專利名稱：一種PSS/E至SimPowerSys的電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)仿真計算領(lǐng)域,特別涉及一種PSS/E至SimPowerSys的電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法。
背景技術(shù)：
隨著直流輸電技術(shù)的發(fā)展以及多條直流線路的投入，我國已投入多條高壓直流輸電線路，尤其是華東電網(wǎng)和南方電網(wǎng)已經(jīng)形成多饋入大規(guī)模交直流互聯(lián)系統(tǒng)。對這種含有電力電子裝置的電力系統(tǒng)進(jìn)行計算及研究，常規(guī)的機(jī)電暫態(tài)程序存在一定的局限性。為真實反映交直流系統(tǒng)在各種故障情況下的詳細(xì)響應(yīng)特征，有必要采用能夠精確仿真的電磁暫態(tài)程序。、PSS/E是國內(nèi)普遍使用的交直流電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)仿真程序之一,能夠?qū)Υ髷_動下交直流系統(tǒng)相互作用的特性進(jìn)行研究分析，電力系統(tǒng)規(guī)劃數(shù)據(jù)以PSS/E數(shù)據(jù)文件的格式存在在該仿真程序中。但是，使用機(jī)電暫態(tài)仿真程序(包括PSS/E)存在如下兩點限制(1)機(jī)電暫態(tài)分析程序?qū)涣骶W(wǎng)絡(luò)的模擬僅僅采用了基波頻率下的正序相量描述，無法描述交直流系統(tǒng)之間非基波頻率下的相互作用特性。(2)機(jī)電暫態(tài)分析程序所采用的直流輸電換流器模型大多為穩(wěn)態(tài)模型，而換流器的穩(wěn)態(tài)模型是在多種理想假設(shè)條件下成立的。因此，PSS/E等交直流電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)分析程序在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)意義上只適用于基波對稱交流系統(tǒng)，而不能用于偏離這種理想條件的其它運行狀態(tài)的分析，比如不對稱故障分析。MATLAB/Simulink環(huán)境下的SimPowerSys擁有電力系統(tǒng)潮流計算、機(jī)電暫態(tài)仿真、電磁暫態(tài)仿真以及特征矩陣計算等網(wǎng)絡(luò)分析功能，尤其是電磁暫態(tài)仿真，它的根本性特點是電力網(wǎng)絡(luò)采用a、b、c三相模型或更一般的全相模型，系統(tǒng)中的物理量為瞬時值而不是相量值。因此基于電磁暫態(tài)模式的電網(wǎng)仿真，可以對直流輸電換流器和FACTS裝置等電力電子設(shè)備的開關(guān)過程進(jìn)行精確仿真，它克服了機(jī)電暫態(tài)仿真程序在交直流互聯(lián)電力系統(tǒng)下仿真不夠精確的缺點。目前，實際電網(wǎng)的元件及運行參數(shù)均以PSS/E等機(jī)電暫態(tài)程序的數(shù)據(jù)格式輸出，沒有SimPowerSys仿真文件格式下的數(shù)據(jù)。為實現(xiàn)SimPowerSys環(huán)境下實際交直流系統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真，有必要針對已有的PSS/E數(shù)據(jù)文件，根據(jù)SimPowerSys電磁暫態(tài)元件的參數(shù)設(shè)置要求，進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換計算并輸入至SimPowerSys仿真模塊內(nèi)，形成SimPowerSys下的電力系統(tǒng)仿真模型。采用人工手動編制的方法，雖然能夠達(dá)到上述轉(zhuǎn)換的要求和目的，但是在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大，元件數(shù)量多的情況下，與本發(fā)明提出直接數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換相比，存在工作量大，工作效率低下，出錯率高等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種PSS/E至SimPowerSys的電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法,能夠?qū)⒁延械腜SS/E電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換為與SimPowerSys仿真文件內(nèi)的電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，克服了現(xiàn)有技術(shù)人工手動轉(zhuǎn)換或編制數(shù)據(jù)造成的工作效率低及出錯率高的問題。