專利名稱：一種交直流電力系統(tǒng)分割并行電磁暫態(tài)數(shù)字仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交直流電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)數(shù)字仿真方法，更具體地說，涉及一種交直流電力系統(tǒng)的分割并行電磁暫態(tài)實(shí)時(shí)動態(tài)仿真方法。

背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)過程仿真的主要目的在于分析和計(jì)算故障或操作后可能出現(xiàn)的暫態(tài)過電壓和過電流，以便根據(jù)所得到的暫態(tài)過電壓和過電流對相關(guān)電力設(shè)備進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，確定已有設(shè)備能否安全運(yùn)行，并研究相應(yīng)的限制和保護(hù)措施。
電磁暫態(tài)數(shù)字仿真一般采用三相瞬時(shí)值模型，計(jì)算步長取20-200微秒。
在直流輸電系統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真中，換流器用三相暫態(tài)模型模擬；直流線路用π型、T型集中參數(shù)線路模型或分布參數(shù)線路模型；直流控制系統(tǒng)的模型包括調(diào)節(jié)系統(tǒng)和脈沖觸發(fā)系統(tǒng)等。直流輸電系統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真，不僅可用于交直流系統(tǒng)的一般穩(wěn)定性分析，還可以用來深入地分析直流輸電系統(tǒng)的內(nèi)部問題，如換相失敗問題、直流控制和保護(hù)等問題。另外，如果仿真的速度足夠快，能達(dá)到實(shí)時(shí)，還可以用于直流控制與保護(hù)裝置的試驗(yàn)。但是，相對于交流系統(tǒng)而言，要實(shí)現(xiàn)含直流輸電系統(tǒng)的電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真的實(shí)時(shí)性并不容易，這是因?yàn)椋绷鬏旊娤到y(tǒng)中的關(guān)鍵元件-換流器是由若干個換流閥組成的，在一個周期內(nèi)，換流閥會多次導(dǎo)通或關(guān)斷，每一次導(dǎo)通或關(guān)斷都意味著網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。現(xiàn)有的電磁暫態(tài)數(shù)字仿真方法，將交直流電力系統(tǒng)中的交流網(wǎng)絡(luò)、換流器、直流網(wǎng)絡(luò)等各部分分別形成暫態(tài)等值計(jì)算電路，然后根據(jù)其連接關(guān)系形成統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓方程來進(jìn)行求解。換流閥導(dǎo)通或關(guān)斷導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，該節(jié)點(diǎn)電壓方程的計(jì)算電導(dǎo)陣需要重新進(jìn)行三角(LU)分解，由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓l繁，會引起計(jì)算量的大幅度上升，難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)仿真。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種交直流電力系統(tǒng)分割并行電磁暫態(tài)數(shù)字仿真方法，有效地解決上述交直流電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真的實(shí)時(shí)性問題。該方法的核心是交流網(wǎng)絡(luò)與直流各部分分開計(jì)算，換流閥導(dǎo)通或關(guān)斷后只影響其所在的換流器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，需對其所在的換流器網(wǎng)絡(luò)重新進(jìn)行三角LU分解，不影響其它網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此可避免大交流網(wǎng)絡(luò)和其它部分(如直流線路、其它換流器)的頻繁LU分解過程。同時(shí)采用網(wǎng)絡(luò)并行計(jì)算技術(shù)，以提高計(jì)算速度。
為此，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種交直流電力系統(tǒng)分割并行電磁暫態(tài)數(shù)字仿真方法，包括如下步驟 步驟1將一個目標(biāo)交直流電力系統(tǒng)分割為多個子網(wǎng)，包括交流網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)、換流器子網(wǎng)和直流網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)； 步驟2對各子網(wǎng)求取端口點(diǎn)的等值阻抗矩陣； 步驟3設(shè)定初始計(jì)算時(shí)間t＝0； 步驟4判斷此時(shí)刻是否有開關(guān)動作，或換流閥導(dǎo)通、關(guān)斷等使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的情況發(fā)生；如果是則轉(zhuǎn)至步驟5，否則轉(zhuǎn)至步驟6； 步驟5對有開關(guān)動作或者換流閥導(dǎo)通或關(guān)斷等使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的情況發(fā)生的子網(wǎng)，求取端口點(diǎn)的等值阻抗矩陣； 步驟6各子網(wǎng)求取端口點(diǎn)的等值電勢； 步驟7求取子網(wǎng)間的聯(lián)絡(luò)線電流或聯(lián)絡(luò)線變量(在換流器采用節(jié)點(diǎn)法情況下為聯(lián)絡(luò)線電流，在換流器采用回路法求解情況下為聯(lián)絡(luò)線變量，聯(lián)絡(luò)線變量可以是子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線電流，也可以是子網(wǎng)間端口點(diǎn)電壓)； 步驟8各子網(wǎng)根據(jù)得到的子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線電流或聯(lián)絡(luò)線變量求取子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓，在換流器采用回路法求解情況下根據(jù)子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線變量求取換流器連支電流； 步驟9各子網(wǎng)求解發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)等微分方程； 步驟10判斷是否有用戶自定義模型或MATLAB模型；如果是則轉(zhuǎn)至步驟11和12，否則轉(zhuǎn)至步驟13； 步驟11用戶自定義模型、MATLAB模型輸入輸出信息處理； 步驟12用戶自定義模型、MATLAB模型計(jì)算； 步驟13判斷是否有機(jī)電暫態(tài)接口；如果是則轉(zhuǎn)至步驟14和15，否則轉(zhuǎn)至步驟16； 步驟14機(jī)電暫態(tài)接口輸入輸出信息處理； 步驟15機(jī)電暫態(tài)仿真計(jì)算； 步驟16判斷是否有物理裝置；如果是則轉(zhuǎn)至步驟17和18，否則轉(zhuǎn)至步驟19； 步驟17物理裝置輸入輸出信息處理； 步驟18物理裝置運(yùn)行； 步驟19將仿真時(shí)間增加一個時(shí)間步長； 重復(fù)執(zhí)行上述步驟4至步驟19，直至到達(dá)總仿真時(shí)間為止。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種電力系統(tǒng)數(shù)字仿真方法，包括如下步驟 步驟1將一個目標(biāo)交直流電力系統(tǒng)分割為多個子網(wǎng)，子網(wǎng)可以是交直流混合網(wǎng)絡(luò)，也可以是單獨(dú)的交流、換流器和直流網(wǎng)絡(luò)； 步驟2判斷該子網(wǎng)是否為交直流混合網(wǎng)絡(luò)；如果是則轉(zhuǎn)至步驟3，否則轉(zhuǎn)至步驟5； 步驟3對于交直流混合網(wǎng)絡(luò)，求取子網(wǎng)內(nèi)部交直流聯(lián)絡(luò)線電流； 步驟4對于交直流混合網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)子網(wǎng)內(nèi)部交直流聯(lián)絡(luò)線電流，分別求取交流網(wǎng)絡(luò)、換流器網(wǎng)絡(luò)和直流網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓； 步驟3和4的目的是計(jì)算各子網(wǎng)端口點(diǎn)的等值阻抗矩陣。
