CN116127765A - 电力系统的状态空间建模方法及装置 - Google Patents

电力系统的状态空间建模方法及装置 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种电力系统的状态空间建模方法及装置，包括：对待研究电力系统的元件进行分类；根据分类结果建立各类型元件的状态空间方程，包括：第一状态矩阵、第一控制矩阵、第一输出矩阵及第一前馈矩阵；将所述矩阵输入MATLAB的状态空间模块中，得到各类型元件的状态空间模块；基于预先建立的各类型元件之间的连接规则完成各类型元件的状态空间模块之间的连接，得到电力系统的初始状态空间模型；计算所述模型的第二状态矩阵、第二控制矩阵、第二输出矩阵及第二前馈矩阵，得到电力系统的状态空间模型。利用本申请，可以通过按元件类型建立方程，实现全系统的状态空间建模，极大的简化了含多种类型元件复杂电力系统的状态空间建模过程。

Description

电力系统的状态空间建模方法及装置
技术领域
本申请涉及电力系统的稳定性分析技术，特别涉及电力系统的状态空间建模技术，具体涉及到一种电力系统状态空间建模方法及装置。
背景技术
现有的电力系统稳定性分析通常使用状态空间分析法来实现，通过对电力系统各个元件进行建模，形成各个元件的微分方程组，并联立所有微分方程组形成全系统的状态空间矩阵。通过对状态空间矩阵进行特征值分析，得到系统的特征值、特征值对应的特征向量以及相关因子；进而分析系统稳定性、阻尼特性、振荡频率、以及参与因子、灵敏度等相应信息，这些信息是电力系统稳定性分析、优化及抑制等措施的重要依据。然而，现代电力系统，日趋丰富的元件类型、多种类型电源和交直流网络原件使得系统运行组合方式变化繁多，造成含有多种类型元件复杂电力系统的状态空间建模趋于困难。
发明内容
本申请的一个目的在于提供一种状态空间建模方法，可以通过按元件类型建立方程，实现全系统的状态空间建模。本申请的另一个目的在于提供一种电力系统的状态空间建模装置。本申请的再一个目的在于提供一种计算机设备。本申请的还一个目的在于提供一种可读介质。
为了达到以上目的，本申请一方面公开了一种状态空间建模方法，包括：
对待研究电力系统的元件进行分类；其中，分类结果包括：单端口元件、双端口元件及母线；
根据分类结果分别建立各类型元件的状态空间方程，所述状态空间方程中包括：第一状态矩阵、第一控制矩阵、第一输出矩阵及第一前馈矩阵；
将所述第一状态矩阵、第一控制矩阵、第一输出矩阵及第一前馈矩阵输入MATLAB的状态空间模块中，得到各类型元件的状态空间模块；
基于预先建立的各类型元件之间的连接规则完成各类型元件的状态空间模块之间的连接，得到电力系统的初始状态空间模型；
计算所述初始状态空间模型的第二状态矩阵、第二控制矩阵、第二输出矩阵及第二前馈矩阵，得到电力系统的状态空间模型。
进一步地，所述状态空间方程包括元件的微分方程组及输出方程组；所述根据分类结果分别建立各类型元件的状态空间方程，包括：
根据元件的端口电压及端口电流建立所述微分方程组，所述微分方程组包括状态向量、控制向量、第一状态矩阵及第一控制矩阵；
根据所述微分方程组确定所述第一状态矩阵及第一控制矩阵；
根据所述微分方程组的状态向量及控制向量得到所述输出方程组；
根据所述输出方程组确定所述第一输出矩阵及第一前馈矩阵。
进一步地，所述将所述第一状态矩阵、第一控制矩阵、第一输出矩阵及第一前馈矩阵输入MATLAB的状态空间模块中，得到各类型元件的状态空间模块，包括：
将所述第一状态矩阵、第一控制矩阵、第一输出矩阵及第一前馈矩阵分别输入到MATLAB的simulink环境的状态空间模块的对应参数矩阵中，得到各类型元件的状态空间模块。
进一步地，所述基于预先建立的各类型元件之间的连接规则完成各类型元件的状态空间模块之间的连接，得到电力系统的初始状态空间模型，包括：
基于如下连接规则完成各类型元件的状态空间模块之间的连接，得到电力系统的初始状态空间模型：
单端口元件和双端口元件与母线连接，单端口元件和双端口元件的输出电流为母线的输入电流，母线的输出电压为单端口元件和双端口元件的输入电压。
进一步地，所述计算所述初始状态空间模型的第二状态矩阵、第二控制矩阵、第二输出矩阵及第二前馈矩阵，得到电力系统的状态空间模型，包括：
利用linmod语句计算所述初始状态空间模型的第二状态矩阵、第二控制矩阵、第二输出矩阵及第二前馈矩阵；
