电力系统的混合仿真方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力系统仿真技术领域，特别是涉及一种电力系统的混合仿真方法和系统。
【背景技术】
[0002]随着当前电力系统区域互联规模日趋庞大，区域间关联性增强，尤其是近年来高压直流系统(HVDC)和柔性交流输电系统(FACTS)中大量的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。以电力系统为例，电磁暂态与机电暂态过程是同时存在的。电磁暂态过程是指电力系统各个元件中电场和磁场以及相应的电压和电流的变化过程。机电暂态过程是指电力系统中发电机和电动机电磁转矩的变化引起电机转子机械运动的变化过程。电磁暂态仿真用数值计算方法对电力系统中从几微秒到几十毫秒之间的电磁暂态过程进行仿真，而机电暂态仿真的计算步长通常在十毫秒以上。传统的机电暂态仿真程序已经无法准确模拟局部响应快速的电磁暂态过程。为了提高电网安全稳定分析水平，有必要对含有电力电子设备的电力系统进行有效的电磁仿真。
[0003]现有的商业电磁暂态仿真程序受计算机计算和存储能力的限制，难以对大型电力系统进行全网电磁仿真，需要将与其相连的交流系统进行等值简化，未能准确模拟区域电网之间、大区与局部系统之间的相互作用。为了弥补上述两方面的不足，学者们提出了混合仿真的方法，将系统分成机电暂态系统与电磁暂态两个系统。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；其余部分系统使用准稳态模型进行机电暂态仿真。
[0004]然而，随着现代电力系统的发展，直流系统的规模日趋庞大，电力电子设备的数量日趋增加，划分到电磁系统的需要进行详细仿真的部分也随之增大，造成仿真时间过长、仿真效率低的问题。
【发明内容】
[0005]基于此，有必要针对现有技术仿真时间过长、仿真效率低的问题，提供一种电力系统机电暂态与电磁暂态混合仿真方法。
[0006]一种电力系统的混合仿真方法，包括以下步骤:
[0007]根据电力系统的规模，将电力系统划分为一个对元件进行建模的机电网络和两个或以上对元件进行建模的电磁网络；
[0008]通过接口技术，在机电网络与各个电磁网络之间进行数据交互；
[0009]根据所述数据交互结果，采用电力系统电磁暂态仿真软件对各个电磁网络并行地进行电磁暂态仿真；
[0010]根据所述数据交互结果，采用电力系统机电暂态仿真软件对所述机电网络进行机电暂态仿真；
[0011 ] 根据所述电磁暂态仿真和机电暂态仿真获取电力系统的仿真数据。
[0012]一种电力系统的混合仿真系统，包括:
[0013]划分模块，用于根据电力系统的规模，将电力系统划分为一个对元件进行建模的机电网络和两个或以上对元件进行建模的电磁网络；
[0014]接口模块，用于通过接口技术，在机电网络与各个电磁网络之间进行数据交互；
[0015]电磁仿真模块，用于根据所述数据交互结果，采用电力系统电磁暂态仿真软件对各个电磁网络并行地进行电磁暂态仿真；
[0016]机电仿真模块，用于根据所述数据交互结果，采用电力系统机电暂态仿真软件对所述机电网络进行机电暂态仿真；
[0017]获取模块，用于根据所述电磁暂态仿真和机电暂态仿真获取电力系统的仿真数据。
[0018]上述电力系统的混合仿真方法和系统，通过对若干个电磁网络并行地进行电磁暂态仿真，并采用接口技术在机电网络与电磁网络之间传输仿真数据，可实现电磁暂态仿真的并行化计算，从而有效减少混合仿真的时间，提高混合仿真效率。
【附图说明】
[0019]图1为一个实施例的电力系统的混合仿真方法流程图；
[0020]图2为一个实施例的在机电网络与电磁网络之间传输仿真数据的方法流程图；
[0021]图3为一个实施例的对电磁网络并行地进行电磁暂态仿真的方法流程图；
[0022]图4为一个实施例的对机电网络进行机电暂态仿真的方法流程图；
[0023]图5为一个实施例的电力系统的混合仿真系统的结构示意图；
[0024]图6为一个实施例的接口模块的结构示意图；
[0025]图7为一个实施例的电磁仿真模块的结构示意图；
[0026]图8为一个实施例的机电仿真模块的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合本发明附图对本发明的技术方案做进一步的说明。
[0028]图1为一个实施例的电力系统机电暂态与电磁暂态混合仿真方法流程图。如图1所示，该混合仿真方法包括以下步骤:
[0029]SI，根据电力系统的规模，将电力系统划分为一个对元件进行建模的机电网络和两个或以上对元件进行建模的电磁网络；
