电力系统仿真算法的评价方法和装置与流程

文档序号:11178258阅读:692来源:国知局
电力系统仿真算法的评价方法和装置与流程

本发明涉及仿真领域,具体而言,涉及一种电力系统仿真算法的评价方法和装置。



背景技术:

随着社会对能源需求的增长和发电技术的进步,电力网络拓扑系统变得越来越复杂,运行难度也越来越大。电力系统不断扩大,高压远距离电力系统也逐渐增多,而高压电力系统分布范围广,穿越的地区地形复杂,如果能够快速、准确地对系统进行仿真,就能从技术层面对电网的安全运行提供可靠的支撑,具有巨大的社会和经济效益。因此电力系统分析和仿真技术成为了电力系统规划、设计、运行、分析和改造等过程不可缺少的工具和手段。

现有技术中存在多种仿真软件以用于解决电力系统问题,例如,能够仿真任何含有(三相)电源、电阻、电容、电感、开关、变压器、远程输电线等原件构成的电路的atp仿真软件。由于所有的仿真软件开发都是在离散时域、以离散的间隔(时间步长δt)进行仿真,不能连续地仿真暂态过程。因此产生的截断误差会产生积累效应,导致最终的仿真结果偏离真实值,如何评价仿真算法对电力系统仿真结果的准确性成为需要解决的技术问题。

针对现有技术中无法确定对电力系统进行仿真得到的结果的准确性的技术问题,目前尚未提出有效的解决方案。



技术实现要素:

本发明实施例提供了一种电力系统仿真算法的评价方法和装置,以至少解决现有技术中无法确定对电力系统进行仿真得到的结果的准确性的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面,提供了一种电力系统仿真算法的评价方法,该方法包括:通过第一仿真算法对电力系统在预设仿真条件下的电力参数进行仿真,得到第一仿真结果;通过第二仿真算法对电力系统在预设仿真条件下的电力参数进行仿真,得到第二仿真结果,其中,第二仿真算法为与第一仿真算法采用不同建模算法进行仿真的仿真算法;对比第一仿真结果与第二仿真结果以确定第一仿真算法和/或第二仿真算法的参照准确率。

进一步地,电力系统包括多个电路节点,对比第一仿真结果与第二仿真结果以确定第一仿真算法和/或第二仿真算法的参照准确率包括:根据第一仿真结果分别确定在多个电路节点处采用第一仿真算法进行仿真得到的电力参数;根据第二仿真结果分别确定在多个电路节点处采用第二仿真算法进行仿真得到的电力参数;对每个电路节点采用两种不同的仿真算法得到的电力参数进行比较,得到多个比较结果;根据多个比较结果确定第一仿真算法和/或第二仿真算法的参照准确率。

进一步地,根据仿真结果分别确定在多个电路节点处采用仿真算法进行仿真得到的电力参数包括:确定每个电路节点处的多个离散时点的电力参数;基于每个电路节点处的多个离散时点的电力参数拟合暂态电力参数波形;对每个电路节点采用两种不同的仿真算法得到的电力参数进行比较,得到多个比较结果包括:对每个电路节点采用两种不同的仿真算法得到的暂态电力参数波形进行图像处理以确定波形重合度;根据波形重合度确定第一仿真算法和/或第二仿真算法的参照准确率。

进一步地,通过仿真算法对电力系统在预设仿真条件下的电力参数进行仿真,得到仿真结果包括:基于仿真算法确定建模方法;通过确定的建模方法对电力系统进行建模,得到电力系统的仿真模型;根据预设仿真条件确定仿真参数;通过仿真算法对仿真模型在仿真参数下的电力参数进行仿真,得到仿真结果。

根据本发明实施例的另一方面,还提供了一种电力系统仿真算法的评价装置,该装置包括:第一仿真单元,用于通过第一仿真算法对电力系统在预设仿真条件下的电力参数进行仿真,得到第一仿真结果;第二仿真单元,用于通过第二仿真算法对电力系统在预设仿真条件下的电力参数进行仿真,得到第二仿真结果,其中,第二仿真算法为与第一仿真算法采用不同建模算法进行仿真的仿真算法;执行单元,用于对比第一仿真结果与第二仿真结果以确定第一仿真算法和/或第二仿真算法的参照准确率。

