專利名稱：一種大電網(wǎng)合環(huán)計(jì)算系統(tǒng)的制作方法
一種大電網(wǎng)合環(huán)計(jì)算系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于電網(wǎng)仿真領(lǐng)域，具體涉及一種大電網(wǎng)合環(huán)計(jì)算系統(tǒng)。
技術(shù)背景
隨著電網(wǎng)互聯(lián)程度的加深，電網(wǎng)經(jīng)逐步改造，供電可靠率不斷提高。當(dāng)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)內(nèi)故障處理、負(fù)荷轉(zhuǎn)移和設(shè)備檢修時(shí)，可采用某些開(kāi)環(huán)運(yùn)行輸電線路進(jìn)行合環(huán)的方法，以減少停電次數(shù)和停電時(shí)間，提高供電的連續(xù)性和可靠性。
電網(wǎng)合環(huán)操作將產(chǎn)生沖擊電流和合環(huán)后的穩(wěn)態(tài)電流，當(dāng)穩(wěn)態(tài)電流或沖擊電流過(guò)大時(shí)，將導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置動(dòng)作，直接影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，在進(jìn)行操作前需對(duì)合環(huán)電流進(jìn)行計(jì)算，確認(rèn)操作是否可行。合環(huán)操作本身將產(chǎn)生過(guò)電壓，威脅設(shè)備安全。不成功的合環(huán)操作，無(wú)疑將增加停電次數(shù)，降低系統(tǒng)供電的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，甚至損壞電氣設(shè)備。 此外，對(duì)于大規(guī)模電網(wǎng)，合環(huán)操作可能產(chǎn)生大規(guī)模潮流轉(zhuǎn)移導(dǎo)致形成環(huán)網(wǎng)的支路甚至環(huán)網(wǎng)以外的支路過(guò)載，需要給予特別的關(guān)注。
以下為本發(fā)明中出現(xiàn)的詞語(yǔ)機(jī)電暫態(tài)、電磁暫態(tài)和機(jī)電-電磁混合仿真做出解釋
機(jī)電暫態(tài)電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)仿真是使用時(shí)域仿真的方法研究電力系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)穩(wěn)定性，即電力系統(tǒng)受到大干擾后，各同步發(fā)電機(jī)保持同步運(yùn)行并過(guò)渡到新的或恢復(fù)到原來(lái)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式的能力。
電磁暫態(tài)分析和計(jì)算故障或操作后可能出現(xiàn)的暫態(tài)過(guò)電壓和過(guò)電流，以便對(duì)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。此外， 對(duì)于研究新型快速繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作原理，故障點(diǎn)探測(cè)原理以及電磁干擾等問(wèn)題，也常需要進(jìn)行電磁暫態(tài)過(guò)程分析。
機(jī)電-電磁混合仿真在一次仿真過(guò)程中將計(jì)算對(duì)象的電網(wǎng)拓?fù)浒凑招枰指畛蓹C(jī)電暫態(tài)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)和電磁暫態(tài)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)分別實(shí)施計(jì)算，通過(guò)電路連接界面即接口上的數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)一體化仿真過(guò)程，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)與電磁暫態(tài)混合仿真。發(fā)明內(nèi)容
為克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種大電網(wǎng)合環(huán)計(jì)算系統(tǒng)，根據(jù)大規(guī)模電網(wǎng)合環(huán)計(jì)算的需求，實(shí)現(xiàn)了基于潮流計(jì)算、機(jī)電暫態(tài)仿真、混合仿真綜合分析方法的合環(huán)電流計(jì)笪弁。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種大電網(wǎng)合環(huán)計(jì)算系統(tǒng)，其包括合環(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；其改進(jìn)之處在于，所述合環(huán)計(jì)算系統(tǒng)包括機(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。
本發(fā)明提供的優(yōu)選技術(shù)方案中，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。
本發(fā)明提供的第二優(yōu)選技術(shù)方案中，所述機(jī)電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)模塊為三序相量網(wǎng)絡(luò)，所述機(jī)電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)模塊采用相量方程線性表示。
