CN113312745A - 受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路和建模仿真方法 - Google Patents

受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路和建模仿真方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路和建模仿真方法，电路包括：理论功率计算模块、第一减法器、第二减法器、第一PI调节器、第二PI调节器和静态负荷，其中，所述理论功率计算模块的两个功率输出端口分别与第一减法器和第二减法器的减数输入端口连接，有功和无功功率测量值分别输入第一减法器和第二减法器，两个减法器的输出端口分别与对应的PI调节器相连，第一减法器的输出端口与第一PI调节器的输入端口连接，两个调节器的输出值用于控制静态负荷和返回输入理论功率计算模块，静态负荷为受控电压源。本发明提供的电路和方法，实现了静态负荷建模的灵活可控，且数值稳定性远高于传统建模。

Description

受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路和建模仿真方法
技术领域
本发明涉及电磁暂态建模技术领域，尤其涉及一种受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路和建模仿真方法。
背景技术
在电力系统仿真的静态负荷模型中，负荷消耗的有功、无功随其电压、频率变化：
Figure BDA0003018376360000011
Figure BDA0003018376360000012
其中，f为频率，U为元件端电压，f0和U0分别为额定频率与额定电压，P0和Q0分别为额定有功功率与额定无功功率，NP、NQ、kPf和kQf均为常数。
在传统的静态负荷电磁暂态模型中，仅采用受控注入电流源进行建模，即在稳态时，注入电流的三相向量I满足：
V·I＝P
V×I＝Q
其中，V为负荷模型三相电压瞬时值向量。
事实上，现有的静态负荷电磁暂态建模技术仅含注入电流源，不含导纳矩阵，因此仿真模型的数值稳定性较差，在电磁暂态仿真中常常出现数值振荡、数值积分不收敛的问题。因此需要开发新的静态负荷模型的电磁暂态仿真建模方法。而传统的纯电流源建模方法数值稳定性太差，且不可控。
因此，如何避免传统的电流源形式静态负荷建模方法的不灵活和不可控，数值稳定性太低，仍然是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路和建模仿真方法，用以解决传统的电流源形式静态负荷建模方法的不灵活和不可控，数值稳定性太低的缺陷，通过使用PI环节等控制系统，以静态负荷的瞬时有功、无功偏差作为控制系统输入量，对受控电压源的幅值、相位进行控制，从而实现静态负荷的电磁暂态仿真建模方法。这种基于受控电压源的静态负荷电磁暂态建模方法相比于传统方法要更加灵活可控，且数值稳定性远高于传统的纯电流源方法。
本发明提供一种受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路，包括理论功率计算模块、第一减法器、第二减法器、第一PI调节器、第二PI调节器和静态负荷，其中，
所述理论功率计算模块的有功功率输出端口与所述第一减法器的减数输入端口连接，所述第一减法器的被减数输入端口输入所述静态负荷的有功功率测量值；
所述第一减法器的输出端口与所述第一PI调节器的输入端口连接，所述第一PI调节器的第一输出端口与所述理论功率计算模块的电压输入端口连接，所述第一输出端口与所述静态负荷的电压注入端口连接；
所述理论功率计算模块的无功功率输出端口与所述第二减法器的减数输入端口连接，所述第二减法器的被减数输入端口输入所述静态负荷的无功功率测量值；
所述第二减法器的输出端口与所述第二PI调节器的输入端口连接，所述第二PI调节器的第二输出端口与所述理论功率计算模块的频率输入端口连接，所述第二输出端口与所述静态负荷的频率调节端口连接；
所述静态负荷为受控电压源。
根据本发明提供的一种受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路，所述无功功率测量值为设置在所述静态负荷上的功率测量装置采集的，所述有功功率测量值为所述功率测量装置采集的。
根据本发明提供的一种受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路，所述理论功率计算模块的有功功率输出端口输出的理论有功功率P*通过如下公式计算：
Figure BDA0003018376360000031
