CN111709107A - 一种含大规模电力电子设备的电力网络仿真方法及系统 - Google Patents

一种含大规模电力电子设备的电力网络仿真方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含大规模电力电子设备的电力网络仿真方法及系统，方法包括：获取电力网络的主电路中各个设备的电气参数、连接关系，以及控制电路中元件的相关信息，生成拓扑描述文件；根据拓扑描述文件将电力网络拆分为多个独立子网络；建立当前设备或电力电子单元设备电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程；对各独立子网络的方程及控制电路的方程进行并行计算；当接收到仿真计算终止指令时，根据输入请求对电气量进行相应计算，输出仿真计算结果。本发明通过将电力网络中控制电路及主电路部分进行子网划分，适用于计算模块的计算容量，通过电力系统仿真，实现对电力系统的准确模拟，提升了复杂电力网络的仿真计算效率。

Description

一种含大规模电力电子设备的电力网络仿真方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统仿真与控制技术领域，具体涉及一种含大规模电力电子设备的电力网络仿真方法及系统。
背景技术
随着新能源发电、柔性直流/直流电网等技术迅猛发展，含大量高频电力电子开关的电气装置在电网所占的比例越来越大，为更详细的研究系统特性，仿真规模和仿真步长(单位仿真计算时间长度)是重现高频暂态的关键因素，仿真越详细、仿真步长越小，对系统特性模拟越准确。且随着快速保护系统如行波保护对高采样率的要求，将进一步增加系统对小步长电磁暂态仿真的需求。
目前不含大规模电力电子设备的电力网络仿真整个系统规模在万节点左右，仿真计算时间的要求一般为20～50微秒仿真步长即可。而含电力电子设备的电力网络中一个电力电子设备仿真节点就在万节点左右(如模块化柔性直流换流阀设备)，因此，整个系统的仿真规模成倍增加，且仿真计算时间要求更短，为1～10微秒仿真步长。目前的实时仿真器(用于小步长仿真)多采用CPU为主的计算架构，而CPU作为通用处理器，主要擅长管理和调度，芯片上绝大部分空间不属于算术逻辑单元(arithmetic and logic unit，ALU)，运算能力较专用处理器弱，且CPU是基于串行的计算模式，因此，CPU满足不了大系统小步长实时仿真的需求。而高性能计算处理器如FPGA等由大量逻辑运算单元、可编程I/O及内部连线构成，拥有完全可配置的并行硬件结构、分布式内存结构及流水线结构，可实现高度并行的数值计算，能够较好地满足小步长仿真的需求。为此，有人提出可将高性能计算处理器如FPGA等作为CPU的辅助加速单元放置特定的装置模型实现局部的小步长仿真。
但是，为达到较大规模系统的实时仿真，现有技术中，不论是采用以多个CPU为主的计算架构来进行并行计算仿真，还是将高性能计算处理器如FPGA等作为CPU的辅助加速单元放置特定的装置模型并通过它们之间的并行计算来实现局部的小步长仿真，系统网络分割并行算法多采用“系统级”的并行，在这类“系统级”并行算法中，无论是基于差分方程法构造导纳对称阵进行矩阵变换、多区域戴维南等值(multi-area Thevenin equivalent,MATE)并行算法、还是基于MATE算法提出的节点分裂法，其根本思路均是将大系统分为多个子系统。然而，一个子系统中仍存在多种电气设备，且每个电气设备都作为一个不可分割的整体参与仿真计算，由于某些电气设备结构复杂，拓扑多变，矩阵规模庞大，仍然制约系统并行计算性能的提升。特别是在对含大规模电力电子的交直流混联非线性系统进行并行计算时，直流输电系统中换流阀的多次导通、关断会导致网络拓扑结构变化，虽然可以将拓扑结构变化和不变的部分划分开，分别列写子网内交流和直流网络的节点电压方程，并消去子网内交直流联络线电流来提高仿真效率；或者将子网络再划分为多个子-子网络，并将流经子网络中开关元件的电流消去以减少计算量，但是，其在本质上还是以“系统级”并行的方式进行计算仿真，仍不满足并行计算对网络划分灵活性的要求，也无法满足大系统小步长实时仿真的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种含大规模电力电子设备的电力网络仿真方法及系统，解决现有技术中对于电力网络的仿真计算过程难以满足全系统小步长仿真的需求，并且计算效率低，占用内存大的问题。
本发明实施例提供了一种含大规模电力电子设备的电力网络仿真方法，包括：步骤S1：获取电力网络的主电路中各个设备的电气参数、设备间和设备内部连接关系，以及控制电路中元件参数及连接关系的相关信息，生成拓扑描述文件；步骤S2：根据拓扑描述文件将电力网络拆分为多个独立子网络，所述独立子网络包括主电路设备子网络和控制子网络，其中主电路设备子网络由主电路拆分后获得，所述主电路设备子网络包括预设数量的非电力电子设备、电力电子设备或电力电子单元设备，所述控制子网络由控制电路拆分后获得，所述控制子网络包括预设数量的控制模块；步骤S3：根据各独立子网络中设备或电力电子单元设备的特点，建立当前设备或电力电子单元设备电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程；步骤S4：对各独立子网络的电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程，在不同类型的计算单元中采用相应的预设仿真计算步长进行并行计算，得到各独立子网络的计算结果，所述计算结果包括：各独立子网络中设备或设备元件的电气量、非电气量和控制电路的状态量，通过子网络间的专用接口实现相连独立子网络间计算结果的交互，以及电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程间相关联的计算数据信息的更新；步骤S5：判断是否接收到仿真计算终止指令；步骤S6：当接收到仿真计算终止指令时，输出各独立子网络的电气量和状态量，并根据输入请求对所述电气量进行相应计算，最后输出仿真计算结果。
可选地，当未接收到仿真计算终止指令时，根据预设仿真计算周期，更新各独立子网络的主电路方程、控制电路的方程和非电气部分的方程之间相关联的数据信息，并返回执行步骤S4，直到接收到仿真计算终止指令。
可选地，所述根据拓扑描述文件将电力网络拆分为多个独立子网络的步骤，包括：通过对含有大规模电力电子设备的电力网络进行拓扑描述识别，将电力网络的主电路部分拆分成多个主电路设备子网络；通过对控制电路部分的拓扑描述进行识别，将控制电路部分拆分为多个控制子网络。
