一种机电-电磁暂态混合仿真的暂态电能质量分析系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统中关于机电-电磁混合仿真技术领域，具体是一种机电-电 磁暂态混合仿真的暂态电能质量分析系统。
【背景技术】
[0002] 随着时代进步和科技的飞速发展，现代电网与负荷构成呈现了新的变化趋势，电 能质量逐渐成为电力企业和用户共同关心的问题。一方面，随着诸如电气化铁路、电弧炉、 电解设备、高压直流输电等非线性和冲击性负荷的不断增长，电网电能质量日趋下降，因电 能质量引起的纠纷和电网安全问题时有发生；另一方面，现代电力用户对电能质量提出了 更高的要求。20世纪80年代以来，随着现代科技的发展和工业规模的扩大，尤其是以信息 技术为先导的知识经济时代的到来，基于微处理器、计算机的各种用电设备（如机器人、自 动化生产线、精密数控机床、高精度测量仪器、计算机信息管理系统、可编程逻辑控制器、变 频调速设备等）在电力系统中大量投入使用，这些设备对电源的波动以及各种干扰都十分 敏感，任何电能质量问题都可能造成产品质量的下降或引起管理秩序的紊乱，造成重大的 经济损失和不良的社会影响。据国际会议报告介绍，目前在美国，由于电能质量下降每年所 引起的损失高达133亿美元，劣质电能质量带来的巨大经济损失使得人们对其关心程度不 断加强。
[0003] 电能质量仿真评估是基于对评估对象的建模仿真获得的数据，对其各项指标是否 满足电能质量相关标准要求进行评估。电能质量仿真评估通常基于电能质量仿真软件开 展。目前，工程上常用的电能质量仿真软件包括电力系统综合分析程序（PSASP)，ETAP和各 种时域仿真程序如PSCAD/EMTDC、EMTP、MATLAB等。电力系统综合分析程序（PSASP)仅具有 谐波分析功能，且在建模精确度、算法收敛性等方面存在一定的局限性。ETAP软件使用方 便，在实际电能质量评估工程中得到广泛应用，但由于不具备电网全网数据无法实现对大 电网电能质量的准确仿真。PSCAD/EMTDC、EMTP等时域仿真软件受节点限制，其仿真规模都 较小，仅能对局部小电网系统进行分析，因此进行电能质量分析时，必须将局部小电网系统 与大电网系统割裂开来，且必须对大电网系统进行等值，等值方法的选择可能造成仿真结 果存在较大误差。
[0004] 已有的电能质量仿真软件无法满足大电网背景下电能质量仿真评估的要求，且不 具备暂态电能质量仿真计算功能，因此亟须开发功能更完善的电能质量分析系统，为电网 的安全稳定运行提供了强有力的技术支持。
[0005] 稳态电能质量现象的电压、电流变化相对较慢、持续时间较长，而暂态电能质量现 象持续时间短，发生时间具有很大随机性，暂态电能质量仿真需要计算持续时间在毫秒级 以内的电压、电流瞬时值变化情况。电力系统仿真分析对不同的动态过程采用不同的仿真 方法，主要有电磁暂态仿真和机电暂态仿真。因此对于变化相对缓慢稳态电能质量问题，采 用机电暂态仿真即可满足分析要求；而对于暂态电能质量问题，其持续时间短，发生时间具 有很大随机性，仿真中需要分析和计算持续时间在毫秒级以内的电压、电流瞬时值变化情 况，机电暂态仿真已无法满足此要求，因此采用机电-电磁混合暂态仿真进行仿真分析。
[0006] 目前常用的电磁暂态仿真程序主要有EMTP、PSCAD/EMTDC、MATLAB等。这些电磁暂 态仿真软件虽然能够对各种暂态电能质量进行仿真分析，但是受模型与算法的限制，其仿 真规模都较小，仅能对局部小电网系统进行分析，因此在进行电能质量分析时，必须将局部 小电网系统与大电网系统割裂开来，且必须对大电网系统进行等值，等值方法的选择可能 造成仿真结果存在较大误差，有一定的局限性。
