專利名稱：電磁暫態(tài)仿真方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電カ系統(tǒng)時(shí)域仿真技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電磁暫態(tài)仿真方法及裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知，全面、詳盡、快速、準(zhǔn)確地對(duì)電カ系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行分析和仿真，是保障電カ系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。隨著電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，越來越多的動(dòng)態(tài)過程需要采用基于詳細(xì)建模和小步長(zhǎng)的電磁暫態(tài)仿真才能準(zhǔn)確刻畫，這使得電力系統(tǒng)仿真計(jì)算的規(guī)模迅速擴(kuò)大。電磁暫態(tài)分析的主要任務(wù)是在離散時(shí)刻點(diǎn)求解描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的微分代數(shù)方程組，其典型代表是EMTP方法。在所述EMTP方法中，通過對(duì)描述元件動(dòng)態(tài)的微分方程進(jìn)行差分化，使得系統(tǒng)中的每ー個(gè)元件均表示為諾頓等效電路的形式，進(jìn)而得到原系統(tǒng)的等效系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖I所示。經(jīng)過轉(zhuǎn)換，原系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程可以用式(I)所示的代數(shù)方程組進(jìn)行描述，通過在每一個(gè)離散時(shí)刻點(diǎn)的求解式(I)，即可得到原系統(tǒng)的時(shí)域仿真結(jié)果。YU = I(I)其中，Y為系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，U為節(jié)點(diǎn)電壓向量，I為節(jié)點(diǎn)注入電流向量?？紤]到電カ系統(tǒng)空間上的分層分區(qū)特性，空間并行算法被用于加速電カ系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真。其典型代表是基于多端ロ戴維南等效的空間并行算法。在圖2中，系統(tǒng)被6條支路構(gòu)成的協(xié)調(diào)分區(qū)分隔為3個(gè)子分區(qū)。系統(tǒng)的增廣節(jié)點(diǎn)電壓方程如式(2)所示
'Y1 O O P1 TU1I ΓI1 '
O Y2 O P2 U, I, O O Y3 P3 U3 I3
P,T P2T P/ -zJliJ L-e」⑵式中，Yi是各子分區(qū)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣め是子分區(qū)各節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)分區(qū)切割支路之間的關(guān)聯(lián)矩陣山是子分區(qū)的節(jié)點(diǎn)注入電流向量仙是子分區(qū)的節(jié)點(diǎn)電壓向量；i = 1，2，3。Z1為協(xié)調(diào)分區(qū)的戴維南等效阻抗矩陣洱是協(xié)調(diào)分區(qū)的戴維南等效電壓向量山為切割支路電流向量。在每ー求解時(shí)刻，基于多端ロ戴維南等效的電磁暫態(tài)并行求解過程可分為以下3個(gè)步驟來完成。第I步子分區(qū)計(jì)算戴維南等效參數(shù)Zi=PiV1Pi, I = I, 2, 3(I)Ei = PiV1Ii, i = I, 2, 3(2)第2步協(xié)調(diào)分區(qū)求解切割支路電流向量
3Ze =Zノ + Z-
仁 I( 5 )3Ec =Ei+^E,-
,=1 ( 6 )I1 = Zc^Ec(7)第3步子分區(qū)求解內(nèi)部節(jié)點(diǎn)電壓Ui = Yr1(Ii-Pi^Ii), i = 1,2, 3(8)上述步驟中，第I步和第3步可以并行處理，而第2步是整個(gè)求解過程中的串行部分，其中，Zi為子分區(qū)的戴維南等效阻抗矩陣，Ei是子分區(qū)的戴維南等效電壓向量。