可选地，所述通过对含有大规模电力电子设备的电力网络进行拓扑描述识别，将电力网络的主电路部分拆分成多个设备子网络的步骤，包括：根据主电路部分各电气设备的属性，将主电路部分划分为线性部分与非线性部分，所述线性部分与非线性部分由各电气设备的类型决定；以各非线性电气设备为单元，将非线性部分划分为对应各非线性电气设备的非线性子网络；获取主电路线性部分的电气设备的数量，判断电气设备的数量是否小于当前计算单元的计算容量所对应的预设电气设备的数量；当电气设备的数量不小于当前计算单元的计算容量对应的预设电气设备的数量时，将传输线或等效传输线作为网络划分节点，以网络划分节点数量最少为原则，将主电路线性部分进行拆分，得到多个线性子网络。
可选地，所述根据各独立子网络中设备或电力电子单元设备的特点，建立当前设备或电力电子单元设备电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程的步骤，包括：基于控制子网络的各控制元件模型，得到控制电路的方程；基于各线性子网络的各元件模型，得到电气部分的主电路方程的各线性方程；基于非线性子网络的各电气设备模型，得到电气部分的主电路方程的各非线性方程，并以等效受控源形式与线性方程进行连接；基于独立子网络的非电气模型，得到非电气部分的方程。
可选地，所述对各独立子网络的电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程，在不同类型的计算单元中采用相应的预设仿真计算步长进行并行计算求解，得到各独立子网络的计算结果的步骤，包括：根据预设仿真计算周期，对电气部分主电路的方程、非电气部分的方程及控制电路的方程进行数据交互，更新计算电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程所需的数据信息；根据更新后的控制电路的数据信息，求解控制电路的方程；根据更新后的非线性子网络的数据信息，求解主电路各非线性子网络的计算方程，得到各非线性子网络电气值，确定等效受控源参数；根据更新后的各线性子网络的数据信息及等效受控源参数，求解主电路各线性子网络的计算方程，得到各线性子网络的电气值。
可选地，所述根据预设仿真计算周期，对电气部分主电路的方程、非电气部分的方程及控制电路的方程进行数据交互的步骤，包括：分别获取电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程求解的时间；当求解电气部分的主电路方程和非电气部分的方程的累计时间与求解一次控制电路方程的时间相等时，将数据信息进行交互。
可选地，所述根据更新后的各线性子网络的数据信息，求解主电路各线性子网络的计算方程，得到各线性子网络的电气值的步骤，包括：根据线性子网络的数据信息及等效受控源参数更新各线性子网络的计算方程的电源项；根据更新后的电源项，采用迭代计算方法求解各独立子网络电气设备的电气量及状态量。
本发明实施例提供了一种含大规模电力电子设备的电力网络仿真系统，包括：操作设置子系统，用于建立电力网络拓扑参数、设置线性设备、非线性设备及控制元件的参数；参数获取子系统，用于获取电力网络的主电路中各个设备的电气参数、设备间和设备内部连接关系，以及控制电路中元件参数及连接关系的相关信息；管理子系统，用于根据各独立子网络中设备或电力电子单元设备的特点，建立当前设备或电力电子单元设备电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程；仿真计算子系统，用于对各独立子网络的电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程，在不同类型的计算单元中采用相应的预设仿真计算步长进行并行计算，输出计算结果；通信子系统，用于不同设备计算单元的分配、各个计算单元间的交互管理；输出子系统，与所述仿真计算子系统连接，用于将接收的仿真计算结果上传至仿真计算子系统及输出至显示模块。
可选地，所述操作设置子系统包括：模型设置模块：用于建立电力网络拓扑、设置参数；硬件设置模块：用于设置硬件网络地址；仿真参数设置模块：用于设置仿真步长参数、仿真开始、仿真暂停及仿真结束的指令。
可选地，所述参数获取子系统包括：系统参数获取模块，用于获取由系统所创建的电力网络的主电路中各个设备的电气参数、设备间和设备内部连接关系，以及控制电路中元件参数及连接关系的相关信息；接口参数获取模块，用于获取第三方仿真软件所创建的电力网络的主电路中各个设备的电气参数、设备间和设备内部连接关系，以及控制电路中元件参数及连接关系的相关信息。
可选地，所述计算器包括：数据缓存模块，用于对电力网络的设备参数数据信息进行存储，并与中央处理器进行数据交换；一次系统解算模块，用于对主电路方程进行求解，得到各子网主电路的电气量。
可选地，所述管理子系统包括：拓扑描述文件生成模块，用于根据参数获取子系统获取的相关信息，生成拓扑描述文件；子网划分模块，用于根据接收的各拓扑描述文件，将电力网络拆分为多个独立子网络；方程生成模块，用于根据参数获取子系统获取的相关信息及拆分后的独立子网络，生成电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程。
可选地，所述仿真计算子系统包括：电气计算单元，用于对电气部分的主电路方程及非电气部分的方程进行求解，得到各独立子网络电气设备的电气量；中央控制计算单元，用于根据各独立子网络的计算结果，更新解算控制电路的方程的数据信息，对控制电路的方程进行求解，得到控制子网络的状态量。
可选地，所述通信子系统，包括：计算单元分配模块，用于根据不同的设备类型和计算步长将设备分配到不同的计算单元进行计算，将计算步长不大于预设阈值的设备放置于高速处理器中，计算步长大于预设阈值的设备放置于中央控制计算单元中；同步检测模块，用于根据设定的数据交互周期对不同仿真计算子系统交互数据进行时钟同步；接口模块，用于各计算单元间的数据交互。
可选地，所述输出子系统包括：录波模块，用于记录电力网络的各电气量、各状态量的变化状态；数据输入输出模块，用于实现电力网络的设备参数和控制数据信息及各电气量、状态量的获取与输出；显示模块，用于对各解算结果进行展示与输出。
可选地，所述电气计算单元包括：数据缓存模块，用于对主电路中各个设备电气参数、设备间和设备内部连接关系，以及控制电路中元件参数及连接关系的相关信息、电气量数据信息进行存储，并与中央控制计算单元进行数据交换；主电路解算模块，用于对电气部分的主电路方程及非电气部分的方程进行求解，得到各独立子网络的电气设备的电气量。
