本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種交直流電網(wǎng)的實時仿真系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)前電力系統(tǒng)區(qū)域互聯(lián)規(guī)模日趨龐大，區(qū)域間關(guān)聯(lián)增強(qiáng)；基于大功率電力電子技術(shù)的高壓直流輸電(hvdc)系統(tǒng)和柔性交流輸電系統(tǒng)(facts)的大規(guī)模電力系統(tǒng)大量應(yīng)用，使得反映不同物理特征的動態(tài)過程相互交織在一起。交直流電網(wǎng)的新形勢對安全穩(wěn)定控制仿真試驗技術(shù)提出了更高的要求。

然而，現(xiàn)有技術(shù)中的仿真單元，由于一些限制，不適用于大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)的仿真研究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于此，本發(fā)明實施例提供交直流電網(wǎng)的實時仿真系統(tǒng)及方法，能夠準(zhǔn)確反映大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)中的區(qū)域電網(wǎng)間、大系統(tǒng)與局部系統(tǒng)間的相互作用。

本發(fā)明一方面提供交直流電網(wǎng)的實時仿真系統(tǒng)，包括：實時電磁暫態(tài)仿真單元、實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元、混合仿真接口單元以及外接接口單元；

所述實時電磁暫態(tài)仿真單元，用于對交直流電網(wǎng)中的直流網(wǎng)部分進(jìn)行實時電磁暫態(tài)仿真；

所述實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元，用于對所述交直流電網(wǎng)中的交流網(wǎng)部分進(jìn)行實時機(jī)電暫態(tài)仿真；

所述混合仿真接口單元，用于實現(xiàn)實時電磁暫態(tài)仿真單元與實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元雙向聯(lián)接，將交流網(wǎng)部分在實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元中的動態(tài)數(shù)據(jù)等值處理后輸送至所述實時電磁暫態(tài)仿真單元，并將直流網(wǎng)部分在實時電磁暫態(tài)仿真單元中的動態(tài)數(shù)據(jù)等值處理后輸送至所述實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元；

所述外接接口單元，用于將實時電磁暫態(tài)仿真單元、實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元輸出的電壓/電流量轉(zhuǎn)換為外接的安全穩(wěn)定裝置適應(yīng)的電氣量，并輸送至所述安全穩(wěn)定裝置，以通過所述安全穩(wěn)定裝置實現(xiàn)對所述交直流電網(wǎng)的穩(wěn)定策略計算。

本發(fā)明另一方面提供一種交直流電網(wǎng)的實時仿真方法，包括：

將交直流電網(wǎng)分割為交流網(wǎng)部分和直流網(wǎng)部分；

對所述直流網(wǎng)部分進(jìn)行實時電磁暫態(tài)仿真，對所述交流網(wǎng)部分進(jìn)行實時機(jī)電暫態(tài)仿真；

將所述實時電磁暫態(tài)仿真、實時機(jī)電暫態(tài)仿真得到的電壓/電流量轉(zhuǎn)換為安全穩(wěn)定裝置適應(yīng)的電氣量，并輸送至所述安全穩(wěn)定裝置，以通過所述安全穩(wěn)定裝置實現(xiàn)對所述交直流電網(wǎng)的穩(wěn)定策略計算；

所述對所述直流網(wǎng)部分進(jìn)行實時電磁暫態(tài)仿真，對所述交流網(wǎng)部分進(jìn)行實時機(jī)電暫態(tài)仿真，包括：

對直流網(wǎng)部分在實時電磁暫態(tài)仿真過程中的動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行第一等值處理，結(jié)合第一等值處理后的動態(tài)數(shù)據(jù)對所述交流網(wǎng)部分進(jìn)行實時機(jī)電暫態(tài)仿真；對交流網(wǎng)部分在實時機(jī)電暫態(tài)仿真過程中的動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行第二等值處理，結(jié)合第二等值處理后的動態(tài)數(shù)據(jù)對所述直流網(wǎng)部分進(jìn)行實時電磁暫態(tài)仿真。