需要指出的是，上述求解方法中，各子分區(qū)以及協(xié)調(diào)分區(qū)均需要采用相同的仿真步長(zhǎng)，這使得系統(tǒng)的仿真步長(zhǎng)往往受制于系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)時(shí)間常數(shù)最小的分區(qū)，通常取得較為保守，不利于仿真效率的提高。電カ系統(tǒng)中各元件的動(dòng)態(tài)過程時(shí)間尺度存在差異，如電力電子設(shè)備動(dòng)態(tài)過程較快，而發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)等元件的動(dòng)態(tài)過程相對(duì)較慢，是ー個(gè)典型的剛性系統(tǒng)。為了準(zhǔn)確描述剛性系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程，通常需要采用很小的步長(zhǎng)進(jìn)行仿真計(jì)算，使得仿真的計(jì)算量十分巨大。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何提高電力系統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真效率。(ニ)技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種電磁暫態(tài)仿真方法，所述方法包括將當(dāng)前電カ系統(tǒng)中各個(gè)子分區(qū)分別設(shè)置不同的仿真步長(zhǎng)，并將所述當(dāng)前電カ系統(tǒng)中協(xié)調(diào)分區(qū)的仿真步長(zhǎng)設(shè)置為所述各個(gè)子分區(qū)的仿真步長(zhǎng)的公約數(shù)；利用所述各個(gè)子分區(qū)和所述協(xié)調(diào)分區(qū)的仿真步長(zhǎng)采用EMTP方法進(jìn)行仿真。優(yōu)選地，利用所述各個(gè)子分區(qū)和所述協(xié)調(diào)分區(qū)的仿真步長(zhǎng)采用EMTP方法進(jìn)行仿真具體包括SI 以所述各個(gè)子分區(qū)和所述協(xié)調(diào)分區(qū)的仿真步長(zhǎng)計(jì)算所述各個(gè)子分區(qū)和所述協(xié)調(diào)分區(qū)的戴維南等效參數(shù)，所述戴維南等效參數(shù)包括戴維南等效阻抗矩陣和戴維南等效電壓向量；S2:利用所述各個(gè)子分區(qū)和所述協(xié)調(diào)分區(qū)的戴維南等效參數(shù)計(jì)算協(xié)調(diào)分區(qū)的切割支路電流向量；S3 :利用所述切割支路電流向量計(jì)算所述各個(gè)子分區(qū)的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)電壓。優(yōu)選地，步驟S3之后還包括以下步驟S4 :判斷仿真時(shí)間是否到達(dá)終點(diǎn)，若是，則結(jié)束流程，否則返回步驟S2。優(yōu)選地，步驟S2中，通過下式計(jì)算協(xié)調(diào)分區(qū)的切割支路電流向量，Ijt) = ZcT1OO *Ec(t)，其中，Ee(V)ニΕ;(0 + [Εχ )，t = mhc, m為自然數(shù)，h。為協(xié)調(diào)分區(qū)的仿真步長(zhǎng)；
ZcT1OO 為 zc OO 的侄Ij數(shù)，Zc(Ae) = Zi(Ac)+[Z,.(ケ.)，Zi OO =PjYi-1 OO Pi,Yi-1 OO 為 Yi OO的倒數(shù)，Yi OO為仿真步長(zhǎng)為h。時(shí)，第i個(gè)子分區(qū)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，i = 1，2，3···，N ；Ρ,為第i個(gè)子分區(qū)的節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)分區(qū)切割支路之間的關(guān)聯(lián)矩陣J1OO為仿真步長(zhǎng)為h。時(shí)，協(xié)調(diào)分區(qū)的戴維南等效阻抗矩陣^oo為仿真步長(zhǎng)為h。時(shí)，第i個(gè)子分區(qū)的戴維南等效阻抗矩陣為t時(shí)刻協(xié)調(diào)分區(qū)的戴維南等效電壓向量；Ei(t)為t時(shí)刻第i個(gè)子分區(qū)的戴維南等效電壓向量J1U)為t時(shí)刻切割支路電流向量。優(yōu)選地，Ei (t)通過以下步驟確定若t時(shí)刻恰好為第i個(gè)子分區(qū)仿真步長(zhǎng)的整數(shù)倍，則Ei (t)通過以下公式進(jìn)行計(jì)算，Ei(t) = Ei(Whi)；若t時(shí)刻還未到第i個(gè)子分區(qū)仿真步長(zhǎng)的整數(shù)倍，則Ei (t)通過以下公式進(jìn)行計(jì)算，
