CN114139364A - 一种基于混合直流系统的机电-电磁混合仿真方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于混合直流系统的机电－电磁混合仿真方法及装置，通过获取含有并联型混合直流系统的仿真网络的基础参数；根据仿真需求，对仿真网络划分后得到电磁暂态子系统、机电暂态子系统和混合仿真接口位置进行建模，生成电磁暂态模型、机电暂态模型和接口模型，对多个模型进行拼接，形成第一机电－电磁混合仿真模型；根据获取的基础参数，对第一机电－电磁混合仿真模型进行优化，生成第二机电－电磁混合仿真模型，用于对待仿真的电网进行仿真计算。与现有技术相比，本发明在机电暂态仿真的基础上，局部采用电磁暂态仿真，实现机电－电磁暂态混合仿真计算，提高了仿真精度，有助于大电网的精确快速仿真分析。

Description

一种基于混合直流系统的机电-电磁混合仿真方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统仿真与控制的技术领域，特别是涉及一种基于混合直流系统的机电-电磁混合仿真方法及装置。

背景技术

目前，高压直流输电系统具有输送容量大、电压水平高、输电距离远的特点，在我国得到了广泛应用，但该高压直流输电系统容易发生换相失败，导致输送功率中断，影响受端电网的安全稳定运行，且随着特高压超大容量直流输送馈入点的增多，多条直流同时发生换相失败问题更加突出。近年来基于全控型器件的柔性直流输电技术具有可控性好、运行方式灵活、适应性强等优点，在我国得到了迅速发展。混合直流系统汇集了上述常规直流输电系统和柔性直流输电系统的优点，受端采用柔性直流输电，避免了换相失败，提高了控制器的灵活性，成为我国未来高压直流输电的重要发展方向。

随着大容量混合直流输电工程的建设与投运，对大电网仿真能力提出了更高的要求。传统机电暂态采用准稳态模型，无法准确模拟换流阀的动态特性；电磁暂态仿真由于其模型复杂，计算步长小，较难实现大规模电网的快速仿真，仿真效率低。因此单一的机电暂态仿真和电磁暂态仿真都不能很好的兼顾大电网对仿真速度和仿真精度的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于混合直流系统的机电-电磁混合仿真方法及装置，在机电暂态仿真的基础上，局部采用电磁暂态仿真，实现机电-电磁暂态混合仿真计算，提高了仿真精度，有助于大电网的精确快速仿真分析。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于混合直流系统的机电-电磁混合仿真方法及装置，包括：

获取含有并联型混合直流系统的仿真网络的基础参数；

根据仿真需求，对所述仿真网络进行划分，得到电磁暂态子系统和机电暂态子系统，同时选取混合仿真接口位置；

对所述电磁暂态子系统、所述机电暂态子系统和所述混合仿真接口位置进行建模，生成电磁暂态模型、机电暂态模型和接口模型，并通过所述接口模型对所述电磁暂态模型、所述机电暂态模型进行拼接，形成第一机电-电磁混合仿真模型；

根据获取的所述基础参数，对所述第一机电-电磁混合仿真模型进行优化，生成第二机电-电磁混合仿真模型；并通过所述第二机电-电磁混合仿真模型对待仿真的电网进行仿真计算。

进一步地，获取含有并联型混合直流系统的仿真网络的基础参数，具体为：

获取所述仿真网络中每个并联型混合直流系统的拓扑结构，同时获取所述仿真网络的网架结构参数、技术参数和运行参数；

其中，所述网架结构参数包括并联型混合直流系统的个数、每个并联型混合直流系统中包含的LCC换流站的个数和VSC换流站的个数；

所述技术参数包括所述每个并联型混合直流系统的参数，以及交流网络的技术参数；

所述运行参数包括安排的有功功率、无功功率、交流电压电流、直流电压电流、换流变分接头位置、滤波器投退情况、以及每个并联型混合直流系统中各个换流站的指令值、控制模式、选取的平衡站。

进一步地，根据仿真需求，对所述仿真网络进行划分，得到电磁暂态子系统和机电暂态子系统，同时选取混合仿真接口位置，具体为：

根据仿真需求，将所述含有并联型混合直流系统的仿真网络进行网络划分，以使所述仿真网络将传统的交流电网划分为电磁暂态子系统，同时将所述并联型混合直流系统划分为机电暂态子系统，并设置混合仿真接口的位置。