上述技術(shù)方案，通過混合仿真接口單元實現(xiàn)實時電磁暫態(tài)仿真單元與實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元雙向聯(lián)接，將交直流電網(wǎng)中的交流網(wǎng)部分在機(jī)電暫態(tài)仿真單元中的動態(tài)數(shù)據(jù)等值處理后動態(tài)輸送至所述實時電磁暫態(tài)仿真單元，并將直流網(wǎng)部分在實時電磁暫態(tài)仿真單元中的動態(tài)數(shù)據(jù)等值處理后動態(tài)輸送至所述實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元。能夠在一次仿真過程中既能模擬交直流大電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定特性以反映區(qū)域電網(wǎng)間、大系統(tǒng)與局部系統(tǒng)間的相互作用，也能同時模擬局部電網(wǎng)或元件的快速電磁暫態(tài)響應(yīng)過程；實時仿真大規(guī)模電網(wǎng)慢速動態(tài)的機(jī)電暫態(tài)過程和局部快速響應(yīng)的電磁暫態(tài)過程，能在準(zhǔn)確模擬交直流大電網(wǎng)動態(tài)過程及穩(wěn)定特性的基礎(chǔ)上精確校核電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制策略的正確性，具有結(jié)構(gòu)簡單、結(jié)果精確、適用性寬的特點(diǎn)。

附圖說明

圖1為一實施例的交直流電網(wǎng)的實時仿真系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)圖；

圖2為一實施例的交直流電網(wǎng)的分網(wǎng)接口示意圖；

圖3為一實施例的實時機(jī)電暫態(tài)仿真的數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)圖；

圖4為一實施例的實時機(jī)電暫態(tài)仿真的流程示意圖；

圖5為一實施例的交流網(wǎng)部分在電磁暫態(tài)側(cè)等值電路的示意圖；

圖6為一實施例的交直流電網(wǎng)的實時仿真方法的示意性流程圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

圖1為本發(fā)明一實施例的交直流電網(wǎng)的實時仿真系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)圖。為了便于說明，交直流電網(wǎng)的實時仿真系統(tǒng)實施例的結(jié)構(gòu)示意圖中，僅僅示出了與本發(fā)明實施例相關(guān)的部分，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，圖示結(jié)構(gòu)并不構(gòu)成對系統(tǒng)的限定，可以包括比圖示更多或更少的部件，或者組合某些部件，或者不同的部件布置。

如圖1所示，本實施例的交直流電網(wǎng)的實時仿真系統(tǒng)包括：實時電磁暫態(tài)仿真單元、實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元、混合仿真接口單元以及外接接口單元。各部分的所起的作用如下：

所述實時電磁暫態(tài)仿真單元，用于對被研究的交直流電網(wǎng)中的直流網(wǎng)部分進(jìn)行實時電磁暫態(tài)仿真。

電磁暫態(tài)仿真，是用數(shù)值計算方法對電力系統(tǒng)中從數(shù)微秒至數(shù)秒之間的電磁暫態(tài)過程進(jìn)行仿真模擬。電磁暫態(tài)過程仿真須考慮輸電線路分布參數(shù)特性和參數(shù)的頻率特性、發(fā)電機(jī)的電磁和機(jī)電暫態(tài)過程以及一系列元件(避雷器、變壓器、電抗器等)的非線性特性。因此，電磁暫態(tài)仿真的數(shù)學(xué)模型須建立這些元件和系統(tǒng)的代數(shù)或微分、偏微分方程。電磁暫態(tài)仿真不僅要求對電力系統(tǒng)的動態(tài)元件采用詳細(xì)的非線性模型，還要計及網(wǎng)絡(luò)的暫態(tài)過程，也需采用微分方程描述。

所述實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元，用于對被研究的交直流電網(wǎng)中的交流網(wǎng)部分進(jìn)行實時機(jī)電暫態(tài)仿真。

