CN112001057B - 基于序分量提高电力系统混合仿真稳定性的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于序分量提高电力系统混合仿真稳定性的方法和装置。该方法，包括：在混合仿真的零时刻，完成机电暂态仿真系统初始化，并完成电磁暂态仿真系统初始化；自混合仿真时刻大于零时刻起，在每个机电暂态仿真系统的仿真时步中：从混合仿真系统的边界接口获取电磁暂态仿真系统生成的电流向量；在判断电磁暂态仿真系统生成的电流向量满足预先设定的电磁侧对称稳态运行条件时，确定混合仿真系统进入稳态；在确定混合仿真系统进入稳态时，将机电暂态仿真系统中的二次控制系统投入。该方法提高了混合仿真的计算稳定性和仿真整体效率。

Description

基于序分量提高电力系统混合仿真稳定性的方法及装置

技术领域

本发明属于电力系统仿真技术领域，具体涉及基于序分量提高电力系统混合仿真稳定性的方法及装置。

背景技术

目前，在电力系统机电-电磁混合仿真的初始阶段，会出现机电侧电压电流剧烈变化，甚至超过某些继电保护和安全自动装置的动作阈值，导致这些装置误动产生切机、切负荷或者切线路等操作的现象。机电侧二次控制系统的误动作直接导致本次仿真失败。

另一方面，也出现了电力系统机电-电磁混合仿真从零时刻进入稳态的时间过长而导致仿真整体效率低的现象。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供基于序分量提高电力系统混合仿真稳定性的方法及装置，以解决现有技术中存在的混合仿真稳定性不足的问题。

第一方面，本发明提供一种基于序分量提高电力系统混合仿真稳定性的方法，包括：

在混合仿真的零时刻，完成机电暂态仿真系统初始化，并完成电磁暂态仿真系统初始化；

自混合仿真时刻大于零时刻起，在每个机电暂态仿真系统的仿真时步中：从混合仿真系统的边界接口获取电磁暂态仿真系统生成的电流向量；在判断电磁暂态仿真系统生成的电流向量满足预先设定的电磁侧对称稳态运行条件时，确定混合仿真系统进入稳态；

在判断电磁暂态仿真系统生成的电流向量不满足预先设定的电磁侧对称稳态运行条件时，继续下一个仿真时步；

在确定混合仿真系统进入稳态时，将机电暂态仿真系统中的二次控制系统投入。

第二方面，本发明提供一种基于序分量提高电力系统混合仿真稳定性的装置，包括：

初始化单元，用于：在混合仿真的零时刻，完成机电暂态仿真系统初始化，并完成电磁暂态仿真系统初始化；

进入稳态判断单元，用于：自混合仿真时刻大于零时刻起，在每个机电暂态仿真系统的仿真时步中，从混合仿真系统的边界接口获取电磁暂态仿真系统生成的电流向量；

在判断电磁暂态仿真系统生成的电流向量满足预先设定的电磁侧对称稳态运行条件时，确定混合仿真系统进入稳态；在判断电磁暂态仿真系统生成的电流向量不满足预先设定的电磁侧对称稳态运行条件时，继续下一个仿真时步；

二次控制系统投入单元，用于：在确定混合仿真系统进入稳态时，将机电暂态仿真系统中的二次控制系统投入。

本发明提供的基于序分量提高电力系统混合仿真稳定性的方法和装置，根据混合仿真边界接口处电磁侧向机电侧注入的电流向量的负序分量和零序分量幅值的数值，确定机电侧继电保护和安自装置(安全自动装置)等二次控制系统的投入时刻，从而防止机电侧仿真中继电保护和安全自动装置等二次控制系统误动；避免机电-电磁混合仿真启动时波动过大，从而避免仿真从零状态启动过渡到稳态的时间过长甚至计算失败。

本发明提供的基于序分量提高电力系统混合仿真稳定性的方法和装置，在电力系统混合仿真时，减小了电磁侧的不平衡扰动对机电侧的冲击，缩短了从启动点到系统稳态的过渡过程，对提高混合仿真整体效率和仿真的计算稳定性具有重要意义。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为本发明实施例基于序分量提高电力系统混合仿真稳定性的方法的流程示意图；

