CN113536589B - 一种交流电网的电磁暂态建模方法和系统 - Google Patents

一种交流电网的电磁暂态建模方法和系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种交流电网的电磁暂态建模方法和系统,方法包括:通过工具将保存在目标数据文件中的交流电网数据转换成PSCAD软件上的电磁暂态初始模型;对电磁暂态初始模型中的负荷模型进行调整;基于调整后的电磁暂态初始模型获取电磁暂态最终模型,改善了现有技术通过全手动搭建电磁暂态模型,存在的建模效率低和出错率较高的技术问题。

Description

一种交流电网的电磁暂态建模方法和系统
技术领域
本申请涉及电磁暂态建模技术领域,尤其涉及一种交流电网的电磁暂态建模方法和系统。
背景技术
随着交流电网的广泛应用,以及以新能源为主体的新型电力系统的建设,电力系统的电力电子化程度将大幅提高,电磁暂态仿真将在电力系统分析中发挥越来越重要的作用。
电磁暂态仿真是用数值计算方法对电力系统中从数微秒到数秒之间的电磁暂态过程进行仿真模拟,必须考虑输电线路的分布参数特性和频率特性、发电机的电磁暂态过程以及电抗器、电容器、避雷器等元件的非线性特性。因此,电磁暂态仿真模型必须建立这些设备元件的代数、微分或偏微分方程。
现有技术一般通过全手动搭建电磁暂态模型,建模效率低,出错率较高。
发明内容
本申请提供了一种交流电网的电磁暂态建模方法和系统,用于改善现有技术通过全手动搭建电磁暂态模型,存在的建模效率低和出错率较高的技术问题。
有鉴于此,本申请第一方面提供了一种交流电网的电磁暂态建模方法,包括:
通过工具将保存在目标数据文件中的交流电网数据转换成PSCAD软件上的电磁暂态初始模型;
对所述电磁暂态初始模型中的负荷模型进行调整;
基于调整后的所述电磁暂态初始模型获取电磁暂态最终模型。
可选的,当交流电网数据以PSS/E软件为载体保存时,所述通过工具将保存在目标数据文件中的交流电网数据转换成PSCAD软件上的电磁暂态初始模型,包括:
通过工具将保存在第一潮流数据文件、动态数据文件和序网数据文件中的交流电网数据转换成PSCAD软件上的电磁暂态初始模型。
可选的,当交流电网数据以PSS/E软件为载体保存时,所述基于调整后的所述电磁暂态初始模型获取电磁暂态最终模型,包括:
对调整后的所述电磁暂态初始模型中的Y/△接线形式的变压器发电机侧的初始相角进行修正,得到电磁暂态最终模型。
可选的,当交流电网数据以BPA软件为载体保存时,所述通过工具将保存在目标数据文件中的交流电网数据转换成PSCAD软件上的电磁暂态初始模型,包括:
将保存在第二潮流数据文件和稳定数据文件中的交流电网数据转换到第一潮流数据文件、动态数据文件和序网数据文件;
通过工具将保存在第一潮流数据文件、动态数据文件和序网数据文件中的交流电网数据转换成PSCAD软件上的电磁暂态初始模型。
可选的,当交流电网数据以BPA软件为载体保存时,所述基于调整后的所述电磁暂态初始模型获取电磁暂态最终模型,包括:
基于调整后的所述电磁暂态初始模型构建发电机组电磁暂态模型和复原三绕组变压器模型,得到电磁暂态最终模型。
可选的,基于调整后的所述电磁暂态初始模型复原三绕组变压器模型,包括:
将调整后的所述电磁暂态初始模型中代替三绕组变压器的3个两绕组变压器复原为1个三绕组变压器,复原后的三绕组变压器的电阻和漏抗计算公式为:
R12=R1+R2
X12=X1+X2
R23=R2+R3
X23=X2+X3
R31=R1+R3
X31=X1+X3
式中,Ri和Xi分别为第二潮流数据文件中三绕组变压器第i(i=1,2,3)个母线节点与公共母线节点之间的电阻和漏抗,Rij和Xij是复原后的三绕组变压器两个母线节点i、j(i、j=1,2,3)之间的电阻和漏抗。
可选的,所述发电机组电磁暂态模型包括:发电机本体模型、励磁系统模型、调速器模型和PSS模型。
可选的,所述对所述电磁暂态初始模型中的负荷模型进行调整,包括:
将所述电磁暂态初始模型中的负荷模型调整为恒功率负荷模型、恒电流负荷模型、恒阻抗负荷模型和电动机模型的组合形式。
本申请第二方面提供了一种交流电网的电磁暂态建模系统,包括:
转换单元,用于通过工具将保存在目标数据文件中的交流电网数据转换成PSCAD软件上的电磁暂态初始模型;
调整单元,对所述电磁暂态初始模型中的负荷模型进行调整;