—種PSS/E至SimPowerSys的電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法,其特征在于,包括步驟(I)從PSS/E數(shù)據(jù)文件中提取各電力元器件之間的連接信息、靜態(tài)電力元件的參數(shù)以及動態(tài)電力元件參數(shù)，相應(yīng)地形成電力網(wǎng)絡(luò)連接信息、靜態(tài)電力元件參數(shù)信息以及動態(tài)電力元件參數(shù)信息；獲取外部設(shè)備提供的各母線單元的地理分布信息，形成電力網(wǎng)絡(luò)布局信息；所述的靜態(tài)電力元件參數(shù)信息為用于電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析的靜態(tài)物理模型信息，包括線路、負(fù)荷、變壓器以及并聯(lián)無功補(bǔ)償器；所述的動態(tài)電力元件參數(shù)信息為用于電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)動態(tài)分析的參數(shù)信息，包括發(fā)電機(jī)模型及其附屬控制設(shè)備；所述的母線單元包括母線及與其相連的靜態(tài)電力元件及/或動態(tài)電力元件，即所述的母線單元包括一條母線及與其相連的線路、變壓器、發(fā)電機(jī)、負(fù)荷和并聯(lián)無功補(bǔ)償器；所述的母線即變電站或發(fā)電廠、廠站。
(2)對母線單元進(jìn)行布局根據(jù)所述的靜態(tài)電力元件參數(shù)信息內(nèi)母線的區(qū)域信息對電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行區(qū)域劃分，對每個區(qū)域內(nèi)不同電壓等級的母線進(jìn)行分類，形成每個區(qū)域內(nèi)的子模塊，獲取得到各子模塊之間的連接信息、子模塊于電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的位置信息以及各子模塊內(nèi)部的母線單元
信息；將所述的電力網(wǎng)絡(luò)布局信息(上述母線單元的坐標(biāo)信息)轉(zhuǎn)換為SimPowerSys坐標(biāo)系下的坐標(biāo)信息，形成各子模塊內(nèi)母線單元于各子模塊的坐標(biāo)信息；根據(jù)子模塊的位置信息及各子模塊內(nèi)母線單元的坐標(biāo)信息對母線單元進(jìn)行布局，同時，利用靜態(tài)電力元件參數(shù)信息和動態(tài)電力元件參數(shù)信息對每個母線單元內(nèi)的電力元件(即與母線相連的各靜態(tài)電力元件及動態(tài)電力元件)進(jìn)行建模；在本步驟中，由于靜態(tài)電力元件參數(shù)信息內(nèi)母線的區(qū)域信息中含有母線的區(qū)域編號，所述的對電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行區(qū)域劃分即基于相同區(qū)域編號歸為一個區(qū)域這一原則進(jìn)行的。此外，所述的對每個區(qū)域內(nèi)不同電壓等級的母線(母線所處的電壓等級)進(jìn)行分類，即基于母線所處的電壓等級將相同電壓等級的母線歸為同一子模塊中的母線(也即母線單元)，因此，每個區(qū)域內(nèi)的子模塊即包括所處相同電壓等級的母線，由于母線單元包括母線及與其相連的靜態(tài)電力元件及/或動態(tài)電力元件，因此，每個區(qū)域內(nèi)的子模塊包括若干母線單元。在形成子模塊的過程中，各子模塊之間的連接信息、子模塊于電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的位置信息以及各子模塊內(nèi)部的母線單元信息可直接從區(qū)域劃分及形成子模塊的過程中獲知其中，子模塊內(nèi)部的母線單元信息指母線單元內(nèi)的母線、與母線相連的靜態(tài)電力元件及/或動態(tài)電力元件于子模塊內(nèi)部的位置信息。(3)對母線單元進(jìn)行布線基于各子模塊之間的連接信息對各子模塊之間進(jìn)行布線；根據(jù)所述的電力網(wǎng)絡(luò)連接信息，對各子模塊內(nèi)部的母線單元進(jìn)行布線。本發(fā)明的電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法在PSS/E數(shù)據(jù)文件所存數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上(即在步驟(I)直接提取PSS/E數(shù)據(jù)文件所存數(shù)據(jù))，首先編制了通用的電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)布局文件以存儲電力網(wǎng)絡(luò)布局信息，即將電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)各廠站(即母線)所在的地理位置信息以文本的形式記錄下來，以供下一步的利用及讀??；由于母線單元包括母線及與其相連的靜態(tài)電力元件及/或動態(tài)電力元件，因此該電力網(wǎng)絡(luò)布局信息也即各母線單元的地理分布信息。而在對母線單元進(jìn)行布局這一步驟中，本發(fā)明將原有電力網(wǎng)絡(luò)按照一定的方式劃分區(qū)域/形成子模塊，一方面解決了 SimPowerSys仿真文件頁面大小限制問題，另一方面使得數(shù)據(jù)的存儲更具有層次性；母線單元自動布局，實質(zhì)是將各個母線單元按照網(wǎng)絡(luò)實際地理位置進(jìn)行定位和安放，在本發(fā)明中，根據(jù)子模塊于電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的位置信息以及各子模塊內(nèi)母線單元的坐標(biāo)信息，可以直接將電力系統(tǒng)各元件模型按照坐標(biāo)變換后的方式放置于SimPowerSys仿真文件頁面(由于母線單元包括母線及與其連接的其他電力元件,將各元件模型按照一定的方式放置即母線單元的放置)。