CN113051711A - 一种基于模块化选择进行电磁暂态仿真的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于模块化选择进行电磁暂态仿真的方法及系统，属于电磁暂态仿真技术领域。本发明方法包括：获取用于进行电磁暂态仿真的仿真请求，根据所述仿真请求中所包括的仿真内容和仿真参数生成与电磁暂态仿真相关联的仿真任务；确定每个功能模块单元的功能参数；在所选择的多个功能模块单元中确定至少一个需要进行调整的功能模块单元；获得经过调整的功能模块单元；获得经过选择的功能模块单元；利用多个经过选择的功能模块单元进行电磁暂态仿真。本发明利用多个经过选择的功能模块单元进行电磁暂态仿真，解决了针对子模块数量众多造成排序次数多，增加模型运算量的难题。
Description
技术领域
本发明属于电磁暂态仿真技术领域，具体涉及一种基于模块化选择进行电磁暂态仿真的方法及系统。
背景技术
柔性直流输电技术的可控性好、运行方式灵活、适应性强等优点，为新能源的高效利用和电网发展带来革命性的变化，基于模块化多电平换流器(modular multilevelconverter,MMC)的柔性直流输电技术，便于选择不同的子模块数量以适应不同的功率和电压要求，具有波形质量高、故障处理能力强、阶跃电压低和避免动态均压等优势，在柔性直流输电中得到了广泛的应用和发展，是未来直流输电领域的重要发展方向。
基于MMC的柔性直流电磁暂态仿真模型对大型交直流混联系统稳定性分析、故障分析、控制保护策略设计与验证等工程前期设计和研究系统特性的影响重大，需在电力系统建模和仿真中重点考虑，对此国内外学者做了大量工作，根据不同的实际需求开发了不同的MMC电磁暂态仿真模型，包括基于器件级的详细模型、受控源的通用电磁暂态模型、平均值模型和基于戴维南等效的高效模型，详细模型和基于受控源的电磁暂态通用模型计算速度慢，不适于大规模电力系统的电磁暂态仿真，平均值模型无法模拟子模块充放电特性，适用范围同样受限，基于戴维南等效的高效模型在保证精度的前提下计算速度显著提升，但在MMC子模块数量众多时计算速度仍不能满足大型电力系统全电磁暂态仿真要求。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种基于模块化选择进行电磁暂态仿真的方法，包括：
获取用于进行电磁暂态仿真的仿真请求，根据所述仿真请求中所包括的仿真内容和仿真参数生成与电磁暂态仿真相关联的仿真任务；
根据所述仿真任务的任务主题与功能模块单元的描述信息的匹配度，从能够获得的所有功能模块单元中选择多个功能模块单元，确定每个功能模块单元的功能参数，所述功能参数包括：子模块数量、每个子模块的电容电压和每个子模块的描述信息；
根据所选择的每个功能模块单元的功能参数确定与仿真任务相关联的模块调整系数，当模块调整系数大于调整系数阈值时，在所选择的多个功能模块单元中确定至少一个需要进行调整的功能模块单元；
针对于每个需要进行调整的功能模块单元：将所有子模块进行分组，以生成多个子模块组，从每个子模块组中选择至少一个待移除的子模块，将所有待移除的子模块移除，以获得经过调整的功能模块单元；
针对于每个经过调整的功能模块单元：确定经过调整的功能模块单元的目标电压，从经过调整的功能模块单元内的所有子模块选择多个目标子模块，以使得多个目标子模块的电容电压的和与目标电压的值小于预定电压值，并且因此获得经过选择的功能模块单元；
利用多个经过选择的功能模块单元进行电磁暂态仿真。
可选的，所述仿真任务的任务主题与功能模块单元的描述信息的匹配度，从能够获得的所有功能模块单元中选择多个功能模块单元包括：
计算所述仿真任务的任务主题与多个功能模块单元中每个功能模块单元的描述信息的匹配度，以获得多个匹配度；
根据多个匹配度的降序顺序将多个功能模块单元进行排序，以获得多个功能模块单元的排序列表；
确定多个匹配度的中位数M1和平均值M2；
基于中位数M1和平均值M2确定动态阈值M3：
从能够获得的所有功能模块单元中选择匹配度大于M3的多个功能模块单元。
可选的，所选择的每个功能模块单元的功能参数确定与仿真任务相关联的模块调整系数包括：
确定第i个功能模块单元的第j个子模块的描述信息Di，j与任务主题的语义关联度，将语义关联度确定为第i个功能模块单元的第j个子模块的描述信息Di，j与任务主题的内容关联度Ai，j；其中2≤i≤Na并且i为自然数，Na为所选择的多个功能模块单元的数量；其中2≤j≤Nbi并且j为自然数，Nbi为第i个功能模块单元的子模块的数量；其中0≤Ai，j≤100％；
