一种基于pscad的电磁-机电暂态混合仿真实现方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力系统仿真领域，特别涉及一种基于PSCAD的电磁-机电暂态离线混合仿真方法。
【背景技术】
[0002]PSCAD/EMTDC程序作为世界各国广泛使用的电磁暂态仿真软件，经过多年来的研究和发展，已经成为了既可以研究交直流电力系统问题，又能完成电力电子仿真及其非线性控制的多功能工具。其中，EMTDC是仿真的核心程序，最初代表直流暂态，是一套基于软件的电磁暂态模拟程序，PSCAD是与EMTDC结合的图形用户界面，用户在面板上可以构造电气连接图，输入各元件的参数值，运行时则通过FORTRAN编译器进行编译、连接，运行的结果可以随着程序运行的进度在PLOT中实时生成曲线，以检验运算结果是否合理，并能与C、MATLAB/SIMLJLINK 进行接口。
[0003]随着越来越多的大功率电力电子器件广泛应用于现代电力系统，特别是直流输电工程的发展与建设，传统的暂态稳定仿真技术已不能满足电力系统运行和控制的要求。暂态仿真可分为研究暂态过电压、过电流、系统谐波及波形畸变的电磁暂态仿真、研究电网扰动后动态行为的机电暂态仿真。由于单一的仿真技术在大规模系统精确仿真时存在不足，国内外学者提出将电磁和机电暂态仿真通过接口程序结合，从而实现机电-电磁混合实时仿真，充分利用两种实时仿真的优点，相互弥补不足之处。根据研究需要，将系统中需详细研究的部分定为电磁暂态子系统，采用电磁暂态方法仿真；而将外部的交流系统定为机电暂态子系统，采用机电暂态方法仿真；连接两个子系统的母线定为接口母线，负责一定频率的数据交换。
[0004]目前，较为成熟的电磁-机电暂态混合仿真实现平台与方法有RTDS(RealTimeDigital Simulator) /并行机(清华大学)、RTDS/自定义机电程序模块(华北电力大学)、PSCAD/Matlab (天津大学)等，但均存在仿真设备硬件限制与仿真程序兼容性问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提出一种基于PSCAD的电磁-机电暂态离线串行混合仿真方法，其特征在于:利用PSCAD的自定义模块设置的机电仿真程序串行嵌入接口模块与机电仿真程序模块；其中接口模块由f文件组成，用于接口声明、机电仿真程序模块初始化与调用；机电仿真程序模块由c文件组成，用于进行外部电力系统机电暂态仿真与等值模型参数返回；所述混合仿真方法具体步骤如下:
[0006]步骤1:仿真开始，即起始时刻通过接口模块实现对机电仿真程序模块的参数初始化；
[0007]步骤2:当PSCAD电磁暂态仿真时间等于机电暂态仿真步长整数倍时，通过接口模块调用机电仿真程序模块，进行外部交流系统机电暂态仿真，否则进入步骤3 ;
[0008]步骤3 =PSCAD根据外部交流系统等值参数，对电磁子系统:高压直流输电系统进行电磁暂态仿真；
[0009]步骤4:若满足预设的仿真停止条件(收敛阈值或收敛次数限制)，电磁-机电暂态离线串行混合仿真停止运行，否则返回步骤2。
[0010]所述步骤I中参数初始化涉及参数由电磁-机电暂态离线串行混合仿真接口模型决定，初始化涉及参数包括功率源与电流源两种.。
[0011]所述步骤2中机电暂态仿真步长为毫秒级，取为100ms。
[0012]所述步骤3中的外部交流系统等值参数由机电仿真程序模块预存在PSCAD公用数组中，外部交流系统等值参数包括外部系统正、负、零序等值阻抗。
[0013]所述f文件、c文件都是PSCAD专用编译文件。
[0014]本发明的有益效果在于:利用成熟的电磁暂态仿真平台PSCAD，实现了电磁-机电暂态离线串行混合仿真。所提电磁-机电暂态离线串行混合仿真对仿真设备的硬件限制小，能够实现对大规模交直流系统的仿真，并保证较好的仿真精度；可以灵活地实现对混合仿真接口模式的修改，对机电暂态仿真程序的修改与升级。
【附图说明】
[0015]图1是基于PSCAD的电磁-机电暂态离线串行混合仿真方法逻辑框图。
【具体实施方式】
[0016]本发明提出一种基于PSCAD的电磁-机电暂态离线串行混合仿真方法，下面结合附图和实施例，对本发明作详细说明。
[0017]如图1所示，基于PSCAD的电磁-机电暂态离线串行混合仿真方法包括:
[0018]步骤1:仿真开始时，即起始时刻，通过接口模块实现对机电仿真程序模块的参数初始化；
[0019]步骤2:当PSCAD电磁暂态仿真时间等于机电暂态仿真步长整数倍时，通过接口模块调用机电仿真程序模块，进行外部交流系统机电暂态仿真，否则进入步骤3 ;
[0020]步骤3 =PSCAD根据外部交流系统等值参数，对电磁子系统(如高压直流输电系统等)进行电磁暂态仿真；
[0021]步骤4:若满足预设的仿真停止条件(收敛阈值或收敛次数限制)时，电磁-机电暂态离线串行混合仿真停止运行，否则返回步骤2。
[0022]所述步骤I中参数初始化涉及参数由电磁-机电暂态离线串行混合仿真接口模型决定，包括功率源与电流源两种。
[0023]所述步骤2中机电暂态仿真步长为毫秒级，一般取为100ms。
[0024]所述步骤3中的外部交流系统等值参数(包括外部系统正、负、零序等值阻抗)由机电仿真程序模块预存在PSCAD公用数组中，
[0025]实施例一
[0026]以PSCAD作为整个电磁-机电暂态离线串行混合仿真的控制平台，仿真的开始、暂停、结束及仿真步长的设置均在PSCAD界面下执行。接口模块ts_df90由.f文件组成，包含参数初始化、导纳阵初始化与机电暂态仿真调用三部分，
[0027]接口模块采用功率源作为接口等值形式；是PSCAD与机电仿真程序实现混合仿真的交互途径。示意代码如下；
[0028]SUBROUTINE AUX_INITINALO