權(quán)利要求
1.一種電磁暫態(tài)仿真方法，其特征在于，所述方法包括 將當(dāng)前電力系統(tǒng)中各個(gè)子分區(qū)分別設(shè)置不同的仿真步長(zhǎng)，并將所述當(dāng)前電力系統(tǒng)中協(xié)調(diào)分區(qū)的仿真步長(zhǎng)設(shè)置為所述各個(gè)子分區(qū)的仿真步長(zhǎng)的公約數(shù)； 利用所述各個(gè)子分區(qū)和所述協(xié)調(diào)分區(qū)的仿真步長(zhǎng)采用EMTP方法進(jìn)行仿真。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，利用所述各個(gè)子分區(qū)和所述協(xié)調(diào)分區(qū)的仿真步長(zhǎng)采用EMTP方法進(jìn)行仿真具體包括 51以所述各個(gè)子分區(qū)和所述協(xié)調(diào)分區(qū)的仿真步長(zhǎng)計(jì)算所述各個(gè)子分區(qū)和所述協(xié)調(diào)分區(qū)的戴維南等效參數(shù)，所述戴維南等效參數(shù)包括戴維南等效阻抗矩陣和戴維南等效電壓向量; 52:利用所述各個(gè)子分區(qū)和所述協(xié)調(diào)分區(qū)的戴維南等效參數(shù)計(jì)算協(xié)調(diào)分區(qū)的切割支路電流向量； 53:利用所述切割支路電流向量計(jì)算所述各個(gè)子分區(qū)的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)電壓。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟S3之后還包括以下步驟 54:判斷仿真時(shí)間是否到達(dá)終點(diǎn)，若是，則結(jié)束流程，否則返回步驟S2。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟S2中，通過下式計(jì)算協(xié)調(diào)分區(qū)的切割支路電流向量，I1W = Z；1 (hc)*Ec(t), 其中具(/) = E;(0 + |>,(0，t = mh。，m為自然數(shù)，h。為協(xié)調(diào)分區(qū)的仿真步長(zhǎng)JcT1QO為 zcOO 的倒數(shù)，zc(~) = z,(hc)+Xz,(hc) ,Zi OO =Pi1Yi-1 OOPi,Yi-1 OO 為100 的侄J數(shù)， Z=IYi (h。)為仿真步長(zhǎng)為h。時(shí)，第i個(gè)子分區(qū)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，i = 1，2，3…，N ;Pi為第i個(gè)子分區(qū)的節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)分區(qū)切割支路之間的關(guān)聯(lián)矩陣AQO為仿真步長(zhǎng)為h。時(shí)，協(xié)調(diào)分區(qū)的戴維南等效阻抗矩陣^OO為仿真步長(zhǎng)為h。時(shí)，第i個(gè)子分區(qū)的戴維南等效阻抗矩陣屯(0為t時(shí)刻協(xié)調(diào)分區(qū)的戴維南等效電壓向量；Ei (t)為t時(shí)刻第i個(gè)子分區(qū)的戴維南等效電壓向量；I1U)為t時(shí)刻切割支路電流向量。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，Ei(t)通過以下步驟確定 若t時(shí)刻恰好為第i個(gè)子分區(qū)仿真步長(zhǎng)的整數(shù)倍，則Ei (t)通過以下公式進(jìn)行計(jì)算， Ei (t) = Ei (Whi)； 若t時(shí)刻還未到第i個(gè)子分區(qū)仿真步長(zhǎng)的整數(shù)倍，則Ei (t)通過以下公式進(jìn)行計(jì)算， E,(o=E1 [(w-1)^ ] +- (w-m ] 其中，t G ((W-Dhi, Whi), w為自然數(shù)，hi為第i個(gè)子分區(qū)的仿真步長(zhǎng)。