专利名称：一种含开关特性电路的电磁暂态仿真的拓扑分网方法
技术领域：
本发明涉及一种拓扑分网方法，具体涉及一种含开关特性电路的电磁暂态仿真的拓扑分网方法。
背景技术：
时域仿真已经成为电力系统分析、设计和研究的重要工具，随着电力电子技术的广泛应用，柔性交流输电、高压直流输电以及分布式发电在内的电力系统各个环节中，特别是大量可再生能源发电设备一般都需要通过电力电子变流器才能接入电网中，而电力电子开关这种本质上随时间不断变化的网络拓扑结构对传统的电力系统时域仿真提出了新的要求和挑战，尤其是电磁暂态的实时仿真方面，在如何确保计算实时性的前提下，计算频繁和非整步长时间点的电力电子开关动作，是一个棘手的技术难点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种含开关特性电路的电磁暂态仿真的拓扑分网方法，该方法将电力电子开关网络设计成一个单独的电磁网络，网络规模小，不涉及发电机等复杂的元件，仅仅是电力电子开关电路及其相关元件(变压器、电感、电阻、电容等)，电磁暂态算法采用电磁暂态积分算法、后退欧拉法、带阻尼的梯形积分法或其修改变更组合，在离线/实时开关计算中，仅仅这个子网络进行迭代或插值计算，网络的其他部分并不参与迭代或插值，对电磁网络的程序修改降低到最小，仅仅修改可关断晶闸管GT0、二级管、电感、电容等少数电力电子开关涉及的元件模型，又能最大程度的确保开关计算的精度，且有利于降低电磁暂态程序并行化计算改造的工作量。本发明的目的是采用下述技术方案实现的一种含开关特性电路的电磁暂态仿真的拓扑分网方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤A、将目标电力系统分为开关子网和电磁子网两部分；B、对所述开关子网和电磁子网在一个电磁步长内分别进行计算；C、所述开关子网与电磁子网之间交换数据；D、对所述开关子网和电磁子网进行下一步的电磁暂态计算。优选的，所述步骤A中，所述电磁子网是包括一个子网或多个子网；所述涉及电力电子开关等高频开关电路归到开关子网中来计算。优选的，所述步骤B中，对所述开关子网进行计算包括下述步骤a、判断一个电磁步长内是否有开关动作；b、对所述开关子网在一个电磁步长内进行计算；开关子网的计算在无故障/无开关动作的时候，采用和其他电磁子网类似的，对所述开关子网和电磁子网采用的电磁暂态算法包括梯形积分法、后退欧拉法、带阻尼的梯形积分法或其修改变更组合；开关子网在有故障/有开关动作的时候，对所述开关子网的计算采用插值算法、变步长算法、小步长算法和迭代算法等进行专门针对开关问题的精确计算，这不同于其他子网；对所述电磁子网进行电磁暂态计算。较优选的，对所述开关子网的计算采用插值算法、变步长算法、小步长算法和迭代算法。优选的，所述步骤C中，所述开关子网在判断没有开关动作后，与所述电磁子网之间交换数据。电磁子网之间交换数据取决于子网之间采取的分网联接方式，如节点分裂法分网、长输电线解耦分网、变压器分网和等值戴维南/诺顿分网等，如果是长输电线解耦分网、变压器分网，则交换的数据包括对方子网在当前时步的接口电压和接口电流；如果是节点分裂法分网、等值戴维南/诺顿分网，则交换的数据包括对方子网在接口处等值电路在当前时步的接口电压和接口电流。
较优选的，对所述开关子网和电磁子网采用的电磁暂态算法采用梯形积分法、后退欧拉法、带阻尼的梯形积分法或其修改变更组合。优选的，所述分网后的分网联接方式包括节点分裂法分网、长输电线解耦分网、变压器分网和等值戴维南/诺顿分网。分网在第A步，分网联接方式就是分网后，不同电磁子网之间在每一个计算时步中与所联接其他子网之间进行互相联接计算和数据交换的算法模型。即在一个时步中，不同子网是分别各自计算的，每个子网在计算自己的同时，如何考虑其他相邻子网的结果对本子网的影响，就是分网联接的算法，这已经有一些成熟理论，节点分裂法分网、长输电线解耦分网、变压器分网和等值戴维南/诺顿分网算法，本发明可以兼容这些不同的算法，不会因为算法不同而限制应用的广泛性。与现有技术比，本发明达到的有益效果是I、本发明在现有电力系统电磁暂态软件等的基础上，进行开关特性电路计算的时候，能够提闻开关子网的计算速度，有利于实时性计算，为开关计算的精度提闻提供时间裕度，可应用于实时、超实时、离线计算的包含电力电子开关、高频电气开关等开关特性电路的电磁暂态仿真计算中，其中开关子网的计算能够与各种电磁暂态开关算法相兼容且不限于如插值算法、变步长算法和小步长算法或其修改变更组合等，有效提高仿真的计算速度和精度，优化电磁暂态实时计算性能。