专利名称：实现pscad电力系统仿真计算模型自动生成的软件接口的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力系统仿真计算的技术领域，尤其涉及一种实现PSCAD电力系统仿 真计算模型自动生成的软件接口。
背景技术：
仿真计算是进行电力系统设计规划、运行调度和事故分析所必需的重要技术手 段，准确适用的仿真计算模型是进行有效仿真计算的前提和基础。PSCAD软件是一个用于各 种电力系统设计及校核的快速、精确和易于使用的电力系统模拟器，可广泛应用于电源质 量研究、电力电子设计、分布式发电和传输计划等方面的研究，是目前暂态仿真领域通用的 分析工具。电网规模的不断扩大，系统元件数量的不断增加，仿真计算需解决问题难度的不 断加大，都增加了仿真计算模型编制的复杂程度，也对模型编制人员的专业技术提出了更 高的要求。目前仿真计算模型的手工编制方式已不能适应这种新的形势，甚至无法完成模 型编制任务。目前绝大部分仿真计算模型仍是由运行人员手工编制，由于网络规模大，元件数 量多，导致模型编制工作量大，重复工作多，出错几率高且不易查找。同时手工编制属于离 线编制方式，不能反映实时的网络运行状态，所得模型时效性差、可信度不高。电力系统仿 真计算还新增了包括电能质量分析评估、故障分析等多个任务，依靠电力部门运行人员完 成这种模型编制是非常困难且不现实的。对上述现象，虽有类似根据网络拓扑和元件参数来自动完成仿真计算的设计方 法，但或由于仿真计算过程中使用的算法为自主开发，功能极其有限，且其可信度明显低于 PSCAD此类广为应用的仿真计算软件；或在生成仿真计算模型时，仍需要编制人员人工收 集必需的数据，并转换为特定的格式，同样存在工作量大和出错几率高的问题。因此，若能直接从电力系统各种原始数据出发，自动生成仿真计算软件能调用的 仿真计算模型，可极大简化模型编制过程，降低模型编制难度，提高模型准确性。可使工作 人员专注于后续计算过程，提高仿真计算的效率。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明的目的是提供一种实现PSCAD电力系统仿真计 算模型自动生成的软件接口，根据电力系统各种原始数据，自动生成相应PSCAD仿真计算 模型的软件接口，从而简化仿真计算中的模型编制过程，减小模型编制的难度，提高仿真计
算的效率。为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案
电力系统地理信息系统转换模块，用于解析地理信息数据库，提取其中的元件连接信 息，形成网络连接信息数据库，提取电力系统元件的参数，按照仿真模型中元件模块参数的 设置要求进行相应转换计算，形成元件参数数据库；电力系统能量管理系统转换模块，用于解析能量管理数据库，提取其中的实时运行数 据，按照仿真模型中元件模块参数的设置要求进行相应转换计算，形成运行参数数据库；
仿真模型自动生成模块，根据所述电力系统地理信息系统转换模块获得的网络连接信 息、元件参数，以及所述电力系统能量管理系统转换模块获得的运行参数，编写PSCAD仿真 计算模型的图形化仿真文件，自动生成仿真计算模型。电力系统电能质量监测系统转换模块，用于解析暂态电能监测数据库，提取相应 的暂态电压、电流数据，转换为PSCAD可识别的格式；
电力系统故障记录转换模块，用于解析故障记录数据库，提取相应的故障信息，转换为 PSCAD可识别的格式。接口配置模块，用于为生成仿真计算模型提供附加的信息，包括生成的仿真计算 模型的规模和范围、仿真计算模型的名称和描述。所述电力系统电能质量监测系统转换模块和电力系统故障记录转换模块，为仿真 计算提供附加的信息，用以进行仿真计算模型的校准，并用于完成电能质量评估、故障分 析。所述仿真模型自动生成模块按照.psc文件的格式，编写PSCAD仿真计算模型的图 形化仿真文件。所述接口配置模块所提供的附加信息，通过人工输入的方式输入，并通过该接口 配置模块传输到所述仿真模型自动生成模块，生成指定范围的仿真计算模型。本发明具有以下优点和积极效果
1)本发明可充分利用电力部门现有的各种数据资源，实现PSCAD仿真计算模型编制的 自动化，极大简化仿真计算模型编制过程，降低模型编制难度，极大提高模型编制效率，增 加模型准确度，所得模型能够满足多种仿真需要；
2)所生成的仿真计算模型除可用于传统的潮流计算、稳态分析外，还可用于电能质量 评估、故障分析等多个领域，适用于任何需要进行电力系统仿真计算的应用场合，尤其在电 力系统复杂、仿真计算软件接口功能较弱时更能体现本发明解决方案的优越性。
图1是本发明提供的软件接口在仿真过程中的系统结构示意图。图2是本发明提供的软件接口的功能模块结构图。图3是PSCAD仿真计算模型的结构示意图。
具体实施例方式下面以具体实施例结合附图对本发明作进一步说明
