机电-电磁暂态混合仿真功率平衡方法、装置及存储介质与流程

本发明涉及电力系统暂态稳定性研究和仿真技术领域，尤其涉及一种机电-电磁暂态混合仿真功率平衡方法、装置及存储介质。

背景技术：

随着电力系统区域互联规模日趋庞大，区域间关联性增强，尤其是近年来大量电力电子设备的使用，使得反映不同物理特征的动态过程相互交织在一起，为了保证电力系统的安全稳定运行，对电力系统的仿真程序提出了很高的要求。传统的机电暂态仿真程序虽然计算过程迅速获得了广泛的应用，但是已经无法准确模拟局部响应快速的电磁暂态过程，而传统的电磁暂态仿真程序受计算机影响又难以对大型电力系统进行全网电磁仿真，需要进行等值简化。为了弥补上述两方面的不足，常规的做法为采用机电-电磁暂态混合仿真，在电力系统中选取若干母线作为接口母线，将电力系统分成机电暂态系统与电磁暂态系统，其中详细刻画其动态响应特性的部分划分为电磁暂态系统，使用电磁暂态模型进行电磁暂态仿真，其余部分划分为机电暂态系统，使用准稳态模型进行机电暂态仿真。

根据目前机电-电磁暂态混合仿真的计算原理，其核心思想是利用电磁暂态仿真程序对电磁暂态系统进行仿真，通过测量其在接口母线处的注入功率(或注入电流)，以此对电磁暂态系统的相应部分进行替代，在机电暂态仿真程序中，电磁暂态系统等效成为一个注入电流源ig，该电流源的数值测量自电磁暂态系统，并且每个机电步长测量一次。

在实际的机电-电磁暂态混合仿真的计算中，一般先由机电暂态系统先执行，在母线接口位置有一个初始注入功率(或初始注入电流)，以此初始状态为基础，对电磁暂态系统进行初始化，电磁暂态系统初始化完毕后，开始进入联合混合仿真，实时测量电磁侧的等效注入功率(或等效注入电流)，并对机电侧的初始注入功率(或初始注入电流)予以替代。然而，对于同一电力系统，由于机电侧采用准稳态模型，电磁侧采用详细模型，二者的结果必然有些许不同，这就意味着即便电力系统处于没有故障的状态，等效注入功率(或等效注入电流)的数值也不可能完全与初始注入功率(或初始注入电流)的数值完全一致，等效注入功率与初始注入功率之间具有一定的功率差值(等效注入电流与初始注入电流之间具有一定的电流差值)，因此，在进入混合仿真的一瞬间，会给电力系统带来相应的功率差值冲击(或电流差值冲击)。

为了避免上述问题，一般会不断修改初始注入功率(或初始注入电流)的数值，使其与等效注入功率(或等效注入电流)基本一致，但是，这种做法要求用户修改基础数据，并且由于等效注入功率(或等效注入电流)的结果受到初始注入功率(或初始注入电流)的影响，需要在初始注入功率(或初始注入电流)确定的状态下，进行一次机电-电磁暂态混合仿真后才能获取等效注入功率(或等效注入电流)的数值，而一旦修改了初始注入功率(或初始注入电流)的数值，需要重新执行相应的初始化程序以及混合仿真程序才能获取新的等效注入功率(或等效注入电流)的数值，为了使功率差值(或电流差值)趋于0，需要进行多次迭代修正，步骤繁琐且效率低下。