可选地，所述中央控制计算单元包括：调度控制模块，用于接收设备及控制部分类型、参数、连接关系信息、设备参数数据信息及各独立子网络主电路的计算结果，并发送至数据存储模块；数据存储模块，用于存储接收的设备参数及各独立子网络主电路的计算结果；控制电路解算模块，用于对控制电路的方程进行求解，得到控制子网络的状态量。
可选地，所述接口模块包括：第一接口模块：用于各仿真计算子系统间的数据交互；第二接口模块：用于连接各外接设备，进行数据交互。
可选地，所述第一接口模块包括：同类型处理器接口模块：用于相同类型计算单元的数据交互；不同类型处理器接口模块：用于不同类型计算单元的数据交互。
可选地，所述第二接口模块包括：信号硬件接口单元，用于连接外接控制器，所述外接控制器用于替代控制电路部分；功率硬件接口单元，用于连接外接电气设备动模装置，所述外接电气设备动模装置用于替代主电路的电气装置。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的含大规模电力电子设备的电力网络仿真方法，在对大系统仿真时，采用按系统装备分割、分网并行仿真的方式，以实现全系统的小步长仿真效率的提升。即通过将电力网络按不同设备类型进行分网，将一个电力网络划分为非线性设备子网络、线性主电路子网络、控制子网络等，为每种占用计算资源的非线性电力装备配置单独的计算单元，且对每种电力装置模型内部程序高度优化、做到最大化的并行以提升仿真效率；引入非电气部分数学方程计算，实现对大规模电力电子设备的电力网络及非电气部分精确建模联合仿真，实现了小步长仿真精度的进一步提升。
2.本发明提供的含大规模电力电子设备的电力网络仿真系统，通过对不同设备解算需求与不同计算资源相匹配的仿真系统设计架构，实现了多种计算资源的联合并行仿真计算和全系统自动化子网划分，仿真操作便捷简单，设备模型仿真效率高，模型下载速度快，硬件资源易于扩展，满足了大规模电网络全系统微秒级仿真步长的小步长实时仿真需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中提供的含大规模电力电子设备的电力网络仿真方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的含大规模电力电子设备的电力网络仿真方法的另一实施方式的流程图；
图3为本发明实施例提供的含大规模电力电子设备的电力网络仿真方法得到各独立子网络的计算结果的流程图；
图4为本发明实施例提供的含大规模电力电子设备的电力网络仿真系统的模块组成图；
图5为本发明实施例提供的含大规模电力电子设备的电力网络仿真系统的通信子系统模块组成图；
图6为本发明实施例提供的含大规模电力电子设备的电力网络仿真系统的电气计算单元与中央控制计算单元的模块组成图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明实施例提供的含大规模电力电子设备的电力网络仿真方法，适用于电力网络的电力电子电路的实时仿真计算，具体地，如图1所示，该含大规模电力电子设备的电力网络仿真方法具体包括：
步骤S1：获取电力网络的主电路中各个设备的电气参数、设备间和设备内部连接关系，以及控制电路中元件参数及连接关系的相关信息，生成拓扑描述文件。
本发明实施例中，通过输入接口获取电力网络的主电路中各个设备的电气参数、设备间和设备内部连接关系，以及控制电路中元件参数及连接关系的相关信息，生成拓扑描述文件，然后根据主电路及控制电路的上述数据信息对电力网络进行图像化建模，生成拓扑描述文件，用于后续的网络划分与模块仿真计算。
本发明实施例中，拓扑描述文件包括实际主电路拓扑描述和将实际主电路拓扑映射到某固定图形上所生成的电路拓扑描述，其中，将实际主电路拓扑映射到某固定图形上的生成电路拓扑的实现方法具体为：用确定数量的点和线构成固定形状，将固定形状中的点作为电路节点，将固定形状中的线作为电路支路；将被解算电路的电路图的节点和支路信息一一对应到固定形状中；根据被解算电路与固定形状的对应关系，明确固定形状电路中的每一条线的具体电气元件属性；计算该固定形状对应等效电路的电气量数值；得到固定形状拓扑的被解算等效电路拓扑和参数描述。需要说明的是，本发明仅举例说明将实际主电路拓扑映射到某固定图形上所生成的电路拓扑描述的方法，在实际应用中可以选择其他方法，本发明并不以此为限。
步骤S2：根据拓扑描述文件将电力网络拆分为多个独立子网络，独立子网络包括主电路设备子网络和控制子网络，其中主电路设备子网络由主电路拆分后获得，主电路设备子网络包括预设数量的非电力电子设备、电力电子设备或电力电子单元设备，控制子网络由控制电路拆分后获得，控制子网络包括预设数量的控制模块。
本发明实施例中，电力系统装备种类越来越多，电力系统形态越来越复杂，因此对于电力系统的仿真计算工作也带来了非常艰难的考验，因此本发明实施例根据拓扑描述文件将电力网络拆分为多个独立拓扑的子网络，便于根据仿真系统的计算容量进行仿真计算，其中，主电路设备子网络由主电路拆分后获得，主电路设备子网络包括预设数量的非电力电子设备、电力电子设备或电力电子单元设备，控制子网络由控制电路拆分后获得，控制子网络包括预设数量的控制模块。需要说明的是，在实际应用中，可以根据实际系统内存及计算容量来选择划分的子网的个数，并且可以选择手动拆分或自动拆分将电力电子电路按照电路及元件属性进行拆分，本发明并不以此为限。
步骤S3：根据各独立子网络中设备或电力电子单元设备的特点，建立当前设备或电力电子单元设备电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程。
本发明实施例中，在获取到电力网络的主电路及控制电路的数据信息时，即已经获知各电气设备的类型、参数，因此可以得到电气设备模型，生成当前设备或电力电子单元设备电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程，控制电路的方程可采用控制模块计算流程或将控制系统传递函数列写成状态方程，主电路方程可采用节点分析法或状态变量分析法等列写，其中，非电气部分的方程是与电气部分相关联的非电气部分的方程。需要说明的是，各电路方程的生成方法可以根据实际需要进行选择，本发明仅举例进行说明，在实际应用中还可以包含其他生成方法，本发明并不以此为限。