获取单元,用于基于调整后的所述电磁暂态初始模型获取电磁暂态最终模型。
可选的,所述调整单元具体用于:
将所述电磁暂态初始模型中的负荷模型调整为恒功率负荷模型、恒电流负荷模型、恒阻抗负荷模型和电动机模型的组合形式。
从以上技术方案可以看出,本申请具有以下优点:
本申请提供了一种交流电网的电磁暂态建模方法,包括:通过工具将保存在目标数据文件中的交流电网数据转换成PSCAD软件上的电磁暂态初始模型;对电磁暂态初始模型中的负荷模型进行调整;基于调整后的电磁暂态初始模型获取电磁暂态最终模型。
本申请中,通过工具将保存在目标数据文件中的交流电网数据转换成PSCAD软件上的电磁暂态初始模型,减少了人工建模过程和出错率,提高了建模效率;进一步对电磁暂态初始模型中的负荷模型进行调整,获取电磁暂态最终模型,保证了电磁暂态最终模型的准确性,从而改善了现有技术通过全手动搭建电磁暂态模型,存在的建模效率低和出错率较高的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例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简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请实施例提供的一种交流电网的电磁暂态建模方法的一个流程示意图;
图2为本申请实施例提供的基于PSS/E数据文件的电磁暂态建模方法的一个示意图;
图3为本申请实施例提供的基于BPA数据文件的电磁暂态建模方法的一个示意图;
图4为本申请实施例提供的一种交流电网的电磁暂态建模系统的一个结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,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,都属于本申请保护的范围。
为了便于理解,请参阅图1,本申请提供的一种交流电网的电磁暂态建模方法的一个实施例,包括:
步骤101、通过工具将保存在目标数据文件中的交流电网数据转换成PSCAD软件上的电磁暂态初始模型。
由于PSCAD/EMTDC软件是目前世界上广泛应用的一种电力系统离线电磁暂态仿真分析软件,其拥有丰富的元件模型库以及强大的图形界面,同时允许用户自定义元件模型,使用户可以方便地构造仿真电路、运行、分析结果和处理数据,保证了研究工作的质量和效率。本申请实施例优选基于PSCAD软件搭建电磁暂态初始模型。
由于BPA和PSS/E是两款应用非常广泛的电力系统机电暂态仿真分析软件,电网数据通常保存在这两款软件对应的文件中。针对这款软件对应的数据存储形式的区别,本申请实施例采用不同的建模方式,具体分别请参考图2和图3。
在一种实施例中,当交流电网数据以PSS/E软件为载体保存时,通过工具将保存在目标数据文件中的交流电网数据转换成PSCAD软件上的电磁暂态初始模型,包括:
通过工具将保存在第一潮流数据文件、动态数据文件和序网数据文件中的交流电网数据转换成PSCAD软件上的电磁暂态初始模型。
其中,工具可以采用eTRAN软件,第一潮流数据文件的格式为*.raw,动态数据文件的格式为*.dyr,序网数据文件的格式为*.seq。
在另一种实施例中,当交流电网数据以BPA软件为载体保存时,通过工具将保存在目标数据文件中的交流电网数据转换成PSCAD软件上的电磁暂态初始模型,包括:
将保存在第二潮流数据文件和稳定数据文件中的交流电网数据转换到第一潮流数据文件、动态数据文件和序网数据文件;
通过工具将保存在第一潮流数据文件、动态数据文件和序网数据文件中的交流电网数据转换成PSCAD软件上的电磁暂态初始模型。
其中,工具可以采用eTRAN软件,第二潮流数据文件的格式为*.dat,稳定数据文件的格式为*.swi,第一潮流数据文件的格式为*.raw,动态数据文件的格式为*.dyr,序网数据文件的格式为*.seq。
当交流电网数据以BPA软件为载体保存时,需要先通过BPA-PSS/E转换程序将保存在第二潮流数据文件和稳定数据文件中的交流电网数据转换到第一潮流数据文件、动态数据文件和序网数据文件,再通过eTRAN软件转换成PSCAD软件上的电磁暂态初始模型。
步骤102、对电磁暂态初始模型中的负荷模型进行调整。