本發(fā)明提供的第三優(yōu)選技術(shù)方案中，所述電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)模塊為三相瞬時(shí)值網(wǎng)絡(luò)， 所述電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)模塊由利用電容、電感元件構(gòu)成的微分方程或偏微分方程組成。
本發(fā)明提供的第四優(yōu)選技術(shù)方案中，所述電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)劃分模塊，根據(jù)設(shè)定的合環(huán)點(diǎn)信息，將合環(huán)點(diǎn)附近區(qū)域電網(wǎng)作為電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)將所有與電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)外的母線有聯(lián)系的支路作為機(jī)電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)。
本發(fā)明提供的第五優(yōu)選技術(shù)方案中，所述合環(huán)點(diǎn)信息包括合環(huán)點(diǎn)位置、合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)母線以及合環(huán)點(diǎn)繼電保護(hù)定值信息。
本發(fā)明提供的第六優(yōu)選技術(shù)方案中，所述機(jī)電-電磁接口模塊，包括相互連接的三相瞬時(shí)值轉(zhuǎn)換組件和三序相量值轉(zhuǎn)換組件。
本發(fā)明提供的第七優(yōu)選技術(shù)方案中，所述三相瞬時(shí)值轉(zhuǎn)換組件獲得機(jī)電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)的三序戴維南等值電勢(shì)和阻抗后，將其轉(zhuǎn)換為三相瞬時(shí)值形式；所述三序相量值轉(zhuǎn)換組件將邊界點(diǎn)的三相電壓、電流瞬時(shí)值轉(zhuǎn)換為相量值，再轉(zhuǎn)換為三序相量值。
本發(fā)明提供的第八優(yōu)選技術(shù)方案中，所述三序相量值轉(zhuǎn)換組件首先通過(guò)傅立葉變換，將電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)邊界點(diǎn)的A、B、C相注入電流瞬時(shí)值，轉(zhuǎn)換成相量值，將電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)邊界點(diǎn)的A、B、C相注入電壓瞬時(shí)值，轉(zhuǎn)換成相量值；然后將邊界點(diǎn)的A、B、C相電流和相電壓轉(zhuǎn)換為正、負(fù)、零序電流、電壓相量。
與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的一種大電網(wǎng)合環(huán)計(jì)算系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了基于潮流計(jì)算、機(jī)電暫態(tài)仿真、混合仿真綜合分析方法的合環(huán)電流計(jì)算全新解決方案，能夠準(zhǔn)確計(jì)算合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流與沖擊電流，與已有解決方案相比，具有仿真規(guī)模大、計(jì)算精度高、能夠計(jì)及諧波分量與負(fù)荷不對(duì)稱等諸多優(yōu)點(diǎn)；而且，將機(jī)電暫態(tài)-電磁暫態(tài)混合仿真方法應(yīng)用于合環(huán)電流計(jì)算，集中了機(jī)電暫態(tài)仿真和電磁暫態(tài)仿真的各自優(yōu)點(diǎn)，既可以反映特定系統(tǒng)中詳細(xì)的電磁暫態(tài)變化過(guò)程，又可仿真較大規(guī)模的電力系統(tǒng)，無(wú)需等值，準(zhǔn)確性高；還提出了網(wǎng)絡(luò)最大級(jí)數(shù)搜索算法，根據(jù)設(shè)置合環(huán)點(diǎn)自動(dòng)劃分電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)，解決了以往進(jìn)行混合仿真計(jì)算需要手工劃分電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)且容易產(chǎn)生錯(cuò)誤的問(wèn)題；再者，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電暫態(tài)-電磁暫態(tài)混合仿真的單機(jī)并行算法，解決了以往混合仿真依賴PC機(jī)群系統(tǒng)的問(wèn)題，在滿足離線仿真的同時(shí)，極大地降低了軟件成本。


圖1為大電網(wǎng)合環(huán)計(jì)算系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為機(jī)電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)分網(wǎng)及接電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)示意圖。
圖3為機(jī)電-電磁接口模塊的工作流程圖。
圖4為機(jī)電-電磁接口模塊示意圖(節(jié)點(diǎn)分裂前)。
圖5為機(jī)電-電磁接口模塊示意圖(節(jié)點(diǎn)分裂后)。
圖6為合環(huán)混合仿真計(jì)算的單機(jī)并行算法流程圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，一種大電網(wǎng)合環(huán)計(jì)算系統(tǒng)，其包括合環(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；其改進(jìn)之處在于，所述合環(huán)計(jì)算系統(tǒng)包括機(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。