步驟5對于非交直流混合網(wǎng)絡(luò)，直接求取端口點(diǎn)的等值阻抗矩陣； 步驟6設(shè)定初始計(jì)算時(shí)間t＝0； 步驟7判斷此時(shí)刻是否有開關(guān)動作，或換流閥導(dǎo)通、關(guān)斷等使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的情況發(fā)生；如果是則轉(zhuǎn)至步驟8，否則轉(zhuǎn)至步驟12； 步驟8對有開關(guān)動作或者換流閥導(dǎo)通或關(guān)斷等使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的情況發(fā)生的子網(wǎng)，判斷該子網(wǎng)是否為交直流混合網(wǎng)絡(luò)；如果是則轉(zhuǎn)至步驟9，否則轉(zhuǎn)至步驟11； 步驟9對于有開關(guān)動作或者換流閥導(dǎo)通或關(guān)斷等使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的情況發(fā)生的交直流混合網(wǎng)絡(luò)，求取子網(wǎng)內(nèi)部交直流聯(lián)絡(luò)線電流； 步驟10對于有開關(guān)動作或者換流閥導(dǎo)通或關(guān)斷等使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的情況發(fā)生的交直流混合網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)子網(wǎng)內(nèi)部交直流聯(lián)絡(luò)線電流，分別求取交流網(wǎng)絡(luò)、換流器網(wǎng)絡(luò)和直流網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓； 步驟9和10的目的是計(jì)算網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化子網(wǎng)端口點(diǎn)的等值阻抗矩陣。
步驟11對有開關(guān)動作或者換流閥導(dǎo)通或關(guān)斷等使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的情況發(fā)生的非交直流混合網(wǎng)絡(luò)，直接求取端口點(diǎn)的等值阻抗矩陣； 步驟12判斷該子網(wǎng)是否為交直流混合網(wǎng)絡(luò)；如果是則轉(zhuǎn)至步驟13，否則轉(zhuǎn)至步驟15 步驟13對于交直流混合網(wǎng)絡(luò)，求取子網(wǎng)內(nèi)部交直流聯(lián)絡(luò)線電流； 步驟14對于交直流混合網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)子網(wǎng)內(nèi)部交直流聯(lián)絡(luò)線電流，分別求取交流網(wǎng)絡(luò)、換流器網(wǎng)絡(luò)和直流網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓； 步驟13和14的目的是計(jì)算各子網(wǎng)端口點(diǎn)的等值電勢。
步驟15對于非交直流混合網(wǎng)絡(luò)，直接求取端口點(diǎn)的等值電勢； 步驟16求取子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線電流； 步驟17各子網(wǎng)根據(jù)子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線電流求取子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓； 步驟18各子網(wǎng)求解發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)等微分方程； 步驟19判斷是否有用戶自定義模型或MATLAB模型；如果是則轉(zhuǎn)至步驟20和21，否則轉(zhuǎn)至步驟22； 步驟20用戶自定義模型、MATLAB模型輸入輸出信息處理； 步驟21用戶自定義模型、MATLAB模型計(jì)算； 步驟22判斷是否有機(jī)電暫態(tài)接口；如果是則轉(zhuǎn)至步驟23和24，否則轉(zhuǎn)至步驟25； 步驟23機(jī)電暫態(tài)接口輸入輸出信息處理； 步驟24機(jī)電暫態(tài)仿真； 步驟25判斷是否有物理裝置；如果是則轉(zhuǎn)至步驟26和27，否則轉(zhuǎn)至步驟28； 步驟26物理裝置輸入輸出信息處理； 步驟27物理裝置運(yùn)行； 步驟28將仿真時(shí)間增加一個時(shí)間步長； 重復(fù)執(zhí)行上述步驟7至步驟28，直至到達(dá)總仿真時(shí)間為止。
本發(fā)明的有益效果是根據(jù)本發(fā)明的交直流電力系統(tǒng)分割并行電磁暫態(tài)數(shù)字仿真方法，通過將目標(biāo)電力系統(tǒng)分割為交流、換流器和直流多個子網(wǎng)，進(jìn)而將涉及各個子網(wǎng)的計(jì)算任務(wù)分配到機(jī)群服務(wù)器的各個子機(jī)并行計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)交直流電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)或超實(shí)時(shí)電磁暫態(tài)仿真。其網(wǎng)絡(luò)分割方式非常靈活，可以從交直流的任一連接點(diǎn)進(jìn)行分網(wǎng)，交流網(wǎng)絡(luò)還可進(jìn)一步分網(wǎng)，分割成若干個交流子網(wǎng)。
該方法與機(jī)電暫態(tài)并行仿真方法結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模電力系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)和電磁暫態(tài)過程的并行仿真計(jì)算，實(shí)現(xiàn)大電力系統(tǒng)背景下對局部電網(wǎng)如直流輸電、電力電子裝置等的詳細(xì)電磁暫態(tài)仿真模擬。
此外，可以在該方法所模擬的電力系統(tǒng)中接入用戶自定義模型或MATLAB模型所模擬的控制系統(tǒng)，用于控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)優(yōu)化，這樣可極大地?cái)U(kuò)展對電力系統(tǒng)的仿真分析能力，同時(shí)可以在該方法所模擬的電力系統(tǒng)中接入實(shí)際物理裝置(如繼電保護(hù)和安全自動裝置、直流輸電控制裝置等)進(jìn)行閉環(huán)仿真試驗(yàn)，以檢驗(yàn)這些物理裝置在實(shí)際電力系統(tǒng)中的效果。



圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的交直流電力系統(tǒng)分割并行電磁暫態(tài)數(shù)字仿真方法的流程圖； 圖2示意性示出了一種交直流電力系統(tǒng)分割方式； 圖3示出了換流器采用回路法求解情況下?lián)Q流器電壓、電流的正方向； 圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的交直流電力系統(tǒng)分割并行電磁暫態(tài)數(shù)字仿真方法的流程圖； 圖5示意性示出了另一種交直流電力系統(tǒng)分割方式； 圖6是本發(fā)明的第二實(shí)施例中針對特殊情況的簡化流程圖；
具體實(shí)施例方式 圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的交直流電力系統(tǒng)分割并行電磁暫態(tài)數(shù)字仿真方法的流程圖。
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的交直流電力系統(tǒng)分割并行電磁暫態(tài)數(shù)字仿真方法包括如下步驟 步驟1交直流電力系統(tǒng)分割。
在該步驟1中，通過節(jié)點(diǎn)分裂或分布參數(shù)線路解耦的方法將目標(biāo)交直流電力系統(tǒng)分為多個子網(wǎng)，包括交流網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)、換流器子網(wǎng)和直流網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)。交流網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)或換流器子網(wǎng)或直流網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)可以是1個，也可以是多個。