[0030]在电力系统网络中，一部分网络需要进行细致准确的模拟，通常这部分系统包含快速变化的电力电子器件，或者其它需要获得其准确响应结果的常规电力系统元件。这部分网络作为电磁网络，通常利用电磁暂态程序进行小步长的仿真。对于大系统，一般有多个相互没有直接连接关系的局部需要进行电磁仿真，因此可将大系统划分为一个或多个电磁网络。
[0031]而另一部分网络，这里称之为机电网络，一般包括了常规的电力系统元件，或者不需要获得准确响应结果的电力电气器件。采用准稳态模型以及机电暂态进行仿真已经足以反映其特性。
[0032]S2，通过接口技术，在机电网络与各个电磁网络之间进行数据交互；
[0033]在机电暂态仿真系统与电磁暂态仿真系统之间，可利用接口技术及网卡对多个仿真程序建立“服务器+客户端”的集群并行系统，实现多个仿真系统的通讯以及数据配合。
[0034]“网卡”即为计算机的网络适配器，包括有线网卡及无线网卡，作为数据交换以及网络通信的硬件载体。利用Socket等通信协议，为数据交换提供通道。
[0035]“接口技术”，包括诺顿等值电路及功率注入数值的求取方法，以及网络通信及数据协调的具体实现方法。
[0036]如图2所示，本步骤的具体流程如下:
[0037]S21，在数据交换时刻，将机电网络的等效电流源和阻抗发送到各个电磁网络中，并向各个电磁网络发送电磁仿真开始指令，启动对应于一个机电步长的电磁仿真；
[0038]“服务器”嵌入于机电暂态仿真程序中，作为通信功能的发起者与协调者。在每个数据交换步长，“服务器”发送对应端口的诺顿等值电路到各个电磁仿真程序中，并通知所有电磁仿真程序启动对应于一个机电步长的电磁仿真。
[0039]S22，在数据交换时刻，在检测到全部电磁网络都完成对应于一个机电步长的电磁仿真之后，将各个电磁网络的等效功率源发送到机电网络中，启动对应于一个机电步长的机电仿真。
[0040]“客户端”嵌入于多个电磁暂态仿真程序中，作为通信功能的参与者。在每个数据交换步长，“客户端”接收来自“服务器”的诺顿等值电路，并进行对应于一个机电步长的电磁暂态仿真，并发送接口处的功率注入数值给“服务器”。“服务器”等待所有电磁仿真程序返回结果后，自身进行一个步长的机电暂态仿真。
[0041]S3，根据所述数据交互结果，采用电力系统电磁暂态仿真软件对各个电磁网络并行地进行电磁暂态仿真；
[0042]对于步骤SI中的一个或多个电磁网络，每个电磁网络采用一个通用电力系统电磁暂态仿真软件进行仿真，以实现并行化，提高仿真效率。通用电力系统电磁暂态仿真软可包括EMTP (Electromagnetic Transient Program)电磁仿真计算程序、中国电力科学研究院改进的 EMTPE (Electromagnetic Trans ient&Power electronics)电磁暂态仿真软件包、NET0MAC(Network Tors1n Machine Control)仿真计算程序、PSCAD/EMTDC (Electro-Magnetic Transient in DC System)仿真软件等。
[0043]如图3所示，本步骤的具体流程如下:
[0044]S31，获取机电网络的等效电流源和阻抗；
[0045]在本步骤中，进行电磁暂态计算时，机电侧可用诺顿等值电路代替。在实际应用中，在机电暂态仿真程序中可将机电侧的三序诺顿等值电路数据转换成适应于电磁暂态仿真计算的三相诺顿等值电路数据。根据诺顿定理，含独立源的线性电阻单口网络，就端口特性而言，可以等效为一个电流源和电阻的并联。因此，可将机电网络等效为并联的电流源和阻抗。
[0046]S32，在每个数据交换时刻，采用所述等效电流源和阻抗代替机电网络，得到等效机电网络；
[0047]本步骤所指的数据交换时刻为上一步长的电磁和机电仿真程序运行结束到下一步长的电磁和机电仿真程序开始之间的时刻。
[0048]S33，将所述等效机电网络交换到各个电磁网络中；
[0049]在进行电磁仿真之前，首先将等效机电网络交换到电磁网络中，S卩，将等效的电流源和阻抗值交换到电磁暂态仿真程序中进行下一个步长的电磁暂态仿真计算。
[0050]S34，分别对交换后的各个电磁网络并行地进行一个机电步长的电磁暂态仿真，得到电磁暂态仿真数据。
[0051]本步骤电磁暂态仿真的并行化计算，提高了混合仿真的速度，提高了仿真效率。
[0052]S4，根据所述数据交互结果，采用电力系统机电暂态仿真软件对所述机电网络进行机电暂态仿真。
[0053]如图4所示，本步骤的具体流程如下:
[0054]S41，获取电磁网络的等效功率源；
[0055]在本步骤中，进