如图1所示，软件系统分为原始数据层1、软件接口层2和软件应用层3。原始数据层 1包括电力系统地理信息数据库31、电力系统能量管理数据库32、电力系统电能质量数据 库33、电力系统故障信息数据库34 ；软件应用层3包括了 PSCAD仿真计算模型41和PSCAD 仿真计算软件42。本发明提供的实现PSCAD电力系统仿真计算模型自动生成的软件接口位于图1所 示的软件接口层2，该软件接口层2完成三部分功能，分别为1)从各种电力系统数据库中提取仿真计算所需要的数据；2)根据解析得到的数据库，编写PSCAD仿真计算模型的相应 文件；3)设置仿真计算模型所必需的其它附加信息。如图2所示，电力系统地理信息系统转换单元11提供仿真计算模型生成时需要的 基本拓扑信息和元件参数信息，电力系统能量管理系统转换单元12提供仿真计算模型生 成时需要的实时运行参数信息；仿真模型自动生成单元19生成仿真计算模型；电力系统电 能质量监测系统转换单元13提供仿真计算中需要的附加暂态电能信息；电力系统故障记 录转换单元14提供仿真计算中需要的附加故障信息；接口配置单元10用于对生成的仿真 计算模型进行基本的参数设置。下面结合附图分别对本发明提出的软件接口的具体功能的实现方式进行详细描 述
图1中软件接口层2完成的第一部分功能是从各种电力系统数据库中提取仿真计算所 需要的数据。这些常用的数据库有电力系统地理信息系统数据库31，其中含有网络的拓 扑结构信息和元件参数信息。相应的数据提取和转换工作由电力系统地理信息系统转换单 元11完成，该单元对地理信息数据库进行解析，获取电网拓扑结构信息和电网组成元件的 参数，这些参数可能与仿真计算模型中元件的参数设置要求不一致，因而该单元还能将提 取的参数进行转换和相应计算，得到仿真计算模型中元件所需的参数。所得到的网络拓扑 信息和元件参数信息保存在软件接口内部的网络连接信息及元件参数数据库15中。其实 现原理如下
电力系统地理信息系统数据库31通常以XML文件形式提供。XML (extensible Markup Language)是由万维网联盟(W3E)设计，是通用标记语言SGML (Standard General Markup Language)的一个子集。它提供了一种独立于运行程序的方法来共享数据，是用来自动描述 信息的一种新的标准语言，通过计算机通信把Internet的功能由信息传递扩大到人类其 他多种多样的活动中去。利用Matlab软件提供的XML接口对电力系统地理信息系统数据库进行解析 h_xml=xmlread (file_name)；—读取指定的 XML 文件 h_doc=h_xml. getDocumentElement ； —取得文件句柄
h_child_l=h_doc. getElementsByTagName (tag_name) ； ~ 按照指定的标签提取所有
元件
for k=0: (h_child_l. getLength-1)-对所有具有指定标签的元件进行分析
h_child_2=h_child_l. item(k)； —取得其中一个元件 if (h_child_2.hasAttributes)—判断该元件是否有附加属性
h_child_3=h_child_2. getAttributes ； —如果有，获取所有属性 h_child_4=h_child_3. item(0)；—取得属性句柄
h_child_5=h_child_4. getNodeValue；—获取该属性的值
end
end
通过对所有满足条件的元件解析，即可得到连接到某节点的所有元件及其参数，以此 类推，即可顺序得到目标区域内所有元件的连接信息和参数信息。
电力系统能量管理系统数据库32，其中含有网络稳态运行参数。相应的数据提取 和转换工作由电力系统能量管理系统转换单元12完成，该单元对能量管理系统数据库进 行解析，获取电网的实时稳态运行参数，而这些参数可能与仿真计算模型中元件的参数设 置不一致，因而该单元还能将提取的参数进行转换和相应计算，得到仿真计算模型中元件 (主要是电源和负荷)所需的参数。所得到的实时稳态运行参数保存在软件接口内部的实时 运行参数数据库16中，上述两部分数据库的数据是生成仿真计算模型所必需的，其实现原 理如下
电力系统能量管理数据库通常以PI (Plant Information)数据库形式提供。它是由美 国0SI公司开发的实时/历史数据库系统，能将实时数据和历史数据存放在一个统一的数 据库中，基于其特有的数据压缩和存储方式，在海量数据存储、海量数据的实时访问以及管 理方面表现出关系数据库所无法比拟的优势。PI数据库系统的优势使其在电力系统中得到 了广泛应用。针对Matlab编程接口与PI实时数据库的二次开发接口的特点。在此选取API方 式访问数据库Matlab调用piapi32. dll动态链接库来访问PI实时数据库系统。Matlab 提供了 loadlibrary接口函数来加载动态链接库、calllib接口函数来引用动态链接库中 的函数、unloadlibrary接口函数来卸载动态链接库.
