本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)檢測技術領域，特別是涉及一種交直流電網的實時仿真系統(tǒng)及方法。

背景技術：

當前電力系統(tǒng)區(qū)域互聯(lián)規(guī)模日趨龐大，區(qū)域間關聯(lián)增強；基于大功率電力電子技術的高壓直流輸電(hvdc)系統(tǒng)和柔性交流輸電系統(tǒng)(facts)的大規(guī)模電力系統(tǒng)大量應用，使得反映不同物理特征的動態(tài)過程相互交織在一起。交直流電網的新形勢對安全穩(wěn)定控制仿真試驗技術提出了更高的要求。

然而，現有技術中的仿真單元，由于一些限制，不適用于大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)的仿真研究。

技術實現要素：

基于此，本發(fā)明實施例提供交直流電網的實時仿真系統(tǒng)及方法，能夠準確反映大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)中的區(qū)域電網間、大系統(tǒng)與局部系統(tǒng)間的相互作用。

本發(fā)明一方面提供交直流電網的實時仿真系統(tǒng)，包括：實時電磁暫態(tài)仿真單元、實時機電暫態(tài)仿真單元、混合仿真接口單元以及外接接口單元；

所述實時電磁暫態(tài)仿真單元，用于對交直流電網中的直流網部分進行實時電磁暫態(tài)仿真；

所述實時機電暫態(tài)仿真單元，用于對所述交直流電網中的交流網部分進行實時機電暫態(tài)仿真；

所述混合仿真接口單元，用于實現實時電磁暫態(tài)仿真單元與實時機電暫態(tài)仿真單元雙向聯(lián)接，將交流網部分在實時機電暫態(tài)仿真單元中的動態(tài)數據等值處理后輸送至所述實時電磁暫態(tài)仿真單元，并將直流網部分在實時電磁暫態(tài)仿真單元中的動態(tài)數據等值處理后輸送至所述實時機電暫態(tài)仿真單元；

所述外接接口單元，用于將實時電磁暫態(tài)仿真單元、實時機電暫態(tài)仿真單元輸出的電壓/電流量轉換為外接的安全穩(wěn)定裝置適應的電氣量，并輸送至所述安全穩(wěn)定裝置，以通過所述安全穩(wěn)定裝置實現對所述交直流電網的穩(wěn)定策略計算。

本發(fā)明另一方面提供一種交直流電網的實時仿真方法，包括：

將交直流電網分割為交流網部分和直流網部分；

對所述直流網部分進行實時電磁暫態(tài)仿真，對所述交流網部分進行實時機電暫態(tài)仿真；

將所述實時電磁暫態(tài)仿真、實時機電暫態(tài)仿真得到的電壓/電流量轉換為安全穩(wěn)定裝置適應的電氣量，并輸送至所述安全穩(wěn)定裝置，以通過所述安全穩(wěn)定裝置實現對所述交直流電網的穩(wěn)定策略計算；

所述對所述直流網部分進行實時電磁暫態(tài)仿真，對所述交流網部分進行實時機電暫態(tài)仿真，包括：

對直流網部分在實時電磁暫態(tài)仿真過程中的動態(tài)數據進行第一等值處理，結合第一等值處理后的動態(tài)數據對所述交流網部分進行實時機電暫態(tài)仿真；對交流網部分在實時機電暫態(tài)仿真過程中的動態(tài)數據進行第二等值處理，結合第二等值處理后的動態(tài)數據對所述直流網部分進行實時電磁暫態(tài)仿真。

上述技術方案，通過混合仿真接口單元實現實時電磁暫態(tài)仿真單元與實時機電暫態(tài)仿真單元雙向聯(lián)接，將交直流電網中的交流網部分在機電暫態(tài)仿真單元中的動態(tài)數據等值處理后動態(tài)輸送至所述實時電磁暫態(tài)仿真單元，并將直流網部分在實時電磁暫態(tài)仿真單元中的動態(tài)數據等值處理后動態(tài)輸送至所述實時機電暫態(tài)仿真單元。能夠在一次仿真過程中既能模擬交直流大電網的暫態(tài)穩(wěn)定特性以反映區(qū)域電網間、大系統(tǒng)與局部系統(tǒng)間的相互作用，也能同時模擬局部電網或元件的快速電磁暫態(tài)響應過程；實時仿真大規(guī)模電網慢速動態(tài)的機電暫態(tài)過程和局部快速響應的電磁暫態(tài)過程，能在準確模擬交直流大電網動態(tài)過程及穩(wěn)定特性的基礎上精確校核電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制策略的正確性，具有結構簡單、結果精確、適用性寬的特點。