将所述第二状态矩阵、第二控制矩阵、第二输出矩阵及第二前馈矩阵代入所述状态空间方程，得到所述状态空间模型。
为了达到以上目的，本申请一方面公开了一种状态空间建模装置，包括：
元件分类单元，用于对待研究电力系统的元件进行分类；其中，分类结果包括：单端口元件、双端口元件及母线；
方程创建单元，用于根据分类结果分别建立各类型元件的状态空间方程，所述状态空间方程中包括：第一状态矩阵、第一控制矩阵、第一输出矩阵及第一前馈矩阵；
状态空间模块生成单元，用于将所述第一状态矩阵、第一控制矩阵、第一输出矩阵及第一前馈矩阵输入MATLAB的状态空间模块中，得到各类型元件的状态空间模块；
连接单元，用于基于预先建立的各类型元件之间的连接规则完成各类型元件的状态空间模块之间的连接，得到电力系统的初始状态空间模型；
状态空间模型生成单元，用于计算所述初始状态空间模型的第二状态矩阵、第二控制矩阵、第二输出矩阵及第二前馈矩阵，得到电力系统的状态空间模型。
进一步地，所述状态空间方程包括元件的微分方程组及输出方程组；所述根据分类结果分别建立各类型元件的状态空间方程，方程创建单元包括：
微分方程组创建模块，用于根据元件的端口电压及端口电流建立所述微分方程组，所述微分方程组包括状态向量、控制向量、第一状态矩阵及第一控制矩阵；
第一参数确定模块，用于根据所述微分方程组确定所述第一状态矩阵及第一控制矩阵；
输出方程组建立模块，用于根据所述微分方程组的状态向量及控制向量得到所述输出方程组；
第二参数确定模块，用于根据所述输出方程组确定所述第一输出矩阵及第一前馈矩阵。
进一步地，所述状态空间模块生成单元具体用于：
将所述第一状态矩阵、第一控制矩阵、第一输出矩阵及第一前馈矩阵分别输入到MATLAB的simulink环境的状态空间模块的对应参数矩阵中，得到各类型元件的状态空间模块。
进一步地，所述连接规则包括：单端口元件和双端口元件与母线连接，单端口元件和双端口元件的输出电流为母线的输入电流，母线的输出电压为单端口元件和双端口元件的输入电压。
进一步地，所述状态空间模型生成单元包括：
模型生成模块，用于利用linmod语句计算所述初始状态空间模型的第二状态矩阵、第二控制矩阵、第二输出矩阵及第二前馈矩阵；
模型生成模块，用于将所述第二状态矩阵、第二控制矩阵、第二输出矩阵及第二前馈矩阵代入所述状态空间方程，得到所述状态空间模型。
为了达到以上目的，本申请一方面公开了一种计算机设备，包括存储器、处理器以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所述方法。
为了达到以上目的，本申请一方面公开了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述方法。
利用本申请提供的状态空间建模方法及装置，可以通过按元件类型建立方程，实现全系统的状态空间建模，极大的简化了含多种类型元件复杂电力系统的状态空间建模过程。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出为本申请实施例的状态空间建模方法流程图；
图2示出为本申请实施例的状态空间方程建立方法S102流程图；
图3示出为本申请实施例的状态空间建模装置示意图；
图4示出适于用来实现本申请实施例的计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
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。
需要说明的是，本申请公开的一种状态空间建模方法及装置可用于含多种类型元件的复杂电力系统，本申请公开的一种状态空间建模方法及装置的应用领域不做限定。
图1为本申请实施例的状态空间建模方法流程图，如图1所示，该状态空间建模方法包括：
S101：对待研究电力系统的元件进行分类；其中，分类结果包括：单端口元件、双端口元件及母线；
S102：根据分类结果分别建立各类型元件的状态空间方程，所述状态空间方程中包括：第一状态矩阵、第一控制矩阵、第一输出矩阵及第一前馈矩阵；
S103：将所述第一状态矩阵、第一控制矩阵、第一输出矩阵及第一前馈矩阵输入MATLAB的状态空间模块中，得到各类型元件的状态空间模块；