技术实现要素：

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种机电-电磁暂态混合仿真功率平衡方法、装置及存储介质，能够对机电-电磁暂态混合仿真中电磁暂态系统所测量的注入功率值(或注入电流值)进行修正，防止由于机电暂态仿真程序和电磁暂态仿真程序由于模型不一致给仿真带来的功率冲击(或电流冲击)，为机电-电磁暂态混合仿真提供平稳的初始化状态，步骤简单且效率较高。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种机电-电磁暂态混合仿真功率平衡方法，包括：

s11、确定电力系统的接口母线的位置，根据所述接口母线的位置将所述电力系统划分为机电暂态系统和电磁暂态系统；

s12、根据潮流计算获得所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的初始注入物理量；

s13、对所述电磁暂态系统进行仿真，当所述电磁暂态系统达到稳态时，获得当前所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入物理量；

s14、根据所述初始注入物理量和所述等效注入物理量获得修正系数；

s15、根据所述修正系数对所述等效注入物理量进行修正，并将修正后的等效注入物理量提供给所述机电暂态系统；

s16、根据所述修正后的等效注入物理量对所述机电暂态系统进行仿真，到达预设的机电仿真时间后，对所述电磁暂态系统进行仿真，到达预设的电磁仿真时间后，获得当前所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入物理量，并返回至s15，直至仿真过程结束。

进一步地，所述注入物理量为注入功率或注入电流。

进一步地，所述修正系数通过以下公式计算获得：

或

其中，k表示修正系数，u表示所述接口母线的位置处的电压，si表示初始注入功率，sg(1)表示第一次获取的所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入功率；ii表示初始注入电流，ig(1)表示第一次获取的所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入电流，real()表示取括号内的复数的实部。

进一步地，所述修正后的等效注入物理量通过以下公式计算获得：

其中，x≥1，x表示获取所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入物理量的次数；sg(x)表示第x次获取的所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入功率，s’g(x)表示第x次获取的所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入功率对应的修正后的等效注入功率；ig(x)表示第x次获取的所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入电流，i’g(x)表示第x次获取的所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入电流对应的修正后的等效注入电流，image()表示取括号内的复数的虚部，j为虚数因子

为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供了一种机电-电磁暂态混合仿真功率平衡装置，包括：

系统划分模块，用于确定电力系统的接口母线的位置，根据所述接口母线的位置将所述电力系统划分为机电暂态系统和电磁暂态系统；

初始注入物理量获取模块，用于根据潮流计算获得所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的初始注入物理量；

电磁暂态系统仿真模块，用于对所述电磁暂态系统进行仿真，当所述电磁暂态系统达到稳态时，获得当前所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入物理量；

修正系数获取模块，用于根据所述初始注入物理量和所述等效注入物理量获得修正系数；

等效注入物理量修正模块，用于根据所述修正系数对所述等效注入物理量进行修正，并将修正后的等效注入物理量提供给所述机电暂态系统；以及，

机电暂态系统仿真模块，用于根据所述修正后的等效注入物理量对所述机电暂态系统进行仿真，到达预设的机电仿真时间后，调用所述电磁暂态仿真模块对所述电磁暂态系统进行仿真，到达预设的电磁仿真时间后，获得当前所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入物理量，并调用所述等效注入物理量修正模块继续处理，直至仿真过程结束。

进一步地，所述注入物理量为注入功率或注入电流。

进一步地，所述修正系数通过以下公式计算获得：

或

其中，k表示修正系数，u表示所述接口母线的位置处的电压，si表示初始注入功率，sg(1)表示第一次获取的所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入功率；ii表示初始注入电流，ig(1)表示第一次获取的所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入电流，real()表示取括号内的复数的实部。

进一步地，所述修正后的等效注入物理量通过以下公式计算获得：

其中，x≥1，x表示获取所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入物理量的次数；sg(x)表示第x次获取的所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入功率，s’g(x)表示第x次获取的所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入功率对应的修正后的等效注入功率；ig(x)表示第x次获取的所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入电流，i’g(x)表示第x次获取的所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入电流对应的修正后的等效注入电流，image()表示取括号内的复数的虚部，j为虚数因子

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行上述任一项所述的机电-电磁暂态混合仿真功率平衡方法。

本发明实施例还提供了一种机电-电磁暂态混合仿真功率平衡装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现上述任一项所述的机电-电磁暂态混合仿真功率平衡方法。