进一步地，对所述第一机电-电磁混合仿真模型进行优化，具体为：

对所述第一机电-电磁混合仿真模型进行直流初始化调整、模型校验；

通过读取并根据潮流数据，调节LCC换流站的换流变分接头信息，以使所述电磁暂态模型中LCC换流站的变量与所述潮流数据一致；

读取并根据潮流计算结果，设置VSC换流站的运行参数，并对所述机电暂态模型的数据与所述电磁暂态模型的数据的一致性进行校验，得到稳定运行的机电-电磁混合仿真数据。

进一步地，对所述电磁暂态子系统、所述机电暂态子系统和所述混合仿真接口位置进行建模，生成电磁暂态模型、机电暂态模型和接口模型，具体为：

基于机电暂态程序搭建机电暂态网络中各元件的模型，形成并根据相应的机电数据文件，建立机电暂态模型；

基于电磁暂态程序搭建包含有并联型混合直流系统的电磁暂态网络中各元件的模型，形成并根据相应的电磁数据文件，建立电磁暂态模型；

根据接口位置，构建接口数据，并基于PSD-PSMODEL仿真程序，建立的机电暂态子系统的接口模型，同时建立电磁暂态子系统的接口模型。

进一步地，本发明还提供一种基于混合直流系统的机电-电磁混合仿真装置，包括：获取模块、网络划分模块、模型拼接模块和模型优化模块；

其中，所述获取模块用于获取含有并联型混合直流系统的仿真网络的基础参数；

所述网络划分模块用于根据仿真需求，对所述仿真网络进行划分，得到电磁暂态子系统和机电暂态子系统，同时选取混合仿真接口位置；

所述模型拼接模块用于对所述电磁暂态子系统、所述机电暂态子系统和所述混合仿真接口位置进行建模，生成电磁暂态模型、机电暂态模型和接口模型，并通过所述接口模型对所述电磁暂态模型、所述机电暂态模型进行拼接，形成第一机电-电磁混合仿真模型；

所述模型优化模块用于根据获取的所述基础参数，对所述第一机电-电磁混合仿真模型进行优化，生成第二机电-电磁混合仿真模型；并通过所述第二机电-电磁混合仿真模型对待仿真的电网进行仿真计算。

进一步地，所述获取模块用于获取含有并联型混合直流系统的仿真网络的基础参数，具体为：

获取所述仿真网络中每个并联型混合直流系统的拓扑结构，同时获取所述仿真网络的网架结构参数、技术参数和运行参数；

其中，所述网架结构参数包括并联型混合直流系统的个数、每个并联型混合直流系统中包含的LCC换流站的个数和VSC换流站的个数；

所述技术参数包括所述每个并联型混合直流系统的参数，以及交流网络的技术参数；

所述运行参数包括安排的有功功率、无功功率、交流电压电流、直流电压电流、换流变分接头位置、滤波器投退情况、以及每个并联型混合直流系统中各个换流站的指令值、控制模式、选取的平衡站。

进一步地，所述网路划分模块用于根据仿真需求，对所述仿真网络进行划分，得到电磁暂态子系统和机电暂态子系统，同时选取混合仿真接口位置，具体为：

根据仿真需求，将所述含有并联型混合直流系统的仿真网络进行网络划分，以使所述仿真网络将传统的交流电网划分为电磁暂态子系统，同时将所述并联型混合直流系统划分为机电暂态子系统，并设置混合仿真接口的位置。

进一步地，所述模型优化模块用于对所述第一机电-电磁混合仿真模型进行优化，具体为：

对所述第一机电-电磁混合仿真模型进行直流初始化调整、模型校验；

通过读取并根据潮流数据，调节LCC换流站的换流变分接头信息，以使所述电磁暂态模型中LCC换流站的变量与所述潮流数据一致；

读取并根据潮流计算结果，设置VSC换流站的运行参数，并对所述机电暂态模型的数据与所述电磁暂态模型的数据的一致性进行校验，得到稳定运行的机电-电磁混合仿真数据。

进一步地，所述模型拼接模块用于对所述电磁暂态子系统、所述机电暂态子系统和所述混合仿真接口位置进行建模，生成电磁暂态模型、机电暂态模型和接口模型，具体为：

基于机电暂态程序搭建机电暂态网络中各元件的模型，形成并根据相应的机电数据文件，建立机电暂态模型；

基于电磁暂态程序搭建包含有并联型混合直流系统的电磁暂态网络中各元件的模型，形成并根据相应的电磁数据文件，建立电磁暂态模型；

根据接口位置，构建接口数据，并基于PSD-PSMODEL仿真程序，建立的机电暂态子系统的接口模型，同时建立电磁暂态子系统的接口模型。

本发明实施例一种基于混合直流系统的机电-电磁混合仿真方法及装置，与现有技术相比，具有如下有益效果：

通过先获取含有并联型混合直流系统的仿真网络的基础参数，根据仿真需求，对所述仿真网络进行划分，使得本发明只包括一个机电暂态子系统、一个电磁暂态子系统和一个接口，形成“一对一”的接口模式，同时，基于获取的仿真网络的基础参数，对划分的各部分进行建模，生成电磁暂态模型、机电暂态模型和接口模型，并通过所述接口模型对所述电磁暂态模型、所述机电暂态模型进行拼接，生成用于对电网进行仿真计算的第二机电-电磁混合仿真模型。与现有技术相比，本发明对并联型在机电暂态仿真的基础上，局部采用电磁暂态仿真，实现机电-电磁暂态混合仿真计算，提高了仿真精度，有助于大电网的精确快速仿真分析，对于后续大电网电力系统动态特性机理分析研究、电力系统安全稳定分析、大电网故障反演等具有重要的工程应用价值。

附图说明

图1是本发明提供的一种基于混合直流系统的机电-电磁混合仿真方法的一种实施例的流程示意图；

图2是本发明提供的一种基于混合直流系统的机电-电磁混合仿真装置的一种实施例的结构示意图；

图3是本发明提供的一种基于混合直流系统的机电-电磁混合仿真方法及装置的一种实施例的并联型混合直流系统的拓扑结构示意图；

图4是本发明提供的一种基于混合直流系统的机电-电磁混合仿真方法及装置的一种实施例的并联型混合直流系统的拓扑结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

