异步感应电机实时仿真系统的制作方法

本发明涉及电力系统仿真技术领域，特别是涉及一种异步感应电机实时仿真系统。

背景技术：

目前电网向着超高压、大容量、远距离的交直流并联运行发展，技术复杂性越来越高，直流系统将对落点附近的交流系统带来网架结构以及电网运行特性等方面的重大影响，特别是直流系统落点附近的负荷特性对系统暂态稳定性分析的影响越发重要。一般的实时数字仿真器在交直流并联电网仿真分析应用中，由于受资源限制，大多采用恒阻抗、ZIP等静态负荷模型，以实现交直流并联电网的仿真分析。

然而，在过去的仿真分析中发现纯静态负荷模型对负荷动态特性的模拟准确性不高，对系统的阻尼特性与失步振荡特性产生较大的影响，从而可能导致对系统暂态稳定仿真结果精确性和可靠性的问题。而实时数字仿真器自带的异步感应电机动态负荷模型，多用于感应电机自身元件级的仿真分析中，模型对感应电机内部的电磁响应过程模拟过于详细，不适用于交直流并联电网的系统级仿真分析。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种适用于交直流并联电网暂态仿真分析、实用性强、准确度高的异步感应电机实时仿真系统。

一种异步感应电机实时仿真系统，包括：实时数字仿真器、用户自定义建模处理器、电力系统网络处理装置、异步感应电机电磁暂态处理器、可变导纳矩阵采集装置、历史项电流源采集器以及异步感应电机数学模型处理器；所述异步感应电机电磁暂态处理器连接所述用户自定义建模处理器；所述用户自定义建模处理器连接所述电力系统网络处理装置以及所述实时数字仿真器；所述电力系统网络处理装置连接所述实时数字仿真器；所述异步感应电机电磁暂态处理器还连接可变导纳矩阵采集装置和历史项电流源采集器；所述可变导纳矩阵采集装置与所述历史项电流源采集器连接；所述可变导纳矩阵采集装置和所述历史项电流源采集器连接异步感应电机数学模型处理器。

在其中一个实施例中，所述异步感应电机数学模型处理器包括电压方程单元，所述电压方程单元分别与所述可变导纳矩阵采集装置和所述历史项电流源采集器连接。

在其中一个实施例中，所述异步感应电机数学模型处理器包括磁链方程单元，所述磁链方程单元分别与所述可变导纳矩阵采集装置和所述历史项电流源采集器连接。

在其中一个实施例中，所述异步感应电机数学模型处理器包括转子运动方程单元，所述转子运动方程单元分别与所述可变导纳矩阵采集装置和所述历史项电流源采集器连接。

在其中一个实施例中，所述异步感应电机数学模型处理器包括电压方程单元、磁链方程单元和转子运动方程单元，所述电压方程单元、所述磁链方程单元和所述转子运动方程单元均分别与所述可变导纳矩阵采集装置和所述历史项电流源采集器连接。

在其中一个实施例中，所述电力系统网络处理装置包括相连接的发电机、变压器以及线路，所述线路分别与所述实时数字仿真器以及所述用户自定义建模处理器连接。

在其中一个实施例中，所述可变导纳矩阵采集装置通过并列节点与所述历史项电流源采集器连接。

在其中一个实施例中，所述并列节点为三相节点。

在其中一个实施例中，所述实时数字仿真器为RTDS实时数字仿真仪。

在其中一个实施例中，异步感应电机实时仿真系统还包括壳体，所述壳体具有收容腔，所述实时数字仿真器、所述用户自定义建模处理器、所述电力系统网络处理装置、所述异步感应电机电磁暂态处理器、所述可变导纳矩阵采集装置、所述历史项电流源采集器以及所述异步感应电机数学模型处理器均收容于所述收容腔中。

上述异步感应电机实时仿真系统，用户自定义建模处理器提供了用户一个自定义建模的环境，用户将异步感应电机电磁暂态处理器的处理结果输入至用户自定义建模处理器，用户自定义建模处理器将其编译成为实时数字仿真器可识别、可运算计算机代码，并输入至实时数字仿真器；同时，用户自定义建模处理器连接电力系统网络处理装置，实现一个或多个异步感应电机模型与电力系统网络的某一个或多个节点连接，构建了作为研究对象的完整的电力系统拓扑；此外，异步感应电机电磁暂态处理器连接可变导纳矩阵采集装置和历史项电流源采集器，将可变导纳矩阵采集装置和历史项电流源采集器进行计算处理，实现两个模块两个仿真步长之间迭代，如此通过采用用户自定义建模的方法，搭建实时仿真系统，能够为交直流并联电网的系统级仿真分析提供准确反应直流落点附近负荷动态响应过程的实用性强、准确度高的异步感应电网负荷模型。