与现有技术相比，本发明实施例提供了一种机电-电磁暂态混合仿真功率平衡方法、装置及存储介质，能够对机电-电磁暂态混合仿真中电磁暂态系统所测量的注入功率值(或注入电流值)进行修正，防止由于机电暂态仿真程序和电磁暂态仿真程序由于模型不一致给仿真带来的功率冲击(或电流冲击)，为机电-电磁暂态混合仿真提供平稳的初始化状态，步骤简单且效率较高。

附图说明

图1是本发明提供的一种机电-电磁暂态混合仿真功率平衡方法的一个优选实施例的流程图；

图2是本发明提供的一种机电-电磁暂态混合仿真功率平衡装置的一个优选实施例的结构框图；

图3是本发明提供的一种机电-电磁暂态混合仿真功率平衡装置的另一个优选实施例的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本技术领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种机电-电磁暂态混合仿真功率平衡方法，参见图1所示，是本发明提供的一种机电-电磁暂态混合仿真功率平衡方法的一个优选实施例的流程图，所述方法包括步骤s11至步骤s16：

步骤s11、确定电力系统的接口母线的位置，根据所述接口母线的位置将所述电力系统划分为机电暂态系统和电磁暂态系统；

步骤s12、根据潮流计算获得所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的初始注入物理量；

步骤s13、对所述电磁暂态系统进行仿真，当所述电磁暂态系统达到稳态时，获得当前所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入物理量；

步骤s14、根据所述初始注入物理量和所述等效注入物理量获得修正系数；

步骤s15、根据所述修正系数对所述等效注入物理量进行修正，并将修正后的等效注入物理量提供给所述机电暂态系统；

步骤s16、根据所述修正后的等效注入物理量对所述机电暂态系统进行仿真，到达预设的机电仿真时间后，对所述电磁暂态系统进行仿真，到达预设的电磁仿真时间后，获得当前所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入物理量，并返回至步骤s15，直至仿真过程结束。

具体的，在电力系统中确定接口母线的位置，将接口母线一侧的系统划分为机电暂态系统，利用现有的机电暂态仿真程序进行仿真，将接口母线另一侧的系统划分为电磁暂态系统，利用现有的电磁暂态仿真程序进行仿真；根据电力系统计算软件的潮流计算程序获得电磁暂态系统向机电暂态系统提供的初始注入物理量，并记录下来，启动电磁暂态仿真程序，对电磁暂态系统进行仿真，并实时测量在接口母线的位置处的注入物理量，根据实时测量获得的注入物理量判断电磁暂态系统是否达到稳态(稳态指电磁暂态系统在接口母线位置处的注入物理量不发生明显的波动，例如，设定注入物理量的波动范围与平均值的比例在1％以内时电磁暂态系统达到稳态)，当电磁暂态系统达到稳态时，获得当前电磁暂态系统向机电暂态系统提供的等效注入物理量，并记录下来，此时为第一次获得的等效注入物理量，根据记录的初始注入物理量和第一次仿真获得的等效注入物理量计算修正系数，根据计算获得的修正系数对第一次获得的等效注入物理量进行修正，获得第一次修正后的等效注入物理量，并将第一次修正后的等效注入物理量提供给机电暂态系统，启动机电暂态仿真程序，根据第一次修正后的等效注入物理量对机电暂态系统进行仿真，到达预设的机电仿真时间(例如一个机电步长)后，启动电磁暂态仿真程序，对电磁暂态系统进行仿真，到达预设的电磁仿真时间(例如若干个电磁步长，对应一个机电步长的时间)后，获得当前电磁暂态系统向机电暂态系统提供的等效注入物理量，并记录下来，此时为第二次获得的等效注入物理量，根据上述修正系数对第二次获得的等效注入物理量进行修正，获得第二次修正后的等效注入物理量，并将第二次修正后的等效注入物理量提供给机电暂态系统，启动机电暂态仿真程序，根据第二次修正后的等效注入物理量对机电暂态系统进行仿真，到达预设的机电仿真时间后，再次启动电磁暂态仿真程序，并按照上述过程循环执行，直至整个仿真过程结束，例如到达预设的机电-电磁暂态混合仿真时间时整个仿真过程结束。