S104：基于预先建立的各类型元件之间的连接规则完成各类型元件的状态空间模块之间的连接，得到电力系统的初始状态空间模型；
S105：计算所述初始状态空间模型的第二状态矩阵、第二控制矩阵、第二输出矩阵及第二前馈矩阵，得到电力系统的状态空间模型。
从图1所示流程可以看出，本发明实施例中，对待研究电力系统的元件进行分类，得到单端口元件、双端口元件及母线，方便得到各元件的状态空间方程；根据分类结果建立状态空间方程，得到第一状态矩阵、第一控制矩阵、第一输出矩阵及第一前馈矩阵，实现了对各元件的状态空间的初步分析；将所述第一状态矩阵、第一控制矩阵、第一输出矩阵及第一前馈矩阵输入MATLAB的状态空间模块中，得到各类型元件的状态空间模块，通过在MATLAB软件的状态空间模块中输入元件的状态矩阵、控制矩阵、输出矩阵和前馈矩阵名称，实现了元件的状态空间模块的获取；基于预先建立的各类型元件之间的连接规则完成各类型元件的状态空间模块之间的连接，该规则保证了单端口元件和双端口元件的输出量即输出电流作为母线的控制量即输入电流，母线的输出量即电压作为单端口元件及双端口元件的输入量即端口电压；计算所述初始状态空间模型的第二状态矩阵、第二控制矩阵、第二输出矩阵及第二前馈矩阵，进而得到了电力系统的初始状态空间模型。
下面对图1中的每个步骤进行详细解释。
S101：对待研究电力系统的元件进行分类；其中，分类结果包括：单端口元件、双端口元件及母线；
具体实施时，将只有一个端口与外部实现电气连接的元件划分为单端口元件，例如，同步发电机、双馈风电机组、直驱风电机组、静止无功发生器(SVG)、并联电容器、交流等值电源等，由于其只有一个端口与外部实现电气连接，因而应划分为单端口元件；
将有两个端口与外部实现电气连接的元件划分为双端口元件，例如，交流输电线路、双绕组变压器、双端柔性直流输电系统等，由于其有两个端口分别与外部实现电气连接，因而应划分为双端口元件；
母线作为单独的元件类型。
将元件类型分为单端口元件，双端口原件，母线原件。一般情况下，当待研究电力系统的运行方式变化时，只需要相应改变各个元件状态空间模块的输入输出连接，即可获得全系统的状态空间模型。
S102：根据分类结果分别建立各类型元件的状态空间方程，所述状态空间方程中包括：第一状态矩阵、第一控制矩阵、第一输出矩阵及第一前馈矩阵；
根据分类结果对各类型元件的所有状态量列写微分方程，形成微分方程组：
Figure BDA0004081871950000061
其中，X为状态向量，U为控制向量，A为第一状态矩阵、B为第一控制矩阵。
同时列写以端口输出电流为输出量的输出方程组：
Y＝CX+DU (2)
其中，Y为输出向量，C为第一输出矩阵、D为第一前馈矩阵。
将微分方程组(1)和输出方程组(2)整理成标准化的状态空间方程：
Figure BDA0004081871950000062
根据分类结果分别建立各类型元件的微分方程组及输出方程组，继而将微分方程组及输出方程组整理成标准化的状态空间方程，即可确定第一状态矩阵、第一控制矩阵、第一输出矩阵和第一前馈矩阵，并可根据得到的所述第一状态矩阵、第一控制矩阵、第一输出矩阵和第一前馈矩阵通过MATLAB软件形成各个元件的状态空间模块。
图2为本发明实施例中状态空间建模方法的一具体实施例，如图2所示，按如下步骤建立各类型元件的状态空间方程：
S201：根据元件的端口电压及端口电流建立所述微分方程组，所述微分方程组包括状态向量、控制向量、第一状态矩阵及第一控制矩阵；
S202：根据所述微分方程组确定所述第一状态矩阵及第一控制矩阵；
S203：根据所述微分方程组的状态向量及控制向量得到所述输出方程组；
S204：根据所述输出方程组确定所述第一输出矩阵及第一前馈矩阵。
一实施例中，元件类型为单端口元件的状态空间方程建立步骤如下：
根据单端口元件的端口电压及端口电流建立微分方程如下：
Figure BDA0004081871950000071
其中，ki,j为状态矩阵的第i行，第j列元素(1≤i≤n，1≤j≤n)，设某单端口元件共有n个状态变量，以id和iq为第1和第2个状态变量、以ud和uq为第n-1和第n个状态变量，以xi(i＝3,4,…，n-2)表示其他状态变量，则可得到公式(4)。
当以ud和uq为控制量时，状态变量和状态矩阵的最后2行被消去，同时状态矩阵的最后2列变为控制矩阵。由微分方程(4)得到微分方程组：
Figure BDA0004081871950000072