所示系統(tǒng)具備以下計(jì)算功能
合環(huán)潮流計(jì)算
為保證合環(huán)潮流計(jì)算的收斂性，合環(huán)計(jì)算系統(tǒng)中提供了多種計(jì)算方法(PQ分解法、牛頓法、最佳乘子法、PQ分解轉(zhuǎn)牛頓法)供選擇。與常規(guī)潮流計(jì)算相比，合環(huán)潮流計(jì)算包含了合環(huán)前與合環(huán)后兩次潮流計(jì)算。合環(huán)潮流報(bào)告給出合環(huán)前母線電壓差、相角差，為有經(jīng)驗(yàn)的運(yùn)行人員提供初步判斷的依據(jù)；計(jì)算得到的合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流與過(guò)流保護(hù)定值相比較， 若合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流超出過(guò)流保護(hù)定值，則操作不可行，反之操作可行，給出合環(huán)操作可行性的確定性依據(jù)。此外，合環(huán)潮流可輸出合環(huán)路徑上相關(guān)支路以及任意其他支路、任意母線在合環(huán)前、合環(huán)后的潮流對(duì)比結(jié)果，容易發(fā)現(xiàn)合環(huán)操作可能帶來(lái)的潮流轉(zhuǎn)移及其他潮流不合理問(wèn)題。
合環(huán)機(jī)電暫態(tài)計(jì)算
合環(huán)機(jī)電暫態(tài)仿真分析合環(huán)操作對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，計(jì)算合環(huán)沖擊電流值。常規(guī)機(jī)電暫態(tài)仿真計(jì)算需設(shè)定故障卡，對(duì)指定的故障進(jìn)行模擬。與常規(guī)機(jī)電暫態(tài)仿真計(jì)算相比，合環(huán)機(jī)電暫態(tài)仿真根據(jù)用戶設(shè)定的合環(huán)點(diǎn)信息自動(dòng)形成合環(huán)操作動(dòng)作序列卡，不額外設(shè)定故障卡。合環(huán)機(jī)電暫態(tài)計(jì)算給出合環(huán)操作后系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的確定結(jié)論，計(jì)算得到的沖擊電流與繼電保護(hù)定值相比較，判定合環(huán)操作是否可行。
合環(huán)混合仿真計(jì)算
合環(huán)操作時(shí)不同的合環(huán)相角沖擊電流的大小不同，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響也不相同。 機(jī)電暫態(tài)仿真的典型仿真步長(zhǎng)為10毫秒，因此在對(duì)不同的合環(huán)相角模擬上顯得時(shí)間刻度不夠精細(xì)。電磁暫態(tài)仿真通常描述過(guò)程持續(xù)時(shí)間在納秒、微秒、毫秒級(jí)的系統(tǒng)快速暫態(tài)特性，計(jì)算步長(zhǎng)一般為20-200微秒，典型計(jì)算步長(zhǎng)為50微秒，與機(jī)電暫態(tài)計(jì)算相比，能以更精細(xì)的時(shí)間刻度模擬系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)。
此外，電磁暫態(tài)計(jì)算采用ABC三相瞬時(shí)值表示，可以描述系統(tǒng)三相不對(duì)稱、波形畸變，以及高次諧波疊加等特性；機(jī)電暫態(tài)計(jì)算則基于工頻正弦波假設(shè)條件，將系統(tǒng)由三相網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)線性變換轉(zhuǎn)換為相互解耦的正、負(fù)、零序網(wǎng)絡(luò)分別計(jì)算，系統(tǒng)變量采用基波相量表示，因此，機(jī)電暫態(tài)仿真只能反映系統(tǒng)工頻特性及低頻振蕩等特性。合環(huán)混合仿真計(jì)算指根據(jù)設(shè)置的合環(huán)點(diǎn)信息，將合環(huán)點(diǎn)附近區(qū)域自動(dòng)劃分為電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)，其他大部分電網(wǎng)為機(jī)電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)，在一次仿真過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)大規(guī)模電力系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)仿真和局部合環(huán)點(diǎn)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的電磁暫態(tài)仿真，能夠計(jì)算得到對(duì)應(yīng)不同的合環(huán)相角下沖擊電流瞬時(shí)值以及合環(huán)點(diǎn)附近各母線電壓、各母線電流和功率的瞬時(shí)值，可進(jìn)一步分析合環(huán)操作過(guò)電壓情況。應(yīng)用開(kāi)關(guān)
權(quán)利要求