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟S3通過下式計(jì)算所述各個(gè)子分區(qū)的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)電壓， Ui (tn) = Y,1 (h^ [Ii (tn) -PjI1 (tn)] 其中，Yi-1OO為100的倒數(shù),YiOO為仿真步長(zhǎng)為hi時(shí)，第i個(gè)子分區(qū)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣屯為第i個(gè)子分區(qū)的仿真步長(zhǎng)山(0為當(dāng)前時(shí)刻tn時(shí)，切割支路電流向量；tn = khi，k為自然數(shù)；Ii (tn)為當(dāng)前時(shí)刻tn時(shí)，第i個(gè)子分區(qū)的節(jié)點(diǎn)注入電流向量；Pi為第i個(gè)子分區(qū)的節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)分區(qū)切割支路之間的關(guān)聯(lián)矩陣；Ui(tn)為當(dāng)前時(shí)刻、時(shí)，第i個(gè)子分區(qū)的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)電壓。
7.—種電磁暫態(tài)仿真裝置，其特征在于，所述裝置包括 步長(zhǎng)設(shè)置模塊，用于將當(dāng)前電力系統(tǒng)中各個(gè)子分區(qū)分別設(shè)置不同的仿真步長(zhǎng)，并將所述當(dāng)前電力系統(tǒng)中協(xié)調(diào)分區(qū)的仿真步長(zhǎng)設(shè)置為所述各個(gè)子分區(qū)的仿真步長(zhǎng)的公約數(shù)； 仿真模塊，用于通過所述各個(gè)子分區(qū)和所述協(xié)調(diào)分區(qū)的仿真步長(zhǎng)采用EMTP方法進(jìn)行仿真。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，仿真模塊具體包括 參數(shù)計(jì)算子模塊，用于以所述各個(gè)子分區(qū)和所述協(xié)調(diào)分區(qū)的仿真步長(zhǎng)計(jì)算所述各個(gè)子分區(qū)和所述協(xié)調(diào)分區(qū)的戴維南等效參數(shù)，所述戴維南等效參數(shù)包括戴維南等效阻抗矩陣和戴維南等效電壓向量； 電流計(jì)算子模塊，用于利用所述各個(gè)子分區(qū)和所述協(xié)調(diào)分區(qū)的戴維南等效參數(shù)計(jì)算協(xié)調(diào)分區(qū)的切割支路電流向量； 節(jié)點(diǎn)電壓計(jì)算子模塊，用于利用所述切割支路電流向量計(jì)算所述各個(gè)子分區(qū)的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電磁暫態(tài)仿真方法及裝置，涉及電力系統(tǒng)時(shí)域仿真技術(shù)領(lǐng)域，所述方法包括將當(dāng)前電力系統(tǒng)中各個(gè)子分區(qū)分別設(shè)置不同的仿真步長(zhǎng)，并將所述當(dāng)前電力系統(tǒng)中協(xié)調(diào)分區(qū)的仿真步長(zhǎng)設(shè)置為所述各個(gè)子分區(qū)的仿真步長(zhǎng)的公約數(shù)；利用所述各個(gè)子分區(qū)和所述協(xié)調(diào)分區(qū)的仿真步長(zhǎng)采用EMTP方法進(jìn)行仿真。本發(fā)明通過將當(dāng)前電力系統(tǒng)中各個(gè)子分區(qū)分別設(shè)置不同的仿真步長(zhǎng)，提高了電力系統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真效率。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102708260SQ20121017281
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月29日
發(fā)明者梅生偉, 許寅, 陳來軍, 陳穎 申請(qǐng)人:清華大學(xué)