式(5)可以表示为：
Figure BDA0004081871950000073
其中：
状态向量X为(n-2)ⅹ1阶状态向量：
Figure BDA0004081871950000081
控制向量U为2ⅹ1阶控制向量：
Figure BDA0004081871950000082
第一状态矩阵A为(n-2)ⅹ(n-2)阶状态矩阵：
Figure BDA0004081871950000083
根据公式(9)就可以确定所述第一状态矩阵A。
第一控制矩阵B为(n-2)ⅹ2阶控制矩阵：
Figure BDA0004081871950000084
根据公式(10)就可以确定第一控制矩阵B。
在公式(7)、(8)状态向量X和控制向量U下，以id和iq为输出的输出方程可以表示为：
Figure BDA0004081871950000085
上式(11)可以表示为：
Y＝CX+DU (12)
其中：
输出向量Y为2ⅹ1阶输出向量：
Figure BDA0004081871950000086
第一输出矩阵C为2ⅹ(n-2)阶输出矩阵:
Figure BDA0004081871950000087
根据公式(14)就可以确定第一输出矩阵C。
第一前馈矩阵D为2ⅹ2阶前馈矩阵:
Figure BDA0004081871950000091
根据公式(15)就可以确定第一前馈矩阵D。
通过上述过程即可得到单端口元件的状态空间方程的第一状态矩阵A、第一控制矩阵B、第一输出矩阵C及第一前馈矩阵D。
一实施例中，元件类型为双端口元件的状态空间方程建立步骤如下：
根据双端口元件的双端口电压及端口电流建立微分方程如下：
Figure BDA0004081871950000092
其中，ki,j为状态矩阵的第i行，第j列元素(1≤i≤n，1≤j≤n)，设某双端口元件共有n个状态变量，以端口电流i1d、i1q、i2d、i2q为第1、2、3、4个状态变量，以u1d、u1q、u2d、u2q为第n-3、n-2、n-1、n个状态变量，以xi(i＝5,6…，n-4)表示其他状态变量，则可得公式(16)。
当以u1d、u1q、u2d、u2q为控制量时，状态变量和状态矩阵的最后4行被消去，同时状态矩阵的最后4列变为控制矩阵。由微分方程(16)得到微分方程组：
Figure BDA0004081871950000093
式(17)可以表示为：
Figure BDA0004081871950000101
其中，X为(n-4)ⅹ1阶状态向量：
第一状态矩阵A为(n-4)ⅹ(n-4)阶状态矩阵：
U为4ⅹ1阶控制向量：
Figure BDA0004081871950000102
Figure BDA0004081871950000103
Figure BDA0004081871950000104
根据公式(21)就可以确定所述第一状态矩阵A。
第一控制矩阵B为(n-4)ⅹ4阶控制矩阵：
Figure BDA0004081871950000105
根据公式(22)就可以确定第一控制矩阵B。
在(19)、(20)所述的状态向量X和控制向量U下，以i1d、i1q、i2d、i2q为输出的输出方程可以表示为：
Figure BDA0004081871950000106
上式(23)可以表示为：
Y＝CX+DU (24)
其中：
输出向量Y为4ⅹ1阶输出向量：
Figure BDA0004081871950000111
第一输出矩阵C为4ⅹ(n-4)阶输出矩阵:
Figure BDA0004081871950000112
根据公式(26)就可以确定第一输出矩阵C。
第一前馈矩阵D为4ⅹ4阶前馈矩阵:
Figure BDA0004081871950000113
根据公式(27)就可以确定第一前馈矩阵D。
通过上述过程即可得到双端口的状态空间方程的第一状态矩阵A、第一控制矩阵B、第一输出矩阵C及第一前馈矩阵D。
一实施例中，元件类型为母线元件的状态空间方程建立过程步骤如下：
Figure BDA0004081871950000114
其中，ki,j为状态矩阵的第i行，第j列元素(1≤i≤2n+2，1≤j≤2n+2)，设母线连接其他元件的端口共有n个，则在考虑电容电压动态和注入电流动态条件下共有2n+2个状态变量。以母线电压ud和uq为第1、2个状态变量，以注入电流ikd和ikq为第2i+1和第2i+2个状态变量(1≤i≤n)，则可得到公式(28)。