loadlibrary('D:\LIBRARY\piapi32. dll，, ‘ D: \LIBRARY\piapi. h')；—数据库的加
载；
libfunctionsview('piapi32')；—查看加载数据库的函数； calllib (，piapi32，，，piut_setservernode，，，地址，)；一服务器的连接； calllib (‘ piapi32'，’ piut_login'，’ 用户名’，’密码’，权限)一用户登录； calllib ('piapi32','piut_login','用户名’，’密码’，权限)=0) — 归档值的提
取；
calllib (‘ piapi32'，‘ pitm_parsetime'，‘ startt' , 0, ×ta)； —设置开始时
间；
calllib (‘ piapi32'，‘ pitm_parsetime', ‘ endt'，0，&timeend)； —设置结束时
间；
num= ((timeend-timesta)/sec) +1 ；—sec 为相隔取点的时间间隔； calllib (，piapi32，，‘ pipt_findpoint',，* tagname，，*pt )；—根据测点名获 得测点索引号；
calllib (’piapi32’，’ piar_timedvalues’，pt，*count，times[], rvals[], istats []，prev )；
calllib (’ piapi32’，
取；
calllib (’ piapi32’， calllib (’ piapi32’， ；弓 I )
calllib (’ piapi32'， -获得某个时间点的快照
6
’ piut_login'，’用户名’，’密码’，权限)=0)-快照值的提
’ pitm—parsetime’，’ strtime’，0，&datatime)；—设置时间； ，pipt—findpoint，，，* tagname，，*pt )；根据测点名获得测
’ pisn—getsnapshot’， pt,氺 rval,氺 istat,氺 timedate )；unloadlibrary('piapi32')；—卸载数据库
另外，越来越多的电力企业开始重视电能质量问题，并多数已建立起相应的监测网络， 所得到的电力系统电能质量数据库33包含有电压和电流的暂态波形数据，对于分析电压 跌落、谐波和电压闪变等具有重要作用。相应的数据提取和转换工作由电力系统电能质量 监测系统转换单元13完成，该单元对电能质量监测数据库进行解析，获取记录到的暂态电 压电流事件及相应的波形数据，并按照PSCAD仿真计算软件42能识别的数据格式形成可识 别格式的暂态电压电流数据文件17，供仿真计算时调用。其实现原理如下
电力系统电能质量数据库33通常以PQDIF格式提供。它是IEEE1159标准新规定的一 种通用电能质量数据转换格式。PQDIF使多数据具有良好兼容性，便于实现不同监测系统间 数据共享。从PQD文件提取信息的方法通常都是设计开发人员容易实现的。以下详述将提取 到信息转换到PSCAD中的具体方法。利用PSCAD提供的数据文件读入模型file read即可实现数据的读入。所能读入 的文件格式为.TXT格式，要求该文件中具有两列第一列为时间坐标，第二列为对应该时 间的参数值，下面以某电压监测波形给出了典型的文件结构
0-0.990664005
0.0001562497 -1. 23833001 0.0003124999 -1. 23833001 0.0004687499 -1. 23833001 0.0006249999 -0. 990664005 0.0007812499 -1. 23833001
类似的，电力系统故障信息数据库34中包含有故障时间、故障时跳闸的开关位置、故 障地点等信息，对于分析电力系统故障来源，采取相应解决措施等具有很大作用。相应的 数据提取和转换工作由电力系统故障记录转换单元14完成，该单元对故障信息数据库进 行解析，获取记录到的故障信息，并按照PSCAD仿真计算软件42能识别的输入数据格式形 成可识别格式的故障信息记录数据文件18，供仿真计算时调用。该部分信息通常也是以 PQDIF的形式提供，其具体实现方法可参考上述对电力系统电能质量数据的提取方法。电 能质量数据和故障信息数据不是生成仿真计算模型所必需的，但对进行仿真计算模型的校 准、完成高级的仿真计算任务等是非常重要的。软件接口层2的第二部分功能是由仿真模型自动生成单元19根据解析所得到的 数据库，编写PSCAD仿真计算模型41的相应文件，所得模型可被PSCAD仿真计算软件42直 接调用。该功能的具体实施如下