步骤S4：对各独立子网络的电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程，在不同类型的计算单元中采用相应的预设仿真计算步长进行并行计算，得到各独立子网络的计算结果，计算结果包括：各独立子网络中设备或设备元件的电气量、非电气量和控制电路的状态量，通过子网络间的专用接口实现相连独立子网络间计算结果的交互，以及电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程间相关联的计算数据信息的更新。
本发明实施例中，为了得到最后各子网的电气量，需要对各电路方程进行求解，对各独立子网络的电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程，在不同类型的计算单元中采用相应的预设仿真计算步长进行并行计算，得到各独立子网络的计算结果，其中计算结果包括：各独立子网络中设备或设备元件的电气量、非电气量和控制电路的状态量，通过子网络间的专用接口实现相连独立子网络间计算结果的交互，以及电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程间相关联的计算数据信息的更新。需要说明的是，对于各电路方程的求解方法有很多，在实际应用中可以根据实际系统需求进行选择，本发明并不以此为限。
步骤S5：判断是否接收到仿真计算终止指令。
本发明实施例中，实时对系统进行监测，并判断是否接收到仿真计算终止指令，有可能一个计算周期就收到了仿真计算终止指令，也有可能数个计算周期才收到，并且也有可能系统出现故障，提前终止计算，本发明并不以此为限。
步骤S6：当接收到仿真计算终止指令时，输出各独立子网络的电气量和状态量，并根据输入请求对电气量进行相应计算，最后输出仿真计算结果。
本发明实施例中，当接收到仿真计算终止指令时，输出各独立子网络的电气量和状态量，并根据输入请求对电气量进行相应计算，最后输出仿真计算结果。
本发明提供的含大规模电力电子设备的电力网络仿真方法，在对大系统仿真时，采用按系统装备分割、分网并行仿真的方式，以实现全系统的小步长仿真效率的提升。即通过将电力网络按不同设备类型进行分网，将一个电力网络划分为非线性设备子网络、线性主电路子网络、控制子网络等，为每种占用计算资源的非线性电力装备配置单独的计算单元，且对每种电力装置模型内部程序高度优化、做到最大化的并行以提升仿真效率；引入非电气部分数学方程计算，实现对大规模电力电子设备的电力网络及非电气部分精确建模联合仿真，实现了小步长仿真精度的进一步提升。
在一具体实施例中，如图2所示，含大规模电力电子设备的电力网络仿真方法还包括如下步骤：
步骤S7：当未接收到仿真计算终止指令时，根据预设仿真计算周期，更新各独立子网络的主电路方程、控制电路的方程和非电气部分的方程之间相关联的数据信息，并返回执行步骤S4，直到接收到仿真计算终止指令。
本发明实施例中，当未接收到仿真计算终止指令时，表示仿真没有结束，则根据预设仿真计算周期，更新各独立子网络的主电路方程、控制电路的方程和非电气部分的方程之间相关联的数据信息，并返回执行步骤S4直到接收到仿真计算终止指令，得到最终的仿真结果。
在一具体实施例中，执行步骤S2的过程可以具体包括如下步骤：
步骤S21：通过对含有大规模电力电子设备的电力网络进行拓扑描述识别，将电力网络的主电路部分拆分成多个主电路设备子网络。
本发明实施例中，通过对含有大规模电力电子设备的电力网络进行拓扑描述识别，按照电路及元件属性，根据拆分原则，将电路拆分成独立拓扑子网的方法，其中，举例说明该将电路拆分成独立拓扑子网络的方法，将主电路部分进行拆分，主电路分为非线性和线性部分的拆分方法。需要说明的是，本发明实施例仅举例说明，在实际应用中可以选择其他拆分方法，本发明并不以此为限。
步骤S22：通过对控制电路部分的拓扑描述进行识别，将控制电路部分拆分为多个控制子网络。
本发明实施例中，通过对控制电路部分的拓扑描述进行识别，按照电路及元件属性，根据拆分原则及控制电路部分的拓扑描述文件，将控制电路部分先进行识别然后拆分为各控制子网络。
在一具体实施例中，执行步骤S21的过程可以具体包括如下步骤：
步骤S211：根据主电路部分各电气设备的属性，将主电路部分划分为线性部分与非线性部分，其中，线性部分与非线性部分由各电气设备的类型决定。
本发明实施例中，根据主电路部分各电气设备属性信息及设备参数，将主电路部分划分为线性部分及非线性部分，其中，线性部分与非线性部分由各电气设备的类型决定，然后分别对线性部分及非线性部分进行下一步拆分或仿真计算。
步骤S212：以各非线性电气设备为单元，将非线性部分划分为对应各非线性电气设备的非线性子网络。
本发明实施例中，以各非线性电气设备为单元，将非线性部分划分为对应各非线性电气设备的非线性子网络，其中，非线性元件主要包含发电机、有损电感、有损电容、非线性变压器、有损传输线、电力电子设备等。需要说明的是，本发明实施例仅举例说明非线性元件，本发明并不以此为限。
步骤S213：获取主电路线性部分的电气设备的数量，判断电气设备的数量是否小于当前计算单元的计算容量所对应的预设电气设备的数量。
本发明实施例中，对电力网络的主电路线性部分进行拆分的过程中，需要先获取主电路线性部分的电气设备的数量，判断电气设备的数量是否小于线性计算模块的计算内存对应的预设电气设备的数量。需要说明的是，本发明实施例中的预设电气设备的数量是依据仿真系统中线性计算模块的计算容量决定的，本发明并不以此为限。
步骤S214：当电气设备的数量不小于当前计算单元的计算容量对应的预设电气设备的数量时，将传输线或等效传输线作为网络划分节点，以网络划分节点数量最少为原则，将主电路线性部分进行拆分，得到多个线性子网络。
本发明实施例中，当电气设备的数量不小于线性计算模块的计算内存对应的预设电气设备的数量时，代表主电路线性部分计算节点大于单个处理器计算能力，需要对线性部分进行进一步拆分，以输电线路及等效传输线作为分网点且分网点数量最少且兼顾子网计算量为划分原则，将主电路线性部分进行拆分，得到多个线性子网，其中，线性元件主要包括理想电源、理想电阻、理想电感、理想电容、理想开关、线性变压器、无损传输线等。需要说明的是，本发明实施例中划分原则是为了节省计算资源，本发明不以此为限。
在一具体实施例中，执行步骤S3的过程可以具体包括如下步骤：
步骤S31：基于控制子网络的各控制元件模型，得到控制电路的方程。
本发明实施例中，基于控制子网的各电气设备模型得到控制系统传递函数，进而确定控制电路的方程。需要说明的是，生成电力网络个电路方程的方法还可以根据控制模块计算流程，形成每个计算模块函数模板和控制系统模块连接关系；采将控制系统传递函数列写成状态方程方法时，需形成控制系统整体状态方程的系统矩阵、输入矩阵和输出矩阵，本发明并不以此为限。