在對母線單元進(jìn)行布線這一步驟中，由于PSS/E數(shù)據(jù)文件已存儲各電力元器件之間的連接信息(即母線單元之間的連接信息)，基于提取的電力網(wǎng)絡(luò)連接信息以及步驟(2)中得到各子模塊之間的連接信息，可以直接對母線單元進(jìn)行布線，包括各子模塊之間的布線(基于各子模塊之間的連接信息)以及各子模塊內(nèi)部的母線單元的布線(基于電力網(wǎng)絡(luò)連接信息)。下面介紹本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案。作為優(yōu)選步驟(I)中，所述的獲取外部設(shè)備提供的各母線單元的地理分布信息包括步驟a、按照母線實際的地理分布位置，將其平鋪于電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的二維平面上，得到母線分布平面圖；b、將獲得的母線分布平面圖的左上角作為坐標(biāo)原點，分別向右向下形成X軸和Y軸的正方向，得到每條母線在此坐標(biāo)系下的坐標(biāo)信息；所述母線單元的地理分布信息即為上述母線的坐標(biāo)信息。上述技術(shù)特征即為通用的電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)布局文件的設(shè)置過程，該電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)布局文件存儲了每條母線在該X-Y坐標(biāo)系下的坐標(biāo)信息，也即母線單元的坐標(biāo)信息。相應(yīng)地,更進(jìn)一步地步驟(2)中，所述的將電力網(wǎng)絡(luò)布局信息(上述母線單元的坐標(biāo)信息)轉(zhuǎn)換為SimPowerSys坐標(biāo)系下的坐標(biāo)信息,包括步驟a、基于電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的子模塊，將所述的母線分布平面圖轉(zhuǎn)換為子模塊母線分布平面圖，將獲得的各子模塊母線分布平面圖的左上角作為坐標(biāo)原點，分別向右向下形成X軸和y軸的正方向，獲取每條母線在各子模塊母線分布平面圖上的坐標(biāo)信息；b、將母線單元在SimPowerSys坐標(biāo)系下的橫向長度及縱向長度作為x軸和y軸的長度單位，將每條母線在各子模塊母線分布平面圖上的坐標(biāo)信息轉(zhuǎn)換為SimPowerSys坐標(biāo)系下的坐標(biāo)信息，該經(jīng)轉(zhuǎn)換的坐標(biāo)信息即為各母線單元在SimPowerSys坐標(biāo)系下的坐標(biāo)信肩、O上述技術(shù)特征基于上述電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)布局文件，實現(xiàn)了該X-Y坐標(biāo)系至SimPowerSys坐標(biāo)系(即χ-y坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換)。作為優(yōu)選步驟(3)中，所述的基于各子模塊之間的連接信息對各子模塊之間進(jìn)行布線包括步驟基于各子模塊之間的連接信息對子模塊的端口進(jìn)行自動連接。、
作為優(yōu)選步驟(3)中，所述的對各子模塊內(nèi)部的母線單元進(jìn)行布線包括步驟a、獲得子模塊內(nèi)部第i對母線單元對之間的直線距離Ii，利用如下公式得到該子模塊內(nèi)部母線單元的距離判據(jù)L
I nL = -/Ji 卜 Al"
tf
其中，η為該子模塊內(nèi)母線單元對的總數(shù)，且i = 1，2，. . .，η表示第i對母線單元對，Λ I為預(yù)設(shè)的距離判據(jù)自由調(diào)節(jié)量；b、若第i對母線單元對之間的直線距離Ii小于等于距離判據(jù)L，可根據(jù)所述電力網(wǎng)絡(luò)連接信息對該母線單元對的電力元器件進(jìn)行自動連接；若第i對母線單元對之間的直線距離Ii大于距離判據(jù)L，則執(zhí)行步驟C ；C、對該母線單元對之間基于所述電力網(wǎng)絡(luò)連接信息的連接路徑進(jìn)行交叉線判斷，即判斷該連接路徑是否與所在子模塊中已存在的連接線發(fā)生交叉現(xiàn)象，該連接路徑為虛擬連接路徑若不存在交叉現(xiàn)象，則直接依照該連接路徑對母線單元內(nèi)的電力元器件進(jìn)行自動連接；若存在交叉現(xiàn)象，則執(zhí)行步驟(Tf ；d、獲取該連接路徑與所在子模塊的連接線的交叉點所在的區(qū)域，讀取所述連接路徑的起點坐標(biāo)及終點坐標(biāo)；e、在上述連接路徑所處區(qū)域內(nèi)選擇至少兩個非交叉點所在的區(qū)域的折點；f、基于相鄰點之間的距離最小的原則依次連接起點坐標(biāo)、上述折點以及終點坐標(biāo)，在所述連接路徑的基礎(chǔ)上對該母線單元對的電力元器件進(jìn)行自動連接。上述母線單元對為兩個存在連接關(guān)系的母線單元。相應(yīng)地,更進(jìn)一步地步驟c中，所述對該母線單元對之間基于所述電力網(wǎng)絡(luò)連接信息的連接路徑進(jìn)行交叉線判斷包括步驟i、將子模塊中的每個母線單元看作一個無尺寸坐標(biāo)點，將已存在的母線單元對之間的連接線作直線段處理；根據(jù)已存在的連接線利用其起點坐標(biāo)和終點坐標(biāo)得到該連接線的斜率；ii、遍歷上述連接線的斜率；若連接路徑的斜率與上述連接線的斜率相同或相近，則認(rèn)為該連接路徑與上述連接線不存在交叉現(xiàn)象；否，則執(zhí)行步驟iii ；iii、計算連接路徑與連接線的交點坐標(biāo)；若交點的橫坐標(biāo)或縱坐標(biāo)在連接路徑起點坐標(biāo)及終點坐標(biāo)的范圍內(nèi)，則認(rèn)為該連接路徑與上述連接線存在交叉現(xiàn)象；否，則認(rèn)為該連接路徑與上述連接線不存在交叉現(xiàn)象。