附圖說明

圖1為一實施例的交直流電網的實時仿真系統(tǒng)的示意性結構圖；

圖2為一實施例的交直流電網的分網接口示意圖；

圖3為一實施例的實時機電暫態(tài)仿真的數學模型結構圖；

圖4為一實施例的實時機電暫態(tài)仿真的流程示意圖；

圖5為一實施例的交流網部分在電磁暫態(tài)側等值電路的示意圖；

圖6為一實施例的交直流電網的實時仿真方法的示意性流程圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

圖1為本發(fā)明一實施例的交直流電網的實時仿真系統(tǒng)的示意性結構圖。為了便于說明，交直流電網的實時仿真系統(tǒng)實施例的結構示意圖中，僅僅示出了與本發(fā)明實施例相關的部分，本領域技術人員可以理解，圖示結構并不構成對系統(tǒng)的限定，可以包括比圖示更多或更少的部件，或者組合某些部件，或者不同的部件布置。

如圖1所示，本實施例的交直流電網的實時仿真系統(tǒng)包括：實時電磁暫態(tài)仿真單元、實時機電暫態(tài)仿真單元、混合仿真接口單元以及外接接口單元。各部分的所起的作用如下：

所述實時電磁暫態(tài)仿真單元，用于對被研究的交直流電網中的直流網部分進行實時電磁暫態(tài)仿真。

電磁暫態(tài)仿真，是用數值計算方法對電力系統(tǒng)中從數微秒至數秒之間的電磁暫態(tài)過程進行仿真模擬。電磁暫態(tài)過程仿真須考慮輸電線路分布參數特性和參數的頻率特性、發(fā)電機的電磁和機電暫態(tài)過程以及一系列元件(避雷器、變壓器、電抗器等)的非線性特性。因此，電磁暫態(tài)仿真的數學模型須建立這些元件和系統(tǒng)的代數或微分、偏微分方程。電磁暫態(tài)仿真不僅要求對電力系統(tǒng)的動態(tài)元件采用詳細的非線性模型，還要計及網絡的暫態(tài)過程，也需采用微分方程描述。

所述實時機電暫態(tài)仿真單元，用于對被研究的交直流電網中的交流網部分進行實時機電暫態(tài)仿真。

機電暫態(tài)仿真，主要研究電力系統(tǒng)受到大擾動后的暫態(tài)穩(wěn)定和受到小擾動后的靜態(tài)穩(wěn)定性能。其中暫態(tài)穩(wěn)定分析是研究電力系統(tǒng)受到諸如短路故障，切除線路、發(fā)電機、負荷，發(fā)電機失去勵磁或者沖擊性負荷等大擾動作用下，電力系統(tǒng)的動態(tài)行為和保持同步穩(wěn)定運行的能力。通常電力系統(tǒng)機電暫態(tài)仿真的算法是聯(lián)立求解電力系統(tǒng)微分方程組和代數方程組，以獲得物理量的時域解。機電暫態(tài)仿真是分析電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和動態(tài)性能的有效工具。機電暫態(tài)過程的仿真是在線穩(wěn)定評估的核心部分，其計算速度和準確性直接影響在線穩(wěn)定評估的效率和有效性。實時機電暫態(tài)仿真，不僅是高效電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析所急需，而且是實現在線動態(tài)安全評估核控制，以及自動裝置實驗和檢測的基礎。

所述混合仿真接口單元，用于實現實時電磁暫態(tài)仿真單元與實時機電暫態(tài)仿真單元雙向聯(lián)接，將交流網部分在實時機電暫態(tài)仿真單元中的動態(tài)數據等值處理后輸送至所述實時電磁暫態(tài)仿真單元，并將直流網部分在實時電磁暫態(tài)仿真單元中的動態(tài)數據等值處理后輸送至所述實時機電暫態(tài)仿真單元。

可以理解的，交流網部分在實時機電暫態(tài)仿真單元中的動態(tài)數據指的是，在交流網絡的機電暫態(tài)仿真過程中，每一時步計算得到的正、負、零序電壓相量，這些量在整個機電暫態(tài)仿真過程中是動態(tài)變化的。同理，直流網部分在實時電磁暫態(tài)仿真單元中的動態(tài)數據指的是，在直流網絡的電磁暫態(tài)仿真過程中，每一時步計算得到的abc三相電壓相量，這些量在整個電磁暫態(tài)仿真過程中是動態(tài)變化的。