1.一種大電網(wǎng)合環(huán)計(jì)算系統(tǒng)，其包括合環(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；其改進(jìn)之處在于，所述合環(huán)計(jì)算系統(tǒng)包括機(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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合環(huán)計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，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。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的合環(huán)計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)模塊為三序相量網(wǎng)絡(luò)，所述機(jī)電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)模塊采用相量方程線性表示。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的合環(huán)計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，所述電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)模塊為三相瞬時(shí)值網(wǎng)絡(luò)，所述電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)模塊由利用電容、電感元件構(gòu)成的微分方程或偏微分方程組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的合環(huán)計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，所述電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)劃分模塊，根據(jù)設(shè)定的合環(huán)點(diǎn)信息，將合環(huán)點(diǎn)附近區(qū)域電網(wǎng)作為電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)將所有與電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)外的母線有聯(lián)系的支路作為機(jī)電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的合環(huán)計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，所述合環(huán)點(diǎn)信息包括合環(huán)點(diǎn)位置、合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)母線以及合環(huán)點(diǎn)繼電保護(hù)定值信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的合環(huán)計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)電-電磁接口模塊，包括 相互連接的三相瞬時(shí)值轉(zhuǎn)換組件和三序相量值轉(zhuǎn)換組件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的合環(huán)計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，所述三相瞬時(shí)值轉(zhuǎn)換組件獲得機(jī)電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)的三序戴維南等值電勢(shì)和阻抗后，將其轉(zhuǎn)換為三相瞬時(shí)值形式；所述三序相量值轉(zhuǎn)換組件將邊界點(diǎn)的三相電壓、電流瞬時(shí)值轉(zhuǎn)換為相量值，再轉(zhuǎn)換為三序相量值。
9.根據(jù)權(quán)利要求7、8所述的合環(huán)計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，所述三序相量值轉(zhuǎn)換組件首先通過(guò)傅立葉變換，將電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)邊界點(diǎn)的A、B、C相注入電流瞬時(shí)值，轉(zhuǎn)換成相量值，將電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)邊界點(diǎn)的A、B、C相注入電壓瞬時(shí)值，轉(zhuǎn)換成相量值；然后將邊界點(diǎn)的A、B、C 相電流和相電壓轉(zhuǎn)換為正、負(fù)、零序電流、電壓相量。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種大電網(wǎng)合環(huán)計(jì)算系統(tǒng)，其包括合環(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；其改進(jìn)之處在于，所述合環(huán)計(jì)算系統(tǒng)包括機(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。本發(fā)明提供的大電網(wǎng)合環(huán)計(jì)算系統(tǒng)，根據(jù)大規(guī)模電網(wǎng)合環(huán)計(jì)算的需求，實(shí)現(xiàn)了基于潮流計(jì)算、機(jī)電暫態(tài)仿真、混合仿真綜合分析方法的合環(huán)電流計(jì)算。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102521452SQ201110417430
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者劉澤平, 宋軍, 張星, 徐得超, 朱旭凱, 朱雨晨, 李大立, 趙青山, 鄒衛(wèi)美, 陳子春 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院, 華北電力大學(xué), 新疆疆南電力有限責(zé)任公司