图2为本发明实施例基于序分量提高电力系统混合仿真稳定性的装置的组成示意图；

图3为本发明实施例方法中电力系统机电-电磁混合仿真等值电路模型示意图；

图4为图3中电力系统机电-电磁混合仿真时边界接口处交换数据变量的示意图；

图5为某实际电网进行机电-电磁混合仿真时的分网示意图；

图6为应用本发明实施例基于序分量提高机电-电磁混合仿真稳定性方法和装置对图5中的电网建立稳态的流程示意图。

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。

电力系统潮流解用于在给定的运行条件下描述电力系统的运行状态，如各母线上的电压(包括幅值及相角)、电力网络中的功率分布及功率损耗等。潮流解是大部分电力系统分析应用的起点，如最优潮流、机电暂态、机电-电磁混合仿真等。另一方面，电力系统潮流解通常是在不考虑二次控制系统模型的情况下获得的电力系统稳定运行状态的平衡点。

电力系统机电-电磁混合仿真主要由机电侧仿真(由机电暂态仿真系统完成)和电磁侧仿真(由电磁暂态仿真系统完成)两部分组成。其中机电侧仿真用于对采用相量模型建模的电网进行仿真，步长较大，如典型步长为10毫秒；电磁侧仿真则用于对采用瞬时量模型建模的电网进行仿真，步长较小，如典型步长为50微秒。而在机电侧仿真和电磁侧仿真的边界接口处，利用瞬时量(来自电磁侧仿真)和相量(来自机电侧仿真)之间模型转换和数据交换，可以完成多时间尺度电力系统机电-电磁混合仿真。这种混合仿真方法结合了机电暂态仿真速度快及电磁暂态仿真结果精确的优点，既能保留电力系统的大电网动态特性，又能详细仿真局部电网特别是特高压直流输电系统等电力电子电路。

在进行电力系统机电-电磁混合仿真分析时，首先要建立起电力系统的稳定运行状态，才能基于该稳定运行状态开展后续的基于故障或者扰动的稳定性校核。

将在仿真的最初阶段建立起的电力系统的稳定运行状态，简称稳态；将混合仿真启动时的零时刻的电力系统状态称为启动点状态，简称启动点。一般情况下，电力系统在机电-电磁混合仿真的启动点状态和稳态并不相同，从启动点到稳态有一个过渡过程(也即暂态过程)。

常规的电力系统机电-电磁混合仿真在数学本质上是求解不同建模原理描述的两组微分方程组，而这两组微分方程组的初值均是基于同一个实际潮流解。由于潮流解是基于相量模型描述的，与机电暂态仿真模型采用的描述原理相同，因此机电暂态仿真过程中的状态量可以比较容易获得，如直接读取潮流解，或者根据潮流解和微分方程反推出状态量大小。电磁暂态仿真则是基于瞬时量建模的；瞬时量模型的详细程度更为丰富和复杂，但是无法根据潮流解推算出所有状态量。例如大量的电力电子类设备，在机电暂态仿真中只有外特性模型，根据潮流解比较容易获得它们的注入功率、电压等状态量。但在电磁暂态仿真中，这些电力电子类设备一般采用瞬时量详细模型，其内部大量的状态量无法根据外特性的潮流解进行计算。

因此，目前在混合仿真时，机电暂态仿真从潮流解启动(也即，各状态量的初始值根据三相平衡的潮流解求解得到)，而电磁暂态仿真由于状态量的初始值无法根据潮流解获得，只能从零状态或者其他预设状态启动，因此，在混合仿真时从启动点到稳态的过程中，在电磁侧可能存在持续的不平衡扰动，并且通过机电-电磁边界接口传导到机电侧，给机电侧带来冲击。

具体地，在混合仿真时从启动点到稳态的过程中，如果电磁侧持续的不平衡扰动与三相对称运行的电力系统的稳态存在的差异导致的扰动足够大，将导致机电侧继电保护和安自装置等二次控制系统误动作，从而破坏待仿真的电力系统构建稳态的过程。

如图1所示，本发明实施例的基于序分量提高电力系统混合仿真稳定性的方法，包括：

步骤S10：在混合仿真的零时刻，完成机电暂态仿真系统初始化，并完成电磁暂态仿真系统初始化；

步骤S20：自混合仿真时刻大于零时刻起，在每个机电暂态仿真系统的仿真时步中：从混合仿真系统的边界接口获取电磁暂态仿真系统生成的电流向量；在判断电磁暂态仿真系统生成的电流向量满足预先设定的电磁侧对称稳态运行条件时，确定混合仿真系统进入稳态；

