造成的功率波动;在所述接口断面设置理想电压源,避免直流系统启动过程破坏交流系统的初始化;实现既精确又高效的混合仿真。
参见图6,是本发明实施例二提供的一种交直流电力系统的混合仿真装置的结构示意图,包括:
仿真系统划分单元201,用于选定仿真系统的接口线路,根据接口将仿真系统划分为大步长电磁暂态仿真系统和PSCAD/EMTDC仿真系统;
仿真模型建立单元202,用于采用大步长电磁暂态仿真系统和PSCAD/EMTDC仿真系统,对交直流电力系统建立仿真模型;
仿真进行单元203,用于通过大步长电磁暂态仿真系统和PSCAD/EMTDC仿真系统对交直流电力系统建立仿真模型进行仿真,达到稳态前,仿真模型的交直流系统间通过隔离开关断开电气联系;
潮流误差计算单元204,用于直流系统达到稳态后,采集接口两侧系统潮流误差;判断接口两侧系统潮流误差是否均低于预设阈值,若满足,则闭合隔离开关,仿真模型的交直流系统间建立电气交互;继续进行仿真,直至完成故障仿真;
仿真结果输出单元205,用于输出计算结果。
本发明实施例三对应提供了一种交直流电力系统的混合仿真装置,包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现如本发明实施例一所述的交直流电力系统的混合仿真方法。所述交直流电力系统的混合仿真装置可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述交直流电力系统的混合仿真装置可包括,但不仅限于,处理器、存储器。
本发明实施例四对应提供了一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序,其中,在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如本发明实施例一所述的交直流电力系统的混合仿真方法。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit,CPU),还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等,所述处理器是所述交直流电力系统的混合仿真装置的控制中心,利用各种接口和线路连接整个交直流电力系统的混合仿真装置的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块,所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块,以及调用存储在存储器内的数据,实现所述交直流电力系统的混合仿真装置的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区,其中,存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等;存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外,存储器可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非易失性存储器,例如硬盘、内存、插接式硬盘,智能存储卡(Smart Media Card,SMC),安全数字(SecureDigital,SD)卡,闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
其中,所述交直流电力系统的混合仿真装置集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程,也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中,该计算机程序在被处理器执行时,可实现上述各个方法实施例的步骤。其中,所述计算机程序包括计算机程序代码,所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括:能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
需说明的是,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外,本发明提供的装置实施例附图中,模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接,具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下,即可以理解并实施。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。