实施例1

参见图1，图1是本发明提供的一种基于混合直流系统的机电-电磁混合仿真方法的一种实施例的流程示意图，如图1所示，该方法包括步骤101-步骤104，具体如下：

步骤101：获取含有并联型混合直流系统的仿真网络的基础参数。

本实施例中，获取所述仿真网络中每个并联型混合直流系统的拓扑结构，同时获取所述仿真网络的网架结构参数、技术参数和运行参数，其中，并联型混合直流系统的拓扑结构如图3所示。

本实施例中，仿真网络的网架结构参数包括并联型混合直流系统的个数、每个并联型混合直流系统中包含的LCC换流站的个数和VSC换流站的个数，且将LCC换流站分别记为S_Lcc1，S_Lcc2，…，S_Lccn，SC换流站分别记为S_vsc1，S_vsc2，…，S_vscm。

本实施例中，仿真网络的技术参数包括所述每个并联型混合直流系统的参数，以及交流网络的技术参数；具体的，获取各个并联型混合直流系统中每个LCC换流站的换流器参数、直流线路参数、滤波器参数等；同时获取各个并联型混合直流系统中每个VSC换流站的换流变参数、MMC换流阀参数、直流线路参数等；还获取交流网中各元件如发电机参数、线路参数、负荷参数等。

本实施例中，仿真网络的运行参数包括安排的有功功率、无功功率、交流电压电流、直流电压电流、换流变分接头位置、滤波器投退情况、以及每个并联型混合直流系统中各个换流站的指令值、控制模式、选取的平衡站。

步骤102：根据仿真需求，对所述仿真网络进行划分，得到电磁暂态子系统和机电暂态子系统，同时选取混合仿真接口位置。

本实施例中，根据仿真需求，将所述含有并联型混合直流系统的仿真网络进行网络划分，以使所述仿真网络将传统的交流电网划分为电磁暂态子系统，同时将所述并联型混合直流系统划分为机电暂态子系统，并设置混合仿真接口的位置。

本实施例中，将并联型混合直流系统划分到电磁暂态子系统中，对并联型混合直流系统进行详细的电磁暂态建模分析。根据仿真分析需求，电磁暂态子系统中可以只包括单个并联型混合直流系统；也可以根据各直流系统的连接关系，作为本实施例中的一种举例，如将需要同受端或同送端的多条直流，划分到同一个电磁子系统中，则需要将连接各直流的交流网络同时划分到电磁子系统中，便于分析各个直流之间的相互影响。

本实施例中，根据实际仿真需求选取混合仿真接口位置，由于在任意一条交流联络线或者联络变处均可以分网，因此，选取任意交流母线均可以作为接口母线。因此本实施例中，可选取换流母线作为接口母线，也可以根据仿真需求向交流系统内部扩展，使得一部分交流网路划分到电磁暂态子系统中，增加仿真接口位置选取的灵活性。

本实施例中，以接口母线作为分界线，将传统的交流电网划分到机电暂态网络，将并联型混合直流系统划分到电磁暂态网络该分网方式，使得混合仿真系统中只包括了一个机电暂态子系统、一个电磁暂态子系统和一个接口，形成“一对一”的接口模式，其中，仿真网络划分示意图如4所示。

本实施例中，对仿真网络进行划分，区别于现有技术中将仿真系统划分为多个子网络，本实施例中不需要考虑多个子网络的暂态响应速度以及计算量的差异，不需要考虑多个子网络之间的协调配合，仿真接口单一、接口数据交互量小，接口设计简单可靠，降低了接口等值模型对计算的影响，有助于提高仿真计算精度，同时也能满足包含有并联型混合直流系统的电磁-机电混合仿真对计算速度的要求。

步骤103：对所述电磁暂态子系统、所述机电暂态子系统和所述混合仿真接口位置进行建模，生成电磁暂态模型、机电暂态模型和接口模型，并通过所述接口模型对所述电磁暂态模型、所述机电暂态模型进行拼接，形成第一机电-电磁混合仿真模型。

本实施例中，对划分出的电磁暂态子系统、机电暂态子系统和所述混合仿真接口位置分别进行建模。基于机电暂态程序搭建机电暂态网络中各元件的模型，形成并根据相应的机电数据文件，建立机电暂态模型；具体的，基于但不限于PSD-PSMODEL仿真程序，建立包括潮流数据文件＊.dat和机电暂态数据文件＊.swi；其中，潮流数据包括：交流节点数据、交流线路数据、变压器数据、以及并联型混合直流系统的直流线路、节点、换流变等数据；机电暂态数据包括：发电机、励磁、调速等交流设备数据模型，以及并联型混合直流中LCC和VSC控制系统模型等。