圖2示出了一種交直流電力系統(tǒng)分割方式。如圖2所示，目標(biāo)電力系統(tǒng)被分割為六個子網(wǎng)S1～S6，其中S1、S2為換流器子網(wǎng)，S3為直流網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)，S4、S5和S6為交流網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)。
步驟2各子網(wǎng)求取端口點(diǎn)的等值阻抗矩陣。
例如，交流子網(wǎng)S4的節(jié)點(diǎn)電壓方程如下 GAVA+pABiα-pACiγ+pac1iα1+pac1iα2＝hA(1) 其中，GA、VA、hA分別為交流網(wǎng)絡(luò)A的導(dǎo)納陣、節(jié)點(diǎn)電壓及注入電流源，iα1、iα2為從交流網(wǎng)絡(luò)流向換流器1、2的電流，pac1為反映某一交流節(jié)點(diǎn)與iα1(iα2)關(guān)聯(lián)關(guān)系的關(guān)聯(lián)陣，其中元素非0即1，iα、iγ為交流網(wǎng)絡(luò)A至B、C至A的電流，pAB、pAC為反映交流網(wǎng)絡(luò)A中某一交流節(jié)點(diǎn)與iα、iγ關(guān)聯(lián)關(guān)系的關(guān)聯(lián)陣，其中元素非0即1。
令式(1)中hA＝0，iα、iγ、iα1、iα2依次分別置1或-1(電流正方向?yàn)榱魅朐撟泳W(wǎng)則置1，否則置-1)，求取端口點(diǎn)節(jié)點(diǎn)電壓，求出的電壓向量列的組合即為端口點(diǎn)等值阻抗矩陣。
步驟3設(shè)定初始計(jì)算時(shí)間t＝0。
步驟4判斷此時(shí)刻是否有開關(guān)動作，或換流閥導(dǎo)通、關(guān)斷等使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的情況發(fā)生。
在該步驟4中，判斷此時(shí)刻各個子網(wǎng)中是否有開關(guān)動作或者換流閥導(dǎo)通或關(guān)斷等情況發(fā)生。如果判斷為“是”，則前進(jìn)到步驟5；如果判斷為“否”，則前進(jìn)到步驟6。
步驟5對有開關(guān)動作或者換流閥導(dǎo)通或關(guān)斷等使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的情況發(fā)生的子網(wǎng)，求取端口點(diǎn)的等值阻抗矩陣。
計(jì)算過程同步驟2。
步驟6各子網(wǎng)求取端口點(diǎn)的等值電勢。
令式(1)中iα、iγ、iα1、iα2＝0，求取端口點(diǎn)節(jié)點(diǎn)電壓，即為端口點(diǎn)等值電勢。
步驟7求取子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線電流。
根據(jù)各子網(wǎng)端口點(diǎn)的等值阻抗矩陣和等值電勢求取子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線電流。
設(shè)已求得子網(wǎng)S4的端口點(diǎn)的等值阻抗和等值電勢，可寫出其端口方程為 式中，vα1，vα2為子網(wǎng)S1與子網(wǎng)S4之間的端口點(diǎn)1(與換流器1相連)、端口點(diǎn)2(與換流器2相連)電壓，vα為子網(wǎng)S4與子網(wǎng)S5之間的端口點(diǎn)電壓，vγ為子網(wǎng)S4與子網(wǎng)S6之間的端口點(diǎn)電壓；eα1(S4)，eα2(S4)，eα(S4)，eγ(S4)為各端口點(diǎn)等值電勢；阻抗矩陣對角元素zα1，α1(S4)、zα2，α2(S4)等為端口點(diǎn)等值自阻抗，非對角元素zα1，α2(S4)、zα1，α(S4)等為端口點(diǎn)等值互阻抗。
類似地，可寫出其他子網(wǎng)的端口方程分別為 子網(wǎng)S1 子網(wǎng)S2 子網(wǎng)S3 子網(wǎng)S5 子網(wǎng)S6 將式(2)～(7)合并，消去vα1，vα2，vα3，vα4，vα，vβ，vγ，vβ12，vβ34，最后得到子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線電流方程式如下 Ai＝b(8) 其中i＝[iα，iβ，iγ，iα1，iα2，iα3，iα4，iβ12，iβ34]T為子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線電流，矩陣A如下式所示
右端項(xiàng)b如下式所示
求解線性方程組(8)，可求得子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線電流。
換流器也可以采用回路法求解，這樣可以減少聯(lián)絡(luò)線方程式的維數(shù)。
此時(shí)，交流子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓方程不變，為 GAVA+pABiα-pACiγ+pac1iα1+pac1iα2＝hA(9) GBVB-pBAiα+pBCiβ+pac2iα3+pac2iα4＝hB(10) GCVC+pCAiγ-pCBiβ＝hC (11) 直流子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓方程不變，為 GdcVdc+pdc1iβ12+pdc2iβ34＝hdc(12) 子網(wǎng)S3、S4、S5、S6的端口方程不變，仍為式(5)、(2)、(6)、(7)。
子網(wǎng)S1和S2的端口方程改用端口點(diǎn)的等值導(dǎo)納和等值電流源描述。
對于子網(wǎng)S1，設(shè)已求得其端口點(diǎn)的等值導(dǎo)納和等值電流源，可寫出其端口方程為(換流器1、2分開描述) 式中，vd1，vd2為換流器1、2直流側(cè)電壓，id1，id2為換流器1、2直流側(cè)電流；Iα1(S4)，Iα2(S4)，Id1(S4)，Id2(S4)為各端口點(diǎn)等值電流源；導(dǎo)納矩陣對角元素yα1，α1(S1)、yd1，d1(S1)等為端口點(diǎn)等值自導(dǎo)納，非對角元素yα1，d1(S1)、yd1，α1(S1)等為端口點(diǎn)等值互導(dǎo)納。
類似地，可寫出子網(wǎng)S2的端口方程為； 以子網(wǎng)S1為例，端口點(diǎn)等值導(dǎo)納和等值電流源的計(jì)算過程如下 換流器1、2采用回路法求解時(shí)，其連支電流方程式為 AL1IL1＝bL1+CL1vα1+DL1vd1(15) AL2IL2＝bL2+CL2vα2+DL2vd2(16) 式中IL1、IL1為換流器1、2的連支電流。
另外，根據(jù)連接關(guān)系，有下式成立 id1＝DL1TIL1(19) id2＝DL2TIL2(20) 將式(15)代入式(17)，可得 與式(14)對比，可得 類似地，根據(jù)式(14)、(15)、(19)，可得 根據(jù)式(14)、(16)、(18)，可得 根據(jù)式(14)、(16)、(20)，可得 另外，根據(jù)連接關(guān)系，有下式成立 vβ12＝vd1+vd2 (21) vβ34＝-(vd3+vd4) (22) iβ12＝id1＝id2 (23) iβ34＝-id3＝-id4 (24) id3＝DL3TIL3(25) id4＝DL4TIL4(26) vα1＝vα2 (27) vα3＝vα4 (28) 由式(2)、(5)～(7)、(13)、(14)、(19)～(26)，消去iα1，iα2，iα3，iα4，vα2，vα4，vα，vβ，vγ，vβ12，vβ34，iβ12，iβ34，id1，id2，id3，id4，最后得到聯(lián)絡(luò)線方程式如下 AX ＝b(29) 其中X＝[iα，iβ，iγ，vα1，vα3，vd1，vd2，vd3，vd4]T為子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線變量，部分變量為子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線電流，部分變量為子網(wǎng)間端口點(diǎn)電壓，矩陣A如下式所示
右端項(xiàng)b如下式所示
求解線性方程組(29)，可求得子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線變量X。
對于圖2所示的系統(tǒng)，換流器采用節(jié)點(diǎn)法求解時(shí)聯(lián)絡(luò)線方程式的維數(shù)為23，采用回路法求解時(shí)聯(lián)絡(luò)線方程式的維數(shù)為19。
步驟8各子網(wǎng)根據(jù)得到的子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線電流或聯(lián)絡(luò)線變量求取子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓。例如，交流子網(wǎng)S4的節(jié)點(diǎn)電壓可根據(jù)式(1)求出。在換流器采用回路法求解情況下則根據(jù)子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線變量求取換流器連支電流。
步驟9各子網(wǎng)求解發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)等微分方程。