機(jī)電暫態(tài)仿真，主要研究電力系統(tǒng)受到大擾動后的暫態(tài)穩(wěn)定和受到小擾動后的靜態(tài)穩(wěn)定性能。其中暫態(tài)穩(wěn)定分析是研究電力系統(tǒng)受到諸如短路故障，切除線路、發(fā)電機(jī)、負(fù)荷，發(fā)電機(jī)失去勵磁或者沖擊性負(fù)荷等大擾動作用下，電力系統(tǒng)的動態(tài)行為和保持同步穩(wěn)定運(yùn)行的能力。通常電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)仿真的算法是聯(lián)立求解電力系統(tǒng)微分方程組和代數(shù)方程組，以獲得物理量的時域解。機(jī)電暫態(tài)仿真是分析電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和動態(tài)性能的有效工具。機(jī)電暫態(tài)過程的仿真是在線穩(wěn)定評估的核心部分，其計算速度和準(zhǔn)確性直接影響在線穩(wěn)定評估的效率和有效性。實時機(jī)電暫態(tài)仿真，不僅是高效電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析所急需，而且是實現(xiàn)在線動態(tài)安全評估核控制，以及自動裝置實驗和檢測的基礎(chǔ)。

所述混合仿真接口單元，用于實現(xiàn)實時電磁暫態(tài)仿真單元與實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元雙向聯(lián)接，將交流網(wǎng)部分在實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元中的動態(tài)數(shù)據(jù)等值處理后輸送至所述實時電磁暫態(tài)仿真單元，并將直流網(wǎng)部分在實時電磁暫態(tài)仿真單元中的動態(tài)數(shù)據(jù)等值處理后輸送至所述實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元。

可以理解的，交流網(wǎng)部分在實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元中的動態(tài)數(shù)據(jù)指的是，在交流網(wǎng)絡(luò)的機(jī)電暫態(tài)仿真過程中，每一時步計算得到的正、負(fù)、零序電壓相量，這些量在整個機(jī)電暫態(tài)仿真過程中是動態(tài)變化的。同理，直流網(wǎng)部分在實時電磁暫態(tài)仿真單元中的動態(tài)數(shù)據(jù)指的是，在直流網(wǎng)絡(luò)的電磁暫態(tài)仿真過程中，每一時步計算得到的abc三相電壓相量，這些量在整個電磁暫態(tài)仿真過程中是動態(tài)變化的。

所述外接接口單元，用于將實時電磁暫態(tài)仿真單元、實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元輸出的電壓/電流量轉(zhuǎn)換為外接的安全穩(wěn)定裝置適應(yīng)的電氣量，并輸送至所述安全穩(wěn)定裝置，以通過所述安全穩(wěn)定裝置實現(xiàn)對所述交直流電網(wǎng)的穩(wěn)定策略計算。

電力系統(tǒng)緊急控制的基本思想就是當(dāng)電網(wǎng)受到大擾動而出現(xiàn)緊急狀態(tài)時，執(zhí)行切機(jī)、切負(fù)荷等緊急控制措施，使系統(tǒng)恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。安全穩(wěn)定控制裝置正是具有實現(xiàn)切機(jī)、切負(fù)荷、比率緊急提升或回降等功能的裝置，它是確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的第二道防線，由輸入、輸出、通信、測量、故障判別、控制策略等部分組成。

在一實施例中，參考圖2所示，可將被研究的交直流電網(wǎng)在hvdc換流母線或facts專用變壓器處分割為交流網(wǎng)部分和直流網(wǎng)部分。交流網(wǎng)部分通過實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元行實時機(jī)電暫態(tài)仿真，直流網(wǎng)部分通過實時電磁暫態(tài)仿真單元進(jìn)行實時電磁暫態(tài)仿真。在一實施例中，所述實時電磁暫態(tài)仿真單元具體用于對被研究的交直流電網(wǎng)中的電力電子局部元件部分進(jìn)行實時電磁暫態(tài)仿真?？蛇x地，所述電力電子局部元件包括：同步發(fā)電機(jī)組、與所述同步發(fā)電機(jī)組相關(guān)的勵磁控制系統(tǒng)和原動機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)、變壓器及輸電線路交流網(wǎng)絡(luò)、負(fù)荷中的至少一種。