将Nbi中的最大值确定为Nbmax并且将Nbi中的最小值确定为Nbmin；α为数量调整参数；
其中，Ki为第i个功能模块单元的调整系数，Vi，j为第i个功能模块单元的第j个子模块的电容电压，Vi，max为第i个功能模块单元中电容电压的最大值，Vi，min为第i个功能模块单元中电容电压的最小值；
Kv为与仿真任务相关联的模块调整系数。
可选的，将所有子模块进行分组，以生成多个子模块组，确定每个子模块组的模块参数，基于功能模块单元内每个子模块组的模块参数从每个子模块组中选择至少一个待移除的子模块包括：
将所有子模块进行随机分组，以生成多个子模块组，其中每个子模块组包括至少五个子模块；
从每个子模块组中随机选择一个待移除的子模块；
将每个子模块组各自的待移除的子模块移除，以获得经过调整的功能模块单元。
可选的，根据确定经过调整的功能模块单元的目标电压，从经过调整的功能模块单元内的所有子模块选择多个目标子模块，以使得多个目标子模块的电容电压的和与目标电压的值小于预定电压值，包括：
根据电流iarm方向和导通模块数n(t)进行判断，确定子模块堆的性质及规模，建立大/小顶堆结构；
针对建立的大/小顶堆结构，调整顶堆结构的子模块编号，所述子模块编号指向的电容电压满足堆的性质；
将子模块编号指向的电压依次与堆顶根节点子模块编号指向的电压相比较，确定投入的子模块，根据确定的子模块编号，生成相应的IGBT触发信号，投入对应的n(t)个子模块；
使得每个父节点的子模块编号对应的电容电压值都不小于下面的两个子节点的子模块编号对应的电容电压值；
使得根节点的子模块编号对应的电容电压值是大顶堆中所有子模块电容电压中的最大值。
本发明还提出了一种基于模块化选择进行电磁暂态仿真的系统，包括：
仿真任务生成模块，获取用于进行电磁暂态仿真的仿真请求，根据所述仿真请求中所包括的仿真内容和仿真参数生成与电磁暂态仿真相关联的仿真任务；
功能参数确定模块，根据所述仿真任务的任务主题与功能模块单元的描述信息的匹配度，从能够获得的所有功能模块单元中选择多个功能模块单元，确定每个功能模块单元的功能参数，所述功能参数包括：子模块数量、每个子模块的电容电压和每个子模块的描述信息；
系数调整模块，根据所选择的每个功能模块单元的功能参数确定与仿真任务相关联的模块调整系数，当模块调整系数大于调整系数阈值时，在所选择的多个功能模块单元中确定至少一个需要进行调整的功能模块单元；
调整模块，针对于每个需要进行调整的功能模块单元：将所有子模块进行分组，以生成多个子模块组，从每个子模块组中选择至少一个待移除的子模块，将所有待移除的子模块移除，以获得经过调整的功能模块单元；
选择模块，针对于每个经过调整的功能模块单元：确定经过调整的功能模块单元的目标电压，从经过调整的功能模块单元内的所有子模块选择多个目标子模块，以使得多个目标子模块的电容电压的和与目标电压的值小于预定电压值，并且因此获得经过选择的功能模块单元；
仿真模块，利用多个经过选择的功能模块单元进行电磁暂态仿真。
可选的，根据所述仿真任务的任务主题与功能模块单元的描述信息的匹配度，从能够获得的所有功能模块单元中选择多个功能模块单元包括：
计算所述仿真任务的任务主题与多个功能模块单元中每个功能模块单元的描述信息的匹配度，以获得多个匹配度；
根据多个匹配度的降序顺序将多个功能模块单元进行排序，以获得多个功能模块单元的排序列表；
确定多个匹配度的中位数M1和平均值M2；
基于中位数M1和平均值M2确定动态阈值M3：
从能够获得的所有功能模块单元中选择匹配度大于M3的多个功能模块单元。
可选的，根据所选择的每个功能模块单元的功能参数确定与仿真任务相关联的模块调整系数包括：
确定第i个功能模块单元的第j个子模块的描述信息Di，j与任务主题的语义关联度，将语义关联度确定为第i个功能模块单元的第j个子模块的描述信息Di，j与任务主题的内容关联度Ai，j；其中2≤i≤Na并且i为自然数，Na为所选择的多个功能模块单元的数量；其中2≤j≤Nbi并且j为自然数，Nbi为第i个功能模块单元的子模块的数量；其中0≤Ai，j≤100％；
将Nbi中的最大值确定为Nbmax并且将Nbi中的最小值确定为Nbmin；α为数量调整参数；
其中，Ki为第i个功能模块单元的调整系数，Vi，j为第i个功能模块单元的第j个子模块的电容电压，Vi，max为第i个功能模块单元中电容电压的最大值，Vi，min为第i个功能模块单元中电容电压的最小值；
Kv为与仿真任务相关联的模块调整系数。
可选的，将所有子模块进行分组，以生成多个子模块组，确定每个子模块组的模块参数，基于功能模块单元内每个子模块组的模块参数从每个子模块组中选择至少一个待移除的子模块包括：