步骤S32：基于各线性子网络的各元件模型，得到电气部分的主电路方程的各线性方程。
步骤S33：基于非线性子网络的各电气设备模型，得到电气部分的主电路方程的各非线性方程，并以等效受控源形式与电路线性部分进行连接。
步骤S34：基于独立子网络的非电气模型，得到非电气部分的方程。
在一具体实施例中，如图3所示，执行步骤S4的过程可以具体包括如下步骤：
步骤S41：根据预设仿真计算周期，对电气部分主电路的方程、非电气部分的方程及控制电路的方程进行数据交互，更新计算电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程所需的数据信息。
本发明实施例中，由于电力网络的仿真计算各部分是实时同步进行的，但是如果进行一次计算就更新严重影响计算效率，并且造成不必要的资源浪费，因此根据预设仿真计算周期，对电气部分主电路的方程、非电气部分的方程及控制电路的方程进行数据交互，更新计算电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程所需的数据信息，需要说明的是，本发明实施例中的仿真计算周期是根据实际需要及经验进行设定的，本发明并不以此为限。
步骤S42：根据更新后的控制电路的数据信息，求解控制电路的方程。
本发明实施例中，根据更新后的控制电路的数据信息，利用被更新的数据及不需要更新的数据对控制电路的方程进行求解，得到被控制量参数，用于后续计算，其中方程的求解方法可采用后退欧拉法、梯形积分法等多种数值积分方法等进行迭代求解，可以根据实际需要进行选择，本发明并不以此为限。
步骤S43：根据更新后的非线性子网络的数据信息，求解主电路各非线性子网络的计算方程，得到各非线性子网络电气值，确定等效受控源参数。
本发明实施例中，根据更新后的非线性子网络的数据信息，求解主电路各非线性子网络的计算方程，得到各非线性子网络电气值，确定等效受控源参数，实时的参与线性部分的计算，其中非线性部分独立建模。
步骤S44：根据更新后的各线性子网络的数据信息及等效受控源参数，求解主电路各线性子网络的计算方程，得到各线性子网络的电气值。
在一具体实施例中，执行步骤S41的过程可以具体包括如下步骤：
步骤S411：分别获取电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程求解的时间。
本发明实施例中，分别获取电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程求解的时间，因为各电路的求解过程使实时同步进行的，而控制电路部分计算耗时较长，主电路部分计算耗时较短，因此为了后续计算，首先获取求解的时间，并将两个时间进行比较。
步骤S412：当求解电气部分的主电路方程和非电气部分的方程的累计时间与求解一次控制电路方程的时间相等时，将数据信息进行交互。
本发明实施例中，当求解主电路方程的累计时间与求解一次控制电路方程的时间相等时，将数据信息进行交互，更新求解所需的各线性子网的数据信息，便于后续的方程求解。
在一具体实施例中，执行步骤S44的过程可以具体包括如下步骤：
步骤S441：根据线性子网络的数据信息及等效受控源参数更新各线性子网络的计算方程的电源项。
本发明实施例中，根据主电路的数据信息及等效受控源参数更新各线性子网络的状态方程的电源项，包括理想电源和受控电源，受控电源是主电路非线性部分解算的结果传送至主电路线性部分的。
步骤S442：根据更新后的电源项，采用迭代计算方法求解各独立子网络电气设备的电气量及状态量。
本发明实施例中，根据更新后的电源项对电路的系统状态方程进行修改，利用直接积分法对一阶状态方程进行迭代求解，需要说明的是，本发明仅举例说明该求解方法，实际应用中还可以选择其他方法，本发明并不以此为限。
以一个发电机接双端柔性直流(MMC)输电系统为例进行说明。该系统电路部分包含发电机(非线性元件)、MMC换流阀模块(非线性元件)、理想电压源、电阻、电感、时控开关等元件；控制系统包括发电机控制、MMC控制和时控开关故障时间控制。当t＝2.5s时，逆变侧出口发生单相交流短路故障，持续时间为1ms。需要说明的是，本发明实施例仅以上述为例进行说明，本发明并不以此为限。
在操作设置子系统中建立该电力网络仿真模型；在操作设置子系统中建立该电力网络拓扑；设置线性设备(理想电压源、电阻、电感、时控开关)参数；设置非线性设备(发电机、MMC换流阀)参数；设置电机控制、MMC控制和时控开关故障时间控制参数。设置仿真步长时间、仿真时间等仿真参数，设置仿真开始指令。然后在参数获取子系统中获取该该电力网络的主电路中各个设备的电气参数和设备间及设备内部连接关系，以及控制电路中元件参数及连接关系。并且在管理子系统中的拓扑文件生成模块根据参数获取子系统获得相关信息，生成拓扑描述文件；在管理子系统中的子网划分模块将该电力网络拆分为发电机子网、MMC子网、主电路线性部分子网和控制电路子网，其中发电机以受控电流源的形式与线性子网部分连接，MMC以受控电压源的形式与线性子网连接；由于线性子网节点数小于单块FPGA的计算容量，故线性子网无需拆分；在管理子系统的子网生成模块生成发电机方程、MMC方程、线性电路方程及控制电路方程。
在本实施例中，电气计算单元采用FPGA，控制电路计算采用中央处理器。利用通信子系统中的计算单元分配模块将发电机方程、MMC方程、线性电路方程下载到对应的FPGA计算单元中，将控制电路方程下载到中央处理器中。在各FPGA计算单元中对发电机子网、MMC子网、线性子网分别进行每个计算步长的求解。其中发电机子网中发电机电路部分和非电气部分(机械部分)以电磁转矩和转速等接口进行连接。在同步检测模块中，根据设定的数据交互周期对发电机子网、MMC子网、线性电路子网和控制电路子网进行数据交互。其中，发电机子网将受控电流源的值传递给线性电路子网，MMC子网将受控电压源的值传递给线性电路子网、线性电路子网将发电机出口电压传递给发电机子网、线性电路子网将MMC桥臂电流传递给MMC子网、控制子网将励磁电压传递给发电机子网、控制子网将桥臂参考电压传递给MMC子网、控制子网将时刻开关触发信号传递给线性电路子网。
在实际实施例中，计算硬件接收操作设置子系统设置的仿真终止指令；当收到终止仿真指令，则将各个子网仿真计算结果通过输出子系统数据输出模块输出；若未收到终止仿真指令，则重复对各独立子网络的电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程，在不同类型的计算单元中采用相应的预设仿真计算步长进行并行计算，每个计算步长的求解和固定数据交互周期的数据交互。
