CN112231981B - 大规模电磁暂态仿真算例的建立方法 - Google Patents

大规模电磁暂态仿真算例的建立方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种大规模电磁暂态仿真算例的建立方法，属于电力系统暂态分析技术领域。方法包括以下步骤：获取机电暂态仿真算例；将机电暂态仿真算例转换为初步电磁暂态仿真算例；从初步电磁暂态仿真算例中获取关键参数；对关键参数进行校正，获取电磁暂态仿真算例。通过将机电暂态仿真算例转换为初步电磁暂态仿真算例，并从初步电磁暂态仿真算例获取关键参数，对关键参数进行校正，获得电磁暂态仿真算例。通过对初步电磁暂态仿真算例中的关键参数进行校正，使得电磁暂态仿真算例自动生成，保证了电磁暂态仿真算例的参数的完整性和准确性。

Description

大规模电磁暂态仿真算例的建立方法
技术领域
本发明属于电力系统暂态分析技术领域，具体涉及一种大规模电磁暂态仿真算例的建立方法。
背景技术
传统的大规模电力系统的暂态分析都在机电暂态稳定程序中进行，因为传统电力系统主要为交流电网，电网运维主要关注系统的基频分量，关注系统的功角稳定性。随着电力系统的发展，系统中出现了许多复杂非线性元件，如新能源发电设备和高压直流输电设备。随着非线性元件在电网中的比重越来越大，导致暂态过程的复杂程度增大，传统机电暂态仿真程序已不能准确的分析系统的动态性能。例如，机电暂态仿真程序无法准确分析换相失败、次同步振荡等复杂情况。所以，现代电力系统必须借助电磁暂态仿真程序对系统的动态行为进行分析。
目前，对于大规模电力系统的电磁暂态仿真，主要面临两个挑战。首先，大规模电力系统的仿真耗时大，这是因为电磁暂态仿真需要使用小步长（通常微秒级）进行仿真。它限制了基于快速仿真的应用，如实时控制策略的验证、基于电磁暂态仿真的在线动态安全评估等。为了对电磁暂态仿真进行加速，学者们提出了高性能仿真技术，包括并行仿真技术、GPU加速技术、移频仿真技术等。基于这些技术可以大大提高大规模电力系统的电磁暂态仿真效率。其次，由于电磁暂态仿真模型比机电暂态仿真模型复杂得多，建立大规模电力系统的电磁暂态仿真算例模型特别繁琐与困难。传统方法为手动建立系统的仿真模型。对于小规模算例，该方法尚且有效，但是在大规模电力系统的算例建立过程中，手动方法难以适用。
现有技术中，通过将机电暂态仿真算例转换为电磁暂态仿真算例，但是这种方式获得的电磁暂态仿真算例的准确性较差，不能较好地解决电网目前面临的大规模电力系统电磁暂态仿真算例自动生成的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种大规模电磁暂态仿真算例的建立方法，以解决现有技术中将机电暂态仿真算例转换为电磁暂态仿真算例过程中存在的电磁暂态仿真算例的准确性较差的技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种大规模电磁暂态仿真算例的建立方法，包括以下步骤：
获取机电暂态仿真算例；
将机电暂态仿真算例转换为初步电磁暂态仿真算例；
从初步电磁暂态仿真算例中获取关键参数；
对关键参数进行校正，获取电磁暂态仿真算例。
优选地，所述“从初步电磁暂态仿真算例中获取关键参数”中，对关键参数的校正包括以下步骤：
从初步电磁暂态仿真算例中读取物理描述参数集合、待校正参数的有名值、待校正参数的标幺值及初步电磁暂态仿真算例中的数字标志位；
判断初步电磁暂态仿真算例中的数字标志位为有名值或标幺值；
如果初步电磁暂态仿真算例中的数字标志位为有名值，则根据物理描述参数集合，计算得到有名值参照值，并判断有名值参照值与待校正参数的有名值的差别是否小于评价阈值，如果有名值参照值与待校正参数的有名值的差别小于评价阈值，则以有名值参照值作为校正后参数，如果有名值参照值与待校正参数的有名值差别大于或等于评价阈值，则以待校正参数的标幺值作为校正后参数；