将所有子模块进行随机分组，以生成多个子模块组，其中每个子模块组包括至少五个子模块；
从每个子模块组中随机选择一个待移除的子模块；
将每个子模块组各自的待移除的子模块移除，以获得经过调整的功能模块单元。
根据确定经过调整的功能模块单元的目标电压，从经过调整的功能模块单元内的所有子模块选择多个目标子模块，以使得多个目标子模块的电容电压的和与目标电压的值小于预定电压值，包括：
根据电流iarm方向和导通模块数n(t)进行判断，确定子模块堆的性质及规模，建立大/小顶堆结构；
针对建立的大/小顶堆结构，调整顶堆结构的子模块编号，所述子模块编号指向的电容电压满足堆的性质；
将子模块编号指向的电压依次与堆顶根节点子模块编号指向的电压相比较，确定投入的子模块，根据确定的子模块编号，生成相应的IGBT触发信号，投入对应的n(t)个子模块；
使得每个父节点的子模块编号对应的电容电压值都不小于下面的两个子节点的子模块编号对应的电容电压值；
使得根节点的子模块编号对应的电容电压值是大顶堆中所有子模块电容电压中的最大值。
本发明利用多个经过选择的功能模块单元进行电磁暂态仿真，解决了针对子模块数量众多造成排序次数多，增加模型运算量的难题。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的MMC闭锁模型示意图；
图3为本发明实施例提供的基于嵌套快速同时求解法建立MMC桥臂模型示意图；
图4为本发明实施例提供的“堆”排序算法示意图；
图5为本发明实施例提供的基于5电平MMC的柔性直流输电测试系统；
图6为本发明实施例提供的5电平MMC整流侧波形对比图；
图7为本发明实施例提供的5电平MMC逆变侧波形对比图；
图8为本发明系统的结构图。
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。
本发明提出了一种基于模块化选择进行电磁暂态仿真的方法，如图1所示，包括：
获取用于进行电磁暂态仿真的仿真请求，根据所述仿真请求中所包括的仿真内容和仿真参数生成与电磁暂态仿真相关联的仿真任务；
根据所述仿真任务的任务主题与功能模块单元的描述信息的匹配度，从能够获得的所有功能模块单元中选择多个功能模块单元，确定每个功能模块单元的功能参数，所述功能参数包括：子模块数量、每个子模块的电容电压和每个子模块的描述信息；
根据所选择的每个功能模块单元的功能参数确定与仿真任务相关联的模块调整系数，当模块调整系数大于调整系数阈值时，在所选择的多个功能模块单元中确定至少一个需要进行调整的功能模块单元；
针对于每个需要进行调整的功能模块单元：将所有子模块进行分组，以生成多个子模块组，从每个子模块组中选择至少一个待移除的子模块，将所有待移除的子模块移除，以获得经过调整的功能模块单元；
针对于每个经过调整的功能模块单元：确定经过调整的功能模块单元的目标电压，从经过调整的功能模块单元内的所有子模块选择多个目标子模块，以使得多个目标子模块的电容电压的和与目标电压的值小于预定电压值，并且因此获得经过选择的功能模块单元；
利用多个经过选择的功能模块单元进行电磁暂态仿真。
其中，所述仿真任务的任务主题与功能模块单元的描述信息的匹配度，从能够获得的所有功能模块单元中选择多个功能模块单元包括：
计算所述仿真任务的任务主题与多个功能模块单元中每个功能模块单元的描述信息的匹配度，以获得多个匹配度；
根据多个匹配度的降序顺序将多个功能模块单元进行排序，以获得多个功能模块单元的排序列表；
确定多个匹配度的中位数M1和平均值M2；
基于中位数M1和平均值M2确定动态阈值M3：
从能够获得的所有功能模块单元中选择匹配度大于M3的多个功能模块单元。
其中，所选择的每个功能模块单元的功能参数确定与仿真任务相关联的模块调整系数包括：
确定第i个功能模块单元的第j个子模块的描述信息Di，j与任务主题的语义关联度，将语义关联度确定为第i个功能模块单元的第j个子模块的描述信息Di，j与任务主题的内容关联度Ai，j；其中2≤i≤Na并且i为自然数，Na为所选择的多个功能模块单元的数量；其中2≤j≤Nbi并且j为自然数，Nbi为第i个功能模块单元的子模块的数量；其中0≤Ai，j≤100％；
将Nbi中的最大值确定为Nbmax并且将Nbi中的最小值确定为Nbmin；α为数量调整参数；
其中，Ki为第i个功能模块单元的调整系数，Vi，j为第i个功能模块单元的第j个子模块的电容电压，Vi，max为第i个功能模块单元中电容电压的最大值，Vi，min为第i个功能模块单元中电容电压的最小值；
Kv为与仿真任务相关联的模块调整系数。