本实施例中，基于电磁暂态程序搭建包含有并联型混合直流系统的电磁暂态网络中各元件的模型，形成并根据相应的电磁数据文件，建立电磁暂态模型；具体的，基于但不限于PSD-PSMODEL仿真程序，建立包括并联型混合直流模型的一次系统和控制保护系统模型；其中，一次系统包括换流变压器、6脉动/12脉动换流阀、MMC换流阀、平波电抗器、直流线路、交流滤波器、直流滤波器、接地极和接地极引线等元件；作为本实施例中的一种举例，线路可采用单/三相多PI模型、贝杰龙模型或频率相关性模型，换流变压器采用双绕组或三绕组模型等，换流阀可采用详细的模型或戴维南等值模型，亦可采用集成的六脉动换流器模型、MMC平均值模型等；根据步骤101中已确定的并联型混合直流的拓扑结构，搭建各元件的连接关系，形成一次系统数据文件＊.psm文件。控制保护系统模型采用分层模块化结构，LCC换流站控制系统模块包括定电压控制模块、定电流控制模块、AMAX控制模块、低压限流模块等控制环节；VSC换流站控制系统包括外环有功类控制模块、外环无功类控制模块，以及内环电流控制环节模块、低压穿越模块等，此外还包括了LCC和VSC换流站之间的协调控制策略模块，各平衡站优先级策略表等。本实施例中根据实际工程设计确定各个并联型混合直流系统的控制模式，并基于上述控制模块形成各个并联型混合直流系统的控制保护系统文件＊.udm文件。

本实施例中，根据接口位置的选取，构建接口数据，其中，接口位置的选取要考虑到接口算法和数据处理的复杂程度，保证混合仿真的计算效率以及数值稳定性，典型的接口数据包括接口位置信息、网络等值方法、迭代方法、数据交互等。作为本实施例中的一种举例，基于但不限于PSD-PSMODEL仿真程序，建立的机电暂态子系统的接口模型，同时建立电磁暂态子系统的接口模型，具体的，接口数据包括机电部分的接口信息和电磁暂态文件中的接口信息。电磁暂态文件中的接口信息包括接口母线信息，接口母线处的电流、电压、功率信息等，该接口信息在一次系统文件＊.psm文件中体现；机电暂态文件中的接口信息包括接口位置信息、迭代方法、交换功率等信息，该接口信息在机电暂态数据文件＊.swi中体现。此外，机电暂态接口信息中还需要包括所需调用的电磁暂态模型文件。

本实施例中，不需要设置多个不同的仿真接口模型，简化了仿真接口模型，降低了接口等值模型对计算的影响，有助于提高仿真计算的准确性，同时也能满足包含有并联型混合直流系统的机电-电磁混合仿真对计算速度的要求。

本实施例中，在完成对电磁暂态子系统、机电暂态子系统和混合仿真接口位置进行建模之后，通过接口数据进行机电模型和电磁模型的拼接，建立初始的机电-电磁混合仿真模型；记录接口处交换功率等信息。具体的，基于但不限于PSD-PSMODEL仿真程序，分别将建立的机电部分的接口模型，以数据卡的形式填写在＊.swi文件中，将电磁暂态接口模型填写在＊.psm文件中，并将所有的潮流数据＊.dat、机电暂态数据＊.swi、电磁暂态一次文件＊.psm文件以及电磁暂态模型控制文件＊.udm文件放在同一个文件夹下，通过数据卡，实现电磁与机电数据的拼接，形成第一机电-电磁混合仿真模型。

本实施例中，仿真程序通过读取机电暂态接口信息数据卡，即可调用相应的电磁暂态模型文件，通过启用机电暂态程序实现电磁暂态程序的启用。

步骤104：根据获取的所述基础参数，对所述第一机电-电磁混合仿真模型进行优化，生成第二机电-电磁混合仿真模型；并通过所述第二机电-电磁混合仿真模型对待仿真的电网进行仿真计算。

本实施例中，对第一机电-电磁混合仿真模型进行直流初始化调整、模型校验；通过步骤101中获取到的含有并联型混合直流系统的仿真网络的基础参数，结合步骤103中获取到的形成第一机电-电磁混合仿真模型，进行潮流计算，获取潮流数据及其潮流计算结果；通过读取潮流数据以及潮流计算结果作为混合直流系统的基础运行点，并基于潮流结果对混合直流系统进行初始化调整，得到稳定运行的第一机电-电磁混合仿真数据。

具体的，本实施例中，通过基于潮流结果的分类分步零启动仿真方法完成并联型混合直流的初始化调节，首先将混合直流分为LCC类换流站的初始化和VSC换流站的初始化两部分。本实施例中，首先通过读取并根据潮流数据，调节LCC换流站的换流变分接头信息，由于LCC换流站一般采用定电流控制模式，因此先建立LCC换流站的直流电压，之后再进行定电流启动控制，建立直流电流，完成直流启动，且由于电磁仿真模型与潮流模型的差异，通过反复调节换流变分接头等信息，使得电磁暂态模型中LCC换流站的直流电压、触发角、熄弧角等各变量与潮流数据结果一致。

本实施例中，由于在混合直流系统中，有且仅有一个平衡站，且一般选取VSC站作为平衡站。因此，首先通过获取潮流数据以及潮流计算结果得到平衡站，记为S_vcsk，并根据平衡站的电压指令值确定整个直流网络的电压运行点。根据潮流结果得到其余VSC换流站的有功/无功功率、直流/交流电压的指令值及控制模式，并设置各个VSC换流站中有功/无功功率、直流/交流电压的指令值，设置各个VSC换流站的控制模式，以及各换流站作为平衡站的优先级别，通过仿真方法直接启动各VSC站，建立整个直流网的电压，完成各VSC站的初始化。