如果初步电磁暂态仿真算例中的数字标志位为标幺值，则根据物理描述参数集合，计算得到参数的标幺值参照值，并判断参数的标幺值参照值与待校正参数的标幺值的差别是否小于评价阈值，如果参数的标幺值参照值与待校正参数的标幺值的差别小于评价阈值，则以参数的标幺值参照值作为校正后参数，如果参数的标幺值参照值与待校正的参数标幺值的差别大于或等于评价阈值，则以待校正的参数有名值作为校正后参数。
优选地，所述“从初步电磁暂态仿真算例中获取关键参数”中，关键参数包括架空线路参数、变压器参数、并联电容器/并联电抗参数、串联电容器参数、串联电抗参数中的至少一种。
优选地，所述评价阈值不大于1%。
优选地，所述“对关键参数进行校正，获取电磁暂态仿真算例”中，当关键参数为变压器参数时，对关键参数的校正还包括对变压器零序参数校正，所述“对变压器零序参数校正”包括以下步骤：
从初步电磁暂态仿真算例中获取变压器中性点阻抗参数及零序参数计算公式；
判断变压器中性点阻抗参数是否为0；
如果是，则初始化零序参数，将零序参数和正序参数置为同样数值；
如果否，则核对变压器零序参数与零序参数计算公式的值是否一致；
如果一致，则保持现有的零序参数；
如果不一致，利用零序参数计算公式计算零序阻抗值，并替换掉原来的参数。
优选地，所述“对关键参数进行校正，获取电磁暂态仿真算例”中，当关键参数为并联电容器/并联电抗参数时，对关键参数的校正还包括以下步骤：
从初步电磁暂态仿真算例中读取并联电容器/并联电抗的额定电压、投入容量及阻抗参数值；
判断额定电压或者投入的容量是否为0，如果是，则警告并联电容或电抗额定电压或投入容量异常，结束程序，并采用阻抗参数值。
优选地，所述“对关键参数进行校正，获取电磁暂态仿真算例”中，当关键参数为串联电抗参数时，对关键参数的校正还包括以下步骤：
从初步电磁暂态仿真算例中读取串联电抗的额定电压、额定电流、额定串联电抗及阻抗参数值；
判断串联电抗的额定电压是否为0，额定电流和额定串联电抗是否为0；
如果是，则警告串联电抗额定电压、额定电流或额定串联电抗异常，结束程序，并采用阻抗参数值。
优选地，所述“对关键参数进行校正，获取电磁暂态仿真算例”中，当关键参数为串联电容器参数时，对关键参数的校正还包括以下步骤：
从初步电磁暂态仿真算例中读取串联电容器的额定电压、投入容量及阻抗参数值；
判断额定电压或者投入的容量是否为0，如果是，则警告串联电容器额定电压或投入容量异常，结束程序，并采用阻抗参数值。
优选地，所述“对关键参数进行校正，获取电磁暂态仿真算例”中，当关键参数为串联电容器参数或串联电抗参数时，对关键参数的校正还包括以下步骤：
从初步电磁暂态仿真算例中读取串联电容器或串联电抗的正序参数和零序参数；
判断正序参数与零序参数的比值是否为1，如果是，则保持现有参数；
如果否，则警告零序参数不等于正序参数，并仅保留正序参数。
优选地，所述大规模电磁暂态仿真算例的建立方法还包括以下步骤：
采用戴维南等值法，对获取到的电磁暂态仿真算例进行局部优化，并判断戴维南等值的准确性。
由上述技术方案可知，本发明提供了一种大规模电磁暂态仿真算例的建立方法，其有益效果是：通过将机电暂态仿真算例转换为初步电磁暂态仿真算例，并从初步电磁暂态仿真算例获取关键参数，对关键参数进行校正，获得电磁暂态仿真算例。通过对初步电磁暂态仿真算例中的关键参数进行校正，使得电磁暂态仿真算例自动生成，保证了电磁暂态仿真算例的参数的完整性和准确性。
附图说明
图1是大规模电磁暂态仿真算例的建立方法的流程框图。
图2是对关键参数进行校正的方法流程图。
图3是对变压器的零序参数的校正的方法流程图。
图4是对并联电容器/并联电抗参数校正的方法流程图。
图5是对串联电抗参数校正的方法流程图。
图6是对串联电容器参数校正的方法流程图。
图7是对串联电容器或串联电抗的零序参数的校正的方法流程图。
图8是对电磁暂态仿真算例进行局部优化的方法流程图。
具体实施方式
以下结合本发明的附图，对本发明的技术方案以及技术效果做进一步的详细阐述。
请参看图1，一具体实施方式中，一种大规模电磁暂态仿真算例的建立方法，包括以下步骤：