其中，将所有子模块进行分组，以生成多个子模块组，确定每个子模块组的模块参数，基于功能模块单元内每个子模块组的模块参数从每个子模块组中选择至少一个待移除的子模块包括：
将所有子模块进行随机分组，以生成多个子模块组，其中每个子模块组包括至少五个子模块；
从每个子模块组中随机选择一个待移除的子模块；
将每个子模块组各自的待移除的子模块移除，以获得经过调整的功能模块单元。
其中，根据确定经过调整的功能模块单元的目标电压，从经过调整的功能模块单元内的所有子模块选择多个目标子模块，以使得多个目标子模块的电容电压的和与目标电压的值小于预定电压值，包括：
根据电流iarm方向和导通模块数n(t)进行判断，确定子模块堆的性质及规模，建立大/小顶堆结构；
针对建立的大/小顶堆结构，调整顶堆结构的子模块编号，所述子模块编号指向的电容电压满足堆的性质；
将子模块编号指向的电压依次与堆顶根节点子模块编号指向的电压相比较，确定投入的子模块，根据确定的子模块编号，生成相应的IGBT触发信号，投入对应的n(t)个子模块；
使得每个父节点的子模块编号对应的电容电压值都不小于下面的两个子节点的子模块编号对应的电容电压值；
使得根节点的子模块编号对应的电容电压值是大顶堆中所有子模块电容电压中的最大值。
下面结合实施例对本发明进行进一步的说明：
第一，根据MMC实际运行参数，采用灵活切换算法离散MMC。
对实际运行中MMC的子模块电容值和桥臂(即功能模块单元)电感值，离散化子模块电容和桥臂电感，不同的α值表示不同的离散化算法，取0为隐式梯形法，取1为后退欧拉法，在MMC仿真时，每一步都进行网络结构突变的判断和操作，若网络结构不突变，采用隐式梯形积分法离散化子模块电容和桥臂电感，若网络结构突变，切换为后退欧拉法以避开非状态量的突变时刻值，消除数值振荡。
第二，确定MMC全部子模块的戴维南等效模型。
由灵活切换算法离散MMC子模块电容，得到子模块电容的戴维南等效电阻和等效电势，将IGBT及其反向并联的二极管等效为一个可变电阻，由开关状态取值Ron或Roff，确定MMC子模块的等效电路，根据子模块拓扑结构求得子模块等效电阻和等效电势。最后由子模块串联结构求单个桥臂所有子模块的等效模型，即全部子模块的等效电阻为桥臂所有子模块等效电阻的和，全部子模块的等效电势为桥臂所有子模块等效电势之和。
第三，根据是否存在闭锁信号确定MMC最终等效模型。
若存在闭锁信号，如图2所示，建立MMC闭锁模型。
首先建立全部子模块投入的全部子模块戴维南等效模型。再设置两个虚拟二极管，一个为正向串联虚拟二极管D1，一个为反向并联虚拟二极管D2，分别按照表1设置两个虚拟二极管的导通电阻和关断电阻，表1中，Rc为子模块电容的戴维南等效电压。
表1
若不存在闭锁信号，如图3所示，建立MMC桥臂戴维南等效模型。
根据桥臂电感与桥臂子模块等效模型的串联关系，基于嵌套快速同时求解法对桥臂电感进一步等效，即桥臂的等效电势为桥臂全部子模块等效电势和桥臂电感戴维南等效电势之和，桥臂的等效电阻为桥臂全部子模块等效电阻和桥臂电感戴维南等效电阻之和。
MMC正常运行时，MMC模型接受由控制器输出的导通模块信号N(t)，在不同的时刻触发上下桥臂不同的子模块数量。将控制器输出的导通模块信号N(t)和MMC模型计算得到的子模块电容电压和桥臂电流输入到“基于双向堆排序的不完全排序算法”中，由排序算法得到IGBT的触发信号，确定该时刻下每一个子模块的状态。
另外，在MMC正常运行时，每一步更新虚拟二极管的历史变量函数，根据iarm方向每一步更新虚拟二极管的历史变量，防止MMC闭锁瞬间的插值计算出现错误。若iarm≤0，则根据表2更新历史变量，若iarm＞0，则根据附表3更新历史变量。
表2
附表3虚拟二极管历史变量更新方式B
第四，根据MMC等效模型输入计算结果。
使用采用“基于双向堆排序的不完全排序算法”进行排序，核心“堆”结构如图4所示，以大顶堆为例，堆排序步骤如下：
1)按照完全二叉树的结构，将元素依次填入。
2)从数组中最后填入的元素开始进行判断，左右子节点取最大的元素与对应的父节点中的元素比较，若子节点最大的元素大于父节点中的元素，则交换两个节点中的元素。
3)依照步骤2)的调整原则，逐层调整每一个父节点及其对应的子节点，最终使得构建的“堆”满足上述两个性质。
“基于双向堆排序的不完全排序算法”的步骤如下：
1)根据电流iarm方向和调制模块输出的N(t)进行判断，确定“堆”的性质及规模。分为以下四种情形：
i.若iarm≥0,N(t)<N/2,则取N(t)个子模块编号，构建元素数量为N(t)的大顶堆。
ii.若iarm≥0,N(t)≥N/2,则取N/2-N(t)个子模块编号，构建元素数量N/2-N(t)的小顶堆。