将注入电流ikd和ikq(1≤i≤n)作为控制量时，状态变量和状态矩阵的最后2n行被消去，同时状态矩阵的最后2n列变为控制矩阵。由微分方程(28)得到微分方程组：
Figure BDA0004081871950000121
式(29)可以表示为：
Figure BDA0004081871950000122
其中：
状态向量X为2ⅹ1阶状态向量：
Figure BDA0004081871950000123
控制向量U为2nⅹ1阶控制向量：
Figure BDA0004081871950000124
第一状态矩阵A为2ⅹ2阶状态矩阵：
Figure BDA0004081871950000125
根据公式(33)就可以确定所述第一状态矩阵A。
第一控制矩阵B为2ⅹ2n阶控制矩阵：
Figure BDA0004081871950000126
根据公式(34)就可以确定第一控制矩阵B。
在(31)、(32)所述的状态向量X和控制向量U下，以母线连接其他元件的n个端口电压为输出，则输出方程可以表示为：
Figure BDA0004081871950000127
上式(35)可以表示为：
Y＝CX+DU (36)
其中：
输出向量Y为2nⅹ1阶输出向量：
Figure BDA0004081871950000131
第一输出矩阵C为2nⅹ2阶输出矩阵:
Figure BDA0004081871950000132
根据公式(38)就可以确定第一输出矩阵C。
第一前馈矩阵D为2nⅹ2n阶前馈矩阵:
Figure BDA0004081871950000133
根据公式(39)就可以确定第一前馈矩阵D。
通过上述过程即可得到母线元件的状态空间方程的第一状态矩阵A、第一控制矩阵B、第一输出矩阵C及第一前馈矩阵D。
一般情况下，当待研究电力系统的运行方式变化时，只需要相应改变各个元件状态空间模块的输入输出连接，即可获得全系统的状态空间模型。
S103：将所述第一状态矩阵、第一控制矩阵、第一输出矩阵及第一前馈矩阵输入MATLAB的状态空间模块中，得到各类型元件的状态空间模块；
具体实施时，基于MATLAB软件中的Simulink计算环境，使用所述Simulink计算环境的模型库中的“state-space”状态空间模块。将计算得到的所述各个元件的第一状态矩阵、第一控制矩阵、第一输出矩阵及第一前馈矩阵名称分别对应填写入state-space模块的Parameters:A、B、C、D四个输入参数矩阵中，形成各个元件的状态空间模块。
通过分别输入所述第一状态矩阵、第一控制矩阵、第一输出矩阵及第一前馈矩阵，得到各类型元件的状态空间模块。当待研究电力系统的运行方式变化时，无需重新确定各类型元件的状态空间方程，只需要相应改变各个元件状态空间模块的输入输出连接，即可获得全系统的状态空间模型。
S104：基于预先建立的各类型元件之间的连接规则完成各类型元件的状态空间模块之间的连接，得到电力系统的初始状态空间模型；
具体实施时，除了母线外，单端口元件和双端口元件只与母线连接。该规则保证了母线的输出电压为单端口元件和双端口元件的输入电压，而单端口元件和双端口元件的输出电流为母线的输入电流。
通过设定单端口元件、双端口元件以及母线之间的连接规则，简化了各类型元件之间的连接过程，保证了保证单端口元件和双端口元件的输出量即输出电流作为母线的控制量即输入电流，同时，母线的输出量即电压作为单端口元件及双端口元件的输入量即端口电压。
S105：计算所述初始状态空间模型的第二状态矩阵、第二控制矩阵、第二输出矩阵及第二前馈矩阵，得到电力系统的状态空间模型。
具体实施时，得到所述电力系统的状态空间模型后，将模型以后缀.slx文件保存。调用linmod语句计算所述初始状态空间模型的第二状态矩阵、第二控制矩阵、第二输出矩阵及第二前馈矩阵；然后将所述第二状态矩阵、第二控制矩阵、第二输出矩阵及第二前馈矩阵代入所述状态空间方程，得到所述状态空间模型。
当待研究电力系统的运行方式变化时，无需重新确定各类型元件的状态空间方程，只需要相应改变各个元件状态空间模块的输入输出连接，即可获得全系统的状态空间模型。
本发明实施例中还提供了一种状态空间建模装置，如下面的实施例所述。由于该装置解决问题的原理与状态空间建模方法相似，因此该装置的实施可以参见状态空间建模方法的实施，重复之处不再赘述。
