基于機(jī)電-電磁混合仿真技術(shù)的合環(huán)操作仿真系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電網(wǎng)合環(huán)操作技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于機(jī)電-電磁混合仿真技術(shù)的 合環(huán)操作仿真系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電網(wǎng)運(yùn)行方式的不斷變化，電磁環(huán)網(wǎng)可能出現(xiàn)短時(shí)合環(huán)與解環(huán)的情況，而合 環(huán)操作的存在也對(duì)電網(wǎng)的供電可靠性提出了很大的挑戰(zhàn)，合環(huán)操作產(chǎn)生的過(guò)電壓、沖擊電 流對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生擾動(dòng)，嚴(yán)重情況下會(huì)威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
[0003] 近些年隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的愈加復(fù)雜，合環(huán)問(wèn)題研究的重要性凸顯。國(guó)內(nèi)有地區(qū)電網(wǎng) 利用分布系數(shù)法和疊加定理計(jì)算電網(wǎng)合環(huán)操作的潮流分布，這種方法一般采用手動(dòng)計(jì)算， 只適用于簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于大規(guī)模電網(wǎng)（系統(tǒng)規(guī)模超過(guò)10000節(jié)點(diǎn)）的分析計(jì)算顯然不適用， 無(wú)法進(jìn)行在線數(shù)據(jù)計(jì)算。
[0004] 另外，還有地區(qū)電網(wǎng)對(duì)需要進(jìn)行合環(huán)操作的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行簡(jiǎn)化，先計(jì)算合環(huán)前簡(jiǎn)化網(wǎng) 絡(luò)的潮流，然后根據(jù)合環(huán)兩側(cè)的電壓差和環(huán)網(wǎng)阻抗計(jì)算出循環(huán)電流，最后利用疊加原理計(jì) 算出合環(huán)后的潮流，這種方法也是目前合環(huán)電流計(jì)算普遍采用的方法。在該方法的基礎(chǔ)上， 有研究人員提出了以支路功率為變量的基于疊加原理和前推回代法的兩階段算法，用于計(jì) 算電網(wǎng)合環(huán)潮流。而通過(guò)等值簡(jiǎn)化往往會(huì)損失仿真精度，從而降低了仿真的準(zhǔn)確度。
[0005] 上述傳統(tǒng)的合環(huán)電流計(jì)算方法一般不考慮外部網(wǎng)絡(luò)模型，大多利用分布系數(shù)法和 疊加定理計(jì)算電網(wǎng)合環(huán)操作的潮流分布，只考慮環(huán)網(wǎng)所涉及電氣設(shè)備進(jìn)行戴維南等值，因 此無(wú)法準(zhǔn)確獲得等值電勢(shì)和等值阻抗，合環(huán)操作時(shí)將可能引入較大諧波分量，引入計(jì)算誤 差，因此傳統(tǒng)解決方案不能滿足計(jì)算的要求。
[0006] 此外，一些研究利用PSCAD/EMTDC仿真軟件對(duì)多級(jí)合環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行建模，通過(guò)對(duì)比 模型元件和實(shí)際元件的電壓損耗、功率損耗，研究模型參數(shù)的設(shè)置，建立了能夠準(zhǔn)確模擬實(shí) 際元件的仿真模型，這種方法往往針對(duì)大規(guī)模電網(wǎng)進(jìn)行等值后得到的小規(guī)模仿真系統(tǒng)，忽 略了大電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性，從而也降低仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0007] 因此從目前的合環(huán)電流計(jì)算解決方案來(lái)看，計(jì)算準(zhǔn)確性是合環(huán)電流計(jì)算發(fā)展的趨 勢(shì)，同時(shí)數(shù)據(jù)兼容性、諧波分量、模擬不對(duì)稱負(fù)荷、過(guò)電壓對(duì)設(shè)備的損壞等情況，都是亟待解 決的問(wèn)題。