进一步地,电力系统包括多个电路节点,执行单元包括:第一确定模块,用于根据第一仿真结果分别确定在多个电路节点处采用第一仿真算法进行仿真得到的电力参数;第二确定模块,用于根据第二仿真结果分别确定在多个电路节点处采用第二仿真算法进行仿真得到的电力参数;比较模块,用于对每个电路节点采用两种不同的仿真算法得到的电力参数进行比较,得到多个比较结果;第三确定模块,用于根据多个比较结果确定第一仿真算法和/或第二仿真算法的参照准确率。

进一步地,第一确定模块和第二确定模块通过以下步骤执行根据仿真结果分别确定多个电路节点处采用仿真算法进行仿真得到的电力参数:确定每个电路节点处的多个离散时点的电力参数;基于每个电路节点处的多个离散时点的电力参数拟合暂态电力参数波形;比较模块包括:处理子模块,用于对每个电路节点采用两种不同的仿真算法得到的暂态电力参数波形进行图像处理以确定波形重合度;确定子模块,用于根据波形重合度确定第一仿真算法和/或第二仿真算法的参照准确率。

进一步地,第一仿真单元和第二仿真单元通过以下步骤执行通过仿真算法对电力系统在预设仿真条件下的电力参数进行仿真,得到仿真结果:基于仿真算法确定建模装置;通过确定的建模装置对电力系统进行建模,得到电力系统的仿真模型;根据预设仿真条件确定仿真参数;通过仿真算法对仿真模型在仿真参数下的电力参数进行仿真,得到仿真结果。

根据本发明实施例的另一方面,还提供了一种存储介质,该存储介质包括存储的程序,其中,在程序运行时控制存储介质所在设备执行本发明的电力系统仿真算法的评价方法。

根据本发明实施例的另一方面,还提供了一种处理器,该处理器用于运行程序,其中,程序运行时执行本发明的电力系统仿真算法的评价方法。在本发明实施例中,通过通过第一仿真算法对电力系统在预设仿真条件下的电力参数进行仿真,得到第一仿真结果;通过第二仿真算法对电力系统在预设仿真条件下的电力参数进行仿真,得到第二仿真结果,其中,第二仿真算法为与第一仿真算法采用不同建模算法进行仿真的仿真算法;对比第一仿真结果与第二仿真结果以确定第一仿真算法和/或第二仿真算法的参照准确率,解决了现有技术中无法确定对电力系统进行仿真得到的结果的准确性的技术问题,进而实现了能够量化的评估对电力系统进行仿真的仿真算法准确性的技术效果。

附图说明

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:

图1是根据本发明实施例的一种可选的电力系统仿真算法的评价方法的流程图;

图2是一种可选的远程输电线路离散时域模型电路的转换方式的示意图;

图3是一种可选的感性负载的离散时域模型电路的转换方式的示意图;

图4是一种可选的感性电路模型图的示意图;

图5a是一种可选的电力系统中k节点的离散时域模型等效电路图的示意图;

图5b是一种可选的电力系统中m节点的离散时域模型等效电路图的示意图;

图6是一种可选的节点暂态电压波形图的示意图;

图7是一种可选的流经电感器的电流波形图的示意图;

图8是一种可选的电压暂态波形图的示意图;

图9是一种可选的电流暂态波形图的示意图;

图10是一种可选的通过atpdraw进行仿真的电力系统连接模型的示意图;

图11是一种可选的通过atpdraw进行仿真的电力系统的暂态电压波形图的示意图;

图12是另一种可选的通过atpdraw进行仿真的电力系统的暂态电压波形图的示意图;

图13是另一种可选的通过atpdraw进行仿真的电力系统的暂态电压波形图的示意图;

图14是另一种可选的通过atpdraw进行仿真的电力系统的暂态电压波形图的示意图;

图15是根据本发明实施例的一种可选的电力系统仿真算法的评价装置的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本申请提供了一种电力系统仿真算法的评价方法的实施例。

图1是根据本发明实施例的一种可选的电力系统仿真算法的评价方法的流程图,如图1所示,该方法包括如下步骤:

步骤s101,通过第一仿真算法对电力系统在预设仿真条件下的电力参数进行仿真,得到第一仿真结果;