所述外接接口單元，用于將實時電磁暫態(tài)仿真單元、實時機電暫態(tài)仿真單元輸出的電壓/電流量轉換為外接的安全穩(wěn)定裝置適應的電氣量，并輸送至所述安全穩(wěn)定裝置，以通過所述安全穩(wěn)定裝置實現對所述交直流電網的穩(wěn)定策略計算。

電力系統(tǒng)緊急控制的基本思想就是當電網受到大擾動而出現緊急狀態(tài)時，執(zhí)行切機、切負荷等緊急控制措施，使系統(tǒng)恢復到正常運行狀態(tài)。安全穩(wěn)定控制裝置正是具有實現切機、切負荷、比率緊急提升或回降等功能的裝置，它是確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的第二道防線，由輸入、輸出、通信、測量、故障判別、控制策略等部分組成。

在一實施例中，參考圖2所示，可將被研究的交直流電網在hvdc換流母線或facts專用變壓器處分割為交流網部分和直流網部分。交流網部分通過實時機電暫態(tài)仿真單元行實時機電暫態(tài)仿真，直流網部分通過實時電磁暫態(tài)仿真單元進行實時電磁暫態(tài)仿真。在一實施例中，所述實時電磁暫態(tài)仿真單元具體用于對被研究的交直流電網中的電力電子局部元件部分進行實時電磁暫態(tài)仿真。可選地，所述電力電子局部元件包括：同步發(fā)電機組、與所述同步發(fā)電機組相關的勵磁控制系統(tǒng)和原動機及其調速系統(tǒng)、變壓器及輸電線路交流網絡、負荷中的至少一種。

可以理解的是，上述實施例中實時電磁暫態(tài)仿真單元、實時機電暫態(tài)仿真單元以及混合仿真接口單元還可以整體作為一個仿真器理解，相對應地，所述安全穩(wěn)定裝置則可理解為外接設備。安全穩(wěn)定裝置實現電力系統(tǒng)穩(wěn)定策略邏輯的執(zhí)行，仿真器實現交直流電網的實時仿真，包括直流網部分(主要針對電力電子局部元件)的電磁暫態(tài)實時仿真，以及交流網部分的機電暫態(tài)仿真。因此所述仿真系統(tǒng)整體上能準確仿真電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，系統(tǒng)失穩(wěn)情況下的功率搖擺過程。

基于上述的交直流電網的實時仿真系統(tǒng)，其對被研究的交直流電網進行仿真的流程具體如下：

步驟1：仿真準備時刻，實時電磁暫態(tài)仿真單元和實時機電暫態(tài)仿真單元各自獨立運行穩(wěn)定，開始混合仿真；

步驟2：所述實時電磁暫態(tài)仿真單元、實時機電暫態(tài)仿真單元及混合仿真接口進行初始狀態(tài)更新；

步驟3：實時機電暫態(tài)仿真單元中的動態(tài)數據通過混合仿真接口單元等值處理后輸送至所述實時電磁暫態(tài)仿真單元，實時機電暫態(tài)仿真單元進行當前電磁暫態(tài)仿真，并以當前電磁暫態(tài)仿真結果更新所述實時電磁暫態(tài)仿真單元作為下一時步的實時電磁暫態(tài)仿真單元初始狀態(tài)；同時電磁暫態(tài)仿真單元中的動態(tài)數據通過混合仿真接口單元等值處理后輸送至所述實時機電暫態(tài)仿真單元，所述實時機電暫態(tài)仿真單元進行當前機電暫態(tài)仿真，并以當前機電暫態(tài)仿真結果更新所述實時機電暫態(tài)仿真單元作為下一時步的實時機電暫態(tài)仿真單元初始狀態(tài)。

重復上述步驟2至步驟3的交互過程，直到仿真時間結束則停止交互。

在一實施例中，所述外接接口單元，還用于接收外接的安全穩(wěn)定裝置發(fā)出的控制信息，并將所述控制信息反饋至被研究的交直流電網；所述控制信息用于使所述交直流電網響應切機、切負荷或者緊急控制直流功率。