[0008] 本發(fā)明的申請(qǐng)人在2011年12月14日申請(qǐng)的專利號(hào)為"201110417430.X"的發(fā)明 專利中，公開(kāi)了一種大電網(wǎng)合環(huán)計(jì)算系統(tǒng)，是基于潮流計(jì)算、機(jī)電暫態(tài)計(jì)算、混合仿真綜合 分析方法的合環(huán)電流計(jì)算系統(tǒng)，但是其仍存在潮流計(jì)算方式中經(jīng)常出現(xiàn)潮流計(jì)算不收斂的 問(wèn)題。
[0009] 有鑒于此，特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于機(jī)電-電磁混 合仿真技術(shù)的合環(huán)操作仿真系統(tǒng)，提高仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，改進(jìn)潮流計(jì)算方式，提高合環(huán)電 流計(jì)算的準(zhǔn)確性，能夠給出電網(wǎng)合環(huán)操作本身可行性與合環(huán)后電網(wǎng)運(yùn)行方式合理性的結(jié) 論，可以作為評(píng)估電網(wǎng)合環(huán)操作對(duì)電網(wǎng)影響的有效依據(jù)。
[0011] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用技術(shù)方案的基本構(gòu)思是：
[0012] -種基于機(jī)電-電磁混合仿真技術(shù)的合環(huán)操作仿真系統(tǒng)，包括：
[0013] 顯示模塊：包括顯示界面和仿真操作開(kāi)關(guān)；仿真操作開(kāi)關(guān)根據(jù)實(shí)時(shí)電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù) 斷面設(shè)置，顯示界面顯示相應(yīng)的合環(huán)信息并提供錄入合環(huán)線路參數(shù)的途徑和指令；
[0014] 數(shù)據(jù)模塊：包括電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)庫(kù)；電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)和電網(wǎng)模型 數(shù)據(jù)庫(kù)提供參數(shù)和模型數(shù)據(jù)給顯示模塊和程序模塊以及計(jì)算模塊；
[0015] 所述程序模塊：包括拓?fù)涑绦騿卧負(fù)涑绦騿卧軌蜃詣?dòng)確定邊界點(diǎn)和聯(lián)絡(luò)線 進(jìn)行拓?fù)潢P(guān)系分析，形成電網(wǎng)分析計(jì)算用的配電網(wǎng)模型，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)劃分；程序模塊產(chǎn)生的配 電網(wǎng)模型能夠在數(shù)據(jù)模塊內(nèi)產(chǎn)生拓?fù)鋽?shù)據(jù)并存儲(chǔ)，所述配電網(wǎng)模型發(fā)送至顯示模塊顯示；
[0016] 所述計(jì)算模塊：用于接收顯示模塊錄入的指令，根據(jù)所述程序模塊產(chǎn)生的所述配 電網(wǎng)模型并調(diào)入所述數(shù)據(jù)模塊內(nèi)的拓?fù)鋽?shù)據(jù)進(jìn)行仿真計(jì)算，仿真計(jì)算結(jié)果發(fā)送至數(shù)據(jù)模塊 存儲(chǔ)并發(fā)送至顯示模塊的顯示界面進(jìn)行顯示；
[0017] 開(kāi)關(guān)統(tǒng)計(jì)模塊：連接所述仿真操作開(kāi)關(guān)，對(duì)一個(gè)周期內(nèi)不同合環(huán)時(shí)刻進(jìn)行逐個(gè)時(shí) 間點(diǎn)的混合仿真，給出沖擊電流值的變化區(qū)間，統(tǒng)計(jì)得到最大合環(huán)沖擊電流的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā) 送至數(shù)據(jù)模塊存儲(chǔ)并在顯示模塊顯示。