在對母線單元進(jìn)行布線這一步驟中，考慮了連接線可能存在的交叉現(xiàn)象，能夠避免電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)仿真布線的繁冗與龐大，避免了電力元件間的連接錯誤，也便于后續(xù)對電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的修改與仿真調(diào)整。本發(fā)明電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法利用了 PSS/E文件已有的原始數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了SimPowerSys電力系統(tǒng)仿真模型的自動生成；無需人工手動轉(zhuǎn)換或重新編制大量數(shù)據(jù)文件，極大地簡化了模型編制過程，減少編制錯誤，提高工作效率。自動生成的仿真模型可用于潮流計算，機(jī)電暫態(tài)計算和電磁暫態(tài)計算，具有豐富的仿真分析手段，更具精確性。


圖I為本實施例PSS/E至SimPowerSys數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換鏈路示意圖；圖2為本實施例三機(jī)九節(jié)點系統(tǒng)平面分布圖；圖3為本實施例三機(jī)九節(jié)點系統(tǒng)坐標(biāo)化后的坐標(biāo)分布圖；圖4為本實施例步驟(2)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換鏈路示意圖； 圖5為本實施例電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的區(qū)域劃分及子模塊形成示意圖；圖6為本實施例的母線單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本實施例交叉現(xiàn)象下母線單元間兩折點式連接示意圖；圖8為本實施例交叉現(xiàn)象的判斷示意圖；圖9為本實施例三機(jī)九節(jié)點系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖10為本實施例故障情況下電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)仿真過程中的發(fā)電機(jī)功角曲線；其中，實線為SimPowerSys仿真模型的仿真曲線，虛線為PSS/E環(huán)境下的仿真曲線。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明的具體實施方式
。一種PSS/E至SimPowerSys的電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法，如圖I所示,主要含有三個過程，即數(shù)據(jù)準(zhǔn)備部分(I)、模型建立部分(2 )及模型生成部分(3 )。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備部分(I)主要完成三種功能①在PSS/E潮流數(shù)據(jù)文件*. raw (4)中，通過潮流文件數(shù)據(jù)提取和轉(zhuǎn)換模塊(7)對潮流文件數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，獲得電力網(wǎng)絡(luò)連接信息(10)，將獲取的元件參數(shù)經(jīng)轉(zhuǎn)換計算后獲得靜態(tài)電力元件參數(shù)信息(11)，用于靜態(tài)元件模型自動生成等方面；②根據(jù)PSS/E動態(tài)數(shù)據(jù)文件*. dyr (5)，通過動態(tài)文件數(shù)據(jù)提取和轉(zhuǎn)換模塊(8)得到動態(tài)電力元件參數(shù)信息(12),用于動態(tài)元件模型自動生成。③根據(jù)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)布局文件*.dat (6)，通過坐標(biāo)數(shù)據(jù)提取模塊(9)，獲得電力網(wǎng)絡(luò)布局信息(3)，可實現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)自動布局。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備部分(I)具體包括步驟從PSS/E數(shù)據(jù)文件中提取各電力元器件之間的連接信息、靜態(tài)電力元件的參數(shù)以及動態(tài)電力元件參數(shù)，根據(jù)SysPowersys具體數(shù)據(jù)格式要求,轉(zhuǎn)換形成相應(yīng)地電力網(wǎng)絡(luò)連接信息、靜態(tài)電力元件參數(shù)信息以及動態(tài)電力元件參數(shù)信息；獲取外部設(shè)備提供的各母線單元的地理分布信息，形成電力網(wǎng)絡(luò)布局信息；PSS/E潮流數(shù)據(jù)文件*. raw及PSS/E動態(tài)數(shù)據(jù)文件*. dyr屬于PSS/E數(shù)據(jù)文件，而電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)布局文件*. dat則用于存儲的電力網(wǎng)絡(luò)布局信息，電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)布局文件