其中，f为频率，U为元件端电压，f0和U0分别为所述静态负荷的额定频率和额定电压，P0为所述静态负荷的额定有功功率，NP和kPf为预设系数；
对应地，所述理论功率计算模块的无功功率输出端口输出的理论无功功率Q*通过如下公式计算：
Figure BDA0003018376360000032
其中，Q0为所述静态负荷的额定无功功率，NQ和kQf为预设系数。
根据本发明提供的一种受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路，所述第一减法器的输出端口输出的有功功率偏差值ΔP通过如下公式计算：
ΔP＝P*-PT
其中，P*为所述理论功率计算模块的有功功率输出端口输出的理论有功功率，PT为所述有功功率测量值；
对应地，所述第二减法器的输出端口输出的无功功率偏差值ΔQ通过如下公式计算：
ΔQ＝Q*-QT
其中，Q*为所述理论功率计算模块的无功功率输出端口输出的理论无功功率，QT为所述无功功率测量值。
根据本发明提供的一种受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路，所述第一PI调节器将所述第一减法器输出的有功功率偏差值的比例和积分通过第一预设线性组合构成电压控制量，确定所述电压控制量为所述第一PI调节器的输出；
所述第二PI调节器将所述第二减法器输出的无功功率偏差值的比例和积分通过第二预设线性组合构成频率控制量，确定所述频率控制量为所述第一PI调节器的输出。
本发明还提供一种受控电压源的静态负荷电磁暂态建模仿真方法，包括：
构建如上述实施例提供的任一种受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路；
通过设置在所述静态负荷上的功率测量装置采集静态负荷的有功功率测量值和无功功率测量值；
采用所述第一减法器基于所述有功功率测量值和所述理论功率计算模块输出的理论有功功率输出有功功率偏差值；
采用所述第二减法器基于所述无功功率测量值和所述理论功率计算模块输出的理论无功功率输出无功功率偏差值；
通过第一PI调节器基于所述有功功率偏差值输出所述静态负荷的控制电压；
通过第二PI调节器基于所述无功功率偏差值输出所述静态负荷的控制频率；
所述控制电压还用于输入所述理论功率计算模块的电压输入端口，所述控制频率还用于输入所述理论功率计算模块的频率输入端口。
根据本发明提供的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模仿真方法，通过调节所述第一PI调节器和所述第二PI调节器的参数来调整所述静态负荷的动态特性。
本发明还提供一种受控电压源的静态负荷电磁暂态建模仿真装置，包括：
构建单元，用于构建如上述实施例任一种所提供的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路；
仿真单元，用于通过设置在所述静态负荷上的功率测量装置采集静态负荷的有功功率测量值和无功功率测量值；采用所述第一减法器基于所述有功功率测量值和所述理论功率计算模块输出的理论有功功率输出有功功率偏差值；采用所述第二减法器基于所述无功功率测量值和所述理论功率计算模块输出的理论无功功率输出无功功率偏差值；通过第一PI调节器基于所述有功功率偏差值输出所述静态负荷的控制电压；通过第二PI调节器基于所述无功功率偏差值输出所述静态负荷的控制频率；所述控制电压还用于输入所述理论功率计算模块的电压输入端口，所述控制频率还用于输入所述理论功率计算模块的频率输入端口。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模仿真方法的步骤。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模仿真方法的步骤。
本发明提供的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路和建模仿真方法，通过该电路包括理论功率计算模块、第一减法器、第二减法器、第一PI调节器、第二PI调节器和静态负荷，其中，所述理论功率计算模块的有功功率输出端口与所述第一减法器的减数输入端口连接，所述第一减法器的被减数输入端口输入所述静态负荷的有功功率测量值；所述第一减法器的输出端口与所述第一PI调节器的输入端口连接，所述第一PI调节器的第一输出端口与所述理论功率计算模块的电压输入端口连接，所述第一输出端口与所述静态负荷的电压注入端口连接；所述理论功率计算模块的无功功率输出端口与所述第二减法器的减数输入端口连接，所述第二减法器的被减数输入端口输入所述静态负荷的无功功率测量值；所述第二减法器的输出端口与所述第二PI调节器的输入端口连接，所述第二PI调节器的第二输出端口与所述理论功率计算模块的频率输入端口连接，所述第二输出端口与所述静态负荷的频率调节端口连接；所述静态负荷为受控电压源。