在步驟9中，各個子網(wǎng)求解發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)等的微分方程。在電力系統(tǒng)的電磁暫態(tài)計(jì)算中，各種動態(tài)元件，包括發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、勵磁調(diào)節(jié)器、調(diào)速器、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器、直流輸電控制器、FACTS控制器等，均用微分方程來描述。這些微分方程可采用梯形隱積分方法將其差分化后，形成差分方程再求解。
步驟10判斷是否有用戶自定義模型或MATLAB模型。
在該步驟10中，判斷各個子網(wǎng)中是否有用戶自定義模型或MATLAB模型。如果判斷為“是”，則前進(jìn)到步驟11和12；如果判斷為“否”，則前進(jìn)步驟13。
步驟11用戶自定義模型、MATLAB模型輸入輸出信息處理。
在該步驟11中，需要求取并發(fā)送各外接模型(用戶自定義模型、MATLAB模型)輸入變量值，并接收和處理各外接模型的輸出變量值。
用戶自定義模型為用戶自行搭建的模型，一般為勵磁調(diào)節(jié)器、調(diào)速器、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器、直流輸電控制器、FACTS控制器等控制系統(tǒng)模型。MATLAB模型是用戶在MATLAB/Simulink環(huán)境下自行搭建的模型，一般也是上述控制系統(tǒng)模型。
步驟12用戶自定義模型、MATLAB模型計(jì)算。
在步驟12中，需要先接收用戶自定義模型、MATLAB模型的輸入變量值，然后根據(jù)用戶自定義模型、MATLAB模型的各功能框計(jì)算公式和連接關(guān)系，進(jìn)行模型計(jì)算，求取并發(fā)送用戶自定義模型、MATLAB模型輸出變量值。
步驟12中的計(jì)算與其它步驟中的計(jì)算并行進(jìn)行，由另外的獨(dú)立程序(用戶自定義模型計(jì)算程序、MATLAB模型計(jì)算程序)來實(shí)現(xiàn)。
如果步驟12中模型的計(jì)算量不大，也可以將其與其它步驟串行進(jìn)行計(jì)算，由同一個程序來處理，這時(shí)，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)可以去掉，步驟11和步驟12合并為圖1所示的步驟12。
步驟13判斷是否有機(jī)電暫態(tài)接口。
在該步驟13中，判斷是否有機(jī)電暫態(tài)接口。如果判斷為“是”，則前進(jìn)到步驟14和15；如果判斷為“否”，則前進(jìn)到步驟16。
步驟14機(jī)電暫態(tài)接口輸入輸出信息處理。
在機(jī)電暫態(tài)仿真的整數(shù)倍步長點(diǎn)，求取并向機(jī)電暫態(tài)仿真程序發(fā)送與機(jī)電暫態(tài)子網(wǎng)接口的邊界點(diǎn)正、負(fù)、零序電壓和電流，接收機(jī)電暫態(tài)仿真程序發(fā)送的邊界點(diǎn)正、負(fù)、零序等值阻抗和電勢。
步驟15機(jī)電暫態(tài)仿真計(jì)算。
步驟15由另外的獨(dú)立的機(jī)電暫態(tài)仿真程序來實(shí)現(xiàn)，先接收電磁暫態(tài)程序發(fā)送的邊界點(diǎn)正、負(fù)、零序電壓和電流，進(jìn)行機(jī)電暫態(tài)一個步長的積分計(jì)算，然后求取并向電磁暫態(tài)仿真程序發(fā)送與電磁暫態(tài)子網(wǎng)接口的邊界點(diǎn)正、負(fù)、零序等值阻抗和電勢。
步驟16判斷是否有物理裝置。
在該步驟16中，判斷是否有物理裝置。如果判斷為“是”，則前進(jìn)到步驟17和18；如果判斷為“否”，則前進(jìn)到步驟19。
步驟17物理裝置輸入輸出信息處理。
該步驟主要是進(jìn)行數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換，將實(shí)時(shí)仿真的數(shù)字信號和開關(guān)信號分別通過PCI總線的D/A轉(zhuǎn)化卡和PCI總線的I/O轉(zhuǎn)換卡，轉(zhuǎn)換成模擬信號，然后再通過接口放大器，送入物理裝置。物理裝置對輸入的信號做出響應(yīng)后，將反饋的模擬信號和開關(guān)信號再通過PCI總線的A/D轉(zhuǎn)化卡和PCI總線的I/O轉(zhuǎn)換卡，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送入仿真程序中，完成整個閉環(huán)仿真。
該步驟也可以由獨(dú)立的物理裝置接口程序并行處理，這時(shí)需要在電磁暫態(tài)仿真程序和物理裝置接口程序中增加輸入輸出量的發(fā)送和接收。
步驟18物理裝置運(yùn)行。
步驟19設(shè)t＝t+dt。
在該步驟19中將仿真計(jì)算的時(shí)間t增大一個步長dt。
步驟20判斷增大后的時(shí)間是否大于總仿真時(shí)間，如果判斷結(jié)果為“是”，結(jié)束整個仿真過程，如果判斷結(jié)果為“否”，返回到步驟4，重復(fù)步驟4至18的仿真過程，計(jì)算下一時(shí)步的暫態(tài)過程。
需要說明的是，對于交直流電力系統(tǒng)來說，對其進(jìn)行分網(wǎng)或交直流分割的目的在于，第一，將涉及各個子網(wǎng)的計(jì)算任務(wù)分配到機(jī)群服務(wù)器的各個子機(jī)，由各個子機(jī)并行計(jì)算，以提高計(jì)算速度，做到電磁暫態(tài)實(shí)時(shí)或超實(shí)時(shí)仿真。機(jī)群服務(wù)器的各個子機(jī)，需在主機(jī)的統(tǒng)一控制下并列進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，并交換信息。第二，如果不分網(wǎng)只進(jìn)行交直流分割而將分割的各個部分的計(jì)算任務(wù)在一臺機(jī)器上來執(zhí)行(串行計(jì)算)，也可以大幅度提高計(jì)算速度，這時(shí)因?yàn)閷Q流器分割開來后，換流閥的導(dǎo)通和關(guān)斷將不再影響整個網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這樣不需要將整個網(wǎng)絡(luò)重新進(jìn)行LU分解，只需要對換流器所在局部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行LU分解，會大大減少計(jì)算量。這是本發(fā)明的第二實(shí)施例中所要說明的內(nèi)容。
在圖1所示的根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例中，步驟2、5、6、8、9、11、14和步驟17均是利用機(jī)群服務(wù)器的主機(jī)和多個子機(jī)實(shí)現(xiàn)各個子網(wǎng)的計(jì)算任務(wù)。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的交直流電力系統(tǒng)分割并行電磁暫態(tài)數(shù)字仿真方法的流程圖。
步驟1交直流電力系統(tǒng)分割。
在該步驟1中，將一個目標(biāo)交直流電力系統(tǒng)分割為多個子網(wǎng)，子網(wǎng)可以是交直流混合網(wǎng)絡(luò)，也可以是單獨(dú)的交流、換流器和直流網(wǎng)絡(luò)。
步驟2判斷該子網(wǎng)是否為交直流混合網(wǎng)絡(luò)。
在該步驟2中，判斷該子網(wǎng)是否為交直流混合網(wǎng)絡(luò)，即該子網(wǎng)是否由交流網(wǎng)絡(luò)和換流器或交流網(wǎng)絡(luò)、換流器和直流網(wǎng)絡(luò)組成。如果判斷為“是”，則前進(jìn)到步驟3；如果判斷為“否”，則前進(jìn)到步驟5。
步驟3對于交直流混合網(wǎng)絡(luò)，求取子網(wǎng)內(nèi)部交直流聯(lián)絡(luò)線電流。
步驟4對于交直流混合網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)子網(wǎng)內(nèi)部交直流聯(lián)絡(luò)線電流，分別求取交流網(wǎng)絡(luò)、換流器網(wǎng)絡(luò)和直流網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓。
步驟3和4的目的是計(jì)算各子網(wǎng)端口點(diǎn)的等值阻抗矩陣。
仍以圖2所示系統(tǒng)為例，說明具體計(jì)算方法。設(shè)目標(biāo)電力系統(tǒng)被分割為3個子網(wǎng)S1、S2和S3，如圖5所示。子網(wǎng)S1含交流網(wǎng)絡(luò)A及換流器1、2，子網(wǎng)S2含交流網(wǎng)絡(luò)B，換流器3、4及直流網(wǎng)絡(luò)，子網(wǎng)S3含交流網(wǎng)絡(luò)C，因而子網(wǎng)S1和子網(wǎng)S2都是交直流混合網(wǎng)絡(luò)，子網(wǎng)S3為非交直流混合網(wǎng)絡(luò)。