通過上述實施例的交直流電網的實時仿真系統(tǒng)，由實時電磁暫態(tài)仿真單元、實時機電暫態(tài)仿真單元、混合仿真接口單元和外接接口單元組成，具有結構簡單、結果精確、適用性寬的特點。被研究的交直流電網中的交流網部分可通過實時機電暫態(tài)仿真單元中進行實時機電暫態(tài)仿真，直流網部分(hvdc或facts)可通過實時電磁暫態(tài)仿真單元中進行實時電磁暫態(tài)仿真。通過混合仿真接口單元實現交流網部分機電暫態(tài)側到電磁暫態(tài)側中的動態(tài)等值處理，以及直流網部分電磁暫態(tài)側到機電暫態(tài)側中的動態(tài)等值處理；通過外接接口單元還可實現與安全穩(wěn)定裝置的交互。能夠在一次仿真過程中模擬交直流大電網的暫態(tài)穩(wěn)定特性以反映區(qū)域電網間、大系統(tǒng)與局部系統(tǒng)間的相互作用，也能同時模擬局部電網或元件的快速電磁暫態(tài)響應過程以反映如hvdc、facts裝置快速開關過程特性。實時仿真大規(guī)模的機電暫態(tài)響應和局部快速響應的電磁暫態(tài)過程。

在一可選實施例中，參見圖1所示，所述外接接口單元包括轉換模塊和接口箱，轉換模塊與接口箱之間的連接通道包括數據流傳輸通道和時間同步信號傳輸通道。所述轉換模塊用于將實時電磁暫態(tài)仿真單元、實時機電暫態(tài)仿真單元輸出的電壓/電流量轉換為外接的安全穩(wěn)定裝置適應的電氣量，適用于基于abc三相瞬時值形式的電磁暫態(tài)仿真和基于三序量計算的機電暫態(tài)仿真不同形式電壓、電流量的接口交互。例如：所述轉換模塊能實現混合仿真序量到abc三相瞬時量的智能轉換，即從實時電磁暫態(tài)仿真單元、實時機電暫態(tài)仿真單元采集電壓、電流的幅值及相位，智能地轉換為安全穩(wěn)定裝置需要的電壓、電流abc三相瞬時量。此外，還可用于實現安全穩(wěn)定控制量(即安全穩(wěn)定裝置發(fā)出的控制信息)的交互；所述接口箱用于連接安全穩(wěn)定裝置。其中，接口箱可以為多個，以連接多個安全穩(wěn)定裝置。

在一可選實施例中，所述實時電磁暫態(tài)仿真單元是基于rtds(realtimedigitalsimulator，實時數字仿真)的仿真單元。

rtds是進行電力系統(tǒng)分析、保護和控制研究與教學的專用平臺，能夠完整模擬和仿真電力系統(tǒng)從發(fā)電、輸電、變電到用電全過程的動態(tài)特性。rtds能夠實時仿真計算電力系統(tǒng)所有元件的電磁暫態(tài)過程(仿真步長最小可達到2微秒)，并且能夠長時間穩(wěn)定運行。rtds系統(tǒng)通過專用硬件平臺實現實時仿真計算，并能實時的通過d/a轉換器向外接安全穩(wěn)定裝置傳遞信號。rtds是“實時的”模似裝置，實時是指電力系統(tǒng)的運算法則能被計算的足夠快，因而能連續(xù)地產生輸出，這些輸出結果真實地代表了在實際網絡中的情形。實時仿真使用戶能測試物理設備和更有效更快地完成實時仿真的許多研究。

在一可選實施例中，所述實時機電暫態(tài)仿真單元是基于用戶自定義模塊(userdefinedcomponent，即udc)的仿真單元。即所述實時機電暫態(tài)仿真單元可通過在用戶自定義模塊中加載相應的程序實現。

在一可選實施例中，所述混合仿真接口單元中具體包括：第一動態(tài)等值電路、第二動態(tài)等值電路和時序控制電路。所述第一動態(tài)等值電路用于接收交流網部分在實時機電暫態(tài)仿真單元中的動態(tài)數據并進行等值處理，將等值處理的結果輸送至所述實時電磁暫態(tài)仿真單元；所述第二動態(tài)等值電路用于接收直流網部分在實時電磁暫態(tài)仿真單元中的動態(tài)數據并進行等值處理，將等值處理的結果輸送至所述實時機電暫態(tài)仿真單元。