图3为本申请实施例的状态空间建模装置示意图，如图3所示，该状态空间建模装置包括：
元件分类单元301，用于对待研究电力系统的元件进行分类；其中，分类结果包括：单端口元件、双端口元件及母线；
方程创建单元302，用于根据分类结果分别建立各类型元件的状态空间方程，所述状态空间方程中包括：第一状态矩阵、第一控制矩阵、第一输出矩阵及第一前馈矩阵；
状态空间模块生成单元303，用于将所述第一状态矩阵、第一控制矩阵、第一输出矩阵及第一前馈矩阵输入MATLAB的状态空间模块中，得到各类型元件的状态空间模块；
连接单元304，用于基于预先建立的各类型元件之间的连接规则完成各类型元件的状态空间模块之间的连接，得到电力系统的初始状态空间模型；
状态空间模型生成单元305，用于计算所述初始状态空间模型的第二状态矩阵、第二控制矩阵、第二输出矩阵及第二前馈矩阵，得到电力系统的状态空间模型。
本发明实施例中，元件分类单元301对待研究电力系统的元件进行分类，得到单端口元件、双端口元件及母线，方便得到各元件的状态空间方程；方程创建单元302根据分类结果建立状态空间方程，得到第一状态矩阵、第一控制矩阵、第一输出矩阵及第一前馈矩阵，实现了对各元件的状态空间的初步分析；状态空间模块生成单元303将所述第一状态矩阵、第一控制矩阵、第一输出矩阵及第一前馈矩阵输入MATLAB的状态空间模块中，得到各类型元件的状态空间模块，通过在MATLAB软件的状态空间模块中输入元件的状态矩阵、控制矩阵、输出矩阵和前馈矩阵名称，实现了元件的状态空间模块的获取；连接单元304基于预先建立的各类型元件之间的连接规则完成各类型元件的状态空间模块之间的连接，该规则保证了单端口元件和双端口元件的输出量即输出电流作为母线的控制量即输入电流，母线的输出量即电压作为单端口元件及双端口元件的输入量即端口电压；状态空间模型生成单元305计算所述初始状态空间模型的第二状态矩阵、第二控制矩阵、第二输出矩阵及第二前馈矩阵，进而得到了电力系统的初始状态空间模型。
在一个实施例中，所述状态空间方程包括元件的微分方程组及输出方程组；方程创建单元302包括：
微分方程组创建模块，用于根据元件的端口电压及端口电流建立所述微分方程组，所述微分方程组包括状态向量、控制向量、第一状态矩阵及第一控制矩阵；
第一参数确定模块，用于根据所述微分方程组确定所述第一状态矩阵及第一控制矩阵；
输出方程组建立模块，用于根据所述微分方程组的状态向量及控制向量得到所述输出方程组；
第二参数确定模块，用于根据所述输出方程组确定所述第一输出矩阵及第一前馈矩阵。
在一个实施例中，所述状态空间模块生成单元303具体用于：
将所述第一状态矩阵、第一控制矩阵、第一输出矩阵及第一前馈矩阵分别输入到MATLAB的simulink环境的状态空间模块的对应参数矩阵中，得到各类型元件的状态空间模块。
在一个实施例中，所述基于预先建立的各类型元件之间的连接规则完成各类型元件的状态空间模块之间的连接，得到电力系统的初始状态空间模型，连接单元304包括：
基于如下连接规则完成各类型元件的状态空间模块之间的连接，得到电力系统的初始状态空间模型：
单端口元件和双端口元件与母线连接，单端口元件和双端口元件的输出电流为母线的输入电流，母线的输出电压为单端口元件和双端口元件的输入电压。
在一个实施例中，所述状态空间模型生成单元305包括：
矩阵计算模块，用于利用linmod语句计算所述初始状态空间模型的第二状态矩阵、第二控制矩阵、第二输出矩阵及第二前馈矩阵；
模型生成模块，用于将所述第二状态矩阵、第二控制矩阵、第二输出矩阵及第二前馈矩阵代入所述状态空间方程，得到所述状态空间模型。
上述实施例阐明的装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机设备，具体的，计算机设备例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
在一个典型的实例中计算机设备具体包括存储器、处理器以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所述的由客户端执行的方法，或者，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的由服务器执行的方法。
下面参考图4，其示出了适于用来实现本申请实施例的计算机设备600的结构示意图。