本申请实施例中,将电磁暂态初始模型中的负荷模型调整为恒功率负荷模型、恒电流负荷模型、恒阻抗负荷模型和电动机模型的组合形式。
由于通过转换得到的电磁暂态初始模型中的负荷模型均为恒功率负荷模型,为了能更精确地模拟实际电力系统中的负荷特性,本申请实施例优选将恒功率负荷模型调整为50%(恒功率负荷模型、恒电流负荷模型和恒阻抗负荷模型组合的形式)+50%电动机模型。
步骤103、基于调整后的电磁暂态初始模型获取电磁暂态最终模型。
在一种实施例中,当交流电网数据以PSS/E软件为载体保存时,基于调整后的电磁暂态初始模型获取电磁暂态最终模型具体包括:对调整后的电磁暂态初始模型中的Y/△接线形式的变压器发电机侧的初始相角进行修正,得到电磁暂态最终模型。
通常发电机出口的变压器均采用Y/△接线形式,而Y/△接线形式的变压器会产生30°的相移。当发电机母线仅连接一台变压器或多台相互并联的变压器时,转换时,工具会自动将发电机初始相位相移30°,但在其它情况下,转换的工具不会进行相移操作,需要对电磁暂态初始模型中Y/△接线形式的变压器发电机侧的初始相角进行修正。
在另一种实施例中,当交流电网数据以BPA软件为载体保存时,基于调整后的电磁暂态初始模型获取电磁暂态最终模型,包括:基于调整后的电磁暂态初始模型构建发电机组电磁暂态模型和复原三绕组变压器模型,得到电磁暂态最终模型。
因为BPA软件上同步发电机组(包括励磁、调速器和PSS)所用模型和PSS/E软件上不同,BPA电网数据转换为PSS/E电网数据过程中,同步发电机组的大多参数信息会丢失,因此需要在得到的电磁暂态初始模型上进一步搭建发电机组电磁暂态模型。同时,除了需要调整负荷模型外,由于*.dat数据(第二潮流数据文件)中三绕组变压器都是用3个两绕组变压器表示,因此需要在得到的电磁暂态初始模型上将所有的三绕组变压器模型复原,从而得到最终的交流电网电磁暂态模型。
发电机组电磁暂态模型包括发电机本体模型、励磁系统模型、调速器模型和电力系统稳定器(power system stabilizer,PSS)模型等,这些模型在不同的发电机组会有所不同,因此需要根据*.swi文件(稳定数据文件)中具体的数据卡并参照BPA稳定手册在PSCAD软件中搭建正确的发电机组电磁暂态模型,输入技术参数,并根据潮流计算结果输入发电机的初始电压和相位。
BPA软件的*.dat文件中的三绕组变压器都是用3个两绕组变压器表示,具体方法是假想一个公共母线,其同时与变压器的三个母线节点间有电气联系,给出三绕组变压器三个母线节点与该参考母线之间的电阻、漏抗分别为R1、X1,R2、X2,R3、X3,通常X2为负值,并且通过程序转换得到的电磁暂态初始模型中的三绕组变压器也是3个两绕组变压器的形式,同时PSCAD软件无法识别负的变压器漏抗,因此需要将这3个两绕组变压器重新整合为1个三绕组变压器。具体的,基于调整后的电磁暂态初始模型复原三绕组变压器模型,包括:
将调整后的电磁暂态初始模型中代替三绕组变压器的3个两绕组变压器复原为1个三绕组变压器,复原后的三绕组变压器电阻和漏抗计算公式为:
R12=R1+R2
X12=X1+X2
R23=R2+R3
X23=X2+X3
R31=R1+R3
X31=X1+X3
式中,Ri和Xi分别为第二潮流数据文件中三绕组变压器第i(i=1,2,3)个母线节点与公共母线节点之间的电阻和漏抗,Rij和Xij是复原后的三绕组变压器母线节点i、j(i、j=1,2,3)之间的电阻和漏抗。
本申请实施例中,通过工具将保存在目标数据文件中的交流电网数据转换成PSCAD软件上的电磁暂态初始模型,减少了人工建模过程和出错率,提高了建模效率;进一步对电磁暂态初始模型中的负荷模型进行调整,获取电磁暂态最终模型,保证了电磁暂态最终模型的准确性,从而改善了现有技术通过全手动搭建电磁暂态模型,存在的建模效率低和出错率较高的技术问题。
进一步,本申请实施例中的电磁暂态建模方法,可以实现对电力系统中的BPA和PSS/E格式的运行数据的电磁暂态自动建模,相比于完全人工建模的方式,减少了人工干涉,提高了建模效率,减少了出错率。
以上为本申请提供的一种交流电网的电磁暂态建模方法的一个实施例,以下为本申请提供的一种交流电网的电磁暂态建模系统的一个实施例。
请参考图4,本申请实施例提供的一种交流电网的电磁暂态建模系统,包括:
转换单元,用于通过工具将保存在目标数据文件中的交流电网数据转换成PSCAD软件上的电磁暂态初始模型;