2、本发明提供的含开关特性电路的电磁暂态仿真的拓扑分网方法，开关子网和其他电磁子网在一个电磁步长内分别进行计算，该方法的电磁网络和开关子网在电磁暂态算法(梯形积分法、后退欧拉法、带阻尼的梯形积分法或其修改变更组合)、计算步长、迭代次数等方面兼容相同或者不同的算法设计。3、本发明在包含复杂开关电路的电磁暂态计算中，把电力电子开关网络设计成一个单独的电磁网络，网络规模小，不涉及发电机等复杂的元件，仅仅是电力电子开关电路及其相关元件(变压器、电感、电阻、电容等)，算法仍然采用电磁暂态积分算法/后退欧拉法，在离线/实时开关计算中，仅仅这个子网络进行迭代或插值计算，网络的其他部分并不参与迭代或插值，对电磁网络的程序修改降低到最小，仅仅修改可关断晶闸管GT0、二级管、电感、电容等少数电力电子开关涉及的元件模型，又能最大程度的确保开关计算的精度，且有利于降低电磁暂态程序并行化计算改造的工作量。
图I是本发明提供的含开关特性电路的电磁暂态仿真的拓扑分网方法的开关特性子网分网计算原理图；图2是本发明提供的含开关特性电路的电磁暂态仿真的拓扑分网方法工作流程图；图3是本发明提供的具体实施例的含开关特性电路的电磁暂态仿真的拓扑分网方法的开关特性子网分网计算原理图；图4是本发明提供的具体实施例的含开关特性电路的电磁暂态仿真的拓扑分网 方法的工作流程图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的详细说明。如图I所示，图I是本发明提供的含开关特性电路的电磁暂态仿真的拓扑分网方法的开关特性子网分网计算原理图；开关特性电路包括开关特性子网电路和其他电磁暂态网络。开关特性子网(简称开关子网)不涉及发电机等复杂的元件，仅仅是电力电子开关电路及其相关元件(变压器、电感、电阻、电容等)，所谓其他电磁暂态网络是传统常规的电磁暂态计算子网，不包括需要精确计算的电力电子开关电路，是开关特性子网以外的网络，如包括一些复杂的发电机元件等开关子网不适合计算的元件模型。如图2所示，图2是本发明提供的含开关特性电路的电磁暂态仿真的拓扑分网方法工作流程图；本发明提供的含开关特性电路的电磁暂态仿真的拓扑分网方法包括下述步骤A、开始计算，将目标电力系统分为开关子网和电磁子网两部分；其中其他电磁子网部分可以是一个子网也可以分解为多个子网；涉及电力电子开关等高频开关电路归到开关子网中来计算。B、对所述开关子网和电磁子网在一个电磁步长内分别进行计算对所述开关子网进行计算包括下述步骤a、判断一个电磁步长内是否有开关动作；b、对开关子网在一个电磁步长内进行计算；开关子网的计算在无故障/无开关动作的时候，采用和其他电磁子网类似的，对所述开关子网和电磁子网采用的电磁暂态算法包括梯形积分法、后退欧拉法、带阻尼的梯形积分法或其修改变更组合；开关子网在有故障/有开关动作的时候，对所述开关子网的计算采用插值算法、变步长算法、小步长算法和迭代算法等进行专门针对开关问题的精确计算，这不同于其他子网；对电磁子网进行电磁暂态计算；其中开关子网的计算可以兼容且不限于如插值算法、变步长算法和小步长算法等，该方法的电磁网络和开关子网在电磁算法、计算步长、迭代次数等方面可以采用相同或者不同的设计；对所述开关子网和电磁子网采用的电磁暂态算法包括梯形积分法、后退欧拉法、带阻尼的梯形积分法或其修改变更组合。C、所述开关子网与电磁子网之间交换数据开关子网在判断没有开关动作之后，与其他电磁子网之间交换数据。电磁子网之间交换数据取决于子网之间采取的分网联接方式，如节点分裂法分网、长输电线解耦分网、变压器分网和等值戴维南/诺顿分网等，如果是长输电线解耦分网、变压器分网，则交换的数据包括对方子网在当前时步的接口电压和接口电流，如果是节点分裂法分网、等值戴维南/诺顿分网，则交换的数据包括对方子网在接口处等值电路在当前时步的接口电压和接口电流。D、对所述开关子网和电磁子网进行下一步的电磁暂态计算。