對于子網(wǎng)S1，分別寫出交流網(wǎng)絡(luò)和換流器網(wǎng)絡(luò)的端口方程如式(30)、(31)所示 由式(30)第一、二行和式(31)第一、二行，可形成子網(wǎng)內(nèi)部交直流聯(lián)絡(luò)線方程 Aiinn＝b+ci(32) 其中iinn＝[iα1，iα2]T為子網(wǎng)內(nèi)部交直流聯(lián)絡(luò)線電流，i＝[-iα，iγ，iβ12X]T為子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線電流，A、b、c如下式所示 令子網(wǎng)S1中電流源置0，iα、iγ、iβ12依次分別置1或-1(電流正方向?yàn)榱魅朐撟泳W(wǎng)則置1，否則置-1)，其它電流置0，先根據(jù)式(32)求出iα1、iα2，再根據(jù)式(9)和下式(33)分別求取交流和換流器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓，求出的端口點(diǎn)電壓向量列的組合即為端口點(diǎn)等值阻抗矩陣。
子網(wǎng)S2的端口點(diǎn)等值阻抗矩陣可類似求取。
步驟5對于非交直流混合網(wǎng)絡(luò)，直接求取端口點(diǎn)的等值阻抗矩陣。方法同本發(fā)明第一實(shí)施例中的步驟2。
步驟6設(shè)定初始計(jì)算時(shí)間t＝0。
步驟7判斷此時(shí)刻是否有開關(guān)動作，或換流閥導(dǎo)通、關(guān)斷等使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的情況發(fā)生。
在該步驟7中，判斷此時(shí)刻各個子網(wǎng)中是否有開關(guān)動作或者換流閥導(dǎo)通或關(guān)斷等情況發(fā)生。如果判斷為“是”，則前進(jìn)到步驟8；如果判斷為“否”，則前進(jìn)到步驟12。
步驟8對有開關(guān)動作或者換流閥導(dǎo)通或關(guān)斷等使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的情況發(fā)生的子網(wǎng)，判斷該子網(wǎng)是否為交直流混合網(wǎng)絡(luò)；如果是則轉(zhuǎn)至步驟9，否則轉(zhuǎn)至步驟11； 步驟9對于有開關(guān)動作或者換流閥導(dǎo)通或關(guān)斷等使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的情況發(fā)生的交直流混合網(wǎng)絡(luò)，求取子網(wǎng)內(nèi)部交直流聯(lián)絡(luò)線電流； 步驟10對于有開關(guān)動作或者換流閥導(dǎo)通或關(guān)斷等使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的情況發(fā)生的交直流混合網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)子網(wǎng)內(nèi)部交直流聯(lián)絡(luò)線電流，分別求取交流網(wǎng)絡(luò)、換流器網(wǎng)絡(luò)和直流網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓； 步驟9和10的目的是計(jì)算網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化子網(wǎng)端口點(diǎn)的等值阻抗矩陣。
步驟11對有開關(guān)動作或者換流閥導(dǎo)通或關(guān)斷等使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的情況發(fā)生的非交直流混合網(wǎng)絡(luò)，直接求取端口點(diǎn)的等值阻抗矩陣； 步驟9、10和11的計(jì)算方法與步驟3、4和5相同，注意此時(shí)只需對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的子網(wǎng)進(jìn)行處理。
步驟12判斷該子網(wǎng)是否為交直流混合網(wǎng)絡(luò)。
在該步驟12中，判斷該子網(wǎng)是否為交直流混合網(wǎng)絡(luò)，即該子網(wǎng)是否由交流網(wǎng)絡(luò)和換流器或交流網(wǎng)絡(luò)、換流器和直流網(wǎng)絡(luò)組成。如果判斷為“是”，則前進(jìn)到步驟13；如果判斷為“否”，則前進(jìn)到步驟15。
步驟13對于交直流混合網(wǎng)絡(luò)，求取子網(wǎng)內(nèi)部交直流聯(lián)絡(luò)線電流。
步驟14對于交直流混合網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)子網(wǎng)內(nèi)部交直流聯(lián)絡(luò)線電流，分別求取交流網(wǎng)絡(luò)、換流器網(wǎng)絡(luò)和直流網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓。
步驟13和14的目的是計(jì)算各子網(wǎng)的端口點(diǎn)等值電勢。
仍以圖5所示系統(tǒng)為例，說明具體計(jì)算方法。
對于子網(wǎng)S1 令子網(wǎng)S1中iα、iγ、iβ12＝0，先根據(jù)式(32)求出iα1、iα2，再根據(jù)式(9)和式(33)分別求取交流和換流器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓，求出的端口點(diǎn)節(jié)點(diǎn)電壓，即為端口點(diǎn)等值電勢。
子網(wǎng)S2的端口點(diǎn)等值電勢可類似求取。
步驟16求取子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線電流。
根據(jù)各子網(wǎng)端口點(diǎn)等值阻抗矩陣和等值電勢求取子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線電流。
仍以圖5所示系統(tǒng)為例，說明具體計(jì)算方法。
子網(wǎng)S1、S2、S3的端口方程如下 子網(wǎng)S1 子網(wǎng)S2 子網(wǎng)S3的端口方程不變，仍為式(7)，其標(biāo)識符改為S3，重寫如下 將式(34)～(36)合并，消去vα，vβ，vγ，vβ12，最后得到子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線電流方程式如下 Ai＝b(37) 其中i＝[iα，iβ，iγ，iβ12]T為子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線電流，矩陣A如下式所示 右端項(xiàng)b如下式所示
求解線性方程組(37)，可求得子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線電流。
步驟17各子網(wǎng)根據(jù)得到的子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線電流求取子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓。
步驟18各子網(wǎng)求解發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)等微分方程。
步驟19判斷是否有用戶自定義模型或MATLAB模型。
在該步驟19中，判斷各個子網(wǎng)中是否有用戶自定義模型或MATLAB模型。如果判斷為“是”，則前進(jìn)到步驟20和21；如果判斷為“否”，則前進(jìn)步驟22。
步驟20用戶自定義模型、MATLAB模型輸入輸出信息處理。
在該步驟20中，需要求取并發(fā)送各外接模型(用戶自定義模型、MATLAB模型)輸入變量值，并接收和處理各外接模型的輸出變量值。
步驟21用戶自定義模型、MATLAB模型計(jì)算。
在步驟21中，需要先接收用戶自定義模型、MATLAB模型的輸入變量值，然后根據(jù)用戶自定義模型、MATLAB模型的各功能框計(jì)算公式和連接關(guān)系，進(jìn)行模型計(jì)算，求取并發(fā)送用戶自定義模型、MATLAB模型輸出變量值。
步驟21中的計(jì)算與其它步驟中的計(jì)算并行進(jìn)行，由另外的獨(dú)立程序(用戶自定義模型計(jì)算程序、MATLAB模型計(jì)算程序)來實(shí)現(xiàn)。
如果步驟21中模型的計(jì)算量不大，也可以將其與其它步驟串行進(jìn)行計(jì)算，由同一個程序來處理，這時(shí)，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)可以去掉，步驟20和步驟21合并為圖4所示的步驟21。
步驟22判斷是否有機(jī)電暫態(tài)接口。
在該步驟22中，判斷是否有機(jī)電暫態(tài)接口。如果判斷為“是”，則前進(jìn)到步驟23和24；如果判斷為“否”，則前進(jìn)到步驟25。
步驟23機(jī)電暫態(tài)接口輸入輸出信息處理。