可以理解的是，上述實施例中實時電磁暫態(tài)仿真單元、實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元以及混合仿真接口單元還可以整體作為一個仿真器理解，相對應(yīng)地，所述安全穩(wěn)定裝置則可理解為外接設(shè)備。安全穩(wěn)定裝置實現(xiàn)電力系統(tǒng)穩(wěn)定策略邏輯的執(zhí)行，仿真器實現(xiàn)交直流電網(wǎng)的實時仿真，包括直流網(wǎng)部分(主要針對電力電子局部元件)的電磁暫態(tài)實時仿真，以及交流網(wǎng)部分的機(jī)電暫態(tài)仿真。因此所述仿真系統(tǒng)整體上能準(zhǔn)確仿真電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，系統(tǒng)失穩(wěn)情況下的功率搖擺過程。

基于上述的交直流電網(wǎng)的實時仿真系統(tǒng)，其對被研究的交直流電網(wǎng)進(jìn)行仿真的流程具體如下：

步驟1：仿真準(zhǔn)備時刻，實時電磁暫態(tài)仿真單元和實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元各自獨(dú)立運(yùn)行穩(wěn)定，開始混合仿真；

步驟2：所述實時電磁暫態(tài)仿真單元、實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元及混合仿真接口進(jìn)行初始狀態(tài)更新；

步驟3：實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元中的動態(tài)數(shù)據(jù)通過混合仿真接口單元等值處理后輸送至所述實時電磁暫態(tài)仿真單元，實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元進(jìn)行當(dāng)前電磁暫態(tài)仿真，并以當(dāng)前電磁暫態(tài)仿真結(jié)果更新所述實時電磁暫態(tài)仿真單元作為下一時步的實時電磁暫態(tài)仿真單元初始狀態(tài)；同時電磁暫態(tài)仿真單元中的動態(tài)數(shù)據(jù)通過混合仿真接口單元等值處理后輸送至所述實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元，所述實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元進(jìn)行當(dāng)前機(jī)電暫態(tài)仿真，并以當(dāng)前機(jī)電暫態(tài)仿真結(jié)果更新所述實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元作為下一時步的實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元初始狀態(tài)。

重復(fù)上述步驟2至步驟3的交互過程，直到仿真時間結(jié)束則停止交互。

在一實施例中，所述外接接口單元，還用于接收外接的安全穩(wěn)定裝置發(fā)出的控制信息，并將所述控制信息反饋至被研究的交直流電網(wǎng)；所述控制信息用于使所述交直流電網(wǎng)響應(yīng)切機(jī)、切負(fù)荷或者緊急控制直流功率。

通過上述實施例的交直流電網(wǎng)的實時仿真系統(tǒng)，由實時電磁暫態(tài)仿真單元、實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元、混合仿真接口單元和外接接口單元組成，具有結(jié)構(gòu)簡單、結(jié)果精確、適用性寬的特點(diǎn)。被研究的交直流電網(wǎng)中的交流網(wǎng)部分可通過實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元中進(jìn)行實時機(jī)電暫態(tài)仿真，直流網(wǎng)部分(hvdc或facts)可通過實時電磁暫態(tài)仿真單元中進(jìn)行實時電磁暫態(tài)仿真。通過混合仿真接口單元實現(xiàn)交流網(wǎng)部分機(jī)電暫態(tài)側(cè)到電磁暫態(tài)側(cè)中的動態(tài)等值處理，以及直流網(wǎng)部分電磁暫態(tài)側(cè)到機(jī)電暫態(tài)側(cè)中的動態(tài)等值處理；通過外接接口單元還可實現(xiàn)與安全穩(wěn)定裝置的交互。能夠在一次仿真過程中模擬交直流大電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定特性以反映區(qū)域電網(wǎng)間、大系統(tǒng)與局部系統(tǒng)間的相互作用，也能同時模擬局部電網(wǎng)或元件的快速電磁暫態(tài)響應(yīng)過程以反映如hvdc、facts裝置快速開關(guān)過程特性。實時仿真大規(guī)模的機(jī)電暫態(tài)響應(yīng)和局部快速響應(yīng)的電磁暫態(tài)過程。

