基于面向对象技术的直流系统建模方法及故障仿真方法
【专利摘要】一种基于面向对象技术的直流系统的建模方法及故障仿真方法，所述建模方法包括：分析出直流输电一次系统及其控制系统的每个功能模型；针对于每个所述功能模型，调取组成该功能模型的基本模型及该基本模型的计算模型。本发明采用面向对象技术，有效的使降低了各模块间的关联程度，这就相对减少了程序员之间的相互影响。设计初期只由很少的程序员介入的情况下，通过在对象系统中按照从基本模型至功能模型再至整体系统，逐层封装继承的模式来实现，使得今后更改引起的成本大大降低，系统鲁棒性得到了提升。
【专利说明】基于面向对象技术的直流系统建模方法及故障仿真方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统模拟仿真【技术领域】，尤其是基于面向对象技术的直流系统建 模方法及故障仿真方法。
【背景技术】
[0002] 我国东部地区经济发达，用电负荷相对集中，但能源相对匮乏。近年来，随着我国 西北地区大型新能源的建设，西部将有大量的风电及太阳能等清洁能源需要远距离输送到 东部。采用高压直流输电（High voltage direct current, HVDC)能够有效地节约线路走 廊、有助于改善网络结构、减少输电瓶颈，进而实现大范围的资源优化配置，经济和社会效 益十分明显。同时，对提高我国输变电设备的自主创新和制造能力，也具有重大意义。为保 证直流工程的顺利实施，进行计算机暂态仿真是必要环节。
[0003] 针对暂态仿真，电磁暂态分析和机电暂态分析各有各的特点及应用领域，机电暂 态程序基于基波、相量和时序分析，对特高压直流输电设备只能采用准稳态模型模拟，其前 提为：1、换流器母线的三相交流电压是对称、平衡的正弦波；2、换流器本身的运行是完全 对称平衡的； 3、直流电流和直流电压是平直的。因此准稳态模型在交流系统不对称故障期 间不适用。并且，准稳态模型中换流器本身的暂态过程忽略不计，以稳态方程式表示，无法 描述换流阀受直流控制系统点火脉冲序列进行换相的详细过程，不能表示非对称故障，换 流器内部故障，逆变器换相失败，以及控制系统对换流过程的影响等。对换相失败过程只能 采用简单的经验判据。
[0004] 针对计算机仿真，传统的软件开发是从算法的角度进行建模。而通常按照这种方 法编写的软件不易于维护，系统鲁棒性也不高。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的之一是提供一种基于面向对象技术的直流系统的建模方法，以解决 现有技术中采用从算法的角度进行建模，得到的模型不易维护，并且系统鲁棒性也不高的 问题。
[0006] 在一些说明性实施例中，所述基于面向对象技术的直流系统建模方法，包括：分析 出直流输电一次系统及其控制系统的每个功能模型；针对于每个所述功能模型，调取组成 该功能模型的基本模型及该基本模型的计算模型。
[0007] 本发明的另一个目的是提供一种基于面向对象技术的直流系统的故障仿真方法。 [0008]在一些说明性实施例中，所述基于面向对象技术的直流系统的故障仿真方法，包 括：用于采用上述建模方法构建的模型，包括：在直流输电一次系统和/或其控制系统中设 置故障点；仿真运行，输出所述直流输电一次系统及其控制系统的电压和/或电流参数。
[0009] 与现有技术相比，本发明的说明性实施例包括以下优点：
[0010] 面向对象的程序设计降低了各模块间的关联程度，这就相对减少了程序员之间的 相互影响。设计初期只由很少的程序员介入的情况下，通过在对象系统中按照从基本模型 至功能模型再至整体系统，逐层封装继承的模式来实现，使得今后更改引起的成本大大降 低，系统鲁棒性得到了提升。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0012] 图1是按照本发明的说明性实施例的流程图；
[0013] 图2是按照本发明的说明性实施例的流程图；
[0014] 图3是按照本发明的说明性实施例的流程图；
[0015] 图4是按照本发明的说明性实施例的直流输电一次系统的结构示意图；