第一仿真算法可以是通过电路进行仿真,也可以是通过数学关系进行仿真,可选的,在进行仿真之前,可以先建立电力系统的仿真模型,仿真模型可以根据第一仿真算法对应的仿真方法建立,例如,在第一仿真算法是通过电路进行仿真的情况瞎看,可以对电力系统进行建模,确定电力系统的电路模型,可选地,为了提高第一仿真算法的计算速度,可以将电力系统进行一定程度的简化,以简化用于仿真的电路模型。

除了需要确定仿真时所用的模型,还需要确定设置的仿真条件,对电力系统在预设仿真条件下的电力参数进行仿真。

步骤s102,通过第二仿真算法对电力系统在预设仿真条件下的电力参数进行仿真,得到第二仿真结果,其中,第二仿真算法为与第一仿真算法采用不同建模算法进行仿真的仿真算法;

相似的,第二仿真算法与第一仿真算法可以采用相同或相似的步骤,在此不再赘述。

可选的,第一仿真算法和第二仿真算法可以是软件,在通过第一仿真算法和第二仿真算法进行仿真时,可以采用软件接口调用第一仿真算法或第二仿真算法执行仿真。

步骤s103,对比第一仿真结果与第二仿真结果以确定第一仿真算法和/或第二仿真算法的参照准确率。

在通过第一仿真算法得到第一仿真结果并通过第二仿真算法得到第二仿真结果之后,对第一仿真结果和第二仿真结果进行对比,可以得到第一仿真算法的参照准确率,第一仿真算法的参照准确率是与第一仿真结果与第二仿真结果之间的差值相关的数值,可以表示相对于第二仿真算法,第一仿真算法的结果的误差率,第二仿真算法的参照准确率与第一仿真算法的参照准确率定义相似,在此不再赘述。

该实施例通过第一仿真算法对电力系统在预设仿真条件下的电力参数进行仿真,得到第一仿真结果;通过第二仿真算法对电力系统在预设仿真条件下的电力参数进行仿真,得到第二仿真结果,其中,第二仿真算法为与第一仿真算法采用不同建模算法进行仿真的仿真算法;对比第一仿真结果与第二仿真结果以确定第一仿真算法和/或第二仿真算法的参照准确率,解决了现有技术中无法确定对电力系统进行仿真得到的结果的准确性的技术问题,进而实现了能够量化的评估对电力系统进行仿真的仿真算法准确性的技术效果。

可选地,电力系统包括多个电路节点,对比第一仿真结果与第二仿真结果以确定第一仿真算法和/或第二仿真算法的参照准确率包括:根据第一仿真结果分别确定在多个电路节点处采用第一仿真算法进行仿真得到的电力参数;根据第二仿真结果分别确定在多个电路节点处采用第二仿真算法进行仿真得到的电力参数;对每个电路节点采用两种不同的仿真算法得到的电力参数进行比较,得到多个比较结果;根据多个比较结果确定第一仿真算法和/或第二仿真算法的参照准确率。

可选地,根据仿真结果分别确定在多个电路节点处采用仿真算法进行仿真得到的电力参数包括:确定每个电路节点处的多个离散时点的电力参数;基于每个电路节点处的多个离散时点的电力参数拟合暂态电力参数波形;对每个电路节点采用两种不同的仿真算法得到的电力参数进行比较,得到多个比较结果包括:对每个电路节点采用两种不同的仿真算法得到的暂态电力参数波形进行图像处理以确定波形重合度;根据波形重合度确定第一仿真算法和/或第二仿真算法的参照准确率。

可选地,通过仿真算法对电力系统在预设仿真条件下的电力参数进行仿真,得到仿真结果包括:基于仿真算法确定建模方法;通过确定的建模方法对电力系统进行建模,得到电力系统的仿真模型;根据预设仿真条件确定仿真参数;通过仿真算法对仿真模型在仿真参数下的电力参数进行仿真,得到仿真结果。

下面以一种含有感性负载的交流电力系统为例,对上述实施例提供的电力系统仿真算法的评价方法的具体步骤进行说明。

图2所示为远程输电线路离散时域模型电路的转换方式,其中,k和m两节点代表了远程输电线路两端的节点。k点距离输出端更近。其中zo是远程输电线的特征阻抗。ikm(t-τ)和imk(t-τ)代表能够产生延迟效应的电流源。

