本實(shí)用新型涉及電力系統(tǒng)混合仿真技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種采用嵌入式光纖通訊系統(tǒng)機(jī)電電磁仿真接口裝置。

背景技術(shù)：

電力系統(tǒng)是一個(gè)規(guī)模龐大的非線性系統(tǒng)，對(duì)于電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)過程和機(jī)電暫態(tài)過程的仿真。

目前工程中通常對(duì)他們分別進(jìn)行分析。當(dāng)以電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性或以網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)為研究目的時(shí)，電力系統(tǒng)模型常采用穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型，系統(tǒng)元件的快變過程通常被忽略；當(dāng)需要研究電力電子設(shè)備、直流閥控系統(tǒng)、控制保護(hù)策略以及次同步振蕩等問題時(shí)，電力系統(tǒng)模型則采用詳細(xì)的電磁暫態(tài)模型。在實(shí)際運(yùn)行的電力系統(tǒng)中，電磁暫態(tài)過程和機(jī)電暫態(tài)過程是同時(shí)發(fā)生并且相互影響的，如果能將二者結(jié)合起來統(tǒng)一考慮，則不但有助于了解大系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定過程的動(dòng)態(tài)特性，而且有助于了解大系統(tǒng)中某一特定電網(wǎng)的暫態(tài)變化過程。

鑒于上述描述，亟待出現(xiàn)一種仿真接口裝置，將電磁暫態(tài)計(jì)算與機(jī)電暫態(tài)計(jì)算進(jìn)行實(shí)時(shí)接口，在一次仿真過程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)大規(guī)模電力系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)仿真和局部網(wǎng)絡(luò)的電磁暫態(tài)仿真。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的一個(gè)目的是解決至少上述問題，并提供至少后面將說明的優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)用新型還有一個(gè)目的是提供一種采用嵌入式光纖通訊系統(tǒng)機(jī)電電磁仿真接口裝置，實(shí)現(xiàn)了將電磁暫態(tài)計(jì)算與機(jī)電暫態(tài)計(jì)算進(jìn)行實(shí)時(shí)接口，在一次仿真過程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)大規(guī)模電力系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)仿真和局部網(wǎng)絡(luò)的電磁暫態(tài)仿真，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。

為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本實(shí)用新型的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種采用嵌入式光纖通訊系統(tǒng)機(jī)電電磁仿真接口裝置，其連接于機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)群和電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)之間，用于與機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)和電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，其特征在于，包括：

電磁暫態(tài)等值電路，其通過高速總線與第一通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；

機(jī)電暫態(tài)等值電路，其通過光纖與第二通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；

時(shí)序電路，其分別與第一通信系統(tǒng)和第二通信系統(tǒng)通訊連接；

其中，第一通信系統(tǒng)與第二通信系統(tǒng)通過光纖進(jìn)行通訊，機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算第一電力系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)仿真等值參數(shù)，電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算第二電力系統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真等值參數(shù)。

優(yōu)選的是，其中，第一電力系統(tǒng)為大電網(wǎng)，第二電力系統(tǒng)為局部電網(wǎng)。

優(yōu)選的是，其中，機(jī)電暫態(tài)等值電路為戴維南等值電路。

優(yōu)選的是，其中，當(dāng)電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)是常規(guī)交流網(wǎng)絡(luò)時(shí)，電磁暫態(tài)等值電路為諾頓等值電路；當(dāng)電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)有HVDC或FACTS元件時(shí)，采用恒功率負(fù)荷、恒阻抗或者恒電流源等效電路。

優(yōu)選的是，其中，電磁暫態(tài)等值電路中基波向量提取采用傅里葉變換來求解。

優(yōu)選的是，其中，含有HVDC高壓直流輸電和FACTS柔性交流輸電系統(tǒng)裝置的電力系統(tǒng)，接口裝置的位置分別設(shè)置在HVDC換流器交流側(cè)母線或者FACTS等電力電子裝置連接變壓器一側(cè)母線處。

優(yōu)選的是，其中，所述時(shí)序電路采用并行數(shù)據(jù)交互方式控制第一通訊系統(tǒng)和第二通訊系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

優(yōu)選的是，其中，所述時(shí)序電路采用的并行數(shù)據(jù)交互方式具體為：當(dāng)機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)或者電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，第一通訊系統(tǒng)和第二通訊系統(tǒng)分別向?qū)?cè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送計(jì)算的機(jī)電暫態(tài)仿真等值參數(shù)或者電磁暫態(tài)仿真等值參數(shù)；

并且，機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)采用對(duì)側(cè)電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)的上一步計(jì)算的等值參數(shù)，結(jié)合本網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的等值參數(shù)進(jìn)行本網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，故障和故障消除時(shí)刻，等待故障網(wǎng)絡(luò)該時(shí)刻的計(jì)算結(jié)果，結(jié)合本網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行故障時(shí)刻的計(jì)算；

