用于psasp到pscad数据模型转换的通用pscad调压器建模方法
【专利摘要】一种用于PSASP到PSCAD数据模型转换的通用PSCAD调压器建模方法，包括步骤有PSASP中调压器传递函数框图的各环节进行初始化和解析变换，确定输入输出变量，确定中间环节的状态变量；建立调压器模型，定义输入输出引脚，自定义元件的外观、常量参数；采用Fortran语言编写调压器的控制程序。本发明实现自动转换时的模型对应和调用，使得PSCAD软件模型库中的励磁系统模型进行完善，为电力系统暂态仿真提供更多的励磁系统仿真模型。
【专利说明】
用于PSASP到PSCAD数据模型转换的通用PSCAD调压器建模 方法
技术领域
[0001] 本发明涉及仿真软件数据模型相互转换技术领域，特别是一种用于PSASP的数据 模型转换为PSCAD数据模型的调压器建模方法。
【背景技术】
[0002] 随着电力电子装置，风电、光伏发电等新能源接入及应用到电网中，电力系统的运 行和控制变得更加复杂。而数字仿真是电力系统规划、控制、分析的主要手段，因此需要采 用对电力系统进行更准确更精细的仿真。近年来PSCAD/EMTDC软件在全球被广泛应用，随着 开发人员对软件功能的不断完善和更新，使得该软件在模拟包含大量电力电子设备的交直 流混合输电、柔性交流输电等非线性系统发挥着举足轻重的作用，因此各科研机构和高校 常采用PSCAD软件进行电磁暂态过程的分析。
[0003] PSCAD/EMTDC采用软件算法基于梯形积分法，动态元件采用伴随模型，用LU因式分 解法和稀疏矩阵来求解由节点法建立的代数方程。PSCAD是仿真软件的图形化界面，自带元 件库中提供了大量的电力系统元件模型，且可利用本身具有的用户自定义功能和与其他程 序(如Fortran和Matlab)的接口新建自定义元件模型以满足系统中出现的新型元件。
[0004] 由于我国电力管理部门和研究机构的大部分电力系统仿真数据都以PSASP、BPA、 PSS/E三种机电仿真软件的环境储存的，用于PSCAD电力系统电磁暂态仿真的数据匮乏。目 前有采用程序自动将机电暂态数据转换为PSCAD电磁暂态数据。但是两种软件模型库中的 励磁模型和数据储存格式有较大差别，对励磁系统模型的计算处理也不一致，给数据和模 型的自动转换造成了较大困难和误差。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的就是提供一种用于PSASP到PSCAD数据模型转换的通用PSCAD调压器 建模方法，它实现自动转换时的模型对应和调用，使得PSCAD软件模型库中的励磁系统模型 进行完善，为电力系统暂态仿真提供更多的励磁系统仿真模型。
[0006] 本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，具体步骤如下：
[0007] 1)基于隐士梯形积分法对PSASP软件中的调压器传递函数框图进行解析变换，将 复频域形式的传递函数转换为时域的形式，并对各状态变量进行初始化；
[0008] 2)基于PSCAD自定义建模功能建立调压器的组件模型，根据步骤1)中的传递函数 框图的输入和输出变量来定义待转换兀件的输入输出引脚特性，每一个输入和输出对应一 个引脚，以此定义待转换元件外观和常量参数；
[0009 ] 3)根据步骤一中定义的初始化变量和中间状态变量，采用For tran语言编写调压 器控制程序，将程序代码加载到步骤2)中自定义的模型中对应的程序段。
[0010] 进一步，步骤1)中所述PSASP调压器包括1-15型的AVR调压器，解析变换过程包括 有对其传递函数框图中的微分环节、惯性环节和反馈积分环节进行等效变换，采用隐士梯 形积分法进行求解变换，将复杂的控制关系转换为多个中间状态变量，用于步骤3)的程序 编写。
[0011] 进一步，其特征在于，步骤2)中所述建立调压器组件模型包括有：
[0012] 2-1)根据传递函数框图确定输入输出变量的类型和数量；
[0013] 2-2)编辑元件的外观，编辑自定义模型的外观尺寸和形状，确定输入输出端子的 方位和个数；
[0014] 2-3)根据传递函数框图中的放大系数、比例系数、反馈系数等参数，编辑元件的常 量参数表，确定参数名和参数类型。
[0015] 进一步，其特征在于，步骤3)中所述编写调压器控制程序包括变量初始化和计算 求解两部分。
[0016] 由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
[0017] (1)本发明可以实现PSASP到PSCAD数据和模型自动转换中调压器模型的对应和转 换，实现PSCAD建模的自动化，降低建模难度，提高电磁暂态仿真效率，增加仿真准确度；
[0018] (2)形成了通用的调压器建模流程和方法，具有良好的适应性和扩展性，可以建立 实际中各种类型的PSCAD调压器模型，能够使得PSCAD。
[0019] 本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并 且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可 以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要 求书来实现和获得。
【附图说明】
[0020] 本发明的【附图说明】如下。
[0021 ]图1为本发明的流程示意图；
[0022]图2表示PSASP中调压器传递函数框图超前滞后环节的等效变换；
[0023]图3表示PSASP软件中1型调压器的传递函数框图；
[0024] 图4表示PSCAD中自定义建立的1型AVR的外观；
[0025]图5表示自定义的1型AVR控制程序的流程图；
[0026]图6为电力系统传递函数常见一阶环节；
[0027] 图7为一阶微分滞后环节等效变换公式图；