本实施例中，通过对所述机电暂态模型的数据与所述电磁暂态模型的数据的一致性进行校验，得到稳定运行的第一机电-电磁仿真数据，并根据将得到的稳定运行的第一机电-电磁仿真数据，对第一机电-电磁混合仿真模型的数据进行更新，得到第二机电-电磁混合仿真模型。

作为本实施例中的一种举例，还可以通过与其他仿真模型、实测波形校验，完成混合仿真模型的优化。

本实施例中，基于电网仿真需求，通过第二机电-电磁混合仿真模型对电网进行典型故障仿真计算，分析电网特征。具体的，对电网进行交流系统的短路、断线以及直流故障、直流重启动等故障仿真分析，具体分析并联型混合直流系统的电压、电流、触发角等波形，并分析并联型混合直流的暂态特性以及与交直流电网的相互影响等。

参见图2，图2是本发明提供的一种基于混合直流系统的机电-电磁混合仿真装置的一种实施例的结构示意图，如图2所示，该结构包括获取模块201、网络划分模块202、模型拼接模块203和模型优化模块204，具体如下：

获取模块201用于获取含有并联型混合直流系统的仿真网络的基础参数。

本实施例中，获取所述仿真网络中每个并联型混合直流系统的拓扑结构，同时获取所述仿真网络的网架结构参数、技术参数和运行参数，其中，并联型混合直流系统的拓扑结构如图3所示。

本实施例中，仿真网络的网架结构参数包括并联型混合直流系统的个数、每个并联型混合直流系统中包含的LCC换流站的个数和VSC换流站的个数，且将LCC换流站分别记为S_Lcc1，S_Lcc2，…，S_Lccn，SC换流站分别记为S_vsc1，S_vsc2，…，S_vscm。

本实施例中，仿真网络的技术参数包括所述每个并联型混合直流系统的参数，以及交流网络的技术参数；具体的，获取各个并联型混合直流系统中每个LCC换流站的换流器参数、直流线路参数、滤波器参数等；同时获取各个并联型混合直流系统中每个VSC换流站的换流变参数、MMC换流阀参数、直流线路参数等；还获取交流网中各元件如发电机参数、线路参数、负荷参数等。

本实施例中，仿真网络的运行参数包括安排的有功功率、无功功率、交流电压电流、直流电压电流、换流变分接头位置、滤波器投退情况、以及每个并联型混合直流系统中各个换流站的指令值、控制模式、选取的平衡站。

网络划分模块202用于根据仿真需求，对所述仿真网络进行划分，得到电磁暂态子系统和机电暂态子系统，同时选取混合仿真接口位置。

本实施例中，根据仿真需求，将所述含有并联型混合直流系统的仿真网络进行网络划分，以使所述仿真网络将传统的交流电网划分为电磁暂态子系统，同时将所述并联型混合直流系统划分为机电暂态子系统，并设置混合仿真接口的位置。

本实施例中，将并联型混合直流系统划分到电磁暂态子系统中，对并联型混合直流系统进行详细的电磁暂态建模分析。根据仿真分析需求，电磁暂态子系统中可以只包括单个并联型混合直流系统；也可以根据各直流系统的连接关系；作为本实施例中的一种举例，如将需要同受端或同送端的多条直流，划分到同一个电磁子系统中，则需要将连接各直流的交流网络同时划分到电磁子系统中，便于分析各个直流之间的相互影响。

本实施例中，根据实际仿真需求选取混合仿真接口位置，由于在任意一条交流联络线或者联络变处均可以分网，因此任意交流母线均可以作为接口母线。因此本实施例中，可选取换流母线作为接口母线，也可以根据仿真需求向交流系统内部扩展，使得一部分交流网路划分到电磁暂态子系统中，增加仿真接口位置选取的灵活性。

本实施例中，以接口母线作为分界线，将传统的交流电网划分到机电暂态网络，将并联型混合直流系统划分到电磁暂态网络该分网方式，使得混合仿真系统中只包括了一个机电暂态子系统、一个电磁暂态子系统和一个接口，形成“一对一”的接口模式，其中，仿真网络划分示意图如4所示。

本实施例中，对仿真网络进行划分，区别于现有技术中将仿真系统划分为多个子网络，本实施例中不需要考虑多个子网络的暂态响应速度以及计算量的差异，不需要考虑多个子网络之间的协调配合，仿真接口单一、接口数据交互量小，接口设计简单可靠，降低了接口等值模型对计算的影响，有助于提高仿真计算精度，同时也能满足包含有并联型混合直流系统的电磁-机电混合仿真对计算速度的要求。

模型拼接模块203用于对所述电磁暂态子系统、所述机电暂态子系统和所述混合仿真接口位置进行建模，生成电磁暂态模型、机电暂态模型和接口模型，并通过所述接口模型对所述电磁暂态模型、所述机电暂态模型进行拼接，形成第一机电-电磁混合仿真模型。

