专利名称：电力系统中铁心线圈低功率电流互感器模型及其建模方法
技术领域：
本发明涉及一种电力系统中的模型及其建模方法，具体是指一种电力系统中铁心线圈低功率电流互感器模型及其建模方法。
背景技术：
近年来，随着我国电力系统迅速发展，规模不断扩大，新型元件及系统控制技术不断在系统中得到应用，对电力系统数字动模仿真技术带来新的挑战。各种新型调节和保护装置的不断研制和开发并投入运行，以及数字化变电站的不断发展，要求电力系统仿真技术能够灵活建立各种系统装置的模型，以满足电力系统规划设计、运行、调度、科学研究对系统分析的要求。数字化变电站中过程层的数字化主要表现于电子式互感器与合并单元的使用上。过程层的数字化不仅从物理结构上改变了保护、测控等电子装置，同时由于电子式互感器频率响应范围较宽，由此也影响了保护等电子装置原理和算法。因此，为提高数字化变电站测试的有效性，电力仿真系统必需能够仿真电子式互感器的各种特性。
随着电力系统数字仿真技术的发展，包括RTDS在内的实时数字仿真系统对于复杂电力系统的仿真精度和速度都取得了较大的进步。RTDS是国际上研制和投入商业化应用最早的数字实时仿真装置，也是目前世界上使用最多、最广泛采用的电力系统实时数字仿真装置。RTDS由计算软件、计算处理和接口等硬件设备组成，包括配套的工作站，可以连续和实时地模拟电力系统的电磁暂态和机电暂态现象，典型仿真步长为5(Γ80μ S。
但在RTDS仿真系统中仅仅存在常规互感器模型，并未包括电子式互感器模型，正因为如此，有必要在RTDS中对电子式互感器进行自定义建模。传统的仿真程序是由软件开发者根据事先确定好的模型进行设计和开发，用户无法改动原有模型或者增加新的模型。 模型的变动或增加只能由原开发者通过改写源代码来实现。由于这些改动必须与原来的程序严格对应和协调，开发周期长，可靠性测试困难，故很难及时满足众多用户的不同要求。 这种被动的开发方式必然落后于实际的需要。用户自定义建模功能是解决上述问题的有效方法。它为用户提供统一的建模平台，使用户无须了解仿真程序内部结构和算法实现的情况下，就可用直观的方式自行建立新的模型，并由该平台完成与仿真程序的接口，从而完成用户建立新仿真模型的需要。
为适应电力系统新型元件的不断引入以及实际电力生产中特定元件特性的仿真需求，电力系统实时仿真软件RTDS提供了以CBuilder为基础的自定义建模平台以满足 用户对元件的自定义需求。
CBuilder是RTDS软件提供的用户自定义建模功能程序，是由RTDS早起应用的用户自定义软件UDC(User Defined Compont)的基础上发展而来,相比其有更友好的编辑环境和处理方式。用户无须了解仿真软件程序内部的结构和算法实现，可根据仿真要求，直观地自行搭建自定义模型。CBui Ider平台自动与RTDS仿真程序和用户模型库接口，用户自定义的类C代码通过元件直接嵌入RTDS主程序之中，无需对外部子程序进行编译及频繁的调用，因而运行效率较高。CBuilder具有友好的自定义建模界面，用户能够方便的进行搭建或修改模型、参数及其计算代码。
现有技术包括中国电力科学研究院研发了基于高性能PC机群的电力系统全数字 仿真装置ADPSS，该装置可以用于电磁、机电暂态分网并行计算，也可以通过数模和模数变 换连接实际控制装置，能够实现大规模复杂交直流电力系统电磁暂态和机电暂态的实时和 超实时仿真。ADPSS中的电磁暂态程序ETSDAC为用户提供了 UD建模，即自定义建模功能， 并开发了相关软件。该软件存在以下不足
1、功能框库不够丰富。没有根据用户需要，提供足够多的基本功能单元，以搭建更 为复杂的模型的需要。
2、UD的输入/输出变量类型偏少。没有提供更完备的输入/输出变量，使得模型 与仿真主系统之间的数据交换的途径不够丰富。
3、UD建模平台有待继续测试，对于工程技术人员来讲，建模平台不够直观、简单。
4、UD建模的数量和种类有限，且测试与验证工作并不充分。对图形界面程序和UD 计算程序的验证不足。