[0029]INCLUDE"nd.h〃
[0030]INCLUDE^emtstor.h"
[0031]INTERFACE
[0032]SUBROUTINE DAONA_INITINAL(storf, nstorf)
[0033]! DEC$ATTRIBUTES C::DA0NA_INITINAL
[0034]! DEC$ATTRIBUTES REFERENCE::storf
[0035]! DEC$ATTRIBUTES VALUE::nstorf
[0036]REAL storf (*)
[0037]INTEGER nstorf
[0038]END SUBROUTINE
[0039]END INTERFACE
[0040]CALL DA0NA_INITINAL(STORF, NSTORF)
[0041 ]END
[0042]SUBROUTINE AUX_STEP0NE(pr, qr, umag, simulat)
[0043]INCLUDE"nd.h〃
[0044]INCLUDE^emtstor.h〃
[0045]REAL pr
[0046]REAL qr
[0047]REAL umag
[0048]REAL simulat
[0049]INTERFACE
[0050]SUBROUTINE HBSTEP_0NE (storf, nstorf, pi, ql, ul, SimulaT)
[0051]! DEC$ATTRIBUTES C::HBSTEP_0NE
[0052]! DEC$ATTRIBUTES REFERENCE::storf
[0053]! DEC$ATTRIBUTES VALUE::nstorf
[0054]! DEC$ATTRIBUTES REFERENCE::pI
[0055]! DEC$ATTRIBUTES REFERENCE::ql
[0056]! DEC$ATTRIBUTES REFERENCE::ul
[0057]! DEC$ATTRIBUTES REFERENCE::SimulaT
[0058]REAL storf (*)
[0059]INTEGER nstorf
[0060]REAL pi
[0061]REAL ql
[0062]REAL ul
[0063]REAL SimulaT
[0064]END SUBROUTINE
[0065]END INTERFACE
[0066]CALL HBSTEP_0NE(STORF, NSTORF, pr, qr, umag, simulat)
[0067]END
[0068]机电仿真程序模块由c文件组成，用于进行外部电力系统机电暂态仿真与等值模型参数返回。
[0069]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种基于PSCAD的电磁-机电暂态离线串行混合仿真方法，其特征在于:利用PSCAD的自定义模块设置的机电仿真程序串行嵌入接口模块与机电仿真程序模块；其中接口模块由f文件组成，用于接口声明、机电仿真程序模块初始化与调用；机电仿真程序模块由c文件组成，用于进行外部电力系统机电暂态仿真与等值模型参数返回；所述混合仿真方法具体步骤如下: 步骤1:仿真开始，即起始时刻通过接口模块实现对机电仿真程序模块的参数初始化； 步骤2:当PSCAD电磁暂态仿真时间等于机电暂态仿真步长整数倍时，通过接口模块调用机电仿真程序模块，进行外部交流系统机电暂态仿真，否则进入步骤3 ; 步骤3:PSCAD根据外部交流系统等值参数，对电磁子系统:高压直流输电系统进行电磁暂态仿真； 步骤4:若满足预设的仿真停止条件，电磁-机电暂态离线串行混合仿真停止运行，否则返回步骤2 ;其中预设的仿真停止条件为收敛阈值或收敛次数限制。2.根据权利要求1所述的基于PSCAD的电磁-机电暂态离线串行混合仿真方法，其特征在于:所述步骤I中参数初始化涉及参数由电磁-机电暂态离线串行混合仿真接口模型决定，初始化涉及参数包括功率源与电流源两种.。3.根据权利要求1所述的基于PSCAD的电磁-机电暂态离线串行混合仿真方法，其特征在于:所述步骤2中机电暂态仿真步长为毫秒级，取为100ms。4.根据权利要求1所述的基于PSCAD的电磁-机电暂态离线串行混合仿真方法，其特征在于:所述步骤3中的外部交流系统等值参数由机电仿真程序模块预存在PSCAD公用数组中，外部交流系统等值参数包括外部系统正、负、零序等值阻抗。5.根据权利要求1所述的基于PSCAD的电磁-机电暂态离线串行混合仿真方法，其特征在于:所述f文件、c文件都是PSCAD专用执行文件。
【专利摘要】本发明公开了属于电力系统仿真领域的一种基于PSCAD的电磁-机电暂态离线混合仿真方法。利用PSCAD的自定义模块设置的机电仿真程序串行嵌入接口模块与机电仿真程序模块；其中接口模块由f文件组成，机电仿真程序模块由c文件组成，混合仿真方法包括对机电仿真程序模块的参数初始化、调用机电仿真程序模块及进行电磁暂态仿真。本发明利用成熟的电磁暂态仿真平台PSCAD，实现了电磁-机电暂态离线串行混合仿真。该混合仿真对仿真设备的硬件限制小，能够实现对大规模交直流系统的仿真，并保证较好的仿真精度；可以灵活地实现对混合仿真接口模式的修改，对机电暂态仿真程序的修改与升级。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105160137
【申请号】CN201510645419
【发明人】李伟, 郭琦, 杨洋, 陶顺, 陈鹏伟, 房钊
【申请人】中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心, 华北电力大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年9月30日