由于使用PI环节等控制系统，以静态负荷的瞬时有功、无功偏差作为控制系统输入量，对受控电压源的幅值、相位进行控制，通过PI环节的负反馈在静态负荷的运行过程中逐步调节其达到额定有功功率和额定无功功率，最终实现平稳电压源控制其运行。因此，本发明提供的建模电路和建模仿真方法，实现了静态负荷建模的灵活可控，且数值稳定性远高于传统建模。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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为本发明提供的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模仿真方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模仿真装置的结构示意图；
图4为本发明提供的受控电压源的静态负荷建模流程图；
图5为本发明提供的一种电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中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。
传统的电流源形式静态负荷建模方法普遍存在不灵活和不可控，数值稳定性太低的问题。下面结合图1描述本发明的一种受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路。图1为本发明提供的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路的结构示意图，如图1所示，该电路包括理论功率计算模块A01、第一减法器A02、第二减法器A03、第一PI调节器A04、第二PI调节器A05和静态负荷A06，其中，所述理论功率计算模块A01的有功功率输出端口与所述第一减法器A02的减数输入端口连接，所述第一减法器A02的被减数输入端口输入所述静态负荷A06的有功功率测量值；所述第一减法器A02的输出端口与所述第一PI调节器A04的输入端口连接，所述第一PI调节器A04的第一输出端口与所述理论功率计算模块A01的电压输入端口连接，所述第一输出端口与所述静态负荷A06的电压注入端口连接；所述理论功率计算模块A01的无功功率输出端口与所述第二减法器A03的减数输入端口连接，所述第二减法器A03的被减数输入端口输入所述静态负荷A06的无功功率测量值；所述第二减法器A03的输出端口与所述第二PI调节器A05的输入端口连接，所述第二PI调节器A05的第二输出端口与所述理论功率计算模块A01的频率输入端口连接，所述第二输出端口与所述静态负荷A06的频率调节端口连接；所述静态负荷A06为受控电压源。
具体地，本发明提供的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路是大电网中的一个部分，目的是为了让挂载到该大电网中的静态负荷能够达到其额定功率的要求稳定运行，而且该静态负荷为受控电压源，因此，为了实现该静态负荷的达到其本身物理参数额定功率的平稳运行，需要调整控制其运行的注入电压源和频率，因此，本发明为了实现电磁暂态建模仿真的顺利运行为挂载在大电网中的受控电压源的静态负荷构建了一个建模电路，该电路可以为所述静态负荷提供合适的注入电压使其运行时能够达到其本身物理参数额定功率实现平稳运行。而为了找出合适的注入电压，本发明使用PI环节等控制系统，以静态负荷的瞬时有功、无功偏差作为控制系统输入量，对受控电压源的幅值、相位进行控制，其中，调节控制过程在细微时步之间进行，有功功率测量值和无功功率测量值都是以微秒级的采集频率持续采集，每一微秒级的时步之间都会进行一次基于瞬时有功、无功偏差作为控制系统输入量，对受控电压源的幅值、相位进行调整输出的过程，因此，可以尽快将静态负荷调整到合适的受控电压源的幅值、相位下工作，使其运行在额定有功功率和额定无功功率的情况下。通过PI调节器的负反馈，在所述静态负荷的运行过程中逐步调节其注入电压和频率，使得其达到额定有功功率和额定无功功率，最终实现平稳电压源控制静态负荷的运行。在具体构建电路时，将无功功率的偏差作为电压频率的负反馈用于调节电压频率，将有功功率的偏差作为电压幅值的负反馈用于调节电压幅值，而在已知额定有功功率和额定无功功率的情况下，还要通过理论功率计算模块计算出实际仿真运行中的理论有功功率和理论无功功率，上述理论功率的计算是基于现有的静态负荷模型负荷消耗的有功功率和无功功率随其电压、频率变化的建模公式确定的，计算出在当前的调节出的电压幅值和频率下，静态负荷的理论有功功率和理论无功功率，通过减法器计算偏差，通过偏差调节电压幅值和频率，逐步实现功率的测量值向理论值的靠拢，最终实现平稳电压源控制静态负荷的运行。