在機(jī)電暫態(tài)仿真的整數(shù)倍步長點(diǎn)，求取并向機(jī)電暫態(tài)仿真程序發(fā)送與機(jī)電暫態(tài)子網(wǎng)接口的邊界點(diǎn)正、負(fù)、零序電壓和電流，接收機(jī)電暫態(tài)仿真程序發(fā)送的邊界點(diǎn)正、負(fù)、零序等值阻抗和電勢。
步驟24機(jī)電暫態(tài)仿真計(jì)算。
步驟24由另外的獨(dú)立的機(jī)電暫態(tài)仿真程序來實(shí)現(xiàn)，先接收電磁暫態(tài)程序發(fā)送的邊界點(diǎn)正、負(fù)、零序電壓和電流，進(jìn)行機(jī)電暫態(tài)一個步長的積分計(jì)算，然后求取并向電磁暫態(tài)仿真程序發(fā)送與電磁暫態(tài)子網(wǎng)接口的邊界點(diǎn)正、負(fù)、零序等值阻抗和電勢。
步驟25判斷是否有物理裝置。
在該步驟25中，判斷是否有物理裝置。如果判斷為“是”，則前進(jìn)到步驟26和27；如果判斷為“否”，則前進(jìn)到步驟28。
步驟26物理裝置輸入輸出信息處理。
該步驟主要是進(jìn)行數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換，將實(shí)時(shí)仿真的數(shù)字信號和開關(guān)信號分別通過PCI總線的D/A轉(zhuǎn)化卡和PCI總線的I/O轉(zhuǎn)換卡，轉(zhuǎn)換成模擬信號，然后再通過接口放大器，送入物理裝置。物理裝置對輸入的信號做出響應(yīng)后，將反饋的模擬信號和開關(guān)信號再通過PCI總線的A/D轉(zhuǎn)化卡和PCI總線的I/O轉(zhuǎn)換卡，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送入仿真程序中，完成整個閉環(huán)仿真。
該步驟也可以由獨(dú)立的物理裝置接口程序并行處理，這時(shí)需要在電磁暫態(tài)仿真程序和物理裝置接口程序中增加輸入輸出量的發(fā)送和接收。
步驟27物理裝置運(yùn)行。
步驟28設(shè)t＝t+dt。
在該步驟28中將仿真計(jì)算的時(shí)間t增大一個步長dt。
步驟29判斷增大后的時(shí)間是否大于總仿真時(shí)間，如果判斷結(jié)果為“是”，結(jié)束整個仿真過程，如果判斷結(jié)果為“否”，返回到步驟7，重復(fù)步驟4至28的仿真過程，計(jì)算下一時(shí)步的暫態(tài)過程。
前述不分網(wǎng)(整個系統(tǒng)為1個子網(wǎng))只進(jìn)行交直流分割而將分割的各個部分的計(jì)算任務(wù)在一臺機(jī)器上來執(zhí)行的情況，是屬于本發(fā)明的第二實(shí)施例的特殊情況。此時(shí)，流程圖如圖6所示，與圖4中的流程圖相比，去掉了若干步驟。
步驟1交直流電力系統(tǒng)分割。
在該步驟1中，將一個目標(biāo)交直流電力系統(tǒng)分割為多個部分，包括交流網(wǎng)絡(luò)部分、換流器部分和直流網(wǎng)絡(luò)部分，注意此時(shí)仍為1個子網(wǎng)。
步驟2形成子網(wǎng)內(nèi)部交直流聯(lián)絡(luò)線方程的矩陣A。方法同前述非特殊情況下的步驟3和4中子網(wǎng)內(nèi)部交直流聯(lián)絡(luò)線方程(32)的形成，但此時(shí)形成的聯(lián)絡(luò)線方程式中c＝0。
步驟3設(shè)定初始計(jì)算時(shí)間t＝0。
步驟4判斷此時(shí)刻是否有開關(guān)動作，或換流閥導(dǎo)通、關(guān)斷等使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的情況發(fā)生。
在該步驟4中，判斷此時(shí)刻是否有開關(guān)動作或者換流閥導(dǎo)通或關(guān)斷等情況發(fā)生。如果判斷為“是”，則前進(jìn)到步驟5；如果判斷為“否”，則前進(jìn)到步驟6。
步驟5在有開關(guān)動作或者換流閥導(dǎo)通或關(guān)斷等使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的情況發(fā)生時(shí)，重新形成子網(wǎng)內(nèi)部交直流聯(lián)絡(luò)線方程的矩陣A； 步驟6形成子網(wǎng)內(nèi)部交直流聯(lián)絡(luò)線方程的右端項(xiàng)b； 步驟7求取子網(wǎng)內(nèi)部交直流聯(lián)絡(luò)線電流； 步驟8根據(jù)子網(wǎng)內(nèi)部交直流聯(lián)絡(luò)線電流，分別求取交流網(wǎng)絡(luò)、換流器網(wǎng)絡(luò)和直流網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓； 步驟9求解發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)等微分方程。
步驟10判斷是否有用戶自定義模型或MATLAB模型。
在該步驟10中，判斷各個子網(wǎng)中是否有用戶自定義模型或MATLAB模型。如果判斷為“是”，則前進(jìn)到步驟11和12；如果判斷為“否”，則前進(jìn)步驟13。
步驟11用戶自定義模型、MATLAB模型輸入輸出信息處理。
在該步驟11中，需要求取并發(fā)送各外接模型(用戶自定義模型、MATLAB模型)輸入變量值，并接收和處理各外接模型的輸出變量值。
步驟12用戶自定義模型、MATLAB模型計(jì)算。
在步驟12中，需要先接收用戶自定義模型、MATLAB模型的輸入變量值，然后根據(jù)用戶自定義模型、MATLAB模型的各功能框計(jì)算公式和連接關(guān)系，進(jìn)行模型計(jì)算，求取并發(fā)送用戶自定義模型、MATLAB模型輸出變量值。
步驟12中的計(jì)算與其它步驟中的計(jì)算并行進(jìn)行，由另外的獨(dú)立程序(用戶自定義模型計(jì)算程序、MATLAB模型計(jì)算程序)來實(shí)現(xiàn)。
如果步驟12中模型的計(jì)算量不大，也可以將其與其它步驟串行進(jìn)行計(jì)算，由同一個程序來處理，這時(shí)，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)可以去掉，步驟11和步驟12合并為圖4所示的步驟12。
步驟13判斷是否有機(jī)電暫態(tài)接口。
在該步驟13中，判斷是否有機(jī)電暫態(tài)接口。如果判斷為“是”，則前進(jìn)到步驟14和15；如果判斷為“否”，則前進(jìn)到步驟16。
步驟14機(jī)電暫態(tài)接口輸入輸出信息處理。
在機(jī)電暫態(tài)仿真的整數(shù)倍步長點(diǎn)，求取并向機(jī)電暫態(tài)仿真程序發(fā)送與機(jī)電暫態(tài)子網(wǎng)接口的邊界點(diǎn)正、負(fù)、零序電壓和電流，接收機(jī)電暫態(tài)仿真程序發(fā)送的邊界點(diǎn)正、負(fù)、零序等值阻抗和電勢。
步驟15機(jī)電暫態(tài)仿真計(jì)算。
步驟15由另外的獨(dú)立的機(jī)電暫態(tài)仿真程序來實(shí)現(xiàn)，先接收電磁暫態(tài)程序發(fā)送的邊界點(diǎn)正、負(fù)、零序電壓和電流，進(jìn)行機(jī)電暫態(tài)一個步長的積分計(jì)算，然后求取并向電磁暫態(tài)仿真程序發(fā)送與電磁暫態(tài)子網(wǎng)接口的邊界點(diǎn)正、負(fù)、零序等值阻抗和電勢。
步驟16判斷是否有物理裝置。
在該步驟16中，判斷是否有物理裝置。如果判斷為“是”，則前進(jìn)到步驟17和18；如果判斷為“否”，則前進(jìn)到步驟19。
步驟17物理裝置輸入輸出信息處理。
該步驟主要是進(jìn)行數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換，將實(shí)時(shí)仿真的數(shù)字信號和開關(guān)信號分別通過PCI總線的D/A轉(zhuǎn)化卡和PCI總線的I/O轉(zhuǎn)換卡，轉(zhuǎn)換成模擬信號，然后再通過接口放大器，送入物理裝置。物理裝置對輸入的信號做出響應(yīng)后，將反饋的模擬信號和開關(guān)信號再通過PCI總線的A/D轉(zhuǎn)化卡和PCI總線的I/O轉(zhuǎn)換卡，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送入仿真程序中，完成整個閉環(huán)仿真。
該步驟也可以由獨(dú)立的物理裝置接口程序并行處理，這時(shí)需要在電磁暫態(tài)仿真程序和物理裝置接口程序中增加輸入輸出量的發(fā)送和接收。
步驟18物理裝置運(yùn)行。
步驟19設(shè)t＝t+dt。
在該步驟19中將仿真計(jì)算的時(shí)間t增大一個步長dt。
步驟20判斷增大后的時(shí)間是否大于總仿真時(shí)間，如果判斷結(jié)果為“是”，結(jié)束整個仿真過程，如果判斷結(jié)果為“否”，返回到步驟7，重復(fù)步驟4至19的仿真過程，計(jì)算下一時(shí)步的暫態(tài)過程。
采用本方法，其網(wǎng)絡(luò)分割方式非常靈活，可以從交直流的任一連接點(diǎn)進(jìn)行分網(wǎng)，例如，對于圖2所示的系統(tǒng)，可以從iβ34處或iα1、iα2處或iα3、iα4處分網(wǎng)。
本方法也適用于純交流電力系統(tǒng)的分網(wǎng)并行求解。