S10. 获取机电暂态仿真算例。
传统电力系统主要为交流电网，电网运维主要关注系统的基频分量，关注系统的功角稳定性，故而采用机电暂态仿真算例。但随着电力系统日益复杂化，系统中复杂非线性元件日益增多，导致暂态过程的复杂程度增大，传统机电暂态仿真程序已不能准确的分析系统的动态性能。本发明提供的大规模电磁暂态仿真算例的建立方法，即为在机电暂态仿真算例的基础上，通过计算机程序和算法，转化得到参数完整性高、准确性好的电磁暂态仿真算例。
S20. 将机电暂态仿真算例转换为初步电磁暂态仿真算例。
将机电暂态仿真算例转换通过现有已知手段，转换为初步电磁暂态仿真算例，初步电磁暂态仿真算例中包含有支撑电磁暂态仿真算例运行的关键参数信息，主要包括用于表征电力系统中各硬件（包括架空线路、变压器、并联电容器/并联电抗、串联电容器、串联电抗）的物理性质的物理描述参数集合、关键参数的有名值及关键参数的标幺值。
S30. 从初步电磁暂态仿真算例中获取关键参数。
基于计算机程序和算法，从初步电磁暂态仿真算例中获取其中的关键参数信息，包括物理描述参数集合、关键参数的有名值、关键参数的标幺值以及关键参数的数字标志位。
S40. 对关键参数进行校正，获取电磁暂态仿真算例。
对关键参数进行校正的过程主要是基于计算机程序和算法，选择关键参数的实际取值，以确保获取的电磁暂态仿真算例中，关键参数的完整性、准确性。关键参数的实际取值取自通过物理描述参数集合求解的关键参数参照值、关键参数有名值、关键参数标幺值中的一个。
请一并参看图2，一具体实施例中，步骤S40中，“对关键参数进行校正，获取电磁暂态仿真算例”的具体方法包括以下步骤：
S41. 从初步电磁暂态仿真算例中读取物理描述参数集合、待校正参数的有名值、待校正参数的标幺值及初步电磁暂态仿真算例中的数字标志位。
S42. 判断初步电磁暂态仿真算例中的数字标志位为有名值或标幺值。
一般地，由机电暂态仿真算例转换为初步电磁暂态仿真算例中，关键参数通过采用有名值或标幺值模式，这一点通过数字标志位可以分辨。
S43. 如果初步电磁暂态仿真算例中的数字标志位为有名值，则根据物理描述参数集合，计算得到有名值参照值，并判断有名值参照值与待校正参数的有名值的差别是否小于评价阈值，如果有名值参照值与待校正参数的有名值的差别小于评价阈值，则以有名值参照值作为校正后参数，如果有名值参照值与待校正参数的有名值差别大于或等于评价阈值，则以待校正参数的标幺值作为校正后参数。
S44. 如果初步电磁暂态仿真算例中的数字标志位为标幺值，则根据物理描述参数集合，计算得到参数的标幺值参照值，并判断参数的标幺值参照值与待校正参数的标幺值的差别是否小于评价阈值，如果参数的标幺值参照值与待校正参数的标幺值的差别小于评价阈值，则以参数的标幺值参照值作为校正后参数，如果参数的标幺值参照值与待校正的参数标幺值的差别大于或等于评价阈值，则以待校正的参数有名值作为校正后参数。
例如，当关键参数为架空线路参数时，为进一步说明，例如，关键参数为架空线路的电阻参数时，首先由初步电磁暂态仿真算例中获取能够用于计算架空线路电阻的物理描述参数集合（例如，获取架空线路长度、导线直径、材质参数、对地高度等参数），同时，还获取初步电磁暂态仿真算例中用于表征架空线路电阻的电阻有名值、电阻标幺值以及用于区别有名值和标幺值的数字标志位。然后，判断数字标志位为有名值或标幺值，以便于统一比较基准。
如果数字标志位为有名值，则采用物理描述参数集合计算得到有名值形式的架空线路电阻值，即架空线路电阻的有名值参照值。将此架空线路电阻的有名值参照值与获取的电阻有名值进行比较，如果有名值参照值与电阻有名值的差别小于1%，则以有名值参照值作为校正后参数，如果有名值参照值与电阻有名值差别大于或等于评价阈值，则以电阻标幺值作为校正后参数。
如果数字标志位为标幺值，则采用物理描述参数集合计算得到标幺值形式的架空线路电阻值，即架空线路电阻的标幺值参照值。将此架空线路电阻的标幺值参照值与获取的电阻标幺值进行比较，如果标幺值参照值与电阻标幺值的差别小于1%，则以标幺值参照值作为校正后参数，如果标幺值参照值与电阻标幺值差别大于或等于评价阈值，则以电阻有名值作为校正后参数。