dat屬于通用的數(shù)據(jù)存儲文件；進(jìn)一步地論述數(shù)據(jù)準(zhǔn)備部分(I):圖I所示的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備部分(I)主要完成數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)備工作，包括數(shù)據(jù)提取和轉(zhuǎn)換。由于PSS/E潮流數(shù)據(jù)文件*. raw(4)以及PSS/E動態(tài)數(shù)據(jù)文件*.dyr (5)內(nèi)部的數(shù)據(jù)均是按照一定的格式嚴(yán)格排列，因此，利用Matlab編程語言自身特點，編寫數(shù)據(jù)讀取功能函數(shù)，可方便實現(xiàn)所需數(shù)據(jù)的選擇性提取，將提取自潮流數(shù)據(jù)文件的節(jié)點編號信息直接轉(zhuǎn)換為電力網(wǎng)絡(luò)連接信息(10)，提取自潮流數(shù)據(jù)文件的元件參數(shù)，包含線路、負(fù)荷、變壓器和并聯(lián)無功補(bǔ)償器的靜態(tài)物理模型信息，可作為靜態(tài)電力元件參數(shù)信息(11 )，提取自動態(tài)數(shù)據(jù)文件的元件參數(shù)，包括發(fā)電機(jī)模型及其附屬控制設(shè)備參數(shù)信息，可作為動態(tài)電力元件參數(shù)信息(12)。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備部分(I)的第三個數(shù)據(jù)文件電力網(wǎng)絡(luò)布局文件*· dat (6)通過人工編制完成。對于一個實際電力系統(tǒng)而言，每個廠站及變電站 可視為一條母線，將每條母線看作一個無尺寸點，按照所對應(yīng)廠站實際地理分布位置，平鋪于一個二維平面上，可獲得電網(wǎng)分布平面圖。將獲得的電網(wǎng)分布平面圖的左上角作為坐標(biāo)原點，分別向右向下作為X軸和Y軸的正方向，可以得到每條母線在此坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值。以圖2所示的三機(jī)九節(jié)點系統(tǒng)為例，將圖2視為一個實際系統(tǒng)的電網(wǎng)分布平面圖，按照上述坐標(biāo)系建立方法，可得到如圖3所示的母線-坐標(biāo)對應(yīng)關(guān)系。每條母線的編號以及對應(yīng)坐標(biāo)分別按照先X軸從小到大，再Y軸從小到大的排列順序，依次編入數(shù)據(jù)文件，可得到電力網(wǎng)絡(luò)布局文件*. dat(6)，讀取上述文件內(nèi)的參數(shù)信息，可形成電力網(wǎng)絡(luò)布局信息(13 )。模型建立部分(2)包括兩類功能①利用數(shù)據(jù)準(zhǔn)備部分(I)獲得的靜態(tài)電力元件參數(shù)信息(11)和電力網(wǎng)絡(luò)布局信息(13)，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊化及自動布局模塊(16)，對電力網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行區(qū)域分割/形成子模塊和母線單元的自動布局，得到各子模塊之間的連接信息(18)和已實現(xiàn)布局的子模塊集合(17)。②根據(jù)獲得的靜態(tài)電力元件參數(shù)(11)和動態(tài)電力元件參數(shù)(12)，經(jīng)電力元器件模型生成模塊(14)，生成各子模塊內(nèi)部的母線單元集合(15)。模型建立部分(2)主要完成對母線單元進(jìn)行布局這一過程，具體包括步驟根據(jù)所述的靜態(tài)電力元件參數(shù)信息內(nèi)母線的區(qū)域信息對電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行區(qū)域劃分，對每個區(qū)域內(nèi)不同電壓等級的母線進(jìn)行分類，形成每個區(qū)域內(nèi)的子模塊，獲取得到各子模塊之間的連接信息、子模塊于電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的位置信息以及各子模塊內(nèi)部的母線單元信息；將所述的電力網(wǎng)絡(luò)布局信息(上述母線單元的坐標(biāo)信息)轉(zhuǎn)換為SimPowerSys坐標(biāo)系下的坐標(biāo)信息，形成各子模塊內(nèi)母線單元于各子模塊的坐標(biāo)信息；根據(jù)子模塊的位置信息及各子模塊內(nèi)母線單元的坐標(biāo)信息對母線單元進(jìn)行布局。在本步驟中，由于靜態(tài)電力元件參數(shù)信息內(nèi)母線的區(qū)域信息中含有母線的區(qū)域編號，所述的對電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行區(qū)域劃分即基于相同區(qū)域編號歸為一個區(qū)域這一原則進(jìn)行的。