在判断电磁暂态仿真系统生成的电流向量不满足预先设定的电磁侧对称稳态运行条件时，继续下一个仿真时步；

步骤S30：在确定混合仿真系统进入稳态时，将机电暂态仿真系统中的二次控制系统投入。

应该理解为，混合仿真系统进入稳态，包括机电暂态仿真系统进入了稳态，及电磁暂态仿真系统进入了稳态。

为避免电磁侧持续的不平衡扰动传递到机电侧导致二次控制系统误动作，该实施例的方法确定能够量化地反映机电-电磁混合仿真启动时电磁侧的运行不平衡状态的指标；并根据该指标，确定电磁侧对称稳态运行条件，控制机电侧的继电保护和安自装置等二次控制系统自退出状态切换为投入状态，以达到规避二次控制系统误动作的目的；通过避免在电磁侧扰动冲击或二次控制系统过早投入导致的机电侧切机、切负荷、切线路等误动作，进而避免混合仿真建立稳态失败的问题。

具体地，电磁侧的不平衡扰动包括：电磁侧零状态或其他预设启动状态在电磁侧导致的三相不平衡。

进一步地，所述的方法，

所述完成机电暂态仿真系统初始化，具体包括：

将机电暂态仿真系统中的二次控制系统退出；

根据三相平衡的潮流解求解机电暂态仿真系统中各状态量的初始值；

根据所述各状态量的初始值，从零时刻启动所述机电暂态仿真系统。

在混合仿真时，机电暂态仿真系统从潮流解启动，也即，各状态量的初始值根据三相平衡的潮流解求解得到。

应该理解为，电力系统中，三相平衡的潮流解是指电网中所有母线上的A、B、C三相电压和电流分别是幅值相等，频率相同，相角按逆时针方向相差120度的正弦波，即A相超前B相120度，B相超前C相120度。

应该理解为，全系统分为一次控制系统和二次控制系统；一次控制系统是机电暂态仿真系统的仿真主体，在仿真的零时刻，也是必须要初始化的。

进一步地，所述的方法，

所述完成电磁暂态仿真系统初始化，具体包括：

将各状态量的初始值设置为零或将预先指定的多个状态量的初始值设置为根据给定的三相平衡的潮流解计算确定的数值，并从零时刻启动所述电磁暂态仿真系统。

电磁暂态仿真系统中，由于部分状态量的初始值无法根据潮流解获得，因此这部分状态量从零状态启动；其他的状态量的初始值，如果根据给定的三相平衡的潮流解可以计算确定的话，则可以将计算确定的数值做出初始值来启动仿真。部分状态量从零状态启动，要比全部状态量从零状态启动，缩短从启动点到稳态的过渡时间。

进一步地，所述的方法，

所述从混合仿真系统的边界接口获取电磁暂态仿真系统生成的电流向量，具体包括：

从混合仿真系统的边界接口获取自电磁侧注入机电侧的负序及零序电流向量；

相应地，所述判断电磁暂态仿真系统生成的电流向量满足预先设定的电磁侧对称稳态运行条件，具体包括：

计算所有的机电-电磁边界接口自电磁侧注入机电侧的负序电流幅值向量I₂的L_∞范数和零序电流幅值向量I₀的L_∞范数，并取这二者中的较大值作为序分量最大值I_max；

如果所述序分量最大值I_max小于预先设置的电流阈值，则判断电磁暂态仿真系统生成的电流向量满足预先设定的电磁侧对称稳态运行条件；

相应地，所述判断电磁暂态仿真系统生成的电流向量不满足预先设定的电磁侧对称稳态运行条件，具体包括：

计算所有的机电-电磁边界接口自电磁侧注入机电侧的负序电流幅值向量I₂的L_∞范数和零序电流幅值向量I₀的L_∞范数，并取这二者中的较大值作为序分量最大值I_max；

如果所述序分量最大值I_max不小于预先设置的电流阈值，则判断电磁暂态仿真系统生成的电流向量不满足预先设定的电磁侧对称稳态运行条件。

具体地，计算电磁侧三相不平衡状态量化指标的步骤如下：

I′_emt＝[I′₁₁,I′₁₂,I′'₁₀,,...,I′_n1,I′_n2,I′_n0]^T；

I′_emt2＝[I′₁₂,...,I′_n2]^T；

I′_emt0＝[I′₁₀,...,I′_n0]^T；

上式中，I’_emt是自电磁侧注入机电侧的电流幅值向量；

I’_emt2和I’_emt0是I’_emt的负序分量和零序分量；

n是机电-电磁混合仿真的边界接口数；每个边界接口的电流向量包括正序I′_i1、负序I′_i2和零序I′_i0这3个分量。

应该理解为，每个边界接口包括至少一个边界节点。

结合图3和图4，E_st与Z_st分别是机电网边界节点处的戴维南等值电势和等值阻抗；完成机电侧初始化后，可根据潮流解计算得到Z_st和Y_emt；

在每一个机电暂态仿真步长中，机电侧给电磁侧发送E_st；并且，当机电侧网络拓扑发生变化时，重新计算并发送Z_st；在从启动点进入稳态的过程中，机电侧的二次控制系统是退出的，并不会导致机电侧网络拓扑变化。