图3所示为感性负载的离散时域模型电路的转换方式,图3中左图是连续时域模型电路图,图3中右图是离散时域模型电路图。在感性负载的离散时域模型中,电流源hl和时间步长有关,并且和一个阻值为2l/δt的阻抗并联。其中:δt就是离散时域的时间步长。

具体实例分析该系统由一个交流电源供电,需要得到该系统在0-20ms时间范围内,k和m两节点的暂态电压和流经电感器的暂态电流波形图。系统如图4所示。该系统由一个交流电源供电,我们需要得到该系统在0-20ms时间范围内,k和m两节点的暂态电压波形图。交流电源和远程输电线之间存在一负载,其阻值为z0(ohms)。节点k和节点m之间是理想的远程输电线,存在的参数包括其特征阻值zc,和延迟时间τ。节点m处连接了电感器,其大小为l=100mh。为计算电压暂态图像,时间步长设为0.1ms。

按照远程输电线路和感性负载的离散时域模型电路的转换原理,该系统的离散时域模型电路如图5a和图5b所示,k节点与图5a中节点位置相对应,m节点与图5b中节点位置相对应。

根据离散模型电路图中电流源的递归关系如下:

根据图5a和图5b的电流关系,可得:

依据离散时域模型的等效电路图中两节点k和m,罗列节点方程:

是导纳矩阵。导纳矩阵中每个元素的大小为两下角标节点之间连接阻抗值的倒数。因此,方程(5)变更为:

其中:zl=2l/δt

根据矩阵运算法则可得到vk(t)和vm(t)的表达式。

通过matlab软件编写算法程序,并最终得到节点k和m的暂态电压波形图,以及流经电感器的暂态电流波形图。程序编写原则正是依照公示(1)-(8)。设交流电流源的电压为110kv,远程输电线的特征阻值zc=500ω,延迟时间为τ=1.0ms,时间步长δt=0.1ms,电抗器l=100mh。交流电源和远程输电线之间负载阻值z0为变量。这样,其暂态电压和电流波形图就是参量z0的函数。程序如下:

该程序为定义一个自变量函数,通过输入不同的自变量参数z0,最终得到节点k和m的电压暂态图像,以及流经电感器的暂态电流波形图。设阻抗z0=100ω,需要仿真电压和电流波形图,只需要将参量数值填入自定义函数位置即可,即:

trans_al(100)

得到k和m两节点暂态电压波形图如图6所示,以及流经电感器的电流波形图如图7所示。

变更自变量z0。当z0=1000ω时,在matlab软件中输入trans_al(1000),得到该负载状态下的电压、电流暂态波形图如图8和图9所示。

然而,通过matlab软件编程的方法尽管能够得到暂态曲线,但无法验证得到的曲线图像是否正确。接下来,相同的过程通过atpdraw软件进行仿真,再次对该过程进行模拟。atpdraw状态下的实物连接图如图10所示。

依照图4所示的实际电路图,通过atpdraw软件进行实物连接进行暂态过程模拟,如图10所示。交流电压源直接连接一控制开关,设开关闭合时间为t=0ms。电源和节点k之间连接负载z0,远程输电线通过元件linez实现。节点m和接地端之间存在电感器l。在需要测量暂态电压的k和m两点,放置电压探头,并且在流经电感器的位置连接电流探头,以进行图像采集模拟。将对应的参量输入仿真图像中对应元件的参量位置,远程输电线的参数设置为特征阻值500ohms,延迟时间0.001s,得到最终的暂态曲线如图11至图14所示,其中,图11为atpdraw得到的图4中k和m两节点在z0=100ω时的暂态电压波形图,图12为atpdraw得到的流经电感器在z0=100ω时的暂态电流波形图,图13为atpdraw得到的图4中k和m两节点在z0=1000ω时的暂态电压波形图,图14为atpdraw得到的流经电感器的在z0=1000ω时的暂态电流波形图。

通过对两种仿真算法得到的仿真波形图像对比,通过matlab理论计算的图像和通过atpdraw仿真得到的图像,对比两种仿真算法得到的波形图的形状或数值,分别确定两种仿真算法相对于另一种仿真算法的参照准确率。