此外，所述的對每個區(qū)域內(nèi)不同電壓等級的母線(母線所處的電壓等級)進(jìn)行分類，即基于母線所處的電壓等級將相同電壓等級的母線歸為同一子模塊中的母線(也即母線單元)，因此，每個區(qū)域內(nèi)的子模塊即包括所處相同電壓等級的母線，由于母線單元包括母線及與其相連的靜態(tài)電力元件及/或動態(tài)電力元件，因此，每個區(qū)域內(nèi)的子模塊包括若干母線單元。在形成子模塊的過程中，各子模塊之間的連接信息、子模塊于電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的位置信息以及各子模塊內(nèi)部的母線單元信息可直接從區(qū)域劃分及形成子模塊的過程中獲知其中，子模塊內(nèi)部的母線單元信息指母線單元內(nèi)的母線、與母線相連的靜態(tài)電力元件及/或動態(tài)電力元件于子模塊內(nèi)部的位置信息。在上述步驟中，模型建立部分(2)的第一個功能的目的是得到各子模塊之間的連接信息(18)和已實現(xiàn)布局的子模塊集合(17)，可以采用圖4所示的流程框圖進(jìn)行說明，其中虛線框所包含的框圖結(jié)構(gòu)為網(wǎng)絡(luò)模塊化及自動布局模塊(16 )具體實現(xiàn)方式。靜態(tài)電力系統(tǒng)元件參數(shù)(11)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分割模塊(21)后，生成三個模塊，分別為各子模塊之間的連接信息(18)，即電力網(wǎng)絡(luò)經(jīng)分割后各子模塊之間互相聯(lián)絡(luò)的信息，用于后續(xù)模型生成部分子模塊之間的自動布線；子模塊位置信息(22)，即網(wǎng)絡(luò)分割后形成的具體子模塊于電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所在位置的框架；各子模塊內(nèi)部的母線單元信息(23)，即網(wǎng)絡(luò)分割后，每個子模塊內(nèi)部所含有的母線單元中母線及與其連接的其他電力元件于該子模塊所在位置的框架。將各子模塊內(nèi)部的母線單元信息(23)與電力網(wǎng)絡(luò)布局信息(13)經(jīng)坐標(biāo)變換模塊(24)進(jìn)行處理，再與上述母線單元信息(23)相結(jié)合，可獲得已實現(xiàn)布局的子模塊集合(17)。圖4所示的網(wǎng)絡(luò)分割模塊(21)所采用的分割方法如圖5所示，具體步驟如下
S21. I根據(jù)靜態(tài)電力元件參數(shù)(11)內(nèi)的母線區(qū)域信息，將含有同類區(qū)域編號的母線放入同一個區(qū)域模塊內(nèi)，可將電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分割成η個區(qū)域模塊；S21. 2每個區(qū)域模塊內(nèi)部，依據(jù)合適的電壓判據(jù)，將不同電壓等級的母線進(jìn)行分類劃分，形成包含母線所處電壓等級相同的母線單元的子模塊。圖4所示的坐標(biāo)變換模塊(24)，其具體說明如下為了保證最終生成的SimPowerSys仿真模型中母線位置與實際廠站位置相對應(yīng)，以有利于電力系統(tǒng)研究人員對整體網(wǎng)絡(luò)框架的把握和操作，本發(fā)明以圖6所示的結(jié)構(gòu)作為一個母線單元，每個母線單元包含一條母線及與其相連的線路、變壓器、發(fā)電機(jī)、負(fù)荷和并聯(lián)無功補(bǔ)償器?；陔娏W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的子模塊，將所述的母線分布平面圖轉(zhuǎn)換為子模塊母線分布平面圖，將獲得的各子模塊母線分布平面圖的左上角作為坐標(biāo)原點，分別向右向下形成X軸和Y軸的正方向，根據(jù)電力網(wǎng)絡(luò)布局信息(13)，獲取每條母線在各子模塊母線分布平面圖上的坐標(biāo)信息。每個SimPowerSys頁面內(nèi)的元件定位亦采用xy直角坐標(biāo)方式，并同為左上角為坐標(biāo)原點，向右向下分別為X軸和y軸正方向的坐標(biāo)系，因此，為了區(qū)別本發(fā)明所述的子模塊母線分布的XY坐標(biāo)系和SimPowerSys下已有的xy坐標(biāo)系，將子模塊母線分布的坐標(biāo)系設(shè)為X-Y坐標(biāo)系，SimPowerSys下的坐標(biāo)系設(shè)為χ-y坐標(biāo)系。在χ-y坐標(biāo)系下，由于采用上述母線單元結(jié)構(gòu)，每個母線單元的橫向和縱向長度可分別表示為dx和dy，不能作為一個無尺寸的點來處理，而在X-Y坐標(biāo)系下，每條母線均視為一個無尺寸點，因此，可將dx和dy分別作為X-Y坐標(biāo)系下橫縱坐標(biāo)軸上的單位長度，并以此作為坐標(biāo)換算單元，利用含有子模塊母線參數(shù)信息的模塊化信息(23)，對電力網(wǎng)絡(luò)布局信息(13)進(jìn)行坐標(biāo)變換。在每個子模塊內(nèi)部，利用變換后的坐標(biāo)值，將母線單元放入相應(yīng)坐標(biāo)位置，可得到已實現(xiàn)布局的子模塊集合(17)。模型建立部分(2)的第二個功能的目的是生成母線單元集合(15)，其為自動布線模塊(19)調(diào)用。Matlab編程語言本身自帶了建立元件模型的數(shù)據(jù)接口，結(jié)合每個元件模型各自獨立的屬性，程序化編寫具有建模功能的函數(shù)，可確定每個元件模型在仿真模型文件內(nèi)的位置及其具體參數(shù)(即確定每個母線單元中母線和與其相連的電力元件的位置及其具體參數(shù))，進(jìn)而生成母線單元。