I_emt与Y_emt分别是电磁网边界节点处的诺顿等值电流和等值导纳，U_emt与I’_emt分别是边界节点处来自电磁侧的电压与注入电流。

在每一个机电暂态仿真步长中，机电侧从电磁侧接收边界节点处的电压U_emt与注入电流I’_emt。

该实施例的方法引入边界接口的负序电流幅值向量的L_∞范数和零序电流幅值向量的L_∞范数来反映电磁侧的三相不平衡状态，减小了电力系统机电-电磁混合仿真在电磁侧零状态启动时来自电磁侧的扰动对机电侧的冲击，使得混合仿真能够从启动点快速过渡到稳定运行状态，提高了混合仿真时的计算效率。

进一步地，所述的方法，

所述机电暂态仿真系统中的二次控制系统包括机电侧的继电保护和安自装置；

所述电力系统包括特高压直流输电系统；

所述特高压直流输电系统对应有基于瞬时量建模的电磁暂态仿真系统；

所述特高压直流输电系统还对应有基于相量建模的机电暂态仿真系统；

所述混合仿真系统在电磁暂态仿真系统和机电暂态仿真系统的边界接口处，利用瞬时量和相量进行模型转换和数据交换，完成多时间尺度的机电-电磁混合仿真。

进一步地，所述的方法，

在确定混合仿真系统进入稳态时，记录当前的混合仿真时刻为混合仿真系统进入稳态的时刻；

以混合仿真系统进入稳态的时刻为稳态时刻，以所述稳态时刻为新的零时刻，采用所述稳态时刻电磁暂态仿真系统的状态量，并采用所述稳态时刻机电暂态仿真系统的状态量，从新的零时刻启动所述混合仿真系统进行基于故障或者扰动的稳定性校核。

从启动点过渡到稳态的过程中，机电侧的状态量和电磁侧的状态量都在不断更新，只有二次控制系统的状态量不更新。当二次控制系统投入后，其状态量会根据其关联的一次控制系统的状态量而更新。

基于序分量提高机电-电磁混合仿真稳定性的方法，在混合仿真初始化时，退出二次控制系统；系统进入稳态后，投入二次控制系统。投入二次控制系统之后，本发明实施例的方法不再参与后续的其他仿真计算。

以上机电-电磁混合仿真中，系统从启动点过渡到稳态的过程中，机电侧暂态是大电网，电磁侧暂态是局部电网。一定意义上，机电侧是理想的无穷大电源，电磁侧从启动点进入稳态的过程实际上是机电侧这个无穷大电源在发挥作用。但工程实际中，机电侧不可能是理想的无穷大电源。在机电侧跟随电磁侧从启动点到稳态后，机电侧得到的稳态状态可能并不严格等于潮流初值。电磁侧也类似，到达稳态时，只是过渡到潮流初值附近，不会严格等于潮流初值。工程实际中，使机电稳态和电磁稳态尽可能接近潮流初值，如使得机电稳态和电磁稳态与潮流初值差1％，就可以满足后续混合仿真任务的需求。

该实施例的方法根据电磁侧的不平衡扰动程度，延迟机电侧二次控制系统的投入时间，克服了机电-电磁混合仿真过程中电磁侧从零状态启动过渡到稳态的过程中对机电侧的冲击，可有效提高机电-电磁混合仿真的收敛性和稳定性。

该实施例的方法实时地获取反映电磁侧不平衡扰动的量化指标；根据该指标的数值，动态地调整机电侧继电保护和安全自动装置等二次控制系统的投入时间，从而可以避免在电网尚未进入稳态前投入二次控制系统，避免二次控制系统误动发生的切机、切负荷或者切线路等操作，进而使得仿真过程收敛，避免仿真失败。