[0007] 从上述分析可以看出，单独采用机电暂态或电磁暂态仿真难以满足大电网背景下 电能质量仿真分析的要求，因此须采用机电-电磁暂态混合仿真进行电能质量分析。本发 明提出一种能够详细分析的元件或区域采用电磁暂态模型，而与其相连的交流大系统采用 机电暂态模型，以实现基于机电-电磁暂态混合仿真的电能质量分析系统。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是提供一种机电-电磁暂态混合仿真的暂态电能质量分析系
[0009] 统。该系统功能完善，提供了丰富的电能质量模型库，可实现对电压暂降、骤升等 各种暂态电能质量问题的仿真计算。
[0010] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下。
[0011] -种机电-电磁暂态混合仿真的暂态电能质量分析系统，所述系统由数据库模 块、暂态电能质量功能模块、计算结果模块、图模一体化平台模块四个部分组成。图模一体 化平台模块与数据库模块、暂态电能质量功能模块、计算结果模块、分别连接并进行双向数 据传递。
[0012] 所述数据库模块包括电网基础数据库、电能质量模型库和电能质量计算数据库， 电网基础数据库和电能质量模型库提供数据和模型给电能质量计算数据库。
[0013] 所述暂态电能质量功能模块内设有不对称谐波潮流计算、三相电压不平衡计算、 电压波动和闪变计算、电压暂降仿真和电压暂升仿真。
[0014] 所述计算结果模块由电能质量计算结果库、报表发布、单线图显示、曲线浏览组 成，其中电能质量计算结果库把计算结果以报表发布、单线图显示、曲线浏览三种形式表现 出来。
[0015] 所述系统的应用或功能：
[0016] 1)所述暂态电能质量功能模块，该模块能进行电压波动和闪变计算、电压暂降仿 真、电压暂升仿真、不对称谐波潮流计算、三相电压不平衡计算，用于计算波动负荷在公共 连接点产生的电压波动和闪变，波动负荷在公共连接点产生的电压波动可通过系统参数和 负荷参数进行计算，电压暂降仿真、电压暂升仿真中所考虑波动负荷的类型包括：已知三相 有功功率和无功功率变化量的负荷、高压电网负荷、平衡三相负荷和相间单相负荷；采用单 位闪变曲线法计算波动负荷在公共连接点产生的闪变，根据电压变动d和频度r利用单位 闪变曲线查出对应于Pst= 1的电压变动值dUm，则其短时闪变值Pst为d/dUm。
[0017] 所述暂态电能质量功能模块，它进行暂态电能质量仿真，用于仿真由短路故障、异 步电动机启动等引起的电压暂降和暂升等暂态电能质量问题。采用机电-电磁暂态混合仿 真进行暂态电能质量仿真计算。分析方法如下：首先建立网络数据并进行网络分割，需详细 分析的元件或重点关注区域附近网络采用电磁暂态模型，而与其相连的交流大系统采用机 电暂态模型；然后启动机电暂态-电磁暂态混合仿真，计算由干扰源引起的暂态电能质量 特征量，如电压暂降/电压暂升的幅值、持续时间、相位跳变，不对称谐波潮流计算、三相电 压不平衡计算，由特征量计算得到相应的分析指标，如电压暂降/暂升的严重性指标、能量 指标，为了提高暂态电能质量仿真的方便性，系统开发过程中对机电暂态和电磁暂态仿真 功能和界面进行优化设计，形成了暂态电能质量仿真模块。
[0018] 2)所述计算结果模块能够实现电能质量计算结果输出；用于对电能质量计算结 果库的数据进行统计分析，以不同的形式展示给用户。输出形式包括报表发布、单线图显 示、曲线浏览；所述报表发布根据用户对仿真结果输出范围、输出内容和输出形式的需求自 动生成结果报表，报表中对于计算结果越限的母线或支路，在该母线或支路前增加越限标 示以方便用户查看；所述曲线浏览具有计算结果曲线显示、编辑以及比较等多种功能，通 过该模块用户可灵活便捷地处理各类计算曲线，还可将曲线导出为图片格式或直接输出到 Word文档中；为了直