需要说明的是，在初始化阶段，先启动机电暂态仿真程序，根据初始注入物理量对机电暂态系统执行一个机电步长的时间的仿真，然后再启动电磁暂态仿真程序，对电磁暂态系统执行较长时间的仿真，直至电磁暂态系统达到稳态，获得相应的等效注入物理量(即第一次获得的等效注入物理量)。

在机电-电磁暂态混合仿真阶段，先由机电暂态仿真程序根据修正后的等效注入物理量执行一个机电步长的时间的仿真，再由电磁暂态仿真程序执行若干个电磁步长(对应一个机电步长)的时间的仿真，并返回新的等效注入物理量，循环执行这个过程，直至整个仿真过程结束。

作为上述方案的改进，所述注入物理量为注入功率或注入电流。

作为上述方案的改进，所述修正系数通过以下公式计算获得：

或

其中，k表示修正系数，u表示所述接口母线的位置处的电压，si表示初始注入功率，sg(1)表示第一次获取的所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入功率；ii表示初始注入电流，ig(1)表示第一次获取的所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入电流，real()表示取括号内的复数的实部。

需要说明的是，当注入物理量采用注入功率时，修正系数通过公式计算获得，当注入物理量采用注入电流时，修正系数通过公式计算获得，其中，real()表示取括号内的复数的实部，*号表示取对应物理量的共轭。

作为上述方案的改进，所述修正后的等效注入物理量通过以下公式计算获得：

其中，x≥1，x表示获取所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入物理量的次数；sg(x)表示第x次获取的所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入功率，s’g(x)表示第x次获取的所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入功率对应的修正后的等效注入功率；ig(x)表示第x次获取的所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入电流，i’g(x)表示第x次获取的所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入电流对应的修正后的等效注入电流，image()表示取括号内的复数的虚部，j为虚数因子

需要说明的是，当注入物理量采用注入功率时，修正后的等效注入功率通过公式s′g(x)＝real(sg(x))/k+j·imag(sg(x))计算获得，当注入物理量采用注入电流时，修正后的等效注入电流通过公式计算获得，其中，image()表示取括号内的复数的虚部，j为虚数因子

本发明实施例所提供的一种机电-电磁暂态混合仿真功率平衡方法，通过对机电-电磁暂态混合仿真中的电磁暂态系统对机电暂态系统的等效注入功率或等效注入电流的数值进行修正，能够防止由于机电暂态仿真程序和电磁暂态仿真程序由于模型不一致给混合仿真带来的功率冲击或电流冲击，为机电-电磁暂态混合仿真提供平稳的初始化状态，并且不需要对初始注入功率或初始注入电流进行修改，初始化程序只需要执行一次，不会延长仿真时间，步骤简单且效率较高。

另外，上述方法还能够确保在平稳状态下，电磁暂态系统首次返回的等效注入功率或等效注入电流对应有功部分与初始注入功率或初始注入电流的数值保持一致，同时减少了无故障情况下后续各次的返回值与初始值的误差，有效避免了有功功率不匹配导致的电力系统的频率发生振荡，进一步为机电-电磁暂态混合仿真提供平稳的初始化状态。

本发明实施例还提供了一种机电-电磁暂态混合仿真功率平衡装置，能够实现上述任一实施例所述的机电-电磁暂态混合仿真功率平衡方法的所有流程，装置中的各个模块的作用以及实现的技术效果分别与上述实施例所述的机电-电磁暂态混合仿真功率平衡方法的作用以及实现的技术效果对应相同，这里不再赘述。

参见图2所示，是本发明提供的一种机电-电磁暂态混合仿真功率平衡装置的一个优选实施例的结构框图，所述装置包括：

系统划分模块11，用于确定电力系统的接口母线的位置，根据所述接口母线的位置将所述电力系统划分为机电暂态系统和电磁暂态系统；

初始注入物理量获取模块12，用于根据潮流计算获得所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的初始注入物理量；