在一可選實施例中，參見圖1所示，所述外接接口單元包括轉(zhuǎn)換模塊和接口箱，轉(zhuǎn)換模塊與接口箱之間的連接通道包括數(shù)據(jù)流傳輸通道和時間同步信號傳輸通道。所述轉(zhuǎn)換模塊用于將實時電磁暫態(tài)仿真單元、實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元輸出的電壓/電流量轉(zhuǎn)換為外接的安全穩(wěn)定裝置適應(yīng)的電氣量，適用于基于abc三相瞬時值形式的電磁暫態(tài)仿真和基于三序量計算的機(jī)電暫態(tài)仿真不同形式電壓、電流量的接口交互。例如：所述轉(zhuǎn)換模塊能實現(xiàn)混合仿真序量到abc三相瞬時量的智能轉(zhuǎn)換，即從實時電磁暫態(tài)仿真單元、實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元采集電壓、電流的幅值及相位，智能地轉(zhuǎn)換為安全穩(wěn)定裝置需要的電壓、電流abc三相瞬時量。此外，還可用于實現(xiàn)安全穩(wěn)定控制量(即安全穩(wěn)定裝置發(fā)出的控制信息)的交互；所述接口箱用于連接安全穩(wěn)定裝置。其中，接口箱可以為多個，以連接多個安全穩(wěn)定裝置。

在一可選實施例中，所述實時電磁暫態(tài)仿真單元是基于rtds(realtimedigitalsimulator，實時數(shù)字仿真)的仿真單元。

rtds是進(jìn)行電力系統(tǒng)分析、保護(hù)和控制研究與教學(xué)的專用平臺，能夠完整模擬和仿真電力系統(tǒng)從發(fā)電、輸電、變電到用電全過程的動態(tài)特性。rtds能夠?qū)崟r仿真計算電力系統(tǒng)所有元件的電磁暫態(tài)過程(仿真步長最小可達(dá)到2微秒)，并且能夠長時間穩(wěn)定運(yùn)行。rtds系統(tǒng)通過專用硬件平臺實現(xiàn)實時仿真計算，并能實時的通過d/a轉(zhuǎn)換器向外接安全穩(wěn)定裝置傳遞信號。rtds是“實時的”模似裝置，實時是指電力系統(tǒng)的運(yùn)算法則能被計算的足夠快，因而能連續(xù)地產(chǎn)生輸出，這些輸出結(jié)果真實地代表了在實際網(wǎng)絡(luò)中的情形。實時仿真使用戶能測試物理設(shè)備和更有效更快地完成實時仿真的許多研究。

在一可選實施例中，所述實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元是基于用戶自定義模塊(userdefinedcomponent，即udc)的仿真單元。即所述實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元可通過在用戶自定義模塊中加載相應(yīng)的程序?qū)崿F(xiàn)。

在一可選實施例中，所述混合仿真接口單元中具體包括：第一動態(tài)等值電路、第二動態(tài)等值電路和時序控制電路。所述第一動態(tài)等值電路用于接收交流網(wǎng)部分在實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元中的動態(tài)數(shù)據(jù)并進(jìn)行等值處理，將等值處理的結(jié)果輸送至所述實時電磁暫態(tài)仿真單元；所述第二動態(tài)等值電路用于接收直流網(wǎng)部分在實時電磁暫態(tài)仿真單元中的動態(tài)數(shù)據(jù)并進(jìn)行等值處理，將等值處理的結(jié)果輸送至所述實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元。