所述時序控制電路，用于控制每一時步(即仿真步長)內實時電磁暫態(tài)仿真單元、實時機電暫態(tài)仿真單元、第一動態(tài)等值電路和第二動態(tài)等值電路的工作啟始狀況和/或參數更新。可選地，所述實時電磁暫態(tài)仿真單元、所述實時機電暫態(tài)仿真單元的仿真步長可以相同，例如均為10ms；也可以不同，例如實時機電暫態(tài)仿真單元的時步可設置為10ms，實時電磁暫態(tài)仿真單元的時步可設置為50μs。需要說明的是，無論所述實時電磁暫態(tài)仿真單元、所述實時機電暫態(tài)仿真單元的仿真步長是否相同，兩者的系統(tǒng)時間均需同步。

可選地，所述外接接口單元與安全穩(wěn)定裝置之間的接口數據交互周期可以為機電暫態(tài)仿真單元的時步，也可為電磁暫態(tài)仿真單元的時步。

具體地，在每一個時步開始時，所述時序控制電路控制實時電磁暫態(tài)仿真單元、實時機電暫態(tài)仿真單元進行初始狀態(tài)更新，同時控制第一動態(tài)等值電路和第二動態(tài)等值電路進行參數更新。

在每一時步內，第一動態(tài)等值電路接收實時機電暫態(tài)仿真單元輸送的當前時步的abc分相受控電壓源信號并進行等值處理后將結果作為接口電壓輸送至實時電磁暫態(tài)仿真單元，所述實時電磁暫態(tài)仿真單元根據第一動態(tài)等值電路輸送的接口電壓進行當前時步的電磁暫態(tài)仿真，并以當前時步的電磁暫態(tài)仿真結果更新所述實時電磁暫態(tài)仿真單元，作為下一時步的實時電磁暫態(tài)仿真單元的初始狀態(tài)。

第二動態(tài)等值電路接收實時電磁暫態(tài)仿真單元輸送的當前正負零三序接口功率并進行等值處理后將結果作為接口功率輸送至實時機電暫態(tài)仿真單元，所述實時機電暫態(tài)仿真單元根據第二動態(tài)等值電路輸送的接口功率進行當前時步的機電暫態(tài)仿真，并以當前時步的機電暫態(tài)仿真結果更新所述實時機電暫態(tài)仿真單元，作為下一時步的實時機電暫態(tài)仿真單元的初始狀態(tài)。

在時序控制電路的控制下，所述實時電磁暫態(tài)仿真單元、實時機電暫態(tài)仿真單元、第一動態(tài)等值電路和第二動態(tài)等值電路開始下一時步的閉環(huán)交互，直到設定的仿真時間結束則停止交互。

在一可選實施例中，實時機電暫態(tài)仿真單元中包括的數學模型有微分方程(1)和網絡代數方程(2)：

g(x,y)＝0……(2)；

參考圖3所示，全部電力系統(tǒng)的表達式涉及同步發(fā)電機組、與同步發(fā)電機組相關的勵磁控制系統(tǒng)和原動機及其調速系統(tǒng)、變壓器及輸電線路交流網絡、負荷、其他動態(tài)元件等。

可選地，所述微分方程(1)具體可包括：描述各同步發(fā)電機暫態(tài)和次暫態(tài)電勢變化規(guī)律的微分方程；描述各同步發(fā)電機轉子運動的搖擺方程；描述同步發(fā)電機組中勵磁調節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性的微分方程；描述同步發(fā)電機組中原動機及其調速系統(tǒng)動態(tài)特性的微分方程；描述各感應電動機和同步電動機負荷動態(tài)特性的微分方程。

可選地，所述網絡代數方程組(2)具體可包括：電力網絡方程，即描述在公共參數坐標系x-y下節(jié)點電壓與節(jié)點注入電流之間的關系；各同步發(fā)電機定子電壓方程方程(建立在各自的d-q坐標系下)；以及，x-y坐標系與d-q坐標系間變換方程。

在一可選實施例中，所述實時機電暫態(tài)仿真的流程如圖4所述，具體包括如下步驟：

步驟(1)，首先輸入原始數據，主要包括系統(tǒng)元件模型(如發(fā)電機采用模型階數、調速勵磁控制系統(tǒng)的模型等)、參數(包括潮流計算和暫態(tài)穩(wěn)定計算所需各量，如線路參數、發(fā)電機參數等)、網絡拓撲信息(主要是線路兩端節(jié)點號/名稱等)、穩(wěn)定分析的要求(如仿真步長、仿真總時間等)等。