模型生成部分(3)的功能為將上述步驟處理后的信息，包括電力網(wǎng)絡(luò)連接信息
(10)、母線單元集合(15)、各子模塊之間的連接信息(18)、已實現(xiàn)布局的子模塊集合(17)，匯入自動布線模塊(19)完成自動布局功能后，獲得SimPowerSys電力系統(tǒng)仿真模型(20)。模型生成部分(3)包括對母線單元進(jìn)行布線這一過程，具體包括步驟基于各子模塊之間的連接信息對各子模塊之間進(jìn)行布線；根據(jù)所述的電力網(wǎng)絡(luò)連接信息，對各子模塊內(nèi)部的母線單元進(jìn)行布線。所述的基于各子模塊之間的連接信息對各子模塊之間進(jìn)行布線包括步驟基于各子模塊之間的連接信息對子模塊的端口進(jìn)行自動連接。所述的對各子模塊內(nèi)部的母線單元進(jìn)行布線包括步驟
a、獲得子模塊內(nèi)部第i對母線單元對之間的直線距離Ii,利用式(I. O得到該子模塊內(nèi)部母線單元的距離判據(jù)L
權(quán)利要求
1.一種PSS/E至SimPowerSys的電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，包括步驟 (1)從PSS/E數(shù)據(jù)文件中提取各電力元器件之間的連接信息、靜態(tài)電力元件的參數(shù)以及動態(tài)電力元件參數(shù)，相應(yīng)地形成電力網(wǎng)絡(luò)連接信息、靜態(tài)電力元件參數(shù)信息以及動態(tài)電力元件參數(shù)信息； 獲取外部設(shè)備提供的各母線單元的地理分布信息，形成電力網(wǎng)絡(luò)布局信息； 所述的靜態(tài)電力元件參數(shù)信息為用于電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析的靜態(tài)物理模型信息；所述的動態(tài)電力元件參數(shù)信息為用于電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)動態(tài)分析的參數(shù)信息；所述的母線單元包括母線及與其相連的靜態(tài)電力元件及/或動態(tài)電力元件； (2)對母線單元進(jìn)行布局 根據(jù)所述的靜態(tài)電力元件參數(shù)信息內(nèi)母線的區(qū)域信息對電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行區(qū)域劃分，對每個區(qū)域內(nèi)不同電壓等級的母線進(jìn)行分類，形成每個區(qū)域內(nèi)的子模塊，獲取得到各子模塊之間的連接信息、子模塊于電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的位置信息以及各子模塊內(nèi)部的母線單元信息； 將所述的電力網(wǎng)絡(luò)布局信息轉(zhuǎn)換為SimPowerSys坐標(biāo)系下的坐標(biāo)信息，形成各子模塊內(nèi)母線單元于各子模塊的坐標(biāo)信息；根據(jù)子模塊的位置信息及各子模塊內(nèi)母線單元的坐標(biāo)信息對母線單元進(jìn)行布局，同時，利用靜態(tài)電力元件參數(shù)信息和動態(tài)電力元件參數(shù)信息對每個母線單元內(nèi)的電力元件進(jìn)行建模； (3)對母線單元進(jìn)行布線 基于各子模塊之間的連接信息對各子模塊之間進(jìn)行布線； 根據(jù)所述的電力網(wǎng)絡(luò)連接信息，對各子模塊內(nèi)部的母線單元進(jìn)行布線。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的PSS/E至SimPowerSys的電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法，其特征在于， 步驟(I)中，所述的獲取外部設(shè)備提供的各母線單元的地理分布信息包括步驟 a、按照母線實際的地理分布位置，將其平鋪于電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的二維平面上，得到母線分布平面圖； b、將獲得的母線分布平面圖的左上角作為坐標(biāo)原點，分別向右向下形成X軸和Y軸的正方向，得到每條母線在此坐標(biāo)系下的坐標(biāo)信息；所述母線單元的地理分布信息即為上述母線的坐標(biāo)信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PSS/E至SimPowerSys的電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法，其特征在于， 步驟(2)中，所述的將電力網(wǎng)絡(luò)布局信息轉(zhuǎn)換為SimPowerSys坐標(biāo)系下的坐標(biāo)信息，包括步驟 