以及

電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)采用對(duì)側(cè)機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)的上一步的計(jì)算等值參數(shù)，結(jié)合本網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的等值參數(shù)進(jìn)行本網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，故障和故障消除時(shí)刻，等待故障網(wǎng)絡(luò)該時(shí)刻的計(jì)算結(jié)果，結(jié)合本網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行故障時(shí)刻的計(jì)算。

本實(shí)用新型至少包括以下有益效果：

本實(shí)用新型所述采用嵌入式光纖通訊系統(tǒng)機(jī)電電磁仿真接口裝置中，

本實(shí)用新型以DDRTS(數(shù)字動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng))系統(tǒng)為電磁暫態(tài)主程序，機(jī)電暫態(tài)程序通過定義接口作為子程序嵌入DDRTS系統(tǒng)中運(yùn)行，并將兩者進(jìn)行實(shí)時(shí)接口，從而實(shí)現(xiàn)電磁-機(jī)電混合實(shí)時(shí)仿真，這種方法既可以避免接口處理中的數(shù)模轉(zhuǎn)換及通訊的誤差和時(shí)間延遲，又可保證實(shí)時(shí)性及兩種暫態(tài)仿真的獨(dú)立性和接口的靈活性；

時(shí)序電路控制第一通訊系統(tǒng)和第二通訊系統(tǒng)之間的并行數(shù)據(jù)交互，從而有效控制電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)仿真的執(zhí)行順序，保證電磁暫態(tài)和機(jī)電暫態(tài)仿真平滑連接，其仿真結(jié)果真實(shí)準(zhǔn)確。

本實(shí)用新型的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對(duì)本實(shí)用新型的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型所述采用嵌入式光纖通訊系統(tǒng)機(jī)電電磁仿真接口裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。

應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語并不配出一個(gè)或多個(gè)其它元件或其組合的存在或添加。

本實(shí)用新型提供了一種采用嵌入式光纖通訊系統(tǒng)機(jī)電電磁仿真接口裝置，其連接于機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)群和電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)之間，用于與機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)和電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，其特征在于，包括：

電磁暫態(tài)等值電路，其通過高速總線與第一通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；

機(jī)電暫態(tài)等值電路，其通過光纖與第二通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；

時(shí)序電路，其分別與第一通信系統(tǒng)和第二通信系統(tǒng)通訊連接；

其中，第一通信系統(tǒng)與第二通信系統(tǒng)通過光纖進(jìn)行通訊，機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算第一電力系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)仿真等值參數(shù)，電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算第二電力系統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真等值參數(shù)。

在上述方案中，本實(shí)用新型以DDRTS(數(shù)字動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng))系統(tǒng)為電磁暫態(tài)主程序，機(jī)電暫態(tài)程序通過定義接口作為子程序嵌入DDRTS系統(tǒng)中運(yùn)行，并將兩者進(jìn)行實(shí)時(shí)接口，從而實(shí)現(xiàn)電磁-機(jī)電混合實(shí)時(shí)仿真，這種方法既可以避免接口處理中的數(shù)模轉(zhuǎn)換及通訊的誤差和時(shí)間延遲，又可保證實(shí)時(shí)性及兩種暫態(tài)仿真的獨(dú)立性和接口的靈活性；時(shí)序電路用于控制第一通信系統(tǒng)和第二通信系統(tǒng)之間的實(shí)時(shí)有序通訊連接和數(shù)據(jù)交互。

在一個(gè)實(shí)施方案中，第一電力系統(tǒng)為大電網(wǎng)，第二電力系統(tǒng)為局部電網(wǎng)。

在一個(gè)實(shí)施方案中，機(jī)電暫態(tài)等值電路為戴維南等值電路。

在上述方案中，在電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)進(jìn)行仿真時(shí)，機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)必須用合理的等值電路來代替。由于機(jī)電網(wǎng)絡(luò)的仿真規(guī)模比較龐大，一般為有源系統(tǒng)，并且機(jī)電仿真模型參數(shù)近似符合線性關(guān)系，所以可以直接用傳統(tǒng)的戴維南(或者諾頓)等值電路來代替。但在交直流混合仿真中，機(jī)電網(wǎng)絡(luò)的基波等值阻抗有時(shí)候不能真實(shí)反映系統(tǒng)的諧波阻抗特性，系統(tǒng)存在高頻特性、諧波放大等問題，若采用與頻率相關(guān)的等值阻抗形式來反映機(jī)電側(cè)的網(wǎng)絡(luò)特性，可以反應(yīng)系統(tǒng)較寬頻率范圍內(nèi)的原系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程。

在一個(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)是常規(guī)交流網(wǎng)絡(luò)時(shí)，電磁暫態(tài)等值電路為諾頓等值電路；當(dāng)電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)有HVDC或FACTS元件時(shí)，采用恒功率負(fù)荷、恒阻抗或者恒電流源等效電路。

在機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)進(jìn)行仿真時(shí)，電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)也必須用合適的等值電路來代替。由于電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)的元件和結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，可能包含非線性電力電子元件，甚至只有無源元件，其等值電路形式也比較復(fù)雜。當(dāng)電磁側(cè)是常規(guī)交流網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可采用類似機(jī)電側(cè)的諾頓等值電路形式，當(dāng)電磁側(cè)有HVDC、FACTS元件時(shí)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)和元件的特性，一般可采用恒功率負(fù)荷、恒阻抗或者恒電流源等類似形式。