本发明提供的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路，通过该电路包括理论功率计算模块、第一减法器、第二减法器、第一PI调节器、第二PI调节器和静态负荷，其中，所述理论功率计算模块的有功功率输出端口与所述第一减法器的减数输入端口连接，所述第一减法器的被减数输入端口输入所述静态负荷的有功功率测量值；所述第一减法器的输出端口与所述第一PI调节器的输入端口连接，所述第一PI调节器的第一输出端口与所述理论功率计算模块的电压输入端口连接，所述第一输出端口与所述静态负荷的电压注入端口连接；所述理论功率计算模块的无功功率输出端口与所述第二减法器的减数输入端口连接，所述第二减法器的被减数输入端口输入所述静态负荷的无功功率测量值；所述第二减法器的输出端口与所述第二PI调节器的输入端口连接，所述第二PI调节器的第二输出端口与所述理论功率计算模块的频率输入端口连接，所述第二输出端口与所述静态负荷的频率调节端口连接；所述静态负荷为受控电压源。由于使用PI环节等控制系统，以静态负荷的瞬时有功、无功偏差作为控制系统输入量，对受控电压源的幅值、相位进行控制，通过PI环节的负反馈在静态负荷的运行过程中逐步调节其达到额定有功功率和额定无功功率，最终实现平稳电压源控制其运行。因此，本发明提供的建模电路，实现了静态负荷建模的灵活可控，且数值稳定性远高于传统建模。
在上述实施例的基础上，该电路中，所述无功功率测量值为设置在所述静态负荷上的功率测量装置采集的，所述有功功率测量值为所述功率测量装置采集的。
具体地，功率测量值都是通过设置在静态负荷上的功率测量装置采集的，采集过程中按照两个减法器和两个PI调节器时步间隔统一的频率进行采集，使得依次采集的测量值依次输入减法器参与每一时步的功率偏差的计算中。
在上述实施例的基础上，该电路中，所述理论功率计算模块的有功功率输出端口输出的理论有功功率P*通过如下公式计算：
Figure BDA0003018376360000101
其中，f为频率，U为元件端电压，f0和U0分别为所述静态负荷的额定频率和额定电压，P0为所述静态负荷的额定有功功率，NP和kPf为预设系数；
对应地，所述理论功率计算模块的无功功率输出端口输出的理论无功功率Q*通过如下公式计算：
Figure BDA0003018376360000102
其中，Q0为所述静态负荷的额定无功功率，NQ和kQf为预设系数。
具体地，此处将理论功率计算模块计算出实际仿真运行中的理论有功功率和理论无功功率的具体算法通过数学公式进行进一步的说明。因此，此处对于实际仿真运行中在静态负荷上设置的电压源的幅值和频率分别为U和f时，按照上述公式计算静态负荷在U和f调控下的理论功率。
在上述实施例的基础上，该电路中，所述第一减法器的输出端口输出的有功功率偏差值ΔP通过如下公式计算：
ΔP＝P*-PT
其中，P*为所述理论功率计算模块的有功功率输出端口输出的理论有功功率，PT为所述有功功率测量值；
对应地，所述第二减法器的输出端口输出的无功功率偏差值ΔQ通过如下公式计算：
ΔQ＝Q*-QT
其中，Q*为所述理论功率计算模块的无功功率输出端口输出的理论无功功率，QT为所述无功功率测量值。
具体地，此处对于两个减法器的作用功能进行了进一步的明确和限定。第一减法器用于计算有功功率的偏差，即理论有功功率和有功功率测量值之间的差值，第二减法器用于计算无功功率之间的偏差，即理论无功功率和无功功率测量值之间的偏差。因此，通过上述公式具体指明了对于任一减法器，它输入的减数和被减数的为何种物理量，输出的偏差值为何种物理量，如此也进一步验证电路结构的准确性，因为之前仅仅限定了减法器的减数输入端口、被减数输入端口和减法器的输出端口的连接节点，现在通过减法器内具体的运算规则的公开，将减法器的连接规则和功能作用一并阐明。
在上述实施例的基础上，该电路中，
所述第一PI调节器将所述第一减法器输出的有功功率偏差值的比例和积分通过第一预设线性组合构成电压控制量，确定所述电压控制量为所述第一PI调节器的输出；
所述第二PI调节器将所述第二减法器输出的无功功率偏差值的比例和积分通过第二预设线性组合构成频率控制量，确定所述频率控制量为所述第一PI调节器的输出。