上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了描述。應(yīng)該注意的是，本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明的精神的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠進(jìn)行多種修改和變更。
權(quán)利要求
1.一種交直流電力系統(tǒng)分割并行電磁暫態(tài)仿真方法，包括以下步驟
步驟1將一個目標(biāo)交直流電力系統(tǒng)分割為多個子網(wǎng)，包括交流網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)、換流器子網(wǎng)和直流網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)；
步驟2各子網(wǎng)求取端口點(diǎn)的等值阻抗矩陣；
步驟3設(shè)定初始計(jì)算時(shí)間t＝0；
步驟4判斷此時(shí)刻是否有開關(guān)動作，或換流閥導(dǎo)通、關(guān)斷等使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的情況發(fā)生；如果是則轉(zhuǎn)至步驟5，否則轉(zhuǎn)至步驟6；
步驟5對有開關(guān)動作或者換流閥導(dǎo)通或關(guān)斷等使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的情況發(fā)生的子網(wǎng)，求取端口點(diǎn)的等值阻抗矩陣；
步驟6各子網(wǎng)求取端口點(diǎn)的等值電勢；
步驟7求取子網(wǎng)間的聯(lián)絡(luò)線電流或聯(lián)絡(luò)線變量(在換流器采用節(jié)點(diǎn)法情況下為聯(lián)絡(luò)線電流，在換流器采用回路法求解情況下為聯(lián)絡(luò)線變量，聯(lián)絡(luò)線變量可以是子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線電流，也可以是子網(wǎng)間端口點(diǎn)電壓)；
步驟8各子網(wǎng)根據(jù)得到的子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線電流或聯(lián)絡(luò)線變量求取子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓，在換流器采用回路法求解情況下根據(jù)子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線變量求取換流器連支電流；
步驟9各子網(wǎng)求解發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)等微分方程；
步驟10判斷是否有用戶自定義模型或MATLAB模型；如果是則轉(zhuǎn)至步驟11和12，否則轉(zhuǎn)至步驟13；
步驟11用戶自定義模型、MATLAB模型輸入輸出信息處理；
步驟12用戶自定義模型、MATLAB模型計(jì)算；
步驟13判斷是否有機(jī)電暫態(tài)接口；如果是則轉(zhuǎn)至步驟14和15，否則轉(zhuǎn)至步驟16；
步驟14機(jī)電暫態(tài)接口輸入輸出信息處理；
步驟15機(jī)電暫態(tài)仿真計(jì)算；
步驟16判斷是否有物理裝置；如果是則轉(zhuǎn)至步驟17和18，否則轉(zhuǎn)至步驟19；
步驟17物理裝置輸入輸出信息處理；
步驟18物理裝置運(yùn)行；
步驟19將仿真時(shí)間增加一個時(shí)間步長；
重復(fù)執(zhí)行上述步驟4至步驟19，直至到達(dá)總仿真時(shí)間為止。
2.如權(quán)利要求1所述的交直流電力系統(tǒng)分割并行電磁暫態(tài)仿真方法，其特征在于其中換流器可采用節(jié)點(diǎn)法求解，也可采用回路法求解。
3.一種交直流電力系統(tǒng)分割并行電磁暫態(tài)仿真方法，包括以下步驟
步驟1將一個目標(biāo)交直流電力系統(tǒng)分割為多個子網(wǎng)，子網(wǎng)可以是交直流混合網(wǎng)絡(luò)，也可以是單獨(dú)的交流、換流器和直流網(wǎng)絡(luò)；
步驟2判斷該子網(wǎng)是否為交直流混合網(wǎng)絡(luò)；如果是則轉(zhuǎn)至步驟3，否則轉(zhuǎn)至步驟5；
步驟3對于交直流混合網(wǎng)絡(luò)，求取子網(wǎng)內(nèi)部交直流聯(lián)絡(luò)線電流；
步驟4對于交直流混合網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)子網(wǎng)內(nèi)部交直流聯(lián)絡(luò)線電流，分別求取交流網(wǎng)絡(luò)、換流器網(wǎng)絡(luò)和直流網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓，從而計(jì)算出各子網(wǎng)端口點(diǎn)的等值阻抗矩陣。
步驟5對于非交直流混合網(wǎng)絡(luò)，直接求取端口點(diǎn)的等值阻抗矩陣；
步驟6設(shè)定初始計(jì)算時(shí)間t＝0；
步驟7判斷此時(shí)刻是否有開關(guān)動作，或換流閥導(dǎo)通、關(guān)斷等使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的情況發(fā)生；如果是則轉(zhuǎn)至步驟8，否則轉(zhuǎn)至步驟12；
步驟8對有開關(guān)動作或者換流閥導(dǎo)通或關(guān)斷等使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的情況發(fā)生的子網(wǎng)，判斷該子網(wǎng)是否為交直流混合網(wǎng)絡(luò)；如果是則轉(zhuǎn)至步驟9，否則轉(zhuǎn)至步驟11；
步驟9對于有開關(guān)動作或者換流閥導(dǎo)通或關(guān)斷等使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的情況發(fā)生的交直流混合網(wǎng)絡(luò)，求取子網(wǎng)內(nèi)部交直流聯(lián)絡(luò)線電流；
步驟10對于有開關(guān)動作或者換流閥導(dǎo)通或關(guān)斷等使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的情況發(fā)生的交直流混合網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)子網(wǎng)內(nèi)部交直流聯(lián)絡(luò)線電流，分別求取交流網(wǎng)絡(luò)、換流器網(wǎng)絡(luò)和直流網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓，從而計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化子網(wǎng)端口點(diǎn)的等值阻抗矩陣；
步驟11對有開關(guān)動作或者換流閥導(dǎo)通或關(guān)斷等使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的情況發(fā)生的非交直流混合網(wǎng)絡(luò)，直接求取端口點(diǎn)的等值阻抗矩陣；
步驟12判斷該子網(wǎng)是否為交直流混合網(wǎng)絡(luò)，如果是則轉(zhuǎn)至步驟13，否則轉(zhuǎn)至步驟15；
步驟13對于交直流混合網(wǎng)絡(luò)，求取子網(wǎng)內(nèi)部交直流聯(lián)絡(luò)線電流；
步驟14對于交直流混合網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)子網(wǎng)內(nèi)部交直流聯(lián)絡(luò)線電流，分別求取交流網(wǎng)絡(luò)、換流器網(wǎng)絡(luò)、直流網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓，從而計(jì)算出各子網(wǎng)端口點(diǎn)的等值電勢；
步驟15對于非交直流混合網(wǎng)絡(luò)，直接求取端口點(diǎn)的等值電勢；
步驟16求取子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線電流；
步驟17各子網(wǎng)根據(jù)子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線電流求取子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓；
步驟18各子網(wǎng)求解發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)等微分方程求解；
步驟19判斷是否有用戶自定義模型或MATLAB模型，如果是則轉(zhuǎn)至步驟20和21，否則轉(zhuǎn)至步驟22；