调整单元,对电磁暂态初始模型中的负荷模型进行调整;
获取单元,用于基于调整后的电磁暂态初始模型获取电磁暂态最终模型。
作为进一步地改进,当交流电网数据以PSS/E软件为载体保存时,转换单元具体用于:
通过工具将保存在第一潮流数据文件、动态数据文件和序网数据文件中的交流电网数据转换成PSCAD软件上的电磁暂态初始模型。
作为进一步地改进,当交流电网数据以PSS/E软件为载体保存时,获取单元具体用于:
对调整后的电磁暂态初始模型中的Y/△接线形式的变压器发电机侧的初始相角进行修正,得到电磁暂态最终模型。
作为进一步地改进,当交流电网数据以BPA软件为载体保存时,转换单元具体用于:
将保存在第二潮流数据文件和稳定数据文件中的交流电网数据转换到第一潮流数据文件、动态数据文件和序网数据文件;
通过工具将保存在第一潮流数据文件、动态数据文件和序网数据文件中的交流电网数据转换成PSCAD软件上的电磁暂态初始模型。
作为进一步地改进,当交流电网数据以BPA软件为载体保存时,获取单元具体用于:
基于调整后的电磁暂态初始模型构建发电机组电磁暂态模型和复原三绕组变压器模型,得到电磁暂态最终模型。
作为进一步地改进,调整单元具体用于:
将电磁暂态初始模型中的负荷模型调整为恒功率负荷模型、恒电流负荷模型、恒阻抗负荷模型和电动机模型的组合形式。
本申请实施例中,通过工具将保存在目标数据文件中的交流电网数据转换成PSCAD软件上的电磁暂态初始模型,减少了人工建模过程和出错率,提高了建模效率;进一步对电磁暂态初始模型中的负荷模型进行调整,获取电磁暂态最终模型,保证了电磁暂态最终模型的准确性,从而改善了现有技术通过全手动搭建电磁暂态模型,存在的建模效率低和出错率较高的技术问题。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
应当理解,在本申请中,“至少一个(项)”是指一个或者多个,“多个”是指两个或两个以上。“和/或”,用于描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,“A和/或B”可以表示:只存在A,只存在B以及同时存在A和B三种情况,其中A,B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达,是指这些项中的任意组合,包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如,a,b或c中的至少一项(个),可以表示:a,b,c,“a和b”,“a和c”,“b和c”,或“a和b和c”,其中a,b,c可以是单个,也可以是多个。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
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单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以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,本申请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全部或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,包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本申请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(英文全称:Read-OnlyMemory,英文缩写:ROM)、随机存取存储器(英文全称:RandomAccess Memory,英文缩写:RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述,以上实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,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申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种交流电网的电磁暂态建模方法,其特征在于,包括:
通过工具将保存在目标数据文件中的交流电网数据转换成PSCAD软件上的电磁暂态初始模型;
对所述电磁暂态初始模型中的负荷模型进行调整;
基于调整后的所述电磁暂态初始模型获取电磁暂态最终模型;其中,当交流电网数据以BPA软件为载体保存时,所述基于调整后的所述电磁暂态初始模型获取电磁暂态最终模型,包括:
基于调整后的所述电磁暂态初始模型构建发电机组电磁暂态模型和复原三绕组变压器模型,得到电磁暂态最终模型;其中,所述基于调整后的所述电磁暂态初始模型复原三绕组变压器模型包括:
将调整后的所述电磁暂态初始模型中代替三绕组变压器的3个两绕组变压器复原为1个三绕组变压器,复原后的三绕组变压器的电阻和漏抗计算公式为:
R12=R1+R2
X12=X1+X2
R23=R2+R3
X23=X2+X3
R31=R1+R3
X31=X1+X3
式中,R i 和X i 分别为第二潮流数据文件中三绕组变压器第ii=1,2,3个母线节点与公共母线节点之间的电阻和漏抗,R ij 和X ij 是复原后的三绕组变压器两个母线节点ijij=1,2,3之间的电阻和漏抗。
2.根据权利要求1所述的交流电网的电磁暂态建模方法,其特征在于,当交流电网数据以PSS/E软件为载体保存时,所述通过工具将保存在目标数据文件中的交流电网数据转换成PSCAD软件上的电磁暂态初始模型,包括:
通过工具将保存在第一潮流数据文件、动态数据文件和序网数据文件中的交流电网数据转换成PSCAD软件上的电磁暂态初始模型。
3.根据权利要求1所述的交流电网的电磁暂态建模方法,其特征在于,当交流电网数据以PSS/E软件为载体保存时,所述基于调整后的所述电磁暂态初始模型获取电磁暂态最终模型,包括:
对调整后的所述电磁暂态初始模型中的Y/△接线形式的变压器发电机侧的初始相角进行修正,得到电磁暂态最终模型。
4.根据权利要求1所述的交流电网的电磁暂态建模方法,其特征在于,当交流电网数据以BPA软件为载体保存时,所述通过工具将保存在目标数据文件中的交流电网数据转换成PSCAD软件上的电磁暂态初始模型,包括:
将保存在第二潮流数据文件和稳定数据文件中的交流电网数据转换到第一潮流数据文件、动态数据文件和序网数据文件;
通过工具将保存在第一潮流数据文件、动态数据文件和序网数据文件中的交流电网数据转换成PSCAD软件上的电磁暂态初始模型。
5.根据权利要求1所述的交流电网的电磁暂态建模方法,其特征在于,所述发电机组电磁暂态模型包括:发电机本体模型、励磁系统模型、调速器模型和PSS模型。
6.根据权利要求1-5任一项所述的交流电网的电磁暂态建模方法,其特征在于,所述对所述电磁暂态初始模型中的负荷模型进行调整,包括:
将所述电磁暂态初始模型中的负荷模型调整为恒功率负荷模型、恒电流负荷模型、恒阻抗负荷模型和电动机模型的组合形式。
7.一种交流电网的电磁暂态建模系统,其特征在于,包括:
转换单元,用于通过工具将保存在目标数据文件中的交流电网数据转换成PSCAD软件上的电磁暂态初始模型;
调整单元,对所述电磁暂态初始模型中的负荷模型进行调整;
获取单元,用于基于调整后的所述电磁暂态初始模型获取电磁暂态最终模型;其中,当交流电网数据以BPA软件为载体保存时,所述获取单元具体用于:基于调整后的所述电磁暂态初始模型构建发电机组电磁暂态模型和复原三绕组变压器模型,得到电磁暂态最终模型;其中,所述基于调整后的所述电磁暂态初始模型复原三绕组变压器模型包括:
将调整后的所述电磁暂态初始模型中代替三绕组变压器的3个两绕组变压器复原为1个三绕组变压器,复原后的三绕组变压器的电阻和漏抗计算公式为:
R12=R1+R2
X12=X1+X2
R23=R2+R3
X23=X2+X3
R31=R1+R3
X31=X1+X3
式中,R i 和X i 分别为第二潮流数据文件中三绕组变压器第ii=1,2,3个母线节点与公共母线节点之间的电阻和漏抗,R ij 和X ij 是复原后的三绕组变压器两个母线节点ijij=1,2,3之间的电阻和漏抗。
8.根据权利要求7所述交流电网的电磁暂态建模系统,其特征在于,所述调整单元具体用于:
将所述电磁暂态初始模型中的负荷模型调整为恒功率负荷模型、恒电流负荷模型、恒阻抗负荷模型和电动机模型的组合形式。
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