本实施例中，对划分出的电磁暂态子系统、机电暂态子系统和所述混合仿真接口位置分别进行建模。基于机电暂态程序搭建机电暂态网络中各元件的模型，形成并根据相应的机电数据文件，建立机电暂态模型；具体的，基于但不限于PSD-PSMODEL仿真程序，建立包括潮流数据文件＊.dat和机电暂态数据文件＊.swi；其中，潮流数据包括：交流节点数据、交流线路数据、变压器数据、以及并联型混合直流系统的直流线路、节点、换流变等数据；机电暂态数据包括：发电机、励磁、调速等交流设备数据模型，以及并联型混合直流中LCC和VSC控制系统模型等。

本实施例中，基于电磁暂态程序搭建包含有并联型混合直流系统的电磁暂态网络中各元件的模型，形成并根据相应的电磁数据文件，建立电磁暂态模型；具体的，基于但不限于PSD-PSMODEL仿真程序，建立包括并联型混合直流模型的一次系统和控制保护系统模型；其中，一次系统包括换流变压器、6脉动/12脉动换流阀、MMC换流阀、平波电抗器、直流线路、交流滤波器、直流滤波器、接地极和接地极引线等元件；作为本实施例中的一种举例，线路可采用单/三相多PI模型、贝杰龙模型或频率相关性模型，换流变压器采用双绕组或三绕组模型等，换流阀可采用详细的模型或戴维南等值模型，亦可采用集成的六脉动换流器模型、MMC平均值模型等；根据获取模块201中已确定的并联型混合直流的拓扑结构，搭建各元件的连接关系，形成一次系统数据文件＊.psm文件。控制保护系统模型采用分层模块化结构，LCC换流站控制系统模块包括定电压控制模块、定电流控制模块、AMAX控制模块、低压限流模块等控制环节；VSC换流站控制系统包括外环有功类控制模块、外环无功类控制模块，以及内环电流控制环节模块、低压穿越模块等，此外还包括了LCC和VSC换流站之间的协调控制策略模块，各平衡站优先级策略表等。本实施例中根据实际工程设计确定各个并联型混合直流系统的控制模式，并基于上述控制模块形成各个并联型混合直流系统的控制保护系统文件＊.udm文件。

本实施例中，根据接口位置的选取，构建接口数据，其中，接口位置的选取要考虑到接口算法和数据处理的复杂程度，保证混合仿真的计算效率以及数值稳定性，典型的接口数据包括接口位置信息、网络等值方法、迭代方法、数据交互等。作为本实施例中的一种举例，基于但不限于PSD-PSMODEL仿真程序，建立的机电暂态子系统的接口模型，同时建立电磁暂态子系统的接口模型，具体的，接口数据包括机电部分的接口信息和电磁暂态文件中的接口信息。电磁暂态文件中的接口信息包括接口母线信息，接口母线处的电流、电压、功率信息等，该接口信息在一次系统文件＊.psm文件中体现；机电暂态文件中的接口信息包括接口位置信息、迭代方法、交换功率等信息，该接口信息在机电暂态数据文件＊.swi中体现。此外，机电暂态接口信息中还需要包括所需调用的电磁暂态模型文件。

本实施例中，不需要设置多个不同的仿真接口模型，简化了仿真接口模型，降低了接口等值模型对计算的影响，有助于提高仿真计算的准确性，同时也能满足包含有并联型混合直流系统的机电-电磁混合仿真对计算速度的要求。

本实施例中，在完成对电磁暂态子系统、机电暂态子系统和混合仿真接口位置进行建模之后，通过接口数据进行机电模型和电磁模型的拼接，建立初始的机电-电磁混合仿真模型；记录接口处交换功率等信息。具体的，基于但不限于PSD-PSMODEL仿真程序，分别将建立的机电部分的接口模型，以数据卡的形式填写在＊.swi文件中，将电磁暂态接口模型填写在＊.psm文件中，并将所有的潮流数据＊.dat、机电暂态数据＊.swi、电磁暂态一次文件＊.psm文件以及电磁暂态模型控制文件＊.udm文件放在同一个文件夹下，通过数据卡，实现电磁与机电数据的拼接，形成第一机电-电磁混合仿真模型。

本实施例中，仿真程序通过读取机电暂态接口信息数据卡，即可调用相应的电磁暂态模型文件，通过启用机电暂态程序实现电磁暂态程序的启用。

模型优化模块204用于根据获取的所述基础参数，对所述第一机电-电磁混合仿真模型进行优化，生成第二机电-电磁混合仿真模型；并通过所述第二机电-电磁混合仿真模型对待仿真的电网进行仿真计算。

本实施例中，对第一机电-电磁混合仿真模型进行直流初始化调整、模型校验；通过获取模块201中获取到的含有并联型混合直流系统的仿真网络的基础参数，结合模型拼接模块203中获取到的形成第一机电-电磁混合仿真模型，进行潮流计算，获取潮流数据及其潮流计算结果；通过读取潮流数据以及潮流计算结果作为混合直流系统的基础运行点，并基于潮流结果对混合直流系统进行初始化调整，得到稳定运行的第一机电-电磁混合仿真数据。