iii.若iarm<0,N(t)<N/2,则取N(t)个子模块编号，构建元素数量为N(t)的小顶堆。
iv.若iarm<0,N(t)≥N/2,则取N/2-N(t)个子模块编号，构建元素数量N/2-N(t)的大顶堆。
2)针对建立的大(小)顶堆结构，调整“堆”中的子模块编号，确保堆中的节点编号指向的电容电压满足“堆”的性质。
若构建的为大顶堆，则根节点子模块编号指向的电容电压值为最大值，父节点编号指向的电压值大于对应子节点编号指向的电压值。若构建的为小顶堆，则根节点编号指向的电压值为最小值，父节点编号指向的电压值小于对应子节点编号指向的电压值。
3)将其余的子模块编号指向的电压依次与堆顶根节点子模块编号指向的电压相比较。
若构建的堆为大顶堆，根节点子模块编号指向的电容电压值为最大值，则其余的子模块编号指向的电压分别与根节点子模块编号指向的电压比较，若比根节点电压大，则不进行处理；若比根节点电压小，则将该编号替换为根节点编号，再调整大顶堆的结构，满足大顶堆的性质。
同理，若构建的堆为小顶堆，则将剩余子模块编号指向的电压依次与根节点子模块编号指向的电压，在该编号指向的电压大于根节点编号指向的电压的情况下，将该编号替换为根节点子模块编号，再调整小顶堆的结构，恢复小顶堆的性质。
4)确定投入的子模块
若需投入的子模块数量N(t)<N/2，则投入最终生成的大(小)顶堆中的所有子模块编号。
若需投入的子模块数量N(t)≥N/2，则投入最终生成的大(小)顶堆之外剩余所有子模块的编号。
5)根据确定的子模块编号，生成相应的IGBT触发信号，投入对应的N(t)个子模块。
在PSModel(Power System Model)电磁暂态仿真软件中，应用本发明提出一种适用于大型电力系统全电磁暂态分析的MMC仿真方法，开发MMC高效模型，搭建如图5所示的基于5电平MMC的柔性直流输电测试系统，采用2μs的定仿真步长进行仿真，工况参数如表4所示。
表4
设置工况：0.4sMMC逆变侧解锁，0.5s整流侧解锁，1.0s直流线路发生接地故障，1.2s故障恢复，1.6s直流线路闭锁。
同理，在MATLAB中采用MMC详细模型，搭建完全一致的测试系统，设置同样的工况。仿真时间和步长也完全一致。将电流电压波形曲线与MATLAB详细模型比较。
附图6(a)、(b)、(c)、(d)分别为整流侧B相交流电压、A相上桥臂电流、直流电压和直流电流波形。图7(a)、(b)、(c)分别为逆变侧A相交流电压、C相下桥臂电流、直流电压波形。左中右三列分别表示闭锁到解锁、直流故障和解锁到闭锁三种特性。
从计算结果可以看出，无论是闭锁状态还是解锁状态，PSModel高效模型与MATLAB详细模型在各种模式下的计算结果误差都很小，满足高精度特性。
在PSCAD/EMTDC中使用MMC经典戴维南等效模型，搭建如附图6所示的测试系统，改变MMC电平数，采用10μs仿真步长，分别计算子模块数量为4、10、40、100、200、300、400、800情形，仿真时长为1.5s，表5统计了PSCAD等效模型和PSModel高效模型的计算时间。PSModel高效模型与PSCAD模型相比，计算速度显著提升，并且随着子模块数量的增多，这种提速效果越明显。
表5
综上所述，应用本发明的方法，能够在保持MMC等效模型高精度的前提下，PSModel高效模型与PSCAD模型相比，计算速度显著提升，并且随着子模块数量的增多，这种提速效果越明显，更适用于含MMC的大型交直流混联系统的仿真计算。
本发明还提出了一种基于模块化选择进行电磁暂态仿真的系统200，如图8所示，包括：
仿真任务生成模块201，获取用于进行电磁暂态仿真的仿真请求，根据所述仿真请求中所包括的仿真内容和仿真参数生成与电磁暂态仿真相关联的仿真任务；
功能参数确定模块202，根据所述仿真任务的任务主题与功能模块单元的描述信息的匹配度，从能够获得的所有功能模块单元中选择多个功能模块单元，确定每个功能模块单元的功能参数，所述功能参数包括：子模块数量、每个子模块的电容电压和每个子模块的描述信息；
系数调整模块203，根据所选择的每个功能模块单元的功能参数确定与仿真任务相关联的模块调整系数，当模块调整系数大于调整系数阈值时，在所选择的多个功能模块单元中确定至少一个需要进行调整的功能模块单元；
调整模块204，针对于每个需要进行调整的功能模块单元：将所有子模块进行分组，以生成多个子模块组，从每个子模块组中选择至少一个待移除的子模块，将所有待移除的子模块移除，以获得经过调整的功能模块单元；
选择模块205，针对于每个经过调整的功能模块单元：确定经过调整的功能模块单元的目标电压，从经过调整的功能模块单元内的所有子模块选择多个目标子模块，以使得多个目标子模块的电容电压的和与目标电压的值小于预定电压值，并且因此获得经过选择的功能模块单元；