本发明实施例中，在开关动作时刻，对电路的系统状态方程进行修改；利用直接积分法对一阶状态方程进行迭代求解，求解主电路方程形式如下：
Figure BDA0002541862550000211
其中，
Figure BDA0002541862550000212
E为单位对角矩阵，KC、KR、KL分别是电路电容、电阻、电感参数矩阵，Is为节点注入电流，
Figure BDA0002541862550000213
为节点电压向量，
Figure BDA0002541862550000214
为节点磁链，Δt为仿真步长，β为插值算法相关系数，xn为n时刻的电气量，xn+1为n+1时刻的电气量，Rn为n时刻节点注入电流向量，Rn+1为n+1时刻节点注入电流向量。
在实际应用中，线性电路子网首先更新每个时步的电源值，再求解式(1)求出节点电压和磁链，然后进行开关动作判断，根据开关判断结果，即开关状态，选择相应的K2_FPGA参数，最后计算测量输出量。
本发明提供的含大规模电力电子设备的电力网络仿真方法，在对大系统仿真时，采用按系统装备分割、分网并行仿真的方式，以实现全系统的小步长仿真效率的提升。即通过将电力网络按不同设备类型进行分网，将一个电力网络划分为非线性设备子网络、线性主电路子网络、控制子网络等，为每种占用计算资源的非线性电力装备配置单独的计算单元，且对每种电力装置模型内部程序高度优化、做到最大化的并行以提升仿真效率；引入非电气部分数学方程计算，实现对大规模电力电子设备的电力网络及非电气部分精确建模联合仿真，实现了小步长仿真精度的进一步提升。
本发明实施例还提供了一种含大规模电力电子设备的电力网络仿真系统，如图4所示，该仿真系统包括：
操作设置子系统1，用于建立电力网络拓扑参数、设置线性设备、非线性设备及控制元件的参数。
参数获取子系统2，用于获取电力网络的主电路中各个设备的电气参数、设备间和设备内部连接关系，以及控制电路中元件参数及连接关系的相关信息。
管理子系统3，用于根据各独立子网络中设备或电力电子单元设备的特点，建立当前设备或电力电子单元设备电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程。
仿真计算子系统4，用于对各独立子网络的电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程，在不同类型的计算单元中采用相应的预设仿真计算步长进行并行计算，输出计算结果。其中，可以通过多种方法进行求解，本仿真计算子系统4选用上述方法中的求解方法。
通信子系统5，用于不同设备计算单元的分配、各个计算单元间的交互管理。
输出子系统6，与仿真计算子系统4连接，用于将接收的仿真计算结果上传至仿真计算子系统及输出至显示模块。其中，输出子系统6通过有线或无线的方式与仿真计算子系统4连接，并对结果进行显示。
在一具体实施例中，操作设置子系统1可以具体由以下模块组成：
模型设置模块11：用于建立电力网络拓扑、设置参数。
硬件设置模块12：用于设置硬件网络地址。其中可以采用自动获取的方式设置，也可以手动设置，本发明并不以此为限。
仿真参数设置模块13：用于设置仿真步长参数、仿真开始、仿真暂停及仿真结束的指令。其中设置的仿真步长参数、仿真开始、仿真暂停及仿真结束的指令都是根据系统实际需求及性能进行设定的，本发明并不以此为限。
在一具体实施例中，参数获取子系统2可以具体由以下模块组成：
系统参数获取模块21，用于获取由系统所创建的电力网络的主电路中各个设备的电气参数、设备间和设备内部连接关系，以及控制电路中元件参数及连接关系的相关信息。
接口参数获取模块22，用于获取第三方仿真软件所创建的电力网络的主电路中各个设备的电气参数、设备间和设备内部连接关系，以及控制电路中元件参数及连接关系的相关信息。
在一具体实施例中，管理子系统3可以具体由以下模块组成：
拓扑文件生成模块31，用于根据参数获取子系统获取的相关信息，生成拓扑描述文件。其中，拓扑文件生成模块识别并输出主电路及控制电路的连接关系及参数。
子网划分模块32，用于根据接收的各拓扑描述文件，将电力网络拆分为多个独立子网络。其中，包括电路部分和控制部分的拆分，电路部分的非线性元件和线性部分的拆分、以及线性部分节点数大于单块FPGA仿真能力时的电路拆分。
方程生成模块33，用于根据参数获取子系统获取的相关信息及拆分后的独立子网络，生成电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程。
在一具体实施例中，仿真计算子系统4可以具体由以下模块组成：
本发明实施例中，将主电路各子网参数下载到计算器中各高速计算单元(如FPGA)中，将控制系统子网参数下载到中央处理器(如CPU)中，在高速计算单元FPGA中进行主电路部分各子网的方程解算，在CPU中进行控制部分的解算(当连接真实控制器时则在实际控制器中计算)。
电气计算单元41，用于对电气部分的主电路方程及非电气部分的方程进行求解，得到各独立子网络电气设备的电气量。其中，FPGA机箱用于主电路部分求解，各个电路子网分别位于不同的FPGA板卡中，非线性部分以受控电源的形式与线性部分连接；线性电路子网计算程序及非线性元件模型程序均以固化在相应的FPGA板卡中，使用时只需下载相应参数，无需再进行编译。
中央控制计算单元42，用于根据各独立子网络的计算结果，更新解算控制电路的方程的数据信息，对控制电路的方程进行求解，得到控制子网络的状态量。其中，CPU用于控制系统计算，具体包括控制系统计算顺序确定及控制系统在每个计算步长的求解。
在一具体实施例中，如图5所示，通信子系统5可以具体由以下模块组成：
计算单元分配模块51，用于根据不同的设备类型和计算步长将设备分配到不同的计算单元进行计算，将计算步长不大于预设阈值的设备放置于高速处理器中，计算步长大于预设阈值的设备放置于中央控制计算单元中。
同步检测模块52，用于根据设定的数据交互周期对不同仿真计算子系统交互数据进行时钟同步。
接口模块53，用于各计算单元间的数据交互。
在一具体实施例中，输出子系统6可以具体由以下模块组成：
录波模块61，用于记录电力网络的各电气量、各状态量的变化状态。
数据输入输出模块62，用于实现电力网络的设备参数和控制数据信息及各电气量、状态量的获取与输出。
显示模块63，用于对各解算结果进行展示与输出。
在一具体实施例中，电气计算单元41可以具体由以下模块组成：