具体的，本实施例中，通过基于潮流结果的分类分步零启动仿真方法完成并联型混合直流的初始化调节，首先将混合直流分为LCC类换流站的初始化和VSC换流站的初始化两部分。本实施例中，首先通过读取并根据潮流数据，调节LCC换流站的换流变分接头信息，由于LCC换流站一般采用定电流控制模式，因此先建立LCC换流站的直流电压，之后再进行定电流启动控制，建立直流电流，完成直流启动，且由于电磁仿真模型与潮流模型的差异，通过反复调节换流变分接头等信息，使得电磁暂态模型中LCC换流站的直流电压、触发角、熄弧角等各变量与潮流数据结果一致。

本实施例中，由于在混合直流系统中，有且仅有一个平衡站，且一般选取VSC站作为平衡站。因此，首先通过获取潮流数据以及潮流计算结果得到平衡站，记为S_vcsk，并根据平衡站的电压指令值确定整个直流网络的电压运行点。根据潮流结果得到其余VSC换流站的有功/无功功率、直流/交流电压的指令值及控制模式，并设置各个VSC换流站中有功/无功功率、直流/交流电压的指令值，设置各个VSC换流站的控制模式，以及各换流站作为平衡站的优先级别，通过仿真方法直接启动各VSC站，建立整个直流网的电压，完成各VSC站的初始化。

本实施例中，通过对所述机电暂态模型的数据与所述电磁暂态模型的数据的一致性进行校验，得到稳定运行的第一机电-电磁仿真数据，并根据将得到的稳定运行的第一机电-电磁仿真数据，对第一机电-电磁混合仿真模型的数据进行更新，得到第二机电-电磁混合仿真模型。

作为本实施例中的一种举例，还可以通过与其他仿真模型、实测波形校验，完成混合仿真模型的优化。

本实施例中，基于电网仿真需求，通过第二机电-电磁混合仿真模型对电网进行典型故障仿真计算，分析电网特征。具体的，对电网进行交流系统的短路、断线以及直流故障、直流重启动等故障仿真分析，具体分析并联型混合直流系统的电压、电流、触发角等波形，并分析并联型混合直流的暂态特性以及与交直流电网的相互影响等。

综上，本发明一种基于混合直流系统的机电-电磁混合仿真方法及装置，通过获取含有并联型混合直流系统的仿真网络的基础参数；根据仿真需求，对所述仿真网络进行划分，得到电磁暂态子系统和机电暂态子系统，同时选取混合仿真接口位置；对所述电磁暂态子系统、所述机电暂态子系统和所述混合仿真接口位置进行建模，生成电磁暂态模型、机电暂态模型和接口模型，并通过所述接口模型对所述电磁暂态模型、所述机电暂态模型进行拼接，形成第一机电-电磁混合仿真模型；根据获取的所述基础参数，对所述第一机电-电磁混合仿真模型进行优化，生成第二机电-电磁混合仿真模型；并通过所述第二机电-电磁混合仿真模型对待仿真的电网进行仿真计算。与现有技术相比，本发明在机电暂态仿真的基础上，局部采用电磁暂态仿真，实现机电-电磁暂态混合仿真计算，提高了仿真精度，有助于大电网的精确快速仿真分析。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于混合直流系统的机电－电磁混合仿真方法，其特征在于，包括：

获取含有并联型混合直流系统的仿真网络的基础参数；

根据仿真需求，对所述仿真网络进行划分，得到电磁暂态子系统和机电暂态子系统，同时选取混合仿真接口位置；

对所述电磁暂态子系统、所述机电暂态子系统和所述混合仿真接口位置进行建模，生成电磁暂态模型、机电暂态模型和接口模型，并通过所述接口模型对所述电磁暂态模型、所述机电暂态模型进行拼接，形成第一机电－电磁混合仿真模型；

根据获取的所述基础参数，对所述第一机电－电磁混合仿真模型进行优化，生成第二机电－电磁混合仿真模型；并通过所述第二机电－电磁混合仿真模型对待仿真的电网进行仿真计算。

2.如权利要求1所述的一种基于混合直流系统的机电－电磁混合仿真方法，其特征在于，获取含有并联型混合直流系统的仿真网络的基础参数，具体为：

获取所述仿真网络中每个并联型混合直流系统的拓扑结构，同时获取所述仿真网络的网架结构参数、技术参数和运行参数；

其中，所述网架结构参数包括并联型混合直流系统的个数、每个并联型混合直流系统中包含的LCC换流站的个数和VSC换流站的个数；

所述技术参数包括所述每个并联型混合直流系统的参数，以及交流网络的技术参数；

所述运行参数包括安排的有功功率、无功功率、交流电压电流、直流电压电流、换流变分接头位置、滤波器投退情况、以及每个并联型混合直流系统中各个换流站的指令值、控制模式、选取的平衡站。

3.如权利要求2所述的一种基于混合直流系统的机电－电磁混合仿真方法，其特征在于，根据仿真需求，对所述仿真网络进行划分，得到电磁暂态子系统和机电暂态子系统，同时选取混合仿真接口位置，具体为：

根据仿真需求，将所述含有并联型混合直流系统的仿真网络进行网络划分，以使所述仿真网络将传统的交流电网划分为电磁暂态子系统，同时将所述并联型混合直流系统划分为机电暂态子系统，并设置混合仿真接口的位置。