仿真模块206，利用多个经过选择的功能模块单元进行电磁暂态仿真。
其中，根据所述仿真任务的任务主题与功能模块单元的描述信息的匹配度，从能够获得的所有功能模块单元中选择多个功能模块单元包括：
计算所述仿真任务的任务主题与多个功能模块单元中每个功能模块单元的描述信息的匹配度，以获得多个匹配度；
根据多个匹配度的降序顺序将多个功能模块单元进行排序，以获得多个功能模块单元的排序列表；
确定多个匹配度的中位数M1和平均值M2；
基于中位数M1和平均值M2确定动态阈值M3：
从能够获得的所有功能模块单元中选择匹配度大于M3的多个功能模块单元。
其中，根据所选择的每个功能模块单元的功能参数确定与仿真任务相关联的模块调整系数包括：
确定第i个功能模块单元的第j个子模块的描述信息Di，j与任务主题的语义关联度，将语义关联度确定为第i个功能模块单元的第j个子模块的描述信息Di，j与任务主题的内容关联度Ai，j；其中2≤i≤Na并且i为自然数，Na为所选择的多个功能模块单元的数量；其中2≤j≤Nbi并且j为自然数，Nbi为第i个功能模块单元的子模块的数量；其中0≤Ai，j≤100％；
将Nbi中的最大值确定为Nbmax并且将Nbi中的最小值确定为Nbmin；α为数量调整参数；
其中，Ki为第i个功能模块单元的调整系数，Vi，j为第i个功能模块单元的第j个子模块的电容电压，Vi，max为第i个功能模块单元中电容电压的最大值，Vi，min为第i个功能模块单元中电容电压的最小值；
Kv为与仿真任务相关联的模块调整系数。
其中，将所有子模块进行分组，以生成多个子模块组，确定每个子模块组的模块参数，基于功能模块单元内每个子模块组的模块参数从每个子模块组中选择至少一个待移除的子模块包括：
将所有子模块进行随机分组，以生成多个子模块组，其中每个子模块组包括至少五个子模块；
从每个子模块组中随机选择一个待移除的子模块；
将每个子模块组各自的待移除的子模块移除，以获得经过调整的功能模块单元。
其中，根据确定经过调整的功能模块单元的目标电压，从经过调整的功能模块单元内的所有子模块选择多个目标子模块，以使得多个目标子模块的电容电压的和与目标电压的值小于预定电压值，包括：
根据电流iarm方向和导通模块数n(t)进行判断，确定子模块堆的性质及规模，建立大/小顶堆结构；
针对建立的大/小顶堆结构，调整顶堆结构的子模块编号，所述子模块编号指向的电容电压满足堆的性质；
将子模块编号指向的电压依次与堆顶根节点子模块编号指向的电压相比较，确定投入的子模块，根据确定的子模块编号，生成相应的IGBT触发信号，投入对应的n(t)个子模块；
使得每个父节点的子模块编号对应的电容电压值都不小于下面的两个子节点的子模块编号对应的电容电压值；
使得根节点的子模块编号对应的电容电压值是大顶堆中所有子模块电容电压中的最大值。
本发明利用多个经过选择的功能模块单元进行电磁暂态仿真，解决了针对子模块数量众多造成排序次数多，增加模型运算量的难题。
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。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
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。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种基于模块化选择进行电磁暂态仿真的方法，所述方法包括：
获取用于进行电磁暂态仿真的仿真请求，根据所述仿真请求中所包括的仿真内容和仿真参数生成与电磁暂态仿真相关联的仿真任务；
根据所述仿真任务的任务主题与功能模块单元的描述信息的匹配度，从能够获得的所有功能模块单元中选择多个功能模块单元，确定每个功能模块单元的功能参数，所述功能参数包括：子模块数量、每个子模块的电容电压和每个子模块的描述信息；
根据所选择的每个功能模块单元的功能参数确定与仿真任务相关联的模块调整系数，当模块调整系数大于调整系数阈值时，在所选择的多个功能模块单元中确定至少一个需要进行调整的功能模块单元；
针对于每个需要进行调整的功能模块单元：将所有子模块进行分组，以生成多个子模块组，从每个子模块组中选择至少一个待移除的子模块，将所有待移除的子模块移除，以获得经过调整的功能模块单元；
针对于每个经过调整的功能模块单元：确定经过调整的功能模块单元的目标电压，从经过调整的功能模块单元内的所有子模块选择多个目标子模块，以使得多个目标子模块的电容电压的和与目标电压的值小于预定电压值，并且因此获得经过选择的功能模块单元；