具体地，PI调节器(Propotionnal Integral controller)也称PI环节，为比例调节和积分调节的组合系统，其中，比例调节作用：按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定；积分调节作用：使系统消除稳态误差,提高无误差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值，积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti，Ti越小，积分作用就越强，反之Ti大则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢，积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI调节器或PID调节器。PI调节是一种线性控制，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制；PI调节可以按照比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。其中，定义PI调节的固定参数如下：
kq,Tiq,kp,Tip:比例积分环节控制参数。
P0,Q0:静态负荷的额定有功、无功功率。
kPf,kQf,Np,Nq:负荷的静态特性参数。
θ0:静态负荷模型A相初始相角。
本模型可以表达为电压值为V(t)的三相受控电压源：
Figure BDA0003018376360000121
式(1)中，U(t)为相电压幅值，由PI环节进行控制，可以写为：
Figure BDA0003018376360000122
式(1)中，θ(t)为电压源A相相角，由角频率积分获得，可以写为：
Figure BDA0003018376360000123
式(3)中，f(t)为t时刻的静态负荷模型端电压频率，由PI环节进行控制，可以写为：
Figure BDA0003018376360000131
式(2)和式(4)中，P(t)和Q(t)为t时刻该静态负荷模型实际消耗有功功率和无功功率值，P*(t)和Q*(t)为t时刻该静态负荷模型理论上消耗有功功率和无功功率值，可以被表示为：
Figure BDA0003018376360000132
式(1)-(5)共同组成了基于受控电压源的静态负荷电磁暂态建模方法。
相比于传统的静态负荷模型，本专利提出的模型更加灵活，可以通过配置PI环节的参数来调整负荷的动态特性。此外，本专利提出的模型不需要直接对注入电流进行控制，因此具有更高的数值稳定性。
基于上述实施例，本发明提供一种受控电压源的静态负荷电磁暂态建模仿真方法，图2为本发明实施例提供的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模仿真方法的流程示意图。如图2所示，该方法包括：
步骤210，构建如上述任一实施例所述的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路。
具体地，构建如上述任一实施例所述的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路。
步骤220，通过设置在所述静态负荷上的功率测量装置采集静态负荷的有功功率测量值和无功功率测量值；采用所述第一减法器基于所述有功功率测量值和所述理论功率计算模块输出的理论有功功率输出有功功率偏差值；采用所述第二减法器基于所述无功功率测量值和所述理论功率计算模块输出的理论无功功率输出无功功率偏差值；通过第一PI调节器基于所述有功功率偏差值输出所述静态负荷的控制电压；通过第二PI调节器基于所述无功功率偏差值输出所述静态负荷的控制频率；所述控制电压还用于输入所述理论功率计算模块的电压输入端口，所述控制频率还用于输入所述理论功率计算模块的频率输入端口。
具体地，搭建完受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路，通过对静态负荷注入电压源触发所述静态负荷的建模仿真，在仿真过程中，通过设置在所述静态负荷上的功率测量装置采集静态负荷的有功功率测量值和无功功率测量值；采用所述第一减法器基于所述有功功率测量值和所述理论功率计算模块输出的理论有功功率输出有功功率偏差值；采用所述第二减法器基于所述无功功率测量值和所述理论功率计算模块输出的理论无功功率输出无功功率偏差值；通过第一PI调节器基于所述有功功率偏差值输出所述静态负荷的控制电压；通过第二PI调节器基于所述无功功率偏差值输出所述静态负荷的控制频率；所述控制电压还用于输入所述理论功率计算模块的电压输入端口，所述控制频率还用于输入所述理论功率计算模块的频率输入端口，实现静态负荷每一时步的电磁暂态调节，每一时步都计算出在当前的调节出的电压幅值和频率下，静态负荷的理论有功功率和理论无功功率，通过减法器计算偏差，通过偏差调节电压幅值和频率，逐步实现功率的测量值向理论值的靠拢，最终实现平稳电压源控制静态负荷的运行。