该实施例的方法缩短了电力系统混合仿真从启动点过渡到稳态的时间历程，可以快速建立机电-电磁混合仿真的稳态，提高电力系统机电-电磁混合仿真的收敛性和稳定性。

该实施例的方法对提高电力系统机电-电磁混合仿真的整体效率和计算稳定性具有实际意义。当需要对大批量的故障开展安全稳定性校核扫描时，该基于序分量提高电力系统机电-电磁混合仿真稳定性的方法提升稳定性校核计算效率的效果尤其显著。

如图2所示，本发明实施例的基于序分量提高电力系统混合仿真稳定性的装置，包括：

初始化单元1，用于：在混合仿真的零时刻，完成机电暂态仿真系统初始化，并完成电磁暂态仿真系统初始化；

进入稳态判断单元2，用于：自混合仿真时刻大于零时刻起，在每个机电暂态仿真系统的仿真时步中，从混合仿真系统的边界接口获取电磁暂态仿真系统生成的电流向量；

在判断电磁暂态仿真系统生成的电流向量满足预先设定的电磁侧对称稳态运行条件时，确定混合仿真系统进入稳态；在判断电磁暂态仿真系统生成的电流向量不满足预先设定的电磁侧对称稳态运行条件时，继续下一个仿真时步；

二次控制系统投入单元3，用于：在确定混合仿真系统进入稳态时，将机电暂态仿真系统中的二次控制系统投入。

进一步地，所述的装置，

所述初始化单元包括机电暂态仿真系统初始化模块，用于：

将机电暂态仿真系统中的二次控制系统退出；

根据三相平衡的潮流解求解机电暂态仿真系统中各状态量的初始值；

根据所述各状态量的初始值，从零时刻启动所述机电暂态仿真系统。

进一步地，所述的装置，

所述初始化单元包括电磁暂态仿真系统初始化模块，用于：

将各状态量的初始值设置为零或将预先指定的多个状态量的初始值设置为根据给定的三相平衡的潮流解计算确定的数值，并从零时刻启动所述电磁暂态仿真系统。

进一步地，所述的装置，

所述机电暂态仿真系统中的二次控制系统包括机电侧的继电保护和安自装置；

所述电力系统包括特高压直流输电系统；

所述特高压直流输电系统对应有基于瞬时量建模的电磁暂态仿真系统；

所述特高压直流输电系统还对应有基于相量建模的机电暂态仿真系统；

所述混合仿真系统在电磁暂态仿真系统和机电暂态仿真系统的边界接口处，利用瞬时量和相量进行模型转换和数据交换，完成多时间尺度的机电-电磁混合仿真。

该实施例的基于序分量提高电力系统混合仿真稳定性的装置是前述方法的计算机程序实现装置，与前述的方法具有相同的技术构思和技术方案，具有相同的技术效果，这里不再赘述。

具体地，本发明实施例的基于序分量提高机电-电磁混合仿真稳定性的方法，包括以下步骤：

(1)在混合仿真的零时刻，完成机电暂态仿真系统初始化，包括：继电保护和安自装置等二次控制系统的初始化，并置电力系统进入稳态的标志为否；

其中，继电保护和安自装置等二次控制系统的初始化，包括：退出继电保护和安自装置等二次控制系统；

完成电磁暂态仿真系统初始化；

(2)自混合仿真时刻大于零时刻起，在每个机电暂态仿真时步中，接收各机电-电磁边界接口自电磁侧注入机电侧的正序、负序及零序电流向量；

并分别计算所有的机电-电磁边界接口自电磁侧注入机电侧的负序电流幅值向量I₂的L_∞范数和零序电流幅值向量I₀的L_∞范数，并取这二者中的较大值，作为序分量最大值I_max；

上式中，I₂是所有机电-电磁边界接口处(共n个边界接口)自电磁侧注入机电侧的负序电流幅值向量，I₀是所有机电-电磁边界接口处自电磁侧注入机电侧的零序电流幅值向量，I_2i是负序电流幅值向量的幅值分量；I_0i是零序电流幅值向量的幅值向量。

上式中，L_∞范数的含义是各分量的绝对值中的最大值。

(3)如果序分量最大值I_max小于混合仿真开始前预先设置的电流阈值，则投入继电保护和安自装置等二次控制系统，并置系统进入稳态的标志为是，转入步骤2)；

(4)在电力系统进入稳态的标志为是后，继续后续的其他仿真计算，如基于该稳定运行状态开展基于故障或者扰动的稳定性校核。

一般来说，电力系统混合仿真时，从启动点开始，过渡到稳态过程中，序分量最大值是单调下降的。但是，如果目标电力系统的某些参数不合理，那么，可能会出现计算发散情况，也即，序分量最大值不满足单调下降趋势，这时，电力系统混合仿真无法从启动点开始建立稳态。如，模型有问题或者潮流初值不合理时，电力系统在混合仿真时，出现计算发散情况，有可能永远进入不了的稳态，这时，进入稳态的标志始终是否，二次控制系统永远投入不了。