[0016] 图5是按照本发明的说明性实施例的关系示意图。
【具体实施方式】
[0017] 在以下详细描述中，提出大量特定细节，以便于提供对本发明的透彻理解。但是， 本领域的技术人员会理解，即使没有这些特定细节也可实施本发明。在其它情况下，没有详 细描述众所周知的方法、过程、组件和电路，以免影响对本发明的理解。
[0018] 为了更好的理解本发明中的说明性实施例，下面对本发明说明性实施例中的主要 思想进行简单说明。
[0019] 针对计算机仿真，传统的软件开发是从算法的角度进行建模。而通常按照这种方 法编写的软件不易于维护，系统鲁棒性也不高。面向对象的方法认为：客观世界的问题都是 由客观世界的实体及其相互之间的联系构成的。我们把客观世界的实体称为问题对象，那 么对象都有自己的运动状态及运动规律，不同对象之间的相互作用和相互通信就构成了完 整的客观世界。使用面向对象的方法人们可以逐步去解决问题，而在问题逐步深入过程中 不必去重新修改前面己完成的设计工作。由于采用了数据抽象和封装技术，面向对象的程 序设计降低了各模块间的关联程度，这就相对减少了程序员之间的相互影响。
[0020] 参见图1，图1示出了基于面向对象技术的直流系统的建模的流程图。
[0021] 在一些说明性实施例中，公开了一种基于面向对象技术的直流系统的建模方法， 包括：
[0022] S11、分析出直流输电一次系统及其控制系统的每个功能模型；
[0023] S12、针对于每个所述功能模型，调取组成该功能模型的基本模型及该基本模型的 计算模型。
[0024] 本发明由于基于面向对象的思想，采用了数据抽象和封装技术，面向对象的程序 设计降低了各模块间的关联程度，这就相对减少了程序员之间的相互影响。设计初期只 由很少的程序员介入的情况下，通过在对象系统中按照从基本模型至功能模型再至整体系 统，逐层封装继承的模式来实现，使得今后更改引起的成本大大降低，系统鲁棒性得到了提 升。
[0025] 在一些说明性实施例中，所述直流输电一次系统及其控制系统由用户搭建完成。
[0026] 在一些说明性实施例中，每个所述功能模型至少由一个基本模型组成。
[0027] 在一些说明性实施例中，所述分析出直流输电一次系统及其控制系统的每个功能 模型，具体包括：根据所述直流输电一次系统及其控制系统中元器件的名称，确定所述直流 输电一次系统及其控制系统的所述功能模型。
[0028] 在一些说明性实施例中，所述调取组成该功能模型的基本模型及该基本模型的计 算模型，具体包括：
[0029] S21、以功能模型在功能模型库中进行匹配，调取与该功能模型相匹配的基本模 型；
[0030] S22、以调取到的所述基本模型在基本模型库中进行匹配，调取该基本模型的计算 模型。
[0031] 在一些说明性实施例中，所述基本模型的计算模型中至少包含一个该基本模块的 仿真计算的方程。
[0032] 在一些说明性实施例中,所述直流输电一次系统中至少包含有以下至少一个元器 件：
[0033] 三相RLC元件、单相RLC元件、晶闸管元件、输电线路元件、三相/单相故障元件、 三相两绕组变压器元件。
[0034] 现在参照图3,图3示出了基于面向对象技术的直流系统的故障仿真的流程图。
[0035] 在一些说明性实施例中，公开了一种基于面向对象技术的直流系统的故障仿真方 法，上述米用建模方法构建的模型，包括：
[0036] S31、在直流输电一次系统和/或其控制系统中设置故障点；
[0037] 其中，故障点由用户自己设定。
[0038] S32、仿真运行，输出所述直流输电一次系统及其控制系统的电压和/或电流参 数。
[0039] 在一些说明性实施例中，所述输出所述直流输电一次系统及其控制系统的电压和 /或电流参数，具体包括：输出所述直流输电一次系统及其控制系统在所述仿真运行的时 间段内的电压和/或电流的变化曲线图。
[0040] 以下提供了一个具体的实施例：
[0041] 图4示出了面向对象的直流输电一次系统的结构示意图。
[0042] 图5示出了直流输电一次系统及模型之间关系示意图。