在一個(gè)實(shí)施方案中，電磁暫態(tài)等值電路中基波向量提取采用傅里葉變換來求解。

在一個(gè)實(shí)施方案中，含有HVDC高壓直流輸電和FACTS柔性交流輸電系統(tǒng)裝置的電力系統(tǒng)，接口裝置的位置分別設(shè)置在HVDC換流器交流側(cè)母線或者FACTS等電力電子裝置連接變壓器一側(cè)母線處。

在上述方案中，含有HVDC高壓直流輸電和FACTS柔性交流輸電系統(tǒng)裝置的電力系統(tǒng)，接口位置一般都選擇在HVDC換流器交流側(cè)母線或者FACTS等電力電子裝置連接變壓器一側(cè)母線處。

當(dāng)發(fā)生不對(duì)稱故障或逆變器出現(xiàn)故障時(shí)，相位不平衡以及諧波引起的波形畸變問題較為嚴(yán)重，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障的位置和性質(zhì)不同，靈活選擇接口母線的位置，即把接口位置從換流母線處延伸到交流系統(tǒng)內(nèi)部。

在弱耦合的交流系統(tǒng)中，接口母線波形的畸變程度大為降低，同時(shí)接口的選擇更加靈活，根據(jù)研究簡要可以在交流系統(tǒng)內(nèi)部不同位置任意選擇接口。

在一個(gè)實(shí)施方案中，所述時(shí)序電路采用并行數(shù)據(jù)交互方式控制第一通訊系統(tǒng)和第二通訊系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

在一個(gè)實(shí)施方案中，所述時(shí)序電路采用的并行數(shù)據(jù)交互方式具體為：當(dāng)機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)或者電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，第一通訊系統(tǒng)和第二通訊系統(tǒng)分別向?qū)?cè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送計(jì)算的機(jī)電暫態(tài)仿真等值參數(shù)或者電磁暫態(tài)仿真等值參數(shù)；

并且，機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)采用對(duì)側(cè)電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)的上一步計(jì)算的等值參數(shù)，結(jié)合本網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的等值參數(shù)進(jìn)行本網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，故障和故障消除時(shí)刻，等待故障網(wǎng)絡(luò)該時(shí)刻的計(jì)算結(jié)果，結(jié)合本網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行故障時(shí)刻的計(jì)算；

以及

電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)采用對(duì)側(cè)機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)的上一步的計(jì)算等值參數(shù)，結(jié)合本網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的等值參數(shù)進(jìn)行本網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，故障和故障消除時(shí)刻，等待故障網(wǎng)絡(luò)該時(shí)刻的計(jì)算結(jié)果，結(jié)合本網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行故障時(shí)刻的計(jì)算。

在上述方案中，為保證電磁暫態(tài)和機(jī)電暫態(tài)仿真平滑連接，其仿真結(jié)果真實(shí)準(zhǔn)確，必須設(shè)計(jì)合理的數(shù)據(jù)交換時(shí)序方案，控制電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)仿真的執(zhí)行順序。機(jī)電暫態(tài)仿真的計(jì)算步長為毫秒級(jí)，而電磁暫態(tài)仿真程序的計(jì)算步長為微妙級(jí)。因此，機(jī)電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)仿真和電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)仿真之間的數(shù)據(jù)交互必定以一定的時(shí)間間隔進(jìn)行，而最短的時(shí)間間隔便是機(jī)電暫態(tài)仿真步長，為了減少接口帶來的誤差，數(shù)據(jù)交互以機(jī)電暫態(tài)計(jì)算步長為單位進(jìn)行。目前混合仿真所采用的數(shù)據(jù)交換方式主要有兩種：串行數(shù)據(jù)交互方式和并行數(shù)據(jù)交互方式，當(dāng)采用串行接口時(shí)序進(jìn)行電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)仿真時(shí)，機(jī)電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)的仿真處于等待狀態(tài)，同樣，進(jìn)行機(jī)電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)仿真時(shí)，電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)的仿真也處于等待狀態(tài)，電磁暫態(tài)仿真和機(jī)電暫態(tài)仿真交替進(jìn)行，期間的相互等待影響了仿真速度，為了提高混合仿真的計(jì)算速度，同時(shí)又不降低其計(jì)算速度，系統(tǒng)采用并行數(shù)據(jù)交互方式，在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，采用對(duì)側(cè)網(wǎng)絡(luò)上一步的計(jì)算結(jié)果，結(jié)合本網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行本網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，故障和故障消除時(shí)刻，等待故障網(wǎng)絡(luò)該時(shí)刻的計(jì)算結(jié)果，結(jié)合本網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行故障時(shí)刻的計(jì)算。

盡管本實(shí)用新型的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本實(shí)用新型的領(lǐng)域，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本實(shí)用新型并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。