也即，在混合仿真开始时，机电侧初始化为稳态，系统进入稳态的标志是否；机电侧二次控制系统为退出。随着仿真过程推进，电磁侧从零状态获取其他预设启动状态开始，逐渐向稳态过渡。仿真过程只有以下两种终止的情形：在预先设定的最长时长内，电磁侧并未从零状态过渡到稳态，则仿真终止；在预先设定的最长时长内，电磁侧完成了从零状态过渡到稳态，则过渡过程提前终止，整个系统进入稳态，并开始其他的仿真任务。

针对以上可能出现的仿真发散的场景，该发明实施例的装置在执行该基于序分量提高机电-电磁混合仿真稳定性的方法时，包括以下步骤：

1)设置仿真时步计数器NT的值为零，仿真时步计数器的值NT为0或者正整数，其值在每个仿真时步中加1，最大时步MAXNT＝预先设定的过渡过程的时长/机电暂态仿真时步步长T。

设置电力系统进入稳态的电流阈值I_e。该电流阈值I_e为序分量的上限值。

具体地，根据下式确定电流阈值I_e：

上式中，k_a是松弛因子，其值大于等于1；

e为机电暂态交替迭代电压收敛指标；

s_b为该电力系统的基准容量。

应该理解为，在I_e取值不同时，混合仿真自启动点进入稳态的时刻t₀的值也可能是不同的。

应该理解为，电力系统混合仿真时，进入绝对稳态往往需要很长的过渡时间。为提高仿真效率，缩短等待系统进入稳态的时间，设置松弛因子来控制混合仿真自启动点进入稳态的时间历程的长短。

另一方面，机电-电磁混合仿真是交替迭代过程，因为计算机舍入误差和收敛误差等因素的影响，系统的响应会有很小的波动，所以追求绝对的稳态是没有必要的。

具体地，机电暂态仿真采用易于实现而易于并行化的交替迭代法。机电暂态仿真本质是求解一组代数方程和一组微分方程。所谓交替迭代，就是在代数方程和微分方程之间交替求解；当二者公共变量相邻两次的迭代差值小于精度误差后终止迭代。这里的e就是机电暂态仿真交替迭代时的电压收敛指标(也即精度误差)。

2)在NT＝0时，退出继电保护和安自装置等二次控制系统，置系统进入稳态的标志为否；

3)在NT大于0时，接收所有机电-电磁边界接口自电磁侧注入机电侧的正序、负序和零序电流向量；

4)在NT大于0并且系统进入稳态的标志为否时，计算各机电-电磁边界接口自电磁侧注入机电侧的负序电流幅值向量L_∞范数和零序电流幅值向量L_∞范数，并取二者中的较大值作为序分量最大值I_max。

5)在NT大于0并且系统进入稳态的标志为否时，如果序分量最大值I_max<I_e，则投入继电保护和安自装置等二次控制系统，并置系统进入稳态的标志为是；记录二次控制系统投入时刻为t₀，也即系统进入稳态的时刻为t₀。这时，有t₀＝NT×T，其中，T为机电暂态仿真时步步长。

如果序分量最大值I_max≥I_e，则转到步骤3)。

也即，继续增加仿真时步计数器的值，并继续保持二次控制系统为退出状态。

6)在NT大于0并且系统进入稳态的标志为是后，以t₀时刻为仿真起点，继续后续的其他仿真计算，如基于该稳定运行状态开展基于故障或者扰动的稳定性校核。

下面对采用图6中的方法对图5所示的电网进行机电-电磁混合仿真时系统建立稳态的过程进行说明。

图5所示的电网(也即电力系统)有2个机电-电磁边界接口，分别记为接口1和接口2。接口1和接口2将整个电网划分为的机电网和电磁网这两部分，其中，机电网中与接口1和接口2分别相连的线路为联络线。通过在接口1和接口2处进行模型转换和数据交换，可以完成多时间尺度电力系统机电-电磁混合仿真。