4.如权利要求3所述的一种基于混合直流系统的机电－电磁混合仿真方法，其特征在于，对所述第一机电－电磁混合仿真模型进行优化，具体为：

对所述第一机电－电磁混合仿真模型进行直流初始化调整、模型校验；

通过读取并根据潮流数据，调节LCC换流站的换流变分接头信息，以使所述电磁暂态模型中LCC换流站的变量与所述潮流数据一致；

读取并根据潮流计算结果，设置VSC换流站的运行参数，并对所述机电暂态模型的数据与所述电磁暂态模型的数据的一致性进行校验，得到稳定运行的机电－电磁混合仿真数据。

5.如权利要求4所述的一种基于混合直流系统的机电－电磁混合仿真方法，其特征在于，对所述电磁暂态子系统、所述机电暂态子系统和所述混合仿真接口位置进行建模，生成电磁暂态模型、机电暂态模型和接口模型，具体为：

基于机电暂态程序搭建机电暂态网络中各元件的模型，形成并根据相应的机电数据文件，建立机电暂态模型；

基于电磁暂态程序搭建包含有并联型混合直流系统的电磁暂态网络中各元件的模型，形成并根据相应的电磁数据文件，建立电磁暂态模型；

根据接口位置，构建接口数据，并基于PSD－PSMODEL仿真程序，建立的机电暂态子系统的接口模型，同时建立电磁暂态子系统的接口模型。

6.一种基于混合直流系统的机电－电磁混合仿真装置，其特征在于，包括：获取模块、网络划分模块、模型拼接模块和模型优化模块；

其中，所述获取模块用于获取含有并联型混合直流系统的仿真网络的基础参数；

所述网络划分模块用于根据仿真需求，对所述仿真网络进行划分，得到电磁暂态子系统和机电暂态子系统，同时选取混合仿真接口位置；

所述模型拼接模块用于对所述电磁暂态子系统、所述机电暂态子系统和所述混合仿真接口位置进行建模，生成电磁暂态模型、机电暂态模型和接口模型，并通过所述接口模型对所述电磁暂态模型、所述机电暂态模型进行拼接，形成第一机电－电磁混合仿真模型；

所述模型优化模块用于根据获取的所述基础参数，对所述第一机电－电磁混合仿真模型进行优化，生成第二机电－电磁混合仿真模型；并通过所述第二机电－电磁混合仿真模型对待仿真的电网进行仿真计算。

7.如权利要求6所述的一种基于混合直流系统的机电－电磁混合仿真装置，其特征在于，所述获取模块用于获取含有并联型混合直流系统的仿真网络的基础参数，具体为：

获取所述仿真网络中每个并联型混合直流系统的拓扑结构，同时获取所述仿真网络的网架结构参数、技术参数和运行参数；

其中，所述网架结构参数包括并联型混合直流系统的个数、每个并联型混合直流系统中包含的LCC换流站的个数和VSC换流站的个数；

所述技术参数包括所述每个并联型混合直流系统的参数，以及交流网络的技术参数；

所述运行参数包括安排的有功功率、无功功率、交流电压电流、直流电压电流、换流变分接头位置、滤波器投退情况、以及每个并联型混合直流系统中各个换流站的指令值、控制模式、选取的平衡站。

8.如权利要求7所述的一种基于混合直流系统的机电－电磁混合仿真装置，其特征在于，所述网络划分模块用于根据仿真需求，对所述仿真网络进行划分，得到电磁暂态子系统和机电暂态子系统，同时选取混合仿真接口位置，具体为：

根据仿真需求，将所述含有并联型混合直流系统的仿真网络进行网络划分，以使所述仿真网络将传统的交流电网划分为电磁暂态子系统，同时将所述并联型混合直流系统划分为机电暂态子系统，并设置混合仿真接口的位置。

9.如权利要求6所述的一种基于混合直流系统的机电－电磁混合仿真装置，其特征在于，所述模型优化模块用于对所述第一机电－电磁混合仿真模型进行优化，具体为：

对所述第一机电－电磁混合仿真模型进行直流初始化调整、模型校验；

通过读取并根据潮流数据，调节LCC换流站的换流变分接头信息，以使所述电磁暂态模型中LCC换流站的变量与所述潮流数据一致；

读取并根据潮流计算结果，设置VSC换流站的运行参数，并对所述机电暂态模型的数据与所述电磁暂态模型的数据的一致性进行校验，得到稳定运行的机电－电磁混合仿真数据。

10.如权利要求7所述的一种基于混合直流系统的机电－电磁混合仿真装置，其特征在于，所述模型拼接模块用于对所述电磁暂态子系统、所述机电暂态子系统和所述混合仿真接口位置进行建模，生成电磁暂态模型、机电暂态模型和接口模型，具体为：

基于机电暂态程序搭建机电暂态网络中各元件的模型，形成并根据相应的机电数据文件，建立机电暂态模型；

基于电磁暂态程序搭建包含有并联型混合直流系统的电磁暂态网络中各元件的模型，形成并根据相应的电磁数据文件，建立电磁暂态模型；

根据接口位置，构建接口数据，并基于PSD－PSMODEL仿真程序，建立的机电暂态子系统的接口模型，同时建立电磁暂态子系统的接口模型。

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