[0028] 图8为一阶变换环节及其等效变换框图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0030] 一种PSASP到PSCAD数据转换通用的PSCAD调压器自定义建模方法，包含以下顺序 步骤：
[0031] 步骤一:基于隐士梯形积分法对PSASP中调压器传递函数框图进行解析变换，对各 状态变量进行初始化;PSASP调压器包括1-15型的AVR，对其传递函数框图中的微分环节、惯 性环节、反馈环节、积分环节等环节进行等效变换，采用隐士梯形积分法进行求解，对其中 的状态变量进行初始化赋值。
[0032]步骤二:基于PSCAD自定义建模功能建立调压器的组件模型，定义输入输出引脚特 性，定义元件外观、常量参数；自定义建模调压器的组建模型，主要包括以下几个方面:根据 传递函数框图确定输入输出变量的类型和数量;编辑元件的外观;编辑元件的常量参数输 入框。
[0033] 步骤三:采用FORTRAN语言编写调压器控制程序。Fortran的调压器控制程序包括 变量初始化和计算求解两部分。采用结构化编程，拥有良好的EMTDC可执行性，具有较强的 适用性和可扩展性，能够建立起更多不同类型以及未来新型的调压器模型，使得PSASP到 PSCAD数据和模型转换中实现调压器模型的对应和转换。
[0034] 常见传递函数变换求解过程如下：自定义建模时，通常将系统传递函数按照相应 的物理环节分解为多个一阶环节，并确定含有状态变量环节的状态变量。电力系统中常见 的含有状态变量的一阶环节如图6所示：
[0035] 对应图6中（a) -阶比例环节、（b)-阶微分环节、（c)一阶滞后环节在时域中的方 程分别为：
[0036] y(t)=Kx(t) (4.5)
[0039] 图6(d)中的一阶微分滞后环节作等效变换如图7所示
[0040] 电力系统中还有一些其他常见环节比如变换环节，如图8(a)所示，其可等效变换 为图8(b)框图。
[0041 ]图7、图8(b)中各输出量、状态变量在时域中的方程分别为：
[0044] 利用上述隐式梯形积分法可以对式(4.6)~式(4.9)进行求解，对应求解结果分别 如式(4.10)~式(4.13)所示。
[0049] 实施例：
[0050] 图2表示对PSASP软件中调压器AVR的传递函数框图常见环节中超前滞后环节的等 效变换，在时域中采用隐士梯形积分法求解该环节。该调压器是它励的常规或快速励磁系 统及可控硅调节器，图3表示PSASP软件中1型调压器的传递函数框图。对1型AVR的传递函数 所有环节进行等效变换。
[0051 ]在PSCAD中建立自定义模型，定义1型AVR的输入输出端子类型和数量，编辑模型的 常量输入参数表和外观。如图4表示1型AVR的外观，该型AVR有3个输入端子，3个输出端子， 其中"Vit"为3维端子，其他为1维端子。然后定义其常量参数的输入表。
[0052]基于FORTRAN语言编写控制代码，代码分为两部分，首先对状态变量进行初始化， 然后对各环节进行隐士梯形积分求解。图5表示控制程序的流程图。
[0053]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较 佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技 术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明 的权利要求范围当中。
【主权项】
1. 一种用于PSASP到PSCAD数据模型转换的通用PSCAD调压器建模方法，其特征在于，具 体步骤如下： 1) 基于隐士梯形积分法对PSASP软件中的调压器传递函数框图进行解析变换，将复频 域形式的传递函数转换为时域的形式，并对各状态变量进行初始化； 2) 基于PSCAD自定义建模功能建立调压器的组件模型，根据步骤1)中的传递函数框图 的输入和输出变量来定义待转换元件的输入输出引脚特性，每一个输入和输出对应一个引 脚，以此定义待转换元件外观和常量参数； 3) 根据步骤一中定义的初始化变量和中间状态变量，采用Fortran语言编写调压器控 制程序，将程序代码加载到步骤2)中自定义的模型中对应的程序段。2. 如权利要求1所述的用于PSASP到PSCAD数据模型转换的通用PSCAD调压器建模方法， 其特征在于，步骤1)中所述PSASP调压器包括1-15型的AVR调压器，解析变换过程包括有对 其传递函数框图中的微分环节、惯性环节和反馈积分环节进行等效变换，采用隐士梯形积 分法进行求解变换，将复杂的控制关系转换为多个中间状态变量，用于步骤3)的程序编写。3. 如权利要求2所述的用于PSASP到PSCAD数据模型转换的通用PSCAD调压器建模方法， 其特征在于，步骤2)中所述建立调压器组件模型包括有： 2-1)根据传递函数框图确定输入输出变量的类型和数量； 2-2)编辑元件的外观，编辑自定义模型的外观尺寸和形状，确定输入输出端子的方位 和个数； 2-3)根据传递函数框图中的放大系数、比例系数、反馈系数等参数，编辑元件的常量参 数表，确定参数名和参数类型。4. 如权利要求3所述的用于PSASP到PSCAD数据模型转换的通用PSCAD调压器建模方法， 其特征在于，步骤3)中所述编写调压器控制程序包括变量初始化和计算求解两部分。
【文档编号】G06F17/50GK106096069SQ201610243146
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年4月19日 公开号201610243146.8, CN 106096069 A, CN 106096069A, CN 201610243146, CN-A-106096069, CN106096069 A, CN106096069A, CN201610243146, CN201610243146.8
【发明人】陈涛, 杨帆, 徐亨, 朱小军, 朱晟毅, 徐瑞林
【申请人】国网重庆市电力公司电力科学研究院, 国家电网公司, 重庆大学, 国网重庆市电力公司南岸供电分公司