数据缓存模块411，用于对主电路中各个设备电气参数、设备间和设备内部连接关系，以及控制电路中元件参数及连接关系的相关信息、电气量数据信息进行存储，并与中央控制计算单元进行数据交换。
主电路解算模块412，用于对电气部分的主电路方程及非电气部分的方程进行求解，得到各独立子网络的电气设备的电气量。
在一具体实施例中，如图6所示，中央控制计算单元42可以具体由以下模块组成：
调度控制模块421，用于接收设备及控制部分类型、参数、连接关系信息、设备参数数据信息及各独立子网络主电路的计算结果，并发送至数据存储模块422。
数据存储模块422，用于存储接收的设备参数及各独立子网络主电路的计算结果。
控制电路解算模块423，用于对控制电路的方程进行求解，得到控制子网络的状态量。
在一具体实施例中，接口模块53可以具体由以下模块组成：
第一接口模块531：用于各仿真计算子系统间的数据交互。
第二接口模块532：用于连接各外接设备，进行数据交互。
在一具体实施例中，第一接口模块531可以具体由以下模块组成：
同类型处理器接口模块5311：用于相同类型计算单元的数据交互。
不同类型处理器接口模块5312：用于不同类型计算单元的数据交互。
在一具体实施例中，第一接口模块531可以具体由以下模块组成：
信号硬件接口单元5321，用于连接外接控制器，外接控制器用于替代控制电路部分。
功率硬件接口单元5322，用于连接外接电气设备动模装置，外接电气设备动模装置用于替代主电路的电气装置。
通过上述各个模块组成部分的协同合作，本发明提供的含大规模电力电子设备的电力网络仿真系统，通过对不同设备解算需求与不同计算资源相匹配的仿真系统设计架构，实现了多种计算资源的联合并行仿真计算和全系统自动化子网划分，仿真操作便捷简单，设备模型仿真效率高，模型下载速度快，硬件资源易于扩展，满足了大规模电网络全系统微秒级仿真步长的小步长实时仿真需求。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (20)

1.一种含大规模电力电子设备的电力网络仿真方法，其特征在于，包括：
步骤S1：获取电力网络的主电路中各个设备的电气参数、设备间和设备内部连接关系，以及控制电路中元件参数及连接关系的相关信息，生成拓扑描述文件；
步骤S2：根据拓扑描述文件将电力网络拆分为多个独立子网络，所述独立子网络包括主电路设备子网络和控制子网络，其中主电路设备子网络由主电路拆分后获得，所述主电路设备子网络包括预设数量的非电力电子设备、电力电子设备或电力电子单元设备，所述控制子网络由控制电路拆分后获得，所述控制子网络包括预设数量的控制模块；
步骤S3：根据各独立子网络中设备或电力电子单元设备的特点，建立当前设备或电力电子单元设备电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程；
步骤S4：对各独立子网络的电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程，在不同类型的计算单元中采用相应的预设仿真计算步长进行并行计算，得到各独立子网络的计算结果，所述计算结果包括：各独立子网络中设备或设备元件的电气量、非电气量和控制电路的状态量，通过子网络间的专用接口实现相连独立子网络间计算结果的交互，以及电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程间相关联的计算数据信息的更新；
步骤S5：判断是否接收到仿真计算终止指令；
步骤S6：当接收到仿真计算终止指令时，输出各独立子网络的电气量和状态量，并根据输入请求对所述电气量进行相应计算，最后输出仿真计算结果。
2.根据权利要求1所述的含大规模电力电子设备的电力网络仿真方法，其特征在于，当未接收到仿真计算终止指令时，根据预设仿真计算周期，更新各独立子网络的主电路方程、控制电路的方程和非电气部分的方程之间相关联的数据信息，并返回执行步骤S4，直到接收到仿真计算终止指令。
3.根据权利要求1所述的含大规模电力电子设备的电力网络仿真方法，其特征在于，所述根据拓扑描述文件将电力网络拆分为多个独立子网络的步骤，包括：
通过对含有大规模电力电子设备的电力网络进行拓扑描述识别，将电力网络的主电路部分拆分成多个主电路设备子网络；
通过对控制电路部分的拓扑描述进行识别，将控制电路部分拆分为多个控制子网络。
4.根据权利要求3所述的含大规模电力电子设备的电力网络仿真方法，其特征在于，所述通过对含有大规模电力电子设备的电力网络进行拓扑描述识别，将电力网络的主电路部分拆分成多个设备子网络的步骤，包括：
根据主电路部分各电气设备的属性，将主电路部分划分为线性部分与非线性部分，所述线性部分与非线性部分由各电气设备的类型决定；
以各非线性电气设备为单元，将非线性部分划分为对应各非线性电气设备的非线性子网络；
获取主电路线性部分的电气设备的数量，判断电气设备的数量是否小于当前计算单元的计算容量所对应的预设电气设备的数量；
当电气设备的数量不小于当前计算单元的计算容量对应的预设电气设备的数量时，将传输线或等效传输线作为网络划分节点，以网络划分节点数量最少为原则，将主电路线性部分进行拆分，得到多个线性子网络。
5.根据权利要求4所述的含大规模电力电子设备的电力网络仿真方法，其特征在于，所述根据各独立子网络中设备或电力电子单元设备的特点，建立当前设备或电力电子单元设备电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程的步骤，包括：
基于控制子网络的各控制元件模型，得到控制电路的方程；
基于各线性子网络的各元件模型，得到电气部分的主电路方程的各线性方程；
基于非线性子网络的各电气设备模型，得到电气部分的主电路方程的各非线性方程，并以等效受控源形式与线性方程进行连接；
基于独立子网络的非电气模型，得到非电气部分的方程。
6.根据权利要求5所述的含大规模电力电子设备的电力网络仿真方法，其特征在于，所述对各独立子网络的电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程，在不同类型的计算单元中采用相应的预设仿真计算步长进行并行计算求解，得到各独立子网络的计算结果的步骤，包括：
根据预设仿真计算周期，对电气部分主电路的方程、非电气部分的方程及控制电路的方程进行数据交互，更新计算电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程所需的数据信息；
根据更新后的控制电路的数据信息，求解控制电路的方程；