附图说明

图1为一个实施例中异步感应电机实时仿真系统的模块示意图；

图2为另一个实施例中异步感应电机实时仿真系统的模块示意图；

图3为另一个实施例中异步感应电机实时仿真系统的模块示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

请参阅图，其为一个实施例中异步感应电机实时仿真系统10的结构示意图，一种异步感应电机实时仿真系统10包括：实时数字仿真器100、用户自定义建模处理器200、电力系统网络处理装置300、异步感应电机电磁暂态处理器400、可变导纳矩阵采集装置500、历史项电流源采集器600以及异步感应电机数学模型处理器700。

异步感应电机电磁暂态处理器400连接用户自定义建模处理器200。用户自定义建模处理器200连接电力系统网络处理装置300以及实时数字仿真器100。电力系统网络处理装置300连接实时数字仿真器100。异步感应电机电磁暂态处理器400连接可变导纳矩阵采集装置500和历史项电流源采集器600。可变导纳矩阵采集装置500与历史项电流源采集器600连接。可变导纳矩阵采集装置500和历史项电流源采集器600连接异步感应电机数学模型处理器700。

上述异步感应电机实时仿真系统，用户自定义建模处理器200提供了用户一个自定义建模的环境，用户将异步感应电机电磁暂态处理器400的处理结果输入至用户自定义建模处理器200，用户自定义建模处理器200将其编译成为实时数字仿真器100可识别、可运算计算机代码，并输入至实时数字仿真器100。

同时，用户自定义建模处理器200连接电力系统网络处理装置300，实现一个或多个异步感应电机模型与电力系统网络的某一个或多个节点连接，构建了作为研究对象的完整的电力系统拓扑。

此外，异步感应电机电磁暂态处理器400连接可变导纳矩阵采集装置500和历史项电流源采集器600，将可变导纳矩阵采集装置500和历史项电流源采集器600采集得到的多个仿真步长的数据进行计算处理，实现可变导纳矩阵和历史项电流源两个模块多个仿真步长之间的连续迭代计算。

如此，通过采用用户自定义建模的方法，搭建实时仿真系统，能够为交直流并联电网的系统级仿真分析提供准确的异步感应电网负荷模型，该模型可反应直流落点附近负荷动态响应过程，且实用性强、准确度高。

需要说明的是，实时数字仿真器100、用户自定义建模处理器200、电力系统网络处理装置300、异步感应电机电磁暂态处理器400、可变导纳矩阵采集装置500、历史项电流源采集器600以及异步感应电机数学模型处理器700均采用现有结构，本发明旨在于保护该连接结构以及整体搭建的仿真系统，故实时数字仿真器100、用户自定义建模处理器200、电力系统网络处理装置300、异步感应电机电磁暂态处理器400、可变导纳矩阵采集装置500、历史项电流源采集器600以及异步感应电机数学模型处理器700等不再赘述。

请参阅图2，其为另一个实施例中异步感应电机实时仿真系统20的模块示意图，本实施例中，例如，所述异步感应电机数学模型处理器700包括电压方程单元710、磁链方程单元720和转子运动方程单元730。例如，电压方程单元710、磁链方程单元720和转子运动方程单元730相互连接；又如，电压方程单元710、磁链方程单元720和转子运动方程单元730依次连接。例如，所述电压方程单元710、所述磁链方程单元720和所述转子运动方程单元730均分别与所述的可变导纳矩阵采集装置500和所述的历史项电流源采集器600连接。

本实施例所提出的异步感应电机实时仿真系统，通过将异步感应电机电压、磁链以及转子运动的一阶微分方程组单元差分化，合并、简化得到由可变的导纳矩阵模块以及历史项电流源模块并联组成、反应节点电压与注入电流关系、能够准确模拟动态响应特性的异步感应电机电磁暂态算法，异步感应电机电磁暂态处理器通过可变导纳矩阵采集装置和历史项电流源采集器采集算法数据进行计算处理，实现两个模块多个仿真步长之间的连续迭代计算，电磁暂态处理器将处理结果输入至用户自定义建模程序处理器，生成为实时数字仿真器可执行的模型代码并由仿真器执行、运算，实现了异步感应电机的实时仿真，具有适用面广、实用性强的特点，对于仿真研究交直流并联电网运行特性具有重要意义。一实施例中，历史项电流源采集器包括历史项电流源模块。

例如，电压方程单元、磁链方程单元和转子运动方程单元均为一阶微分方程，是对异步感应电机动态响应特性的数学表达，反应了异步感应电机的电磁暂态特性与转子机电运动特性。

例如，对异步感应电机数学模型处理器的电压方程单元、磁链方程单元和转子运动方程单元进行差分化计算，通过合并、简化，得到异步感应电机的基于电磁暂态的计算机算法，并将结果可变导纳矩阵采集装置和历史项电流源采集器，可变导纳矩阵采集装置反应了当前步长中，异步感应电机电压与电流的欧姆定律，历史项电流源采集器的电流值是由上一步长的历史电压和历史电流决定。