a、基于電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的子模塊，將所述的母線分布平面圖轉(zhuǎn)換為子模塊母線分布平面圖，將獲得的各子模塊母線分布平面圖的左上角作為坐標(biāo)原點，分別向右向下形成X軸和y軸的正方向，獲取每條母線在各子模塊母線分布平面圖上的坐標(biāo)信息； b、將母線單元在SimPowerSys坐標(biāo)系下的橫向長度及縱向長度作為x軸和y軸的長度單位，將每條母線在各子模塊母線分布平面圖上的坐標(biāo)信息轉(zhuǎn)換為SimPowerSys坐標(biāo)系下的坐標(biāo)信息，該經(jīng)轉(zhuǎn)換的坐標(biāo)信息即為各母線單元在SimPowerSys坐標(biāo)系下的坐標(biāo)信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的PSS/E至SimPowerSys的電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法，其特征在于， 步驟(3)中，所述的基于各子模塊之間的連接信息對各子模塊之間進(jìn)行布線包括步驟基于各子模塊之間的連接信息對子模塊的端口進(jìn)行自動連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的PSS/E至SimPowerSys的電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法，其特征在于， 步驟(3)中，所述的對各子模塊內(nèi)部的母線單元進(jìn)行布線包括步驟 a、獲得子模塊內(nèi)部第i對母線單元對之間的直線距離Ii,利用如下公式得到該子模塊內(nèi)部母線單元的距離判據(jù)L : L 丄 Tzi+A/ W ! 其中，n為該子模塊內(nèi)母線單元對的總數(shù)，且i = 1，2，. . .，n表示第i對母線單元對，AI為預(yù)設(shè)的距離判據(jù)自由調(diào)節(jié)量； b、若第i對母線單元對之間的直線距離Ii小于等于距離判據(jù)L，可根據(jù)所述電力網(wǎng)絡(luò)連接信息對該母線單元對的電力元器件進(jìn)行自動連接；若第i對母線單元對之間的直線距離Ii大于距離判據(jù)L，則執(zhí)行步驟c ； C、對該母線單元對之間基于所述電力網(wǎng)絡(luò)連接信息的連接路徑進(jìn)行交叉線判斷，即判斷該連接路徑是否與所在子模塊中已存在的連接線發(fā)生交叉現(xiàn)象，該連接路徑為虛擬連接路徑 若不存在交叉現(xiàn)象，則直接依照該連接路徑對母線單元內(nèi)的電力元器件進(jìn)行自動連接； 若存在交叉現(xiàn)象，則執(zhí)行步驟(Tf ； d、獲取該連接路徑與所在子模塊的連接線的交叉點所在的區(qū)域，讀取所述連接路徑的起點坐標(biāo)及終點坐標(biāo)； e、在上述連接路徑所處區(qū)域內(nèi)選擇至少兩個非交叉點所在的區(qū)域的折點； f、基于相鄰點之間的距離最小的原則依次連接起點坐標(biāo)、上述折點以及終點坐標(biāo)，在所述連接路徑的基礎(chǔ)上對該母線單元對的電力元器件進(jìn)行自動連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的PSS/E至SimPowerSys的電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法，其特征在于， 步驟c中，所述對該母線單元對之間基于所述電力網(wǎng)絡(luò)連接信息的連接路徑進(jìn)行交叉線判斷包括步驟 i、將子模塊中的每個母線單元看作一個無尺寸坐標(biāo)點，將已存在的母線單元對之間的連接線作直線段處理；根據(jù)已存在的連接線利用其起點坐標(biāo)和終點坐標(biāo)得到該連接線的斜率； ii、遍歷上述連接線的斜率； 若連接路徑的斜率與上述連接線的斜率相同或相近，則認(rèn)為該連接路徑與上述連接線不存在交叉現(xiàn)象；否，則執(zhí)行步驟iii ； iii、計算連接路徑與連接線的交點坐標(biāo)； 若交點的橫坐標(biāo)或縱坐標(biāo)在連接路徑起點坐標(biāo)及終點坐標(biāo)的范圍內(nèi)，則認(rèn)為該連接路徑與上述連接線存在交叉現(xiàn)象；否，則認(rèn)為該連接路徑與上述連接線不存在交叉現(xiàn)象。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種PSS/E至SimPowerSys的電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法，包括步驟(1)從PSS/E數(shù)據(jù)文件中的電力網(wǎng)絡(luò)連接信息、靜態(tài)電力元件參數(shù)信息以及動態(tài)電力元件參數(shù)信息；獲取并形成電力網(wǎng)絡(luò)布局信息；(2)對電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行區(qū)域劃分并形成每個區(qū)域內(nèi)的子模塊，根據(jù)子模塊的位置信息及各子模塊內(nèi)母線單元的坐標(biāo)信息對母線單元進(jìn)行布局。(3)對母線單元進(jìn)行布線。本發(fā)明電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法利用了PSS/E文件已有的原始數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了SimPowerSys電力系統(tǒng)仿真模型的自動生成；無需人工手動轉(zhuǎn)換或重新編制大量數(shù)據(jù)文件，極大地簡化了模型編制過程，減少編制錯誤，提高工作效率。
文檔編號G06F17/50GK102708258SQ201210162460
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月21日
發(fā)明者徐政, 翁華, 許烽 申請人:浙江大學(xué)