本发明提供的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模仿真方法，通过构建如上述任一实施例所述的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路，通过设置在所述静态负荷上的功率测量装置采集静态负荷的有功功率测量值和无功功率测量值；采用所述第一减法器基于所述有功功率测量值和所述理论功率计算模块输出的理论有功功率输出有功功率偏差值；采用所述第二减法器基于所述无功功率测量值和所述理论功率计算模块输出的理论无功功率输出无功功率偏差值；通过第一PI调节器基于所述有功功率偏差值输出所述静态负荷的控制电压；通过第二PI调节器基于所述无功功率偏差值输出所述静态负荷的控制频率；所述控制电压还用于输入所述理论功率计算模块的电压输入端口，所述控制频率还用于输入所述理论功率计算模块的频率输入端口。由于使用PI环节等控制系统，以静态负荷的瞬时有功、无功偏差作为控制系统输入量，对受控电压源的幅值、相位进行控制，通过PI环节的负反馈在静态负荷的运行过程中逐步调节其达到额定有功功率和额定无功功率，最终实现平稳电压源控制其运行。因此，本发明提供的建模仿真方法，实现了静态负荷建模的灵活可控，且数值稳定性远高于传统建模。
基于上述实施例，该方法中，
通过调节所述第一PI调节器和所述第二PI调节器的参数来调整所述静态负荷的动态特性。
具体地，通过配置PI环节的参数来调整负荷的动态特性，由于不需要直接注入电流进行控制，因此具有更高的数值稳定性。
基于上述任一实施例，本发明实施例提供一种受控电压源的静态负荷电磁暂态建模仿真装置，图3为本发明实施例提供的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模仿真装置的结构示意图。如图3所示，该装置包括构建单元310和仿真单元320，其中，
所述构建单元310，用于通过设置在所述静态负荷上的功率测量装置采集静态负荷的有功功率测量值和无功功率测量值；采用所述第一减法器基于所述有功功率测量值和所述理论功率计算模块输出的理论有功功率输出有功功率偏差值；采用所述第二减法器基于所述无功功率测量值和所述理论功率计算模块输出的理论无功功率输出无功功率偏差值；通过第一PI调节器基于所述有功功率偏差值输出所述静态负荷的控制电压；通过第二PI调节器基于所述无功功率偏差值输出所述静态负荷的控制频率；所述控制电压还用于输入所述理论功率计算模块的电压输入端口，所述控制频率还用于输入所述理论功率计算模块的频率输入端口。
本发明提供的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模仿真装置，通过构建如上述任一实施例所述的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路，通过设置在所述静态负荷上的功率测量装置采集静态负荷的有功功率测量值和无功功率测量值；采用所述第一减法器基于所述有功功率测量值和所述理论功率计算模块输出的理论有功功率输出有功功率偏差值；采用所述第二减法器基于所述无功功率测量值和所述理论功率计算模块输出的理论无功功率输出无功功率偏差值；通过第一PI调节器基于所述有功功率偏差值输出所述静态负荷的控制电压；通过第二PI调节器基于所述无功功率偏差值输出所述静态负荷的控制频率；所述控制电压还用于输入所述理论功率计算模块的电压输入端口，所述控制频率还用于输入所述理论功率计算模块的频率输入端口。由于使用PI环节等控制系统，以静态负荷的瞬时有功、无功偏差作为控制系统输入量，对受控电压源的幅值、相位进行控制，通过PI环节的负反馈在静态负荷的运行过程中逐步调节其达到额定有功功率和额定无功功率，最终实现平稳电压源控制其运行。因此，本发明提供的建模仿真装置，实现了静态负荷建模的灵活可控，且数值稳定性远高于传统建模。
基于上述实施例，该装置中，所述仿真单元，还用于：
通过调节所述第一PI调节器和所述第二PI调节器的参数来调整所述静态负荷的动态特性。
基于上述实施例，本发明提供一种受控电压源的静态负荷电磁暂态建模仿真方法，图4为本发明提供的受控电压源的静态负荷建模流程图，如图4所示，本发明提供的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路的建模分为以下四个部分：
部分1、利用当前时刻的三相电压有效值，以及三相电压频率，利用图4中的两个公式计算理论无功功率与有功功率；
部分2、计算理论有功、无功功率与负荷实际消耗有功、无功功率的偏差；
部分3、将功率偏差作为PI环节的输入，输出得到等值电压源的电压幅值(即三相电压有效值)、三相电压频率，此处的电压、频率同时作为输入部分1的反馈信号；
部分4、将电压幅值、频率输入受控电压源，即为基于受控电压源的静态负荷电磁暂态仿真模型。