[0018] 更進(jìn)一步的，計(jì)算模塊包括：合環(huán)潮流計(jì)算單元、機(jī)電暫態(tài)計(jì)算單元、串行計(jì)算單 元和并行計(jì)算單元、機(jī)電暫態(tài)-電磁暫態(tài)混合仿真計(jì)算單元；所述合環(huán)潮流計(jì)算單元、所述 機(jī)電暫態(tài)計(jì)算單元和所述機(jī)電暫態(tài)-電磁暫態(tài)混合仿真計(jì)算單元并列設(shè)置；所述串行計(jì)算 單元分別接收所述合環(huán)潮流計(jì)算單元和所述機(jī)電暫態(tài)計(jì)算單元的數(shù)據(jù)；所述并行計(jì)算單元 接收所述機(jī)電暫態(tài) -電磁暫態(tài)混合仿真計(jì)算單元的計(jì)算結(jié)果；
[0019] 所述機(jī)電暫態(tài)-電磁暫態(tài)混合仿真計(jì)算單元包括：電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)劃分模塊、機(jī)電 暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)模塊、電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)模塊和機(jī)電-電磁接口模塊；所述電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)劃分模塊對(duì) 所述機(jī)電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)模塊和所述電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)模塊進(jìn)行劃分；所述機(jī)電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)和所述電磁 暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)所述機(jī)電-電磁接口模塊連接。
[0020] 更進(jìn)一步的，所述潮流計(jì)算單元在潮流計(jì)算時(shí)包括依次對(duì)所述配電網(wǎng)模型合環(huán)前 的潮流分布、合環(huán)后以及解環(huán)后的潮流進(jìn)行計(jì)算。
[0021] 更進(jìn)一步的，在所述合環(huán)后以及解環(huán)后的潮流計(jì)算之間，還要對(duì)所述配電網(wǎng)模型 進(jìn)行機(jī)電暫態(tài)計(jì)算，機(jī)電暫態(tài)計(jì)算由機(jī)電暫態(tài)計(jì)算單元完成。
[0022] 更進(jìn)一步的，在對(duì)所述配電網(wǎng)模型進(jìn)行潮流計(jì)算和機(jī)電暫態(tài)計(jì)算的同時(shí)，對(duì)所述 配電網(wǎng)模型進(jìn)行機(jī)電-電磁暫態(tài)混合仿真計(jì)算；機(jī)電-電磁暫態(tài)混合仿真計(jì)算由所述機(jī)電 暫態(tài)-電磁暫態(tài)混合仿真計(jì)算單元完成。
[0023] 更進(jìn)一步的，所述開(kāi)關(guān)統(tǒng)計(jì)模塊的統(tǒng)計(jì)方法包括如下步驟：
[0024] (1)將一個(gè)周波進(jìn)行T等分，在每個(gè)等分時(shí)刻連續(xù)進(jìn)行混合仿真分析得到系統(tǒng)產(chǎn) 生的過(guò)電壓情況；重復(fù)n個(gè)周波；n為大于0的正整數(shù)；
[0025] (2)記錄n個(gè)周波內(nèi)產(chǎn)生過(guò)電壓情況的時(shí)刻，統(tǒng)計(jì)每個(gè)等分時(shí)刻產(chǎn)生過(guò)電壓情況 的次數(shù)，記為a次，當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)c次a大于b的情況時(shí)，進(jìn)行步驟（3);若無(wú)連續(xù)出現(xiàn)c次a 大于b的情況時(shí)，進(jìn)行步驟（4);其中b為預(yù)設(shè)定產(chǎn)生過(guò)電壓情況的次數(shù)；
[0026] (3)從第n+1個(gè)周波起，將s-t時(shí)刻的周波進(jìn)行T等分，在每個(gè)等分時(shí)刻連續(xù)進(jìn)行 混合仿真分析得到系統(tǒng)產(chǎn)生的過(guò)電壓情況；其中s為c次a大于b的情況出現(xiàn)時(shí)的起始時(shí) 亥IJ，t為c次a大于b的情況出現(xiàn)時(shí)的終止時(shí)刻；