PSCAD仿真计算软件仅有少量的数据接口，未提供编写仿真计算模型的接口。经过研 究发现，PSCAD进行仿真计算时分为两个步骤1)开发人员在由PSCAD仿真计算软件提供 的图形化界面中完成仿真计算模型的编制，编制所得到的仿真计算模型保存于后缀为.psc 的文件中。2)解析.psc文件，利用EMTDC进行仿真计算。本软件接口即是按照.psc文件 的格式，利用所得到的内部数据库的数据，直接编写.psc文件，自动生成PSCAD电力系统仿 真计算模型。具体原理如下如图3所示，典型的.psc文件由以下几个部分构成
1)设置部分，给出了该仿真计算模型进行仿真计算时使用的环境设置，包括仿真计算 模块名称，显示页面大小，仿真计算步长、仿真计算的时间等。以下给出了典型的设置部分 的编写实现
fprintf (fp, ’ %s\n\n'，’ PSCAD 4. 0. 2')； fprintf(fp, ‘ %s\n', ‘ Settings')； fprintf (fp, '%s\n', ‘ {')； fprintf(fp,' %s\n',' Arch = "windows"')
fprintf (fp, fprintf(fp,
%s\n', 'Fin = 0. 5'); %s\n'，，Step = 5e-005')
fprintf(fp,'%s\n','}')
—指明仿真计算软件版本； —指明编写设置模块； —设置模块开始标志； —指明仿真软件运行系统；
—设置仿真软件运行时间 —设置仿真软件仿真步长
—设置模块结束标志；
2)定义部分，该部分为仿真计算模型的核心部分，由多个模块构成。每个模块包括了节 点部分，定义了该绘图页的外部电气接口 ；包括了图形部分，定义了该绘图页的图形表示形 式；包括了页面部分，定义了该绘图页的内部绘图信息。以下给出了典型的模块部分的编写 实现
fprintf(fp, ‘ %s\n' fprintf(fp,' %s\n'
Module("Main")，) {，)；
fprintf (fp,，％s\n，，，Nodes =，)
—指明编写定义中的主模块； —指明主模块定义开始；
—设置主模块外部连接点
fprintf (fp, fprintf (fp, 模块图形大小；
fprintf(fp, 元件定义1 ；
%s\n'，’ Graphics =’)；—设置主模块图形显示；
%s\n'，，Page (D/Al, Landscape, 16，[640, 360]，100)，)；一设置主
%s\n'，，{，)
—主模块页面编写开始
—主模块内元件1 ；
元件定义n ；—主模块内元件n ；
fprintf (fp, ’ %s\n','{');—主模块页面编写结束；
3)元件定义部分，该部分指明了每个模块页面内调用的元件的设置，包括元件类型、在 页面内的位置、元件参数等。以下给出了典型的元件定义的编写实现
case ’ inductor’---编写电感兀件； fprintf (fp, ’ %s\
n，strcat (，0. inductor ([，，char (buildinfo {2，1})，，，，，char (buildinfo {3，1})，，]，，，
char (buildinfo{4, 1})，，，，，char (buildinfo {5，1})，，，-1)，))； 调用 PSCAD 中电 感元件模型；并根据buildinfo参数设置在页面内位置。
fprintf (fp,，％s\n，，，{，)；一元件参数设置幵始；
if char (compinfo {1，1})
fprintf (fp,，％s\n，，strcat (，L=//，，char (compinfo {1，1})，，[H]"，))； else
fprintf (fp,，％s\n，，，L="l [H]“，)；end—元件参数可用指定值，也可用缺省值；
fprintf (fp,，%s\n'，，}，)；—元件参数设置结束；