当关键参数为变压器参数、并联电容器/并联电抗参数、串联电容器参数、串联电抗参数时，其具体的参数校正方式参考架空线路参数的参数校正方法。
值得说明的是，请一并参看图3，当关键参数为变压器参数时，需要对变压器的零序参数进行校正，具体校正方法如下：
判断变压器中性点阻抗参数是否为0；
如果是，则初始化零序参数，将零序参数和正序参数置为同样数值；
如果否，则核对变压器零序参数与零序参数计算公式的值是否一致；
如果一致，则保持现有的零序参数；
如果不一致，利用零序参数计算公式计算零序阻抗值，并替换掉原来的参数。
也就是说，首先检查变压器中性点阻抗参数是否为0，如果是，则初始化零序参数，将零序参数和正序参数置为同样数值。若不为0，则首先核对变压器零序参数与零序参数计算公式的值是否一致。如果一致，则保持现有的零序参数，如果不一致，则利用零序参数计算公式计算零序阻抗值，并替换掉原来的参数。在检查变压器零序参数与计算公式是否一致的同时，还要核对接地电抗中是否小电抗，有小电抗时，则警告变压器中性点有小电抗，如果没有，则结束该变压器零序参数检查流程。
请一并参看图4，当关键参数为并联电容器/并联电抗参数时，需要首先判断物理描述参数中，并联电容器/并联电抗的额定电压或投入的容量是否为0，如果是，则警告并联电容或电抗额定电压或投入容量异常，此时程序结束，并采用阻抗参数值。如果额定电压或者投入的容量都不为0，则继续执行步骤S43以及步骤S44的过程。
请一并参看图5，当关键参数为串联电抗参数时，需要首先判断物理描述参数中，串联电抗额定电压是否为0，额定电流和额定串联电抗是否为0，如果是，则警告串联电抗额定电压或额定电流或额定串联电抗异常，此时程序结束，并采用阻抗参数值。如果额定电压或者投入的容量都不为0，则继续执行步骤S43以及步骤S44的过程。
请一并参看图6，当关键参数为串联电容器参数时，需要首先判断物理描述参数中，串联电容器额定电流或者投入的容量是否为0，如果是，则警告串联电容器额定电流或者投入的容量异常，此时程序结束，并采用阻抗参数值，此时程序结束，并采用阻抗参数值。如果额定电压或者投入的容量都不为0，则继续执行步骤S43以及步骤S44的过程。
进一步地，请一并参看图7，对于串联电容器和串联电抗，除了上述参数检查过程，还要检查零序参数。首先检查正序参数与零序参数的比值是否为1。如果是，则保持现有参数，如若不是，则警告零序参数不等于正序参数，并仅保留正序参数。
请一并参看图8，一较佳实施例中，为进一步提高电磁暂态仿真算例的参数完整性和准确性，需要对电磁暂态仿真算例进行局部优化处理。例如，采用戴维南等值法，对获取到的电磁暂态仿真算例进行局部优化，并判断戴维南等值的准确性。
当仅对算例中的部分数据进行电磁暂态仿真时，可以对外部系统进行戴维南等值，将外部系统等值为含有内阻抗的电压源。首先，将戴维南等值得到的阻抗作为等值电压源的内阻抗，然后，将戴维南内电势作为电压源的电压。进行戴维南等值后，再与机电暂态仿真程序中的结果进行对比，检查所进行的戴维南等值的正确性。如果一致，则结束，若不一致，则警告等值结果不准确。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种大规模电磁暂态仿真算例的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取机电暂态仿真算例；
将机电暂态仿真算例转换为初步电磁暂态仿真算例；
从初步电磁暂态仿真算例中获取关键参数；
对关键参数进行校正，获取电磁暂态仿真算例；
所述“从初步电磁暂态仿真算例中获取关键参数”中，对关键参数的校正包括以下步骤：
从初步电磁暂态仿真算例中读取物理描述参数集合、待校正参数的有名值、待校正参数的标幺值及初步电磁暂态仿真算例中的数字标志位；
判断初步电磁暂态仿真算例中的数字标志位为有名值或标幺值；