记NT为仿真时步计数器的值，MAXNT为最大仿真时步数。具体实施过程如下：

第1步：设置系统进入稳态电流阈值I_e。图5所示的电网中，S_b为100MVA，K_a取值为10，e取值为0.0005标幺，则I_e约为0.3。

第2步：完成机电暂态仿真系统初始化，包括继电保护和安自装置等二次控制系统的初始化；

第3步：在NT等于0的时刻，置系统进入稳态的标志为否。

第4步：在NT等于0时刻，退出继电保护和安自装置等二次控制系统；

第5步：机电侧从边界接口接收自电磁侧注入机电侧的正序、负序和零序电流向量。

图5所示的电网中，边界接口数目为2，在仿真时刻NT等于170步时，接收到的I’_emt，I’_emt2和I’_emt0如下：

I′_emt＝[27.13 0.22 3.4e-13 29.23 0.06 4.9e-12]^T

I′_emt2＝[0.22 0.06]^T

I′_emt0＝[3.4e-13 4.9e-12]^T

上式中，e-13中的“-”表示负的13次幂。其他“-”的含义与之相同。

第6步：检测系统进入稳态的标志的值。

如果进入稳态的标志为“是”，则转向第11步，开始下一步仿真，如果否，转向第7步。

第7步：计算所有机电-电磁边界接口电磁侧注入机电侧的负序电流幅值向量L_∞范数和零序电流幅值向量L_∞范数，并取二者中较大值I_max。

图5所示的电网中，在仿真时步NT为170时，I_max为：

第8步：比较I_max和I_e，如果I_max小于I_e，则转向第9步，否则转向第11步。

第9步：设置系统进入稳态的标志值为“是”。

第10步：投入继电保护和安自装置等二次控制系统，记录此时的时刻点t₀，并将其设置为混合仿真进入稳态后的起点。

第11步：NT＝NT+1。

第12步：检测是否仿真到最大时步MAXNT，如果是转向第14步，否则转向第13步。

第13步：继续仿真计算，转到第5步。

第14步：结束仿真计算。

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、单元、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(单元)、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单元。

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单元的制造品，该指令单元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。

以上已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的发明实施例权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个//该[装置、组件等]”都被开放地解释为装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (9)

1.一种基于序分量提高电力系统混合仿真稳定性的方法，其特征在于，包括：

在混合仿真的零时刻，完成机电暂态仿真系统初始化，并完成电磁暂态仿真系统初始化；其中，所述完成机电暂态仿真系统初始化，包括：将机电暂态仿真系统中的二次控制系统退出；

自混合仿真时刻大于零时刻起，在每个机电暂态仿真系统的仿真时步中：

从混合仿真系统的边界接口获取电磁暂态仿真系统生成的电流向量；在判断电磁暂态仿真系统生成的电流向量满足预先设定的电磁侧对称稳态运行条件时，确定混合仿真系统进入稳态；

在判断电磁暂态仿真系统生成的电流向量不满足预先设定的电磁侧对称稳态运行条件时，继续下一个仿真时步；

在确定混合仿真系统进入稳态时，将机电暂态仿真系统中的二次控制系统投入；

其中，所述从混合仿真系统的边界接口获取电磁暂态仿真系统生成的电流向量，包括：

从混合仿真系统的边界接口获取自电磁侧注入机电侧的负序及零序电流向量；

相应地，所述判断电磁暂态仿真系统生成的电流向量满足预先设定的电磁侧对称稳态运行条件，包括：

计算所有的机电-电磁边界接口自电磁侧注入机电侧的负序电流幅值向量I₂的L_∞范数和零序电流幅值向量I₀的L_∞范数，并取这二者中的较大值作为序分量最大值I_max；

如果所述序分量最大值I_max小于预先设置的电流阈值，则判断电磁暂态仿真系统生成的电流向量满足预先设定的电磁侧对称稳态运行条件；

相应地，所述判断电磁暂态仿真系统生成的电流向量不满足预先设定的电磁侧对称稳态运行条件，包括：

计算所有的机电-电磁边界接口自电磁侧注入机电侧的负序电流幅值向量I₂的L_∞范数和零序电流幅值向量I₀的L_∞范数，并取这二者中的较大值作为序分量最大值I_max；

如果所述序分量最大值I_max不小于预先设置的电流阈值，则判断电磁暂态仿真系统生成的电流向量不满足预先设定的电磁侧对称稳态运行条件。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述完成机电暂态仿真系统初始化，还包括：

根据三相平衡的潮流解求解机电暂态仿真系统中各状态量的初始值；

根据所述各状态量的初始值，从零时刻启动所述机电暂态仿真系统。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述完成电磁暂态仿真系统初始化，包括：