如图4所示，计算机设备600包括中央处理单元(CPU)601，其可以根据存储在只读存储器(ROM)602中的程序或者从存储部分608加载到随机访问存储器(RAM)603中的程序而执行各种适当的工作和处理。在RAM603中，还存储有系统600操作所需的各种程序和数据。CPU601、ROM602、以及RAM603通过总线604彼此相连。输入/输出(I/O)接口605也连接至总线604。
以下部件连接至I/O接口605：包括键盘、鼠标等的输入部分606；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶反馈器(LCD)等以及扬声器等的输出部分607；包括硬盘等的存储部分608；以及包括诸如LAN卡，调制解调器等的网络接口卡的通信部分609。通信部分609经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器610也根据需要连接至I/O接口605。可拆卸介质611，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器610上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装如存储部分608。
特别地，根据本申请的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本申请的实施例包括一种计算机程序产品，其包括有形地包含在机器可读介质上的计算机程序，所述计算机程序包括用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分609从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质611被安装。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
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。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，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。
本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (12)

1.一种电力系统的状态空间建模方法，其特征在于，包括：
对待研究电力系统的元件进行分类；其中，分类结果包括：单端口元件、双端口元件及母线；
根据分类结果分别建立各类型元件的状态空间方程，所述状态空间方程中包括：第一状态矩阵、第一控制矩阵、第一输出矩阵及第一前馈矩阵；
将所述第一状态矩阵、第一控制矩阵、第一输出矩阵及第一前馈矩阵输入MATLAB的状态空间模块中，得到各类型元件的状态空间模块；
基于预先建立的各类型元件之间的连接规则完成各类型元件的状态空间模块之间的连接，得到电力系统的初始状态空间模型；
计算所述初始状态空间模型的第二状态矩阵、第二控制矩阵、第二输出矩阵及第二前馈矩阵，得到电力系统的状态空间模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述状态空间方程包括元件的微分方程组及输出方程组；所述根据分类结果分别建立各类型元件的状态空间方程，包括：
根据元件的端口电压及端口电流建立所述微分方程组，所述微分方程组包括状态向量、控制向量、第一状态矩阵及第一控制矩阵；
根据所述微分方程组确定所述第一状态矩阵及第一控制矩阵；
根据所述微分方程组的状态向量及控制向量得到所述输出方程组；
根据所述输出方程组确定所述第一输出矩阵及第一前馈矩阵。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述第一状态矩阵、第一控制矩阵、第一输出矩阵及第一前馈矩阵输入MATLAB的状态空间模块中，得到各类型元件的状态空间模块，包括：
将所述第一状态矩阵、第一控制矩阵、第一输出矩阵及第一前馈矩阵分别输入到MATLAB的simulink环境的状态空间模块的对应参数矩阵中，得到各类型元件的状态空间模块。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于预先建立的各类型元件之间的连接规则完成各类型元件的状态空间模块之间的连接，得到电力系统的初始状态空间模型，包括：