利用多个经过选择的功能模块单元进行电磁暂态仿真。
2.根据权利要求1所述的方法，根据所述仿真任务的任务主题与功能模块单元的描述信息的匹配度，从能够获得的所有功能模块单元中选择多个功能模块单元包括：
计算所述仿真任务的任务主题与多个功能模块单元中每个功能模块单元的描述信息的匹配度，以获得多个匹配度；
根据多个匹配度的降序顺序将多个功能模块单元进行排序，以获得多个功能模块单元的排序列表；
确定多个匹配度的中位数M1和平均值M2；
基于中位数M1和平均值M2确定动态阈值M3：
从能够获得的所有功能模块单元中选择匹配度大于M3的多个功能模块单元。
3.根据权利要求1所述的方法，根据所选择的每个功能模块单元的功能参数确定与仿真任务相关联的模块调整系数包括：
确定第i个功能模块单元的第j个子模块的描述信息Di，j与任务主题的语义关联度，将语义关联度确定为第i个功能模块单元的第j个子模块的描述信息Di，j与任务主题的内容关联度Ai，j；其中2≤i≤Na并且i为自然数，Na为所选择的多个功能模块单元的数量；其中2≤j≤Nbi并且j为自然数，Nbi为第i个功能模块单元的子模块的数量；其中0≤Ai，j≤100％；
将Nbi中的最大值确定为Nbmax并且将Nbi中的最小值确定为Nbmin；α为数量调整参数；
其中，Ki为第i个功能模块单元的调整系数，Vi，j为第i个功能模块单元的第j个子模块的电容电压，Vi，max为第i个功能模块单元中电容电压的最大值，Vi，min为第i个功能模块单元中电容电压的最小值；
Kv为与仿真任务相关联的模块调整系数。
4.根据权利要求1所述的方法，将所有子模块进行分组，以生成多个子模块组，确定每个子模块组的模块参数，基于功能模块单元内每个子模块组的模块参数从每个子模块组中选择至少一个待移除的子模块包括：
将所有子模块进行随机分组，以生成多个子模块组，其中每个子模块组包括至少五个子模块；
从每个子模块组中随机选择一个待移除的子模块；
将每个子模块组各自的待移除的子模块移除，以获得经过调整的功能模块单元。
5.根据权利要求1所述的方法，根据确定经过调整的功能模块单元的目标电压，从经过调整的功能模块单元内的所有子模块选择多个目标子模块，以使得多个目标子模块的电容电压的和与目标电压的值小于预定电压值，包括：
根据电流iarm方向和导通模块数n(t)进行判断，确定子模块堆的性质及规模，建立大/小顶堆结构；
针对建立的大/小顶堆结构，调整顶堆结构的子模块编号，所述子模块编号指向的电容电压满足堆的性质；
将子模块编号指向的电压依次与堆顶根节点子模块编号指向的电压相比较，确定投入的子模块，根据确定的子模块编号，生成相应的IGBT触发信号，投入对应的n(t)个子模块；
使得每个父节点的子模块编号对应的电容电压值都不小于下面的两个子节点的子模块编号对应的电容电压值；
使得根节点的子模块编号对应的电容电压值是大顶堆中所有子模块电容电压中的最大值。
6.一种基于模块化选择进行电磁暂态仿真的系统，所述系统包括：
仿真任务生成模块，获取用于进行电磁暂态仿真的仿真请求，根据所述仿真请求中所包括的仿真内容和仿真参数生成与电磁暂态仿真相关联的仿真任务；
功能参数确定模块，根据所述仿真任务的任务主题与功能模块单元的描述信息的匹配度，从能够获得的所有功能模块单元中选择多个功能模块单元，确定每个功能模块单元的功能参数，所述功能参数包括：子模块数量、每个子模块的电容电压和每个子模块的描述信息；
系数调整模块，根据所选择的每个功能模块单元的功能参数确定与仿真任务相关联的模块调整系数，当模块调整系数大于调整系数阈值时，在所选择的多个功能模块单元中确定至少一个需要进行调整的功能模块单元；
调整模块，针对于每个需要进行调整的功能模块单元：将所有子模块进行分组，以生成多个子模块组，从每个子模块组中选择至少一个待移除的子模块，将所有待移除的子模块移除，以获得经过调整的功能模块单元；
选择模块，针对于每个经过调整的功能模块单元：确定经过调整的功能模块单元的目标电压，从经过调整的功能模块单元内的所有子模块选择多个目标子模块，以使得多个目标子模块的电容电压的和与目标电压的值小于预定电压值，并且因此获得经过选择的功能模块单元；
仿真模块，利用多个经过选择的功能模块单元进行电磁暂态仿真。
7.根据权利要求6所述的系统，根据所述仿真任务的任务主题与功能模块单元的描述信息的匹配度，从能够获得的所有功能模块单元中选择多个功能模块单元包括：
计算所述仿真任务的任务主题与多个功能模块单元中每个功能模块单元的描述信息的匹配度，以获得多个匹配度；