例如，异步感应电机电磁暂态处理器连接可变导纳矩阵采集装置和历史项电流源采集器，将可变导纳矩阵采集装置和历史项电流源采集器进行计算处理，实现两个模块多个仿真步长之间连续迭代计算。

例如，用户自定义建模处理器提供了用户一个自定义建模的环境，用户将异步感应电机电磁暂态处理器的处理结果输入至用户自定义建模处理器，处理器将其编译成为实时数字仿真器可识别、可运算计算机代码，并输入至实时数字仿真器；同时，用户自定义建模处理器连接电力系统网络处理器，实现一个或多个异步感应电机模型与电力系统网络的某一个或多个节点连接，构建了作为研究对象的完整的电力系统拓扑。

例如，用户自定义建模处理器与电力系统网络处理器，将作为研究对象的完整的电力系统拓扑形成可执行的计算机代码，输入至实时数字仿真器，实时数字仿真器执行相应的计算机代码，仿真模拟异步感应电机模型以及研究对象的电力系统动态响应特性。

例如，所述电力系统网络处理装置包括相连接的发电机、变压器以及线路，所述线路分别与所述实时数字仿真器以及所述用户自定义建模处理器连接。

例如，所述可变导纳矩阵采集装置通过并列节点与所述历史项电流源采集器连接。例如，所述并列节点为三相节点。

请参阅图3，其为另一个实施例中异步感应电机实时仿真系统30的结构示意图，本实施例中，异步感应电机实时仿真系统30还包括壳体800。壳体800具有收容腔810。例如，实时数字仿真器100、用户自定义建模处理器200、电力系统网络处理装置300、异步感应电机电磁暂态处理器400、可变导纳矩阵采集装置500、历史项电流源采集器600以及异步感应电机数学模型处理器700均收容于收容腔810中。例如，壳体800为中空的长方体结构。例如，中空的长方体结构内部形成有收容腔810。

例如，收容腔810设置有第一安装室、第二安装室、第三安装室、第四安装室、第五安装室、第六安装室以及第七安装室。例如，第一安装室、第二安装室、第三安装室、第四安装室、第五安装室、第六安装室以及第七安装室依次排列。例如，实时数字仿真器100安装于第一安装室，用户自定义建模处理器200安装于第二安装室，电力系统网络处理装置300安装于第三安装室，异步感应电机电磁暂态处理器400安装于第四安装室，可变导纳矩阵采集装置500安装于第五安装室，历史项电流源采集器600安装于第六安装室，异步感应电机数学模型处理器700安装于第七安装室。

一实施例中，壳体为长方体结构；又如，长方体结构的壳体的表面设置有阶梯结构，其阶梯数量对应第一安装室、第二安装室、第三安装室、第四安装室、第五安装室、第六安装室以及第七安装室；例如阶梯数量有七个。例如，阶梯结构对应设置有第一安装室、第二安装室、第三安装室、第四安装室、第五安装室、第六安装室以及第七安装室，例如，壳体为中空的长方体结构；又如，第一安装室、第二安装室、第三安装室、第四安装室、第五安装室、第六安装室以及第七安装室彼此连通形成收容腔。

如此，将实时数字仿真器100、用户自定义建模处理器200、电力系统网络处理装置300、异步感应电机电磁暂态处理器400、可变导纳矩阵采集装置500、历史项电流源采集器600以及异步感应电机数学模型处理器700设置在壳体800中，可以利用壳体实现方便携带，并且将各元器件集中设置在壳体上可以提高用户在进行仿真时的操作效率，提高了仿真数据的可靠性。

可知目前的异步感应电机多种多样，作为一种具体的实施方式，本实施方式中的异步感应电机模型代表了异步感应电机的基本物理特性，不同的异步感应电机，其电阻、电抗、互感以及惯性常数可通过设定不同的参数进行区分。具体地，异步感应电机模型可以根据实际被模拟的异步感应电机设置不同的电阻、电抗、互感以及惯性常数等参数。

作为一种具体的实施方式，实时数字仿真器为RTDS(Real Time Digital Simulator，RTDS)。实时数字仿真一般基于实时数字仿真器完成，实时数字仿真器的配套建模软件中提供了用户自定义建模程序，能够为用户提供良好的自定义建模环境，并且将用户自定义模型算法生成可执行、可运算的实时数字仿真模型代码，能够高效、准确的模拟用户自定义模型并与电力系统其他模型接口，具有真实反映电网动态特性的优势。目前，实时数字仿真器包括ADPSS、HYPERSIM、RTDS等，其中RTDS是一种发展成熟、应用范围最广、技术先进的仿真器，具有仿真速度快，可以实时输出仿真结果的特点，常用于电力系统的仿真分析研究。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。