步驟(2)根據輸入的參數信息進行系統(tǒng)全網的潮流計算，得到各節(jié)點的電壓、相角及全網的潮流分布信息，為后面的暫態(tài)穩(wěn)定計算做好準備。

步驟(3)根據網絡元件參數及網絡拓撲關系形成電網在穩(wěn)態(tài)下的節(jié)點導納矩陣。將發(fā)電機內部暫態(tài)導納yg和負荷中恒定導納部分等值yl并入系統(tǒng)的導納矩陣中。這一步主要是形成tn時刻網絡暫態(tài)穩(wěn)定計算所需的所有變量初始值，也是為之后的系統(tǒng)暫態(tài)仿真做準備。

判斷系統(tǒng)是否有擾動或故障發(fā)生(包括線路、節(jié)點的三相故障和不對稱故障等)。如果有，則進入步驟(4)，根據故障情況或擾動參數修改當前的網絡導納矩陣和微分方程，然后進入步驟(5)，重新求解網絡方程來計算各節(jié)點電壓。若無擾動或故障發(fā)生，則直接轉入步驟(6)。

步驟(6)是暫態(tài)仿真的核心部分。根據采用的時域仿真方法進行tn到tn+1時步的計算，求取tn+1時刻系統(tǒng)的狀態(tài)量和代數量。微分方程求解部分可以采用隱式梯形法、改進歐拉法等，代數方程組和微分方程既可以采用聯(lián)立求解，也可以采用迭代求解的方法。

步驟(7)，完成一個時步的計算之后，判斷仿真總時間是否已經到達仿真總時間，如果到達則轉入步驟(10)做輸出結果等處理，仿真結束；如果沒有則轉入步驟(8)判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定，如果已經失穩(wěn)則同樣轉入步驟(10)做輸出結果等處理。若仿真時間沒有到達并且系統(tǒng)仍然穩(wěn)定則表明系統(tǒng)的暫態(tài)仿真計算還應該繼續(xù)下去，更新時間軸，轉入步驟(9)進行下一時刻的計算。

在一可選實施例中，所述第一動態(tài)等值電路為戴維南動態(tài)等值電路。維南定理(thevenin'stheorem)，含獨立電源的線性電阻單口網絡，就端口特性而言，可以等效為一個電壓源和電阻串聯(lián)的單口網絡。電壓源的電壓等于單口網絡在負載開路時的電壓；電阻是單口網絡內全部獨立電源為零值時所得單口網絡的等效電阻。對應地，所述第一動態(tài)等值電路的電路參數具體包括：

系統(tǒng)原網絡方程：yv＝i；

網絡阻抗矩陣：z＝y(tǒng)^-1；

等值阻抗：

等值電勢：

式中，v為網絡方程節(jié)點電壓向量，i為網絡方程節(jié)點注入電流向量，al是網絡的節(jié)點-端口關聯(lián)矢量，y是節(jié)點導納矩陣，z是節(jié)點阻抗矩陣。

在一可選實施例中，所述第二動態(tài)等值電路為動態(tài)功率源模型，在實時機電暫態(tài)仿真單元中設置等值節(jié)點為pq類型節(jié)點。pq類型節(jié)點是指電力系統(tǒng)中的負荷節(jié)點，在潮流計算中給定節(jié)點的有功、無功功率值。第二動態(tài)等值電路為動態(tài)功率源模型，采用三序量注入法，在每個交互時序更新本時步參與機電暫態(tài)方程計算的接口功率量。采用瞬時值計算出三序功率可以實現接口數據轉換的快速傳遞。

參考圖1所示，第一動態(tài)等值電路與第二動態(tài)等值電路分別位于對側仿真單元中作為本側仿真單元的等值電路。第一動態(tài)等值電路與第二動態(tài)等值電路并聯(lián)。例如圖5所示：戴維南等值電路與交流網絡頻率相關等值電路fdne(frequencydependentnetworkequivalent，即頻率相關等值電路)并聯(lián)，可以反映交流網絡對電磁暫態(tài)側故障計算時的電路0-2000hz的高頻響應特性。第一動態(tài)等值電路與第二動態(tài)等值電路的接口數據交互時序控制通過時序控制電路進行。