现有技术还包括被广泛使用的一种电力系统仿真分析软件PSCAD/EMTDC。该软件 主要功能是进行电力系统时域和频域计算仿真，典型应用是计算电力系统遭受扰动或参数 变化时，电参数随时间变化的规律程序。EMTDC能与MATLAB接口，用户可以将MATLAB中的 数学和控制功能模块(包括各种工具箱)应用到PSCAD/EMTDC中。同时，用户还可以通过编 制M文件定义用户所需的元件模型。由于M文件采用语法简单、可读性强、调试容易、人机 交互性强的MATLAB语言编制，因此用户可以根据需要自定义元件模型。该软件存在以下不 足
1、采用直接嵌入方式利用Fortran编写源代码的自定义元件,对于在Fortran语 言上实现的PSCAD/EMTDC来说，无需对外部子程序进行编译及频繁的调用，但Fortran语言 的格式限制较多，用户编写大型程序时往往会感觉不方便，且程序出错后所给出的错误信 息不明确，使得调试难度增加。
2、对于采用间接调用方式的基于C语言和MATLAB构建的自定义元件，MATLAB拥 有强大的数值计算能力、图形处理能力以及完备的工具箱，但运行效率较低。而除了两者本 身所固有的运算速度上的差异以外，由于间接调用的关系，两者间的通信也很大程度上影 响了整个仿真的效率。发明内容
本发明的目的之一是提供一种电力系统中铁心线圈低功率电流互感器模型，该模 型基于RTDS系统中CBuilder开发环境，能够满足用户对电力系统数字动模仿真软件不断 增加的需求。
本发明解决上述技术问题采用如下的技术方案电力系统中铁心线圈低功率电流 互感器模型，该模型通过一个取样电阻Rsh将电力系统中的二次电流转换成电压输出，实现 I/V变换；在理想情况下，铁心线圈低功率互感器的二次输出电压与电力系统的一次电流 成正比，能够真实地反应电力系统中一次电流的情况；
该模型包括如下单元
(I)传感头单元
传感头是获取一次电流信号的关键部件，在电子式互感器中相当于信号源；忽略电容和负荷时，传感头的传递函数如下
权利要求
1.电力系统中铁心线圈低功率电流互感器模型，该模型通过一个取样电阻Rsh将电力系统中的二次电流转换成电压输出，实现ΙΛ变换；在理想情况下，铁心线圈低功率互感器的二次输出电压与电力系统的一次电流成正比，能够真实地反应电力系统中一次电流的情况；该模型包括如下单元(O传感头单兀传感头是获取一次电流信号的关键部件，在电子式互感器中相当于信号源；忽略电容和负荷时，传感头的传递函数如下Η0( =^ = —-siJUin-=Κ(I)式中ιρ为一次电流；Us为二次输出电压；Rsh为取样电阻；RFe为铁心损耗等效电阻；Lm为等效归一化电感；Rs为二次绕组的总电阻；Kh为传感头等效增益；Th为传感头等效时间常数； s为时间对应频域的变量；(2)放大环节传感头的输出电压变化范围较大，电压信号在A/D转换前需通过放大电路对传感头的输出电压进行放大，放大环节的传递函数为；
2.如权利要求1所述的电力系统中铁心线圈低功率电流互感器模型的建模方法，用户自定义元件模型由图形模型、I/O接口、模型内部参数与模型代码四部分组成，模型类型包括控制元件和电力系统元件两类，该建模方法包括如下步骤(I)建立铁心线圈低功率电流互感器自定义元件调用文件；(2)铁心线圈低功率电流互感器自定义元件外观设计；(3 )铁心线圈低功率电流互感器自定义元件I/O接口设计；(4)铁心线圈低功率电流互感器自定义元件参数设置；(5)铁心线圈低功率电流互感器自定义元件程序代码文件编辑；(6)建立权利要求1所得到的铁心线圈低功率电流互感器。
全文摘要
本发明公开了一种电力系统中铁心线圈低功率电流互感器模型及其建模方法。该铁心线圈低功率电流互感器通过一个分流电阻Rsh将二次电流转换成电压输出，实现I/V变换。由于分流电阻很小，故二次绕组消耗的功率很小，负荷要求的二次功率也很小，因此其测量范围和准确度较为理想。铁心线圈式低功率电流互感器的测量范围较大，尺寸较小。该铁心线圈低功率电流互感器模型的主要环节包括传感头单元、放大环节、移相环节和隔直环节，该模型的建立基于RTDS系统中CBuilder自定义元件开发环境，能够满足用户对电力系统数字动模仿真软件不断增加的需求。本发明同时公开该铁心线圈低功率电流互感器模型的建模方法。
文档编号G06F17/50GK103065014SQ20121059256
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月29日 优先权日2012年12月29日
发明者王奕, 李田刚, 张健, 罗航, 张远 申请人:广东电网公司电力科学研究院