根据多个匹配度的降序顺序将多个功能模块单元进行排序，以获得多个功能模块单元的排序列表；
确定多个匹配度的中位数M1和平均值M2；
基于中位数M1和平均值M2确定动态阈值M3：
从能够获得的所有功能模块单元中选择匹配度大于M3的多个功能模块单元。
8.根据权利要求6所述的系统，根据所选择的每个功能模块单元的功能参数确定与仿真任务相关联的模块调整系数包括：
确定第i个功能模块单元的第j个子模块的描述信息Di，j与任务主题的语义关联度，将语义关联度确定为第i个功能模块单元的第j个子模块的描述信息Di，j与任务主题的内容关联度Ai，j；其中2≤i≤Na并且i为自然数，Na为所选择的多个功能模块单元的数量；其中2≤j≤Nbi并且j为自然数，Nbi为第i个功能模块单元的子模块的数量；其中0≤Ai，j≤100％；
将Nbi中的最大值确定为Nbmax并且将Nbi中的最小值确定为Nbmin；α为数量调整参数；
其中，Ki为第i个功能模块单元的调整系数，Vi，j为第i个功能模块单元的第j个子模块的电容电压，Vi，max为第i个功能模块单元中电容电压的最大值，Vi，min为第i个功能模块单元中电容电压的最小值；
Kv为与仿真任务相关联的模块调整系数。
9.根据权利要求6所述的系统，将所有子模块进行分组，以生成多个子模块组，确定每个子模块组的模块参数，基于功能模块单元内每个子模块组的模块参数从每个子模块组中选择至少一个待移除的子模块包括：
将所有子模块进行随机分组，以生成多个子模块组，其中每个子模块组包括至少五个子模块；
从每个子模块组中随机选择一个待移除的子模块；
将每个子模块组各自的待移除的子模块移除，以获得经过调整的功能模块单元。
10.根据权利要求6所述的系统，根据确定经过调整的功能模块单元的目标电压，从经过调整的功能模块单元内的所有子模块选择多个目标子模块，以使得多个目标子模块的电容电压的和与目标电压的值小于预定电压值，包括：
根据电流iarm方向和导通模块数n(t)进行判断，确定子模块堆的性质及规模，建立大/小顶堆结构；
针对建立的大/小顶堆结构，调整顶堆结构的子模块编号，所述子模块编号指向的电容电压满足堆的性质；
将子模块编号指向的电压依次与堆顶根节点子模块编号指向的电压相比较，确定投入的子模块，根据确定的子模块编号，生成相应的IGBT触发信号，投入对应的n(t)个子模块；
使得每个父节点的子模块编号对应的电容电压值都不小于下面的两个子节点的子模块编号对应的电容电压值；
使得根节点的子模块编号对应的电容电压值是大顶堆中所有子模块电容电压中的最大值。
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| CN112100962A (zh) * | 2020-09-29 | 2020-12-18 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种mmc的电磁暂态仿真方法及系统 |
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-
2021
- 2021-02-25 CN CN202110212535.5A patent/CN113051711B/zh active Active
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|---|---|---|---|---|
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| CN111079272A (zh) * | 2019-12-02 | 2020-04-28 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种基于权重法cdsm-mmc电磁暂态整体建模方法及装置 |
| CN112100962A (zh) * | 2020-09-29 | 2020-12-18 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种mmc的电磁暂态仿真方法及系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 祁秋玲;竺庆茸;黄文杰;徐修华;张韬;: "模块化多电平换流器电磁暂态建模研究", 南京工程学院学报(自然科学版), no. 02, 15 June 2017 (2017-06-15) * |
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