[0027] (4)仍保持一個(gè)周波進(jìn)行T等分，在每個(gè)等分時(shí)刻連續(xù)進(jìn)行混合仿真分析得到系 統(tǒng)產(chǎn)生的過(guò)電壓情況，直到n+k個(gè)周波后，連續(xù)出現(xiàn)c次a大于b的情況時(shí)，再進(jìn)行步驟⑶。
[0028] 更進(jìn)一步的，步驟（3)后，再執(zhí)行如下步驟（5):自n+1個(gè)周波起，進(jìn)行n+L個(gè)周波 的測(cè)試，其中L大于1，記錄1-L個(gè)周波內(nèi)產(chǎn)生過(guò)電壓情況的時(shí)刻，統(tǒng)計(jì)每個(gè)等分時(shí)刻產(chǎn)生過(guò) 電壓情況的次數(shù)，記錄為e次，當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)g次e大于f?的情況時(shí)，進(jìn)行步驟（6)，若無(wú)連續(xù) 出現(xiàn)g次e大于f的情況時(shí)，執(zhí)行步驟（7);其中f為預(yù)設(shè)定產(chǎn)生過(guò)電壓情況的次數(shù)；
[0029] (6)從第n+L+1個(gè)周波起，將u-v時(shí)刻的周波進(jìn)行T等分，在每個(gè)等分時(shí)刻連續(xù)進(jìn) 行混合仿真分析得到系統(tǒng)產(chǎn)生的過(guò)電壓情況；其中u為連續(xù)出現(xiàn)g次e大于f?的情況時(shí)的 起始時(shí)刻，v為連續(xù)出現(xiàn)g次e大于f的情況時(shí)的終止時(shí)刻；
[0030] (7)仍保持將s-t時(shí)刻的周波進(jìn)行T等分，在每個(gè)等分時(shí)刻連續(xù)進(jìn)行混合仿真分析 得到系統(tǒng)產(chǎn)生的過(guò)電壓情況，直到出現(xiàn)g次e大于f?的情況時(shí)，執(zhí)行步驟（6)。
[0031] 更進(jìn)一步的，所述T等分取值T= 30。
[0032] 采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：本發(fā)明是采用 不同時(shí)間尺度的機(jī)電-電磁混合仿真技術(shù)，結(jié)合潮流計(jì)算分析、暫態(tài)計(jì)算分析和開(kāi)關(guān)統(tǒng)計(jì) 功能以及顯示模塊的全新電網(wǎng)合環(huán)仿真操作系統(tǒng)，能夠在合環(huán)電流仿真計(jì)算過(guò)程中得到合 環(huán)前、合環(huán)中、合環(huán)后甚至解環(huán)后的電流穩(wěn)態(tài)情況，得到合環(huán)操作對(duì)配電網(wǎng)影響的直觀結(jié) 果，同時(shí)得到?jīng)_擊電流、穩(wěn)態(tài)電流等量化結(jié)果，解決了電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)需要手工劃分及人工建 模的問(wèn)題，提高了分析效率；改進(jìn)了潮流計(jì)算方式，提高合環(huán)電流計(jì)算的準(zhǔn)確性，本發(fā)明基 于多核計(jì)算機(jī)的機(jī)電_電磁暫態(tài)混合仿真并行計(jì)算，解決混合并行仿真依賴機(jī)群系統(tǒng)的問(wèn) 題，降低了系統(tǒng)應(yīng)用成本；本發(fā)明提供的開(kāi)關(guān)統(tǒng)計(jì)步驟，能夠更為精確的統(tǒng)計(jì)計(jì)算出最惡劣 合環(huán)時(shí)刻，解決常規(guī)計(jì)算受限于計(jì)算速度等的原因，對(duì)等分時(shí)刻混合仿真計(jì)算系統(tǒng)過(guò)電壓 情況計(jì)算不夠準(zhǔn)備的問(wèn)題；本發(fā)明經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證，能夠給出電網(wǎng)合環(huán)操作本身可行性與合 環(huán)后電網(wǎng)運(yùn)行方式合理性的結(jié)論，可以作為評(píng)估電網(wǎng)合環(huán)操作對(duì)電網(wǎng)影響的有效依據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
[0033] 圖1是本發(fā)明基于機(jī)電-電磁混合仿真