编写完成后的.psc文件即可由PSCAD调用进行仿真计算，并与本软件接口独立。如上所述的仿真计算模型编制过程中，在元件定义过程中元件参数设置和元件位 置设置将使用到电力系统地理信息系统和电力系统能量管理系统的数据。电力系统电能质 量监测数据和电力系统故障信息数据不是必需的，这两部分数据解析后所得到的可识别格 式的暂态电压电流数据文件和可识别格式的故障信息数据文件可通过PSCAD的文件读入 模块导入PSCAD仿真计算模型中，用于电能质量分析评估、故障分析及治理等领域。软件接口层2的第三部分功能是设置仿真计算模型所必需的其它附加信息，包 括仿真计算模型的范围和规模，仿真计算模型的名称和描述等，这些信息由人工输入至接 口配置单元10，并通过其传输至仿真模型自动生成单元19，以生成指定范围的仿真计算模 型。综上可知，在生成仿真计算模型时，只需要人工指定需要进行仿真计算的电力系 统某个区域等简单的信息，即可应用本软件接口自动生成所需要的仿真计算模型，整个生 成过程再无需人工干预，降低了模型编制的难度；模型编制的数据源自对原始数据库的解 析，提高了模型编制的准确性；利用计算机可完成模型编制任务，提高了模型编制的效率。以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人 员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的 技术方案，都落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种实现PSCAD电力系统仿真计算模型自动生成的软件接口，其特征在于，包括电力系统地理信息系统转换模块，用于解析地理信息数据库，提取其中的元件连接信息，形成网络连接信息数据库，提取电力系统元件的参数，按照仿真模型中元件模块参数的 设置要求进行相应转换计算，形成元件参数数据库；电力系统能量管理系统转换模块，用于解析能量管理数据库，提取其中的实时运行数 据，按照仿真模型中元件模块参数的设置要求进行相应转换计算，形成运行参数数据库；仿真模型自动生成模块，根据所述电力系统地理信息系统转换模块获得的网络连接信 息、元件参数，以及所述电力系统能量管理系统转换模块获得的运行参数，编写PSCAD仿真 计算模型的图形化仿真文件，自动生成仿真计算模型。
2.根据权利要求1所述的实现PSCAD电力系统仿真计算模型自动生成的软件接口，其 特征在于还包括电力系统电能质量监测系统转换模块，用于解析暂态电能监测数据库，提取相应的暂 态电压、电流数据，转换为PSCAD可识别的格式；电力系统故障记录转换模块，用于解析故障记录数据库，提取相应的故障信息，转换为 PSCAD可识别的格式。
3.根据权利要求1或2所述的实现PSCAD电力系统仿真计算模型自动生成的软件接 口，其特征在于还包括接口配置模块，用于为生成仿真计算模型提供附加的信息，包括生成的仿真计算模型 的规模和范围、仿真计算模型的名称和描述。
4.根据权利要求2所述的实现PSCAD电力系统仿真计算模型自动生成的软件接口，其 特征在于所述电力系统电能质量监测系统转换模块和电力系统故障记录转换模块，为仿真计算 提供附加的信息，用以进行仿真计算模型的校准，并用于完成电能质量评估、故障分析。
5.根据权利要求1所述的实现PSCAD电力系统仿真计算模型自动生成的软件接口，其 特征在于所述仿真模型自动生成模块按照.psc文件的格式，编写PSCAD仿真计算模型的图形化 仿真文件。
6.根据权利要求3所述的实现PSCAD电力系统仿真计算模型自动生成的软件接口，其 特征在于所述接口配置模块所提供的附加信息，通过人工输入的方式输入，并通过该接口配置 模块传输到所述仿真模型自动生成模块，生成指定范围的仿真计算模型。
全文摘要
本发明涉及电力系统仿真计算的技术领域，尤其涉及一种实现PSCAD电力系统仿真计算模型自动生成的软件接口。本发明包括用于解析地理信息数据库的电力系统地理信息系统转换模块，用于解析能量管理数据库电力系统能量管理系统转换模块，用于编写PSCAD仿真计算模型的图形化仿真文件，自动生成仿真计算模型的仿真模型自动生成模块。本发明可充分利用电力部门现有的各种数据资源，实现PSCAD仿真计算模型编制的自动化，极大简化仿真计算模型编制过程，降低模型编制难度，极大提高模型编制效率，增加模型准确度，所生成的仿真计算模型除可用于传统的潮流计算、稳态分析外，还可用于电能质量评估、故障分析等多个领域。
文档编号G06F17/50GK101996271SQ201010251518
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月12日 优先权日2010年8月12日
发明者乐健, 刘开培 申请人:武汉大学