如果初步电磁暂态仿真算例中的数字标志位为有名值，则根据物理描述参数集合，计算得到有名值参照值，并判断有名值参照值与待校正参数的有名值的差别是否小于评价阈值，如果有名值参照值与待校正参数的有名值的差别小于评价阈值，则以有名值参照值作为校正后参数，如果有名值参照值与待校正参数的有名值差别大于或等于评价阈值，则以待校正参数的标幺值作为校正后参数；
如果初步电磁暂态仿真算例中的数字标志位为标幺值，则根据物理描述参数集合，计算得到参数的标幺值参照值，并判断参数的标幺值参照值与待校正参数的标幺值的差别是否小于评价阈值，如果参数的标幺值参照值与待校正参数的标幺值的差别小于评价阈值，则以参数的标幺值参照值作为校正后参数，如果参数的标幺值参照值与待校正的参数标幺值的差别大于或等于评价阈值，则以待校正的参数有名值作为校正后参数；
所述“对关键参数进行校正，获取电磁暂态仿真算例”中，当关键参数为变压器参数时，对关键参数的校正还包括对变压器零序参数校正，所述“对变压器零序参数校正”包括以下步骤：
从初步电磁暂态仿真算例中获取变压器中性点阻抗参数及零序参数计算公式；
判断变压器中性点阻抗参数是否为0；
如果是，则初始化零序参数，将零序参数和正序参数置为同样数值；
如果否，则核对变压器零序参数与零序参数计算公式的值是否一致；
如果一致，则保持现有的零序参数；
如果不一致，利用零序参数计算公式计算零序阻抗值，并替换掉原来的参数。
2.如权利要求1所述的大规模电磁暂态仿真算例的建立方法，其特征在于，所述“从初步电磁暂态仿真算例中获取关键参数”中，关键参数包括架空线路参数、变压器参数、并联电容器/并联电抗参数、串联电容器参数、串联电抗参数中的至少一种。
3.如权利要求1所述的大规模电磁暂态仿真算例的建立方法，其特征在于，所述评价阈值不大于1%。
4.如权利要求2所述的大规模电磁暂态仿真算例的建立方法，其特征在于，所述“对关键参数进行校正，获取电磁暂态仿真算例”中，当关键参数为并联电容器/并联电抗参数时，对关键参数的校正还包括以下步骤：
从初步电磁暂态仿真算例中读取并联电容器/并联电抗的额定电压、投入容量及阻抗参数值；
判断额定电压或者投入的容量是否为0，如果是，则警告并联电容或电抗额定电压或投入容量异常，结束程序，并采用阻抗参数值。
5.如权利要求2所述的大规模电磁暂态仿真算例的建立方法，其特征在于，所述“对关键参数进行校正，获取电磁暂态仿真算例”中，当关键参数为串联电抗参数时，对关键参数的校正还包括以下步骤：
从初步电磁暂态仿真算例中读取串联电抗的额定电压、额定电流、额定串联电抗及阻抗参数值；
判断串联电抗的额定电压是否为0，额定电流和额定串联电抗是否为0；
如果是，则警告串联电抗额定电压、额定电流或额定串联电抗异常，结束程序，并采用阻抗参数值。
6.如权利要求2所述的大规模电磁暂态仿真算例的建立方法，其特征在于，所述“对关键参数进行校正，获取电磁暂态仿真算例”中，当关键参数为串联电容器参数时，对关键参数的校正还包括以下步骤：
从初步电磁暂态仿真算例中读取串联电容器的额定电压、投入容量及阻抗参数值；
判断额定电压或者投入的容量是否为0，如果是，则警告串联电容器额定电压或投入容量异常，结束程序，并采用阻抗参数值。
7.如权利要求2所述的大规模电磁暂态仿真算例的建立方法，其特征在于，所述“对关键参数进行校正，获取电磁暂态仿真算例”中，当关键参数为串联电容器参数或串联电抗参数时，对关键参数的校正还包括以下步骤：
从初步电磁暂态仿真算例中读取串联电容器或串联电抗的正序参数和零序参数；
判断正序参数与零序参数的比值是否为1，如果是，则保持现有参数；
如果否，则警告零序参数不等于正序参数，并仅保留正序参数。
8.如权利要求1所述的大规模电磁暂态仿真算例的建立方法，其特征在于，还包括以下步骤：
采用戴维南等值法，对获取到的电磁暂态仿真算例进行局部优化，并判断戴维南等值的准确性。
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