具體的，機電暫態(tài)側將每一時步(例如10ms)計算出的戴維南等值阻抗和等值電勢傳送給電磁暫態(tài)側。同時電磁暫態(tài)側通過基波三序量轉換算法計算出的接口交換三序功率量送入機電暫態(tài)側。

機電暫態(tài)仿真過程在獲得接口交換三序功率量信息后進行下一個時步的機電暫態(tài)仿真計算。同時電磁暫態(tài)仿真過程在獲得機電暫態(tài)網絡的戴維南等值電勢和等值阻抗后，進行下一個時步的電磁暫態(tài)仿真計算。

從機電暫態(tài)側與電磁暫態(tài)側閉環(huán)交互后每10ms重復以上交互過程直至仿真結束。在仿真結束前，機電暫態(tài)側與電磁暫態(tài)側可以重復做各種對稱故障、非對稱故障。

通過上述實施例的交直流電網的實時仿真系統(tǒng)，能夠在一次仿真過程中既能模擬大規(guī)?；ヂ?lián)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定特性以反映區(qū)域電網間、大系統(tǒng)與局部系統(tǒng)間的相互作用，也能同時模擬局部電網或元件的快速電磁暫態(tài)響應過程以反映如hvdc、facts裝置快速開關過程特性。實時仿真大規(guī)模的機電暫態(tài)響應和局部快速響應的電磁暫態(tài)過程，具有結構簡單、結果精確、適用性寬的特點。

本發(fā)明還提供交直流電網的實時仿真方法，圖6為一實施例的交直流電網的實時仿真方法的示意性流程圖。如圖6所示，本實施例中的交直流電網的實時仿真方法包括步驟：

s11，將交直流電網分割為交流網部分和直流網部分。

s12，對所述直流網部分進行實時電磁暫態(tài)仿真，對所述交流網部分進行實時機電暫態(tài)仿真；該步驟具體包括：

對直流網部分在實時電磁暫態(tài)仿真過程中的動態(tài)數據進行第一等值處理，結合第一等值處理后的動態(tài)數據對所述交流網部分進行實時機電暫態(tài)仿真；對交流網部分在實時機電暫態(tài)仿真過程中的動態(tài)數據進行第二等值處理，結合第二等值處理后的動態(tài)數據對所述直流網部分進行實時電磁暫態(tài)仿真。

電磁暫態(tài)仿真，是用數值計算方法對電力系統(tǒng)中從數微秒至數秒之間的電磁暫態(tài)過程進行仿真模擬。電磁暫態(tài)過程仿真須考慮輸電線路分布參數特性和參數的頻率特性、發(fā)電機的電磁和機電暫態(tài)過程以及一系列元件(避雷器、變壓器、電抗器等)的非線性特性。因此，電磁暫態(tài)仿真的數學模型須建立這些元件和系統(tǒng)的代數或微分、偏微分方程。電磁暫態(tài)仿真不僅要求對電力系統(tǒng)的動態(tài)元件采用詳細的非線性模型，還要計及網絡的暫態(tài)過程，也需采用微分方程描述。

機電暫態(tài)仿真，主要研究電力系統(tǒng)受到大擾動后的暫態(tài)穩(wěn)定和受到小擾動后的靜態(tài)穩(wěn)定性能。其中暫態(tài)穩(wěn)定分析是研究電力系統(tǒng)受到諸如短路故障，切除線路、發(fā)電機、負荷，發(fā)電機失去勵磁或者沖擊性負荷等大擾動作用下，電力系統(tǒng)的動態(tài)行為和保持同步穩(wěn)定運行的能力。通常電力系統(tǒng)機電暫態(tài)仿真的算法是聯(lián)立求解電力系統(tǒng)微分方程組和代數方程組，以獲得物理量的時域解。機電暫態(tài)仿真是分析電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和動態(tài)性能的有效工具。機電暫態(tài)過程的仿真是在線穩(wěn)定評估的核心部分，其計算速度和準確性直接影響在線穩(wěn)定評估的效率和有效性。實時機電暫態(tài)仿真，不僅是高效電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析所急需，而且是實現在線動態(tài)安全評估核控制，以及自動裝置實驗和檢測的基礎。

s13，將所述實時電磁暫態(tài)仿真、實時機電暫態(tài)仿真得到的電壓/電流量轉換為安全穩(wěn)定裝置適應的電氣量，并輸送至所述安全穩(wěn)定裝置，以通過所述安全穩(wěn)定裝置實現對所述交直流電網的穩(wěn)定策略計算。