步驟20用戶自定義模型、MATLAB模型輸入輸出信息處理；
步驟21用戶自定義模型、MATLAB模型計(jì)算；
步驟22判斷是否有機(jī)電暫態(tài)接口，如果是則轉(zhuǎn)至步驟23和24，否則轉(zhuǎn)至步驟25；
步驟23機(jī)電暫態(tài)接口輸入輸出信息處理；
步驟24機(jī)電暫態(tài)仿真計(jì)算；
步驟25判斷是否有物理裝置；如果是則轉(zhuǎn)至步驟26和27，否則轉(zhuǎn)至步驟28；
步驟26物理裝置輸入輸出信息處理；
步驟27物理裝置運(yùn)行；
步驟28將仿真時(shí)間增加一個時(shí)間步長；
重復(fù)執(zhí)行上述步驟7至步驟28，直至到達(dá)總仿真時(shí)間為止。
4.如權(quán)利要求3所述的交直流電力系統(tǒng)分割并行電磁暫態(tài)仿真方法，其特征在于可簡化為不分網(wǎng)但進(jìn)行交直流分割，分割后的各個部分的計(jì)算任務(wù)在一臺機(jī)器上來執(zhí)行的情況，此時(shí)，權(quán)利要求3中的步驟2、3、4、5、8、11、12、13、14、15、16及17均去掉，簡化后步驟如下
步驟1將一個目標(biāo)交直流電力系統(tǒng)分割為多個部分，包括交流網(wǎng)絡(luò)部分、換流器部分和直流網(wǎng)絡(luò)部分；
步驟2形成子網(wǎng)內(nèi)部交直流聯(lián)絡(luò)線方程的矩陣A；
步驟3設(shè)定初始計(jì)算時(shí)間t＝0；
步驟4判斷此時(shí)刻是否有開關(guān)動作，或換流閥導(dǎo)通、關(guān)斷等使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的情況發(fā)生；如果是則轉(zhuǎn)至步驟5，否則轉(zhuǎn)至步驟6；
步驟5在有開關(guān)動作或者換流閥導(dǎo)通或關(guān)斷等使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的情況發(fā)生時(shí)，重新形成子網(wǎng)內(nèi)部交直流聯(lián)絡(luò)線方程的矩陣A；
步驟6形成子網(wǎng)內(nèi)部交直流聯(lián)絡(luò)線方程的右端項(xiàng)b；
步驟7求取子網(wǎng)內(nèi)部交直流聯(lián)絡(luò)線電流；
步驟8根據(jù)子網(wǎng)內(nèi)部交直流聯(lián)絡(luò)線電流，分別求取交流網(wǎng)絡(luò)、換流器網(wǎng)絡(luò)和直流網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓；
步驟9求解發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)等微分方程；
步驟10判斷是否有用戶自定義模型或MATLAB模型，如果是則轉(zhuǎn)至步驟11和12，否則轉(zhuǎn)至步驟13；
步驟11用戶自定義模型、MATLAB模型輸入輸出信息處理；
步驟12用戶自定義模型、MATLAB模型計(jì)算；
步驟13判斷是否有機(jī)電暫態(tài)接口，如果是則轉(zhuǎn)至步驟14和15，否則轉(zhuǎn)至步驟16；
步驟14機(jī)電暫態(tài)接口輸入輸出信息處理；
步驟15機(jī)電暫態(tài)仿真計(jì)算；
步驟16判斷是否有物理裝置，如果是則轉(zhuǎn)至步驟17和18，否則轉(zhuǎn)至步驟19；
步驟17物理裝置輸入輸出信息處理；
步驟18物理裝置運(yùn)行；
步驟19將仿真時(shí)間增加一個時(shí)間步長；
重復(fù)執(zhí)行上述步驟4至步驟19，直至到達(dá)總仿真時(shí)間為止。
5.如權(quán)利要求1或3所述的交直流電力系統(tǒng)分割并行電磁暫態(tài)仿真方法，其特征在于通過將目標(biāo)電力系統(tǒng)分割為交流、換流器和直流多個子網(wǎng)，進(jìn)而將涉及各個子網(wǎng)的計(jì)算任務(wù)分配到機(jī)群服務(wù)器的各個子機(jī)并行計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)交直流電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)或超實(shí)時(shí)電磁暫態(tài)仿真。
6.如權(quán)利要求4所述的交直流電力系統(tǒng)分割并行電磁暫態(tài)仿真方法，其特征在于通過將目標(biāo)電力系統(tǒng)分割為交流、換流器、直流多個部分，進(jìn)而將各個部分的計(jì)算任務(wù)在一臺機(jī)器上串行計(jì)算，可大幅度提高計(jì)算速度。
7.如權(quán)利要求1或3所述的交直流電力系統(tǒng)分割并行電磁暫態(tài)仿真方法，其特征在于其網(wǎng)絡(luò)分割方式非常靈活，可以從交直流的任一連接點(diǎn)進(jìn)行分網(wǎng)，交流網(wǎng)絡(luò)還可進(jìn)一步分網(wǎng)，分割成若干個交流子網(wǎng)。
8.如權(quán)利要求1或3所述的交直流電力系統(tǒng)分割并行電磁暫態(tài)仿真方法，其特征在于交流網(wǎng)絡(luò)的分網(wǎng)方式可以是節(jié)點(diǎn)分裂法分網(wǎng)，也可以是分布參數(shù)線路解耦法分網(wǎng)。
9.如權(quán)利要求1或3所述的交直流電力系統(tǒng)分割并行電磁暫態(tài)仿真方法，其特征在于也可用于純交流電力系統(tǒng)的分網(wǎng)并行求解。
10.如權(quán)利要求1-9所述的交直流電力系統(tǒng)分割并行電磁暫態(tài)仿真方法，其特征在于該方法可與機(jī)電暫態(tài)并行仿真方法相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模電力系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)和電磁暫態(tài)過程的并行仿真計(jì)算，實(shí)現(xiàn)大電力系統(tǒng)背景下對局部電網(wǎng)如直流輸電、電力電子裝置等的詳細(xì)電磁暫態(tài)仿真模擬。
11.如權(quán)利要求1-9所述的交直流電力系統(tǒng)分割并行電磁暫態(tài)仿真方法，其特征在于可在該方法所模擬的電力系統(tǒng)中接入用戶自定義模型或MATLAB模型所模擬的控制系統(tǒng)，用于控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)優(yōu)化，這樣可極大地?cái)U(kuò)展對電力系統(tǒng)的仿真分析能力。
12.如權(quán)利要求1-9所述的交直流電力系統(tǒng)分割并行電磁暫態(tài)仿真方法，其特征在于可在該方法所模擬的電力系統(tǒng)中接入包括繼電保護(hù)和安全自動裝置、直流輸電控制裝置等實(shí)際物理裝置進(jìn)行閉環(huán)仿真試驗(yàn)，以檢驗(yàn)這些物理裝置在實(shí)際電力系統(tǒng)中的效果。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種交直流電力系統(tǒng)分割并行的電磁暫態(tài)數(shù)字仿真方法，包括將目標(biāo)交直流電力系統(tǒng)分割為多個子網(wǎng)，包括交流網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)、換流器子網(wǎng)、直流網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)或交直流混合網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)；對各子網(wǎng)求取端口點(diǎn)的等值阻抗矩陣和等值電勢；求取子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線電流；根據(jù)子網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線電流求取各子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓；求解各子網(wǎng)的發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)等微分方程；進(jìn)行用戶自定義模型、MATLAB模型、物理裝置輸入輸出信息處理；進(jìn)行機(jī)電暫態(tài)接口輸入輸出信息處理。該仿真方法具有分網(wǎng)方式靈活、計(jì)算速度快等優(yōu)點(diǎn)。該仿真方法能夠同時(shí)適用于交直流系統(tǒng)電磁暫態(tài)分網(wǎng)并行計(jì)算、與機(jī)電暫態(tài)并行計(jì)算、接入用戶自定義模型、MATLAB模型和物理裝置處理等，從而實(shí)現(xiàn)對交直流電力系統(tǒng)的各種暫態(tài)和動態(tài)過程的數(shù)字仿真。
文檔編號G06F17/50GK101719182SQ20091024186
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者田芳, 周孝信 申請人:中國電力科學(xué)研究院