图5示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图5所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)510、通信接口(Communications Interface)520、存储器(memory)530和通信总线540，其中，处理器510，通信接口520，存储器530通过通信总线540完成相互间的通信。处理器510可以调用存储器530中的逻辑指令，以执行受控电压源的静态负荷电磁暂态建模仿真方法，该方法包括：构建如上述任一实施例所述的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路；通过设置在所述静态负荷上的功率测量装置采集静态负荷的有功功率测量值和无功功率测量值；采用所述第一减法器基于所述有功功率测量值和所述理论功率计算模块输出的理论有功功率输出有功功率偏差值；采用所述第二减法器基于所述无功功率测量值和所述理论功率计算模块输出的理论无功功率输出无功功率偏差值；通过第一PI调节器基于所述有功功率偏差值输出所述静态负荷的控制电压；通过第二PI调节器基于所述无功功率偏差值输出所述静态负荷的控制频率；所述控制电压还用于输入所述理论功率计算模块的电压输入端口，所述控制频率还用于输入所述理论功率计算模块的频率输入端口。
此外，上述的存储器530中的逻辑指令可以通过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，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模仿真方法，该方法包括：构建如上述任一实施例所述的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路；通过设置在所述静态负荷上的功率测量装置采集静态负荷的有功功率测量值和无功功率测量值；采用所述第一减法器基于所述有功功率测量值和所述理论功率计算模块输出的理论有功功率输出有功功率偏差值；采用所述第二减法器基于所述无功功率测量值和所述理论功率计算模块输出的理论无功功率输出无功功率偏差值；通过第一PI调节器基于所述有功功率偏差值输出所述静态负荷的控制电压；通过第二PI调节器基于所述无功功率偏差值输出所述静态负荷的控制频率；所述控制电压还用于输入所述理论功率计算模块的电压输入端口，所述控制频率还用于输入所述理论功率计算模块的频率输入端口。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模仿真方法，该方法包括：构建如上述任一实施例所述的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路；通过设置在所述静态负荷上的功率测量装置采集静态负荷的有功功率测量值和无功功率测量值；采用所述第一减法器基于所述有功功率测量值和所述理论功率计算模块输出的理论有功功率输出有功功率偏差值；采用所述第二减法器基于所述无功功率测量值和所述理论功率计算模块输出的理论无功功率输出无功功率偏差值；通过第一PI调节器基于所述有功功率偏差值输出所述静态负荷的控制电压；通过第二PI调节器基于所述无功功率偏差值输出所述静态负荷的控制频率；所述控制电压还用于输入所述理论功率计算模块的电压输入端口，所述控制频率还用于输入所述理论功率计算模块的频率输入端口。
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。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路，其特征在于，包括理论功率计算模块、第一减法器、第二减法器、第一PI调节器、第二PI调节器和静态负荷，其中，
所述理论功率计算模块的有功功率输出端口与所述第一减法器的减数输入端口连接，所述第一减法器的被减数输入端口输入所述静态负荷的有功功率测量值；
所述第一减法器的输出端口与所述第一PI调节器的输入端口连接，所述第一PI调节器的第一输出端口与所述理论功率计算模块的电压输入端口连接，所述第一输出端口与所述静态负荷的电压注入端口连接；
所述理论功率计算模块的无功功率输出端口与所述第二减法器的减数输入端口连接，所述第二减法器的被减数输入端口输入所述静态负荷的无功功率测量值；
所述第二减法器的输出端口与所述第二PI调节器的输入端口连接，所述第二PI调节器的第二输出端口与所述理论功率计算模块的频率输入端口连接，所述第二输出端口与所述静态负荷的频率调节端口连接；
所述静态负荷为受控电压源。
2.根据权利要求1所述的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路，其特征在于，所述无功功率测量值为设置在所述静态负荷上的功率测量装置采集的，所述有功功率测量值为所述功率测量装置采集的。