将各状态量的初始值设置为零或将预先指定的多个状态量的初始值设置为根据给定的三相平衡的潮流解计算确定的数值，并从零时刻启动所述电磁暂态仿真系统。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述机电暂态仿真系统中的二次控制系统包括机电侧的继电保护和安自装置；

所述电力系统包括特高压直流输电系统；

所述特高压直流输电系统对应有基于瞬时量建模的电磁暂态仿真系统；

所述特高压直流输电系统还对应有基于相量建模的机电暂态仿真系统；

所述混合仿真系统在电磁暂态仿真系统和机电暂态仿真系统的边界接口处，利用瞬时量和相量进行模型转换和数据交换，完成多时间尺度的机电-电磁混合仿真。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在确定混合仿真系统进入稳态时，记录当前的混合仿真时刻为混合仿真系统进入稳态的时刻；

以混合仿真系统进入稳态的时刻为稳态时刻，以所述稳态时刻为新的零时刻，采用所述稳态时刻电磁暂态仿真系统的状态量，并采用所述稳态时刻机电暂态仿真系统的状态量，从新的零时刻启动所述混合仿真系统进行基于故障或者扰动的稳定性校核。

6.一种基于序分量提高电力系统混合仿真稳定性的装置，其特征在于，包括：

初始化单元，用于：在混合仿真的零时刻，完成机电暂态仿真系统初始化，并完成电磁暂态仿真系统初始化；其中，所述完成机电暂态仿真系统初始化，包括：将机电暂态仿真系统中的二次控制系统退出；

进入稳态判断单元，用于：自混合仿真时刻大于零时刻起，在每个机电暂态仿真系统的仿真时步中，从混合仿真系统的边界接口获取电磁暂态仿真系统生成的电流向量；

在判断电磁暂态仿真系统生成的电流向量满足预先设定的电磁侧对称稳态运行条件时，确定混合仿真系统进入稳态；在判断电磁暂态仿真系统生成的电流向量不满足预先设定的电磁侧对称稳态运行条件时，继续下一个仿真时步；

二次控制系统投入单元，用于：在确定混合仿真系统进入稳态时，将机电暂态仿真系统中的二次控制系统投入；

其中，所述从混合仿真系统的边界接口获取电磁暂态仿真系统生成的电流向量，包括：

从混合仿真系统的边界接口获取自电磁侧注入机电侧的负序及零序电流向量；

相应地，所述判断电磁暂态仿真系统生成的电流向量满足预先设定的电磁侧对称稳态运行条件，包括：

计算所有的机电-电磁边界接口自电磁侧注入机电侧的负序电流幅值向量I₂的L_∞范数和零序电流幅值向量I₀的L_∞范数，并取这二者中的较大值作为序分量最大值I_max；

如果所述序分量最大值I_max小于预先设置的电流阈值，则判断电磁暂态仿真系统生成的电流向量满足预先设定的电磁侧对称稳态运行条件；

相应地，所述判断电磁暂态仿真系统生成的电流向量不满足预先设定的电磁侧对称稳态运行条件，包括：

计算所有的机电-电磁边界接口自电磁侧注入机电侧的负序电流幅值向量I₂的L_∞范数和零序电流幅值向量I₀的L_∞范数，并取这二者中的较大值作为序分量最大值I_max；

如果所述序分量最大值I_max不小于预先设置的电流阈值，则判断电磁暂态仿真系统生成的电流向量不满足预先设定的电磁侧对称稳态运行条件。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述初始化单元包括机电暂态仿真系统初始化模块，用于：

将机电暂态仿真系统中的二次控制系统退出；

根据三相平衡的潮流解求解机电暂态仿真系统中各状态量的初始值；

根据所述各状态量的初始值，从零时刻启动所述机电暂态仿真系统。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述初始化单元包括电磁暂态仿真系统初始化模块，用于：

将各状态量的初始值设置为零或将预先指定的多个状态量的初始值设置为根据给定的三相平衡的潮流解计算确定的数值，并从零时刻启动所述电磁暂态仿真系统。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述机电暂态仿真系统中的二次控制系统包括机电侧的继电保护和安自装置；

所述电力系统包括特高压直流输电系统；

所述特高压直流输电系统对应有基于瞬时量建模的电磁暂态仿真系统；

所述特高压直流输电系统还对应有基于相量建模的机电暂态仿真系统；

所述混合仿真系统在电磁暂态仿真系统和机电暂态仿真系统的边界接口处，利用瞬时量和相量进行模型转换和数据交换，完成多时间尺度的机电-电磁混合仿真。