电磁暂态系统仿真模块13，用于对所述电磁暂态系统进行仿真，当所述电磁暂态系统达到稳态时，获得当前所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入物理量；

修正系数获取模块14，用于根据所述初始注入物理量和所述等效注入物理量获得修正系数；

等效注入物理量修正模块15，用于根据所述修正系数对所述等效注入物理量进行修正，并将修正后的等效注入物理量提供给所述机电暂态系统；以及，

机电暂态系统仿真模块16，用于根据所述修正后的等效注入物理量对所述机电暂态系统进行仿真，到达预设的机电仿真时间后，调用所述电磁暂态仿真模块13对所述电磁暂态系统进行仿真，到达预设的电磁仿真时间后，获得当前所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入物理量，并调用所述等效注入物理量修正模块15继续处理，直至仿真过程结束。

优选地，所述注入物理量为注入功率或注入电流。

优选地，所述修正系数通过以下公式计算获得：

或

其中，k表示修正系数，u表示所述接口母线的位置处的电压，si表示初始注入功率，sg(1)表示第一次获取的所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入功率；ii表示初始注入电流，ig(1)表示第一次获取的所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入电流，real()表示取括号内的复数的实部。

优选地，所述修正后的等效注入物理量通过以下公式计算获得：

其中，x≥1，x表示获取所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入物理量的次数；sg(x)表示第x次获取的所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入功率，s’g(x)表示第x次获取的所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入功率对应的修正后的等效注入功率；ig(x)表示第x次获取的所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入电流，i’g(x)表示第x次获取的所述电磁暂态系统向所述机电暂态系统提供的等效注入电流对应的修正后的等效注入电流，image()表示取括号内的复数的虚部，j为虚数因子

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行上述任一实施例所述的机电-电磁暂态混合仿真功率平衡方法。

本发明实施例还提供了一种机电-电磁暂态混合仿真功率平衡装置，参见图3所示，是本发明提供的一种机电-电磁暂态混合仿真功率平衡装置的另一个优选实施例的结构框图，所述装置包括处理器10、存储器20以及存储在所述存储器20中且被配置为由所述处理器10执行的计算机程序，所述处理器10在执行所述计算机程序时实现上述任一实施例所述的机电-电磁暂态混合仿真功率平衡方法。

优选地，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元(如计算机程序1、计算机程序2、······)，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器20中，并由所述处理器10执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述装置中的执行过程。

所述处理器10可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，通用处理器可以是微处理器，或者所述处理器10也可以是任何常规的处理器，所述处理器10是所述装置的控制中心，利用各种接口和线路连接所述装置的各个部分。

所述存储器20主要包括程序存储区和数据存储区，其中，程序存储区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序等，数据存储区可存储相关数据等。此外，所述存储器20可以是高速随机存取存储器，还可以是非易失性存储器，例如插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard，smc)、安全数字(securedigital，sd)卡和闪存卡(flashcard)等，或所述存储器20也可以是其他易失性固态存储器件。

需要说明的是，上述装置可包括，但不仅限于，处理器、存储器，本领域技术人员可以理解，图3结构框图仅仅是上述装置的示例，并不构成对装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件。

综上，本发明实施例所提供的一种机电-电磁暂态混合仿真功率平衡方法、装置及计算机可读存储介质，通过对机电-电磁暂态混合仿真中的电磁暂态系统对机电暂态系统的等效注入功率或等效注入电流的数值进行修正，能够防止由于机电暂态仿真程序和电磁暂态仿真程序由于模型不一致给混合仿真带来的功率冲击或电流冲击，为机电-电磁暂态混合仿真提供平稳的初始化状态，并且不需要对初始注入功率或初始注入电流进行修改，初始化程序只需要执行一次，不会延长仿真时间，步骤简单且效率较高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。