下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例如图3和4所示，图3是本发明提供的具体实施例的含开关特性电路的电磁暂态仿真的拓扑分网方法的开关特性子网分网计算原理图，图4是本发明提供的具体实施例的含开关特性电路的电磁暂态仿真的拓扑分网方法的工作流程图，该方法包括如下步骤I、开始计算；2、将目标电力系统分隔为三部分开关子网和其他电磁子网和机电暂态子网，其中其他电磁子网部分可以是一个子网也可以分解为多个子网；涉及电力电子开关等高频开关电路归到开关子网中来计算。其他更大的网络或者精度要求不高的网络，划归到机电暂态网络中计算。3、开关子网和其他电磁子网在一个电磁步长内分别进行计算，其中开关子网的计算可以兼容且不限于如插值算法、变步长算法和小步长算法、迭代计算等，该方法的电磁网络和开关子网在电磁算法(梯形积分法、后退欧拉法、)、计算步长、迭代次数等方面可以采用相同或者不同的设计；机电暂态子网进行机电暂态计算。4、开关特性子网在判断没有开关动作之后，与其他电磁子网之间交换数据，电磁子网和机电暂态子网之间交换数据。5、交换数据之后，各电磁子网进行下一步的电磁暂态计算。机电子网在自己的更大的步长中计算。本发明提供的方法在包含复杂开关电路的电磁暂态计算中，把电力电子开关网络设计成一个单独的电磁网络，网络规模要小，不涉及发电机等复杂的元件，仅仅是电力电子开关电路及其相关元件(变压器、电感、电阻、电容等)，算法仍然采用电磁暂态积分算法/后退欧拉法，在离线/实时开关计算中，仅仅这个子网络自己进行迭代或插值计算，网络的其他部分并不参与迭代或插值，这样对电磁网络的程序修改降低到最小，仅仅修改可关断晶闸管GT0、二级管、电感、电容等少数电力电子开关涉及的元件模型，又能最大程度的确保开关计算的精度。最后应当说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明的具体实施方式
进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种含开关特性电路的电磁暂态仿真的拓扑分网方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤 A、将目标电力系统分为开关子网和电磁子网两部分； B、对所述开关子网和电磁子网在一个电磁步长内分别进行计算； C、所述开关子网与电磁子网之间交换数据； D、对所述开关子网和电磁子网进行下一步的电磁暂态计算。
2.如权利要求I所述的拓扑分网方法，其特征在于，所述步骤A中，所述电磁子网是包括一个子网或多个子网；所述涉及高频开关电路归到开关子网中来计算。
3.如权利要求I所述的拓扑分网方法，其特征在于，所述步骤B中，对所述开关子网进行计算包括下述步骤 a、判断一个电磁步长内是否有开关动作； b、对所述开关子网在一个电磁步长内进行计算； 对所述电磁子网进行电磁暂态计算。
4.如权利要求3所述的拓扑分网方法，其特征在于，对所述开关子网的计算采用插值算法、变步长算法、小步长算法和迭代算法。
5.如权利要求I所述的拓扑分网方法，其特征在于，所述步骤C中，所述开关子网在判断没有开关动作后，与所述电磁子网之间交换数据。
6.如权利要求I所述的拓扑分网方法，其特征在于，对所述开关子网和电磁子网采用的电磁暂态算法采用梯形积分法、后退欧拉法、带阻尼的梯形积分法或其修改变更组合。
7.如权利要求I所述的拓扑分网方法，其特征在于，所述分网后的分网联接方式包括节点分裂法分网、长输电线解耦分网、变压器分网和等值戴维南/诺顿分网。
全文摘要
本发明涉及一种拓扑分网方法，具体涉及一种含开关特性电路的电磁暂态仿真的拓扑分网方法。该方法包括下述步骤A、将目标电力系统分为开关子网和电磁子网两部分；B、对开关子网和电磁子网在一个电磁步长内分别进行计算；C、开关子网与电磁子网之间交换数据；D、对开关子网和电磁子网进行下一步的电磁暂态计算。该方法将电力电子开关网络设计成一个单独的电磁网络，网络规模小，在离线/实时开关计算中，仅这个子网络进行迭代或插值计算，网络的其他部分并不参与迭代或插值，对电磁网络的程序修改降低到最小，仅修改少数电力电子开关涉及的元件模型，又能最大程度的确保开关计算的精度，且有利于降低电磁暂态程序并行化计算改造的工作量。
文档编号G06F17/50GK102750416SQ201210209329
公开日2012年10月24日 申请日期2012年6月19日 优先权日2012年6月19日
发明者郑伟杰 申请人:中国电力科学研究院