3.根据权利要求1所述的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路，其特征在于，所述理论功率计算模块的有功功率输出端口输出的理论有功功率P*通过如下公式计算：
Figure FDA0003018376350000021
其中，f为频率，U为元件端电压，f0和U0分别为所述静态负荷的额定频率和额定电压，P0为所述静态负荷的额定有功功率，NP和kPf为预设系数；
对应地，所述理论功率计算模块的无功功率输出端口输出的理论无功功率Q*通过如下公式计算：
Figure FDA0003018376350000022
其中，Q0为所述静态负荷的额定无功功率，NQ和kQf为预设系数。
4.根据权利要求1所述的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路，其特征在于，所述第一减法器的输出端口输出的有功功率偏差值ΔP通过如下公式计算：
ΔP＝P*-PT
其中，P*为所述理论功率计算模块的有功功率输出端口输出的理论有功功率，PT为所述有功功率测量值；
对应地，所述第二减法器的输出端口输出的无功功率偏差值ΔQ通过如下公式计算：
ΔQ＝Q*-QT
其中，Q*为所述理论功率计算模块的无功功率输出端口输出的理论无功功率，QT为所述无功功率测量值。
5.根据权利要求1所述的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路，其特征在于，
所述第一PI调节器将所述第一减法器输出的有功功率偏差值的比例和积分通过第一预设线性组合构成电压控制量，确定所述电压控制量为所述第一PI调节器的输出；
所述第二PI调节器将所述第二减法器输出的无功功率偏差值的比例和积分通过第二预设线性组合构成频率控制量，确定所述频率控制量为所述第一PI调节器的输出。
6.一种受控电压源的静态负荷电磁暂态建模仿真方法，其特征在于，包括：
构建如权利要求1-5中任一项所述的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路；
通过设置在所述静态负荷上的功率测量装置采集静态负荷的有功功率测量值和无功功率测量值；
采用所述第一减法器基于所述有功功率测量值和所述理论功率计算模块输出的理论有功功率输出有功功率偏差值；
采用所述第二减法器基于所述无功功率测量值和所述理论功率计算模块输出的理论无功功率输出无功功率偏差值；
通过第一PI调节器基于所述有功功率偏差值输出所述静态负荷的控制电压；
通过第二PI调节器基于所述无功功率偏差值输出所述静态负荷的控制频率；
所述控制电压还用于输入所述理论功率计算模块的电压输入端口，所述控制频率还用于输入所述理论功率计算模块的频率输入端口。
7.根据权利要求6所述的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模仿真方法，其特征在于，通过调节所述第一PI调节器和所述第二PI调节器的参数来调整所述静态负荷的动态特性。
8.一种受控电压源的静态负荷电磁暂态建模仿真装置，其特征在于，包括：
构建单元，用于构建如权利要求1-5中任一项所述的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模电路；
仿真单元，用于通过设置在所述静态负荷上的功率测量装置采集静态负荷的有功功率测量值和无功功率测量值；采用所述第一减法器基于所述有功功率测量值和所述理论功率计算模块输出的理论有功功率输出有功功率偏差值；采用所述第二减法器基于所述无功功率测量值和所述理论功率计算模块输出的理论无功功率输出无功功率偏差值；通过第一PI调节器基于所述有功功率偏差值输出所述静态负荷的控制电压；通过第二PI调节器基于所述无功功率偏差值输出所述静态负荷的控制频率；所述控制电压还用于输入所述理论功率计算模块的电压输入端口，所述控制频率还用于输入所述理论功率计算模块的频率输入端口。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求6或7所述的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模仿真方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求6或7所述的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模仿真方法的步骤。
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