该实施例提供的方法可以快速、准确地对系统进行仿真,能从技术层面对电网的安全运行提供可靠的支撑,具有巨大的社会和经济效益,该成果是在零投资、零成本的前提条件下,通过两种手段实现了电力系统暂态仿真和模拟,仿真效果和功能相比较于bpa仿真技术,优势更为明显。而仿真技术在支撑电网安全运行中起到了至关重要的作用。因此,本发明为企业带来的潜在利润是不可小觑的。本发明介绍的两种仿真计算方法,其结果不仅验证无误,而且其原理可实现更大规模电网的仿真计算。这种科学的模拟电力系统暂态过程的方法,其计算速度快,准确性高,灵活性强,有助于提高电网运行的智能化与自动化水平,从技术层面对电网的安全运行提供可靠的支撑。

需要说明的是,在附图的流程图虽然示出了逻辑顺序,但是在某些情况下,可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本申请还提供了一种电力系统仿真算法的评价装置的实施例。

图15是根据本发明实施例的一种可选的电力系统仿真算法的评价装置的示意图,如图15所示,该装置包括第一仿真单元10,第二仿真单元20和执行单元30。

第一仿真单元10用于通过第一仿真算法对电力系统在预设仿真条件下的电力参数进行仿真,得到第一仿真结果;第二仿真单元20用于通过第二仿真算法对电力系统在预设仿真条件下的电力参数进行仿真,得到第二仿真结果,其中,第二仿真算法为与第一仿真算法采用不同建模算法进行仿真的仿真算法;执行单元30用于对比第一仿真结果与第二仿真结果以确定第一仿真算法和/或第二仿真算法的参照准确率。

该实施例通过第一仿真单元,用于通过第一仿真算法对电力系统在预设仿真条件下的电力参数进行仿真,得到第一仿真结果;第二仿真单元,用于通过第二仿真算法对电力系统在预设仿真条件下的电力参数进行仿真,得到第二仿真结果,其中,第二仿真算法为与第一仿真算法采用不同建模算法进行仿真的仿真算法;执行单元,用于对比第一仿真结果与第二仿真结果以确定第一仿真算法和/或第二仿真算法的参照准确率,解决了现有技术中无法确定对电力系统进行仿真得到的结果的准确性的技术问题,进而实现了能够量化的评估对电力系统进行仿真的仿真算法准确性的技术效果。

进一步地,电力系统包括多个电路节点,执行单元包括:第一确定模块,用于根据第一仿真结果分别确定在多个电路节点处采用第一仿真算法进行仿真得到的电力参数;第二确定模块,用于根据第二仿真结果分别确定在多个电路节点处采用第二仿真算法进行仿真得到的电力参数;比较模块,用于对每个电路节点采用两种不同的仿真算法得到的电力参数进行比较,得到多个比较结果;第三确定模块,用于根据多个比较结果确定第一仿真算法和/或第二仿真算法的参照准确率。

进一步地,第一确定模块和第二确定模块通过以下步骤执行根据仿真结果分别确定多个电路节点处采用仿真算法进行仿真得到的电力参数:确定每个电路节点处的多个离散时点的电力参数;基于每个电路节点处的多个离散时点的电力参数拟合暂态电力参数波形;比较模块包括:处理子模块,用于对每个电路节点采用两种不同的仿真算法得到的暂态电力参数波形进行图像处理以确定波形重合度;确定子模块,用于根据波形重合度确定第一仿真算法和/或第二仿真算法的参照准确率。

进一步地,第一仿真单元和第二仿真单元通过以下步骤执行通过仿真算法对电力系统在预设仿真条件下的电力参数进行仿真,得到仿真结果:基于仿真算法确定建模装置;通过确定的建模装置对电力系统进行建模,得到电力系统的仿真模型;根据预设仿真条件确定仿真参数;通过仿真算法对仿真模型在仿真参数下的电力参数进行仿真,得到仿真结果。

上述的装置可以包括处理器和存储器,上述单元均可以作为程序单元存储在存储器中,由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器,随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式,如只读存储器(rom)或闪存(flashram),存储器包括至少一个存储芯片。

上述本申请实施例的顺序不代表实施例的优劣。

在本申请的上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述的部分,可以参见其他实施例的相关描述。在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的技术内容,可通过其它的方式实现。

其中,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如所述单元的划分,可以为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,单元或模块的间接耦合或通信连接,可以是电性或其它的形式。

另外,在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:u盘、只读存储器(rom,read-onlymemory)、随机存取存储器(ram,randomaccessmemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本申请的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

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