電力系統(tǒng)緊急控制的基本思想就是當電網受到大擾動而出現緊急狀態(tài)時，執(zhí)行切機、切負荷等緊急控制措施，使系統(tǒng)恢復到正常運行狀態(tài)。安全穩(wěn)定控制裝置正是具有實現切機、切負荷、比率緊急提升或回降等功能的裝置，它是確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的第二道防線，由輸入、輸出、通信、測量、故障判別、控制策略等部分組成。

在一可選實施例中，上述步驟s11的實現方式可為：將交直流電網在hvdc換流母線或facts專用變壓器處分割為交流網部分和直流網部分。對應的分割網口參考圖2所示。

在一可選實施例中，上述步驟s11的實現方式可為：將交直流電網在hvdc換流母線或facts專用所述步驟s12中對所述直流網部分進行實時電磁暫態(tài)仿真具體包括：對交直流電網中的電力電子局部元件進行實時電磁暫態(tài)仿真。

可選地，所述電力電子局部元件部分包括：同步發(fā)電機組、與所述同步發(fā)電機組相關的勵磁控制系統(tǒng)和原動機及其調速系統(tǒng)、變壓器及輸電線路交流網絡、負荷中的至少一種。

在一可選實施例中，所述實時電磁暫態(tài)仿真是基于rtds的仿真；所述實時機電暫態(tài)仿真是基于用戶自定義模塊的仿真。

在一可選實施例中，對直流網部分在實時電磁暫態(tài)仿真過程中的動態(tài)數據進行第一等值處理，包括：

采用戴維南動態(tài)等值電路對電力電子局部元件在實時電磁暫態(tài)仿真過程中的動態(tài)數據進行等值處理，其電路參數包括：

系統(tǒng)網絡方程：yv＝i；

網絡阻抗矩陣：z＝y(tǒng)^-1；

等值阻抗：

等值電勢：

式中，v為網絡方程節(jié)點電壓向量，i為網絡方程節(jié)點注入電流向量，al是網絡的節(jié)點-端口關聯(lián)矢量，y是節(jié)點導納矩陣，z是節(jié)點阻抗矩陣。

在一可選實施例中，所述交直流電網的實時仿真方法還可包括步驟：

接收所述安全穩(wěn)定裝置發(fā)出的控制信息，并將所述控制信息反饋至所述交直流電網；所述控制信息用于使所述交直流電網響應切機、切負荷或者緊急控制直流功率。

通過上述實施例的交直流電網的實時仿真方法，能夠在一次仿真過程中既能模擬大規(guī)?；ヂ?lián)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定特性以反映區(qū)域電網間、大系統(tǒng)與局部系統(tǒng)間的相互作用，也能同時模擬局部電網或元件的快速電磁暫態(tài)響應過程以反映如hvdc、facts裝置快速開關過程特性。實時仿真大規(guī)模的機電暫態(tài)響應和局部快速響應的電磁暫態(tài)過程，具有結構簡單、結果精確、適用性寬的特點。

需要說明的是，對于前述的方法實施例，為了簡便描述，將其都表述為一系列的動作組合，但是本領域技術人員應該知悉，本發(fā)明并不受所描述的動作順序的限制，因為依據本發(fā)明，某些步驟可以采用其它順序或者同時進行。

此外，上述示例的交直流電網的實時仿真系統(tǒng)的實施方式中，各功能單元的邏輯劃分僅是舉例說明，實際應用中可以根據需要，例如出于相應硬件的配置要求或者軟件的實現的便利考慮，將上述功能分配由不同的功能單元完成，即將所述交直流電網的實時仿真系統(tǒng)的內部結構劃分成不同的功能單元，以完成以上描述的全部或者部分功能。

本領域普通技術人員可以理解，實現上述實施例方法中的全部或部分流程，是可以通過計算機程序來指令相關的硬件來完成，所述的程序可存儲于一計算機可讀取存儲介質中，作為獨立的產品銷售或使用。所述程序在執(zhí)行時，可執(zhí)行如上述各方法的實施例的全部或部分步驟。其中，所述的存儲介質可為磁碟、光盤、只讀存儲記憶體(read-onlymemory，rom)或隨機存儲記憶體(randomaccessmemory，ram)等。

在上述實施例中，對各個實施例的描述都各有側重，某個實施例中沒有詳述的部分，可以參見其它實施例的相關描述。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，不能理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。