[0043] 在一些说明性实施例中，直流输电一次系统的电磁暂态仿真基本元件包括：三相 RLC元件、单相RLC元件、晶闸管元件、输电线路元件、三相两绕组变压器元件。该一次系统 可以由用户自己搭设，也可以仿真系统提供的包含有基本元件的基本系统。
[0044] 通过这些元件的组合、连接和封装可实现直流输电系统的功能模块，包括：输电线 路、换流变压器、六脉动换流器、交流滤波器、直流滤波器、平波电抗器。
[0045] 具体流程，包括：
[0046] 1、用户搭设或在仿真系统中选取直流输电一次系统；
[0047] 2、扫描直流输电一次系统的元器件名称，确定功能模型；
[0048] 3、以功能模型在功能模型库中调取基本模型；
[0049] 4、以基本模型在基本模型库中调取计算模型。
[0050]在一些说明性实施例中，通过一次系统找出功能模型，例如：换流变压器、直流线 路及接地极、交直流滤波器、六脉动换流器；
[0051] 在一些说明性实施例中，根据功能模型找出基本模型，例如：三相两绕组变压器元 件、RLC元件、晶闸管元件。
[0052] 各元器件的仿真相关设定，具体如下：
[0053] 1)、串联三相RLC元件，本元件为三相元件，由三相电阻、电感、电容串联而成，具 体分为电阻R元件、电感L元件和电容C元件，对应的方程分别为：
[0054] 电阻 R 元件：v = R · i ;
[0055] 电感L元件
【权利要求】
1. 一种基于面向对象技术的直流系统的建模方法，其特征在于，包括： 分析出直流输电一次系统及其控制系统的每个功能模型； 针对于每个所述功能模型，调取组成该功能模型的基本模型及该基本模型的计算模 型。
2. 根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述直流输电一次系统及其控制系 统由用户搭建完成。
3. 根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，每个所述功能模型至少由一个基本 模型组成。
4. 根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述分析出直流输电一次系统及其 控制系统的每个功能模型，具体包括： 根据所述直流输电一次系统及其控制系统中兀器件的名称，确定所述直流输电一次系 统及其控制系统的所述功能模型。
5. 根据权利要求4所述的建模方法，其特征在于，所述调取组成该功能模型的基本模 型及该基本模型的计算模型，具体包括： 以功能模型在功能模型库中进行匹配，调取与该功能模型相匹配的基本模型； 以调取到的所述基本模型在基本模型库中进行匹配，调取该基本模型的计算模型。
6. 根据权利要求5所述的建模方法，其特征在于，所述基本模型的计算模型中至少包 含一个该基本模块的参数计算的方程。
7. 根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述直流输电一次系统中至少包含 有以下至少一个元器件： 三相RLC元件、单相RLC元件、晶闸管元件、输电线路元件、三相/单相故障元件、三相 两绕组变压器元件。
8. -种基于面向对象技术的直流系统的故障仿真方法，其特征在于，用于权利要求 1-5中任一项所述的建模方法构建的模型，包括： 在直流输电一次系统和/或其控制系统中设置故障点； 仿真运行，输出所述直流输电一次系统及其控制系统的电压和/或电流参数。
9. 根据权利要求8所述的故障仿真方法，其特征在于，所述输出所述直流输电一次系 统及其控制系统的电压和/或电流参数，具体包括： 输出所述直流输电一次系统及其控制系统在所述仿真运行的时间段内的电压和/或 电流的变化曲线图。
【文档编号】G06F17/50GK104298834SQ201410604217
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】高峰, 张爽, 江涵, 陈德扬, 梁剑, 张星, 张艳 申请人:国网宁夏电力公司电力科学研究院, 中国电力科学研究院, 国家电网公司