基于如下连接规则完成各类型元件的状态空间模块之间的连接，得到电力系统的初始状态空间模型：
单端口元件和双端口元件与母线连接，单端口元件和双端口元件的输出电流为母线的输入电流，母线的输出电压为单端口元件和双端口元件的输入电压。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算所述初始状态空间模型的第二状态矩阵、第二控制矩阵、第二输出矩阵及第二前馈矩阵，得到电力系统的状态空间模型，包括：
利用linmod语句计算所述初始状态空间模型的第二状态矩阵、第二控制矩阵、第二输出矩阵及第二前馈矩阵；
将所述第二状态矩阵、第二控制矩阵、第二输出矩阵及第二前馈矩阵代入所述状态空间方程，得到所述状态空间模型。
6.一种电力系统的状态空间建模装置，其特征在于，包括：
元件分类单元，用于对待研究电力系统的元件进行分类；其中，分类结果包括：单端口元件、双端口元件及母线；
方程创建单元，用于根据分类结果分别建立各类型元件的状态空间方程，所述状态空间方程中包括：第一状态矩阵、第一控制矩阵、第一输出矩阵及第一前馈矩阵；
状态空间模块生成单元，用于将所述第一状态矩阵、第一控制矩阵、第一输出矩阵及第一前馈矩阵输入MATLAB的状态空间模块中，得到各类型元件的状态空间模块；
连接单元，用于基于预先建立的各类型元件之间的连接规则完成各类型元件的状态空间模块之间的连接，得到电力系统的初始状态空间模型；
状态空间模型生成单元，用于计算所述初始状态空间模型的第二状态矩阵、第二控制矩阵、第二输出矩阵及第二前馈矩阵，得到电力系统的状态空间模型。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述状态空间方程包括元件的微分方程组及输出方程组；方程创建单元包括：
微分方程组创建模块，用于根据元件的端口电压及端口电流建立所述微分方程组，所述微分方程组包括状态向量、控制向量、第一状态矩阵及第一控制矩阵；
第一参数确定模块，用于根据所述微分方程组确定所述第一状态矩阵及第一控制矩阵；
输出方程组建立模块，用于根据所述微分方程组的状态向量及控制向量得到所述输出方程组；
第二参数确定模块，用于根据所述输出方程组确定所述第一输出矩阵及第一前馈矩阵。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述状态空间模块生成单元具体用于：
将所述第一状态矩阵、第一控制矩阵、第一输出矩阵及第一前馈矩阵分别输入到MATLAB的simulink环境的状态空间模块的对应参数矩阵中，得到各类型元件的状态空间模块。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述基于预先建立的各类型元件之间的连接规则完成各类型元件的状态空间模块之间的连接，得到电力系统的初始状态空间模型，连接单元包括：
基于如下连接规则完成各类型元件的状态空间模块之间的连接，得到电力系统的初始状态空间模型：
单端口元件和双端口元件与母线连接，单端口元件和双端口元件的输出电流为母线的输入电流，母线的输出电压为单端口元件和双端口元件的输入电压。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述状态空间模型生成单元包括：
矩阵计算模块，用于利用linmod语句计算所述初始状态空间模型的第二状态矩阵、第二控制矩阵、第二输出矩阵及第二前馈矩阵；
模型生成模块，用于将所述第二状态矩阵、第二控制矩阵、第二输出矩阵及第二前馈矩阵代入所述状态空间方程，得到所述状态空间模型。
11.一种计算机设备，包括存储器、处理器以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1-5任一项所述的方法。
12.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，
该程序被处理器执行时实现如权利要求1-5任一项所述的方法。
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