根据更新后的非线性子网络的数据信息，求解主电路各非线性子网络的计算方程，得到各非线性子网络电气值，确定等效受控源参数；
根据更新后的各线性子网络的数据信息及等效受控源参数，求解主电路各线性子网络的计算方程，得到各线性子网络的电气值。
7.根据权利要求6所述的含大规模电力电子设备的电力网络仿真方法，其特征在于，所述根据预设仿真计算周期，对电气部分主电路的方程、非电气部分的方程及控制电路的方程进行数据交互的步骤，包括：
分别获取电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程求解的时间；
当求解电气部分的主电路方程和非电气部分的方程的累计时间与求解一次控制电路方程的时间相等时，将数据信息进行交互。
8.根据权利要求7所述的含大规模电力电子设备的电力网络仿真方法，其特征在于，所述根据更新后的各线性子网络的数据信息，求解主电路各线性子网络的计算方程，得到各线性子网络的电气值的步骤，包括：
根据线性子网络的数据信息及等效受控源参数更新各线性子网络的计算方程的电源项；
根据更新后的电源项，采用迭代计算方法求解各独立子网络电气设备的电气量及状态量。
9.一种含大规模电力电子设备的电力网络仿真系统，其特征在于，包括：
操作设置子系统，用于建立电力网络拓扑参数、设置线性设备、非线性设备及控制元件的参数；
参数获取子系统，用于获取电力网络的主电路中各个设备的电气参数、设备间和设备内部连接关系，以及控制电路中元件参数及连接关系的相关信息；
管理子系统，用于根据各独立子网络中设备或电力电子单元设备的特点，建立当前设备或电力电子单元设备电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程；
仿真计算子系统，用于对各独立子网络的电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程，在不同类型的计算单元中采用相应的预设仿真计算步长进行并行计算，输出计算结果；
通信子系统，用于不同设备计算单元的分配、各个计算单元间的交互管理；
输出子系统，与所述仿真计算子系统连接，用于将接收的仿真计算结果上传至仿真计算子系统及输出至显示模块。
10.根据权利要求9所述的含大规模电力电子设备的电力网络仿真系统，其特征在于，所述操作设置子系统包括：
模型设置模块：用于建立电力网络拓扑、设置参数；
硬件设置模块：用于设置硬件网络地址；
仿真参数设置模块：用于设置仿真步长参数、仿真开始、仿真暂停及仿真结束的指令。
11.根据权利要求9所述的含大规模电力电子设备的电力网络仿真系统，其特征在于，所述参数获取子系统包括：
系统参数获取模块，用于获取由系统所创建的电力网络的主电路中各个设备的电气参数、设备间和设备内部连接关系，以及控制电路中元件参数及连接关系的相关信息；
接口参数获取模块，用于获取第三方仿真软件所创建的电力网络的主电路中各个设备的电气参数、设备间和设备内部连接关系，以及控制电路中元件参数及连接关系的相关信息。
12.根据权利要求9所述的含大规模电力电子设备的电力网络仿真系统，其特征在于，所述管理子系统包括：
拓扑描述文件生成模块，用于根据参数获取子系统获取的相关信息，生成拓扑描述文件；
子网划分模块，用于根据接收的各拓扑描述文件，将电力网络拆分为多个独立子网络；
方程生成模块，用于根据参数获取子系统获取的相关信息及拆分后的独立子网络，生成电气部分的主电路方程、非电气部分的方程及控制电路的方程。
13.根据权利要求9所述的含大规模电力电子设备的电力网络仿真系统，其特征在于，所述仿真计算子系统包括：
电气计算单元，用于对电气部分的主电路方程及非电气部分的方程进行求解，得到各独立子网络电气设备的电气量；
中央控制计算单元，用于根据各独立子网络的计算结果，更新解算控制电路的方程的数据信息，对控制电路的方程进行求解，得到控制子网络的状态量。
14.根据权利要求9所述的含大规模电力电子设备的电力网络仿真系统，其特征在于，所述通信子系统，包括：
计算单元分配模块，用于根据不同的设备类型和计算步长将设备分配到不同的计算单元进行计算，将计算步长不大于预设阈值的设备放置于高速处理器中，计算步长大于预设阈值的设备放置于中央控制计算单元中；
同步检测模块，用于根据设定的数据交互周期对不同仿真计算子系统交互数据进行时钟同步；
接口模块，用于各计算单元间的数据交互。
15.根据权利要求9所述的含大规模电力电子设备的电力网络仿真系统，其特征在于，所述输出子系统包括：
录波模块，用于记录电力网络的各电气量、各状态量的变化状态；
数据输入输出模块，用于实现电力网络的设备参数和控制数据信息及各电气量、状态量的获取与输出；
显示模块，用于对各解算结果进行展示与输出。
16.根据权利要求13所述的含大规模电力电子设备的电力网络仿真系统，其特征在于，所述电气计算单元包括：
数据缓存模块，用于对主电路中各个设备电气参数、设备间和设备内部连接关系，以及控制电路中元件参数及连接关系的相关信息、电气量数据信息进行存储，并与中央控制计算单元进行数据交换；
主电路解算模块，用于对电气部分的主电路方程及非电气部分的方程进行求解，得到各独立子网络的电气设备的电气量。
17.根据权利要求13所述的含大规模电力电子设备的电力网络仿真系统，其特征在于，所述中央控制计算单元包括：
调度控制模块，用于接收设备及控制部分类型、参数、连接关系信息、设备参数数据信息及各独立子网络主电路的计算结果，并发送至数据存储模块；
数据存储模块，用于存储接收的设备参数及各独立子网络主电路的计算结果；
控制电路解算模块，用于对控制电路的方程进行求解，得到控制子网络的状态量。
18.根据权利要求14所述的含大规模电力电子设备的电力网络仿真系统，其特征在于，所述接口模块包括：
第一接口模块：用于各仿真计算子系统间的数据交互；
第二接口模块：用于连接各外接设备，进行数据交互。
19.根据权利要求18所述的含大规模电力电子设备的电力网络仿真系统，其特征在于，所述第一接口模块包括：
同类型处理器接口模块：用于相同类型计算单元的数据交互；
不同类型处理器接口模块：用于不同类型计算单元的数据交互。
20.根据权利要求18所述的含大规模电力电子设备的电力网络仿真系统，其特征在于，所述第二接口模块包括：
信号硬件接口单元，用于连接外接控制器，所述外接控制器用于替代控制电路部分；
功率硬件接口单元，用于连接外接电气设备动模装置，所述外接电气设备动模装置用于替代主电路的电气装置。
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