所述時序控制電路，用于控制每一時步(即仿真步長)內(nèi)實時電磁暫態(tài)仿真單元、實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元、第一動態(tài)等值電路和第二動態(tài)等值電路的工作啟始狀況和/或參數(shù)更新。可選地，所述實時電磁暫態(tài)仿真單元、所述實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元的仿真步長可以相同，例如均為10ms；也可以不同，例如實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元的時步可設(shè)置為10ms，實時電磁暫態(tài)仿真單元的時步可設(shè)置為50μs。需要說明的是，無論所述實時電磁暫態(tài)仿真單元、所述實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元的仿真步長是否相同，兩者的系統(tǒng)時間均需同步。

可選地，所述外接接口單元與安全穩(wěn)定裝置之間的接口數(shù)據(jù)交互周期可以為機(jī)電暫態(tài)仿真單元的時步，也可為電磁暫態(tài)仿真單元的時步。

具體地，在每一個時步開始時，所述時序控制電路控制實時電磁暫態(tài)仿真單元、實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元進(jìn)行初始狀態(tài)更新，同時控制第一動態(tài)等值電路和第二動態(tài)等值電路進(jìn)行參數(shù)更新。

在每一時步內(nèi)，第一動態(tài)等值電路接收實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元輸送的當(dāng)前時步的abc分相受控電壓源信號并進(jìn)行等值處理后將結(jié)果作為接口電壓輸送至實時電磁暫態(tài)仿真單元，所述實時電磁暫態(tài)仿真單元根據(jù)第一動態(tài)等值電路輸送的接口電壓進(jìn)行當(dāng)前時步的電磁暫態(tài)仿真，并以當(dāng)前時步的電磁暫態(tài)仿真結(jié)果更新所述實時電磁暫態(tài)仿真單元，作為下一時步的實時電磁暫態(tài)仿真單元的初始狀態(tài)。

第二動態(tài)等值電路接收實時電磁暫態(tài)仿真單元輸送的當(dāng)前正負(fù)零三序接口功率并進(jìn)行等值處理后將結(jié)果作為接口功率輸送至實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元，所述實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元根據(jù)第二動態(tài)等值電路輸送的接口功率進(jìn)行當(dāng)前時步的機(jī)電暫態(tài)仿真，并以當(dāng)前時步的機(jī)電暫態(tài)仿真結(jié)果更新所述實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元，作為下一時步的實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元的初始狀態(tài)。

在時序控制電路的控制下，所述實時電磁暫態(tài)仿真單元、實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元、第一動態(tài)等值電路和第二動態(tài)等值電路開始下一時步的閉環(huán)交互，直到設(shè)定的仿真時間結(jié)束則停止交互。

在一可選實施例中，實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元中包括的數(shù)學(xué)模型有微分方程(1)和網(wǎng)絡(luò)代數(shù)方程(2)：

g(x,y)＝0……(2)；

參考圖3所示，全部電力系統(tǒng)的表達(dá)式涉及同步發(fā)電機(jī)組、與同步發(fā)電機(jī)組相關(guān)的勵磁控制系統(tǒng)和原動機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)、變壓器及輸電線路交流網(wǎng)絡(luò)、負(fù)荷、其他動態(tài)元件等。

可選地，所述微分方程(1)具體可包括：描述各同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)和次暫態(tài)電勢變化規(guī)律的微分方程；描述各同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動的搖擺方程；描述同步發(fā)電機(jī)組中勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性的微分方程；描述同步發(fā)電機(jī)組中原動機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)特性的微分方程；描述各感應(yīng)電動機(jī)和同步電動機(jī)負(fù)荷動態(tài)特性的微分方程。

可選地，所述網(wǎng)絡(luò)代數(shù)方程組(2)具體可包括：電力網(wǎng)絡(luò)方程，即描述在公共參數(shù)坐標(biāo)系x-y下節(jié)點(diǎn)電壓與節(jié)點(diǎn)注入電流之間的關(guān)系；各同步發(fā)電機(jī)定子電壓方程方程(建立在各自的d-q坐標(biāo)系下)；以及，x-y坐標(biāo)系與d-q坐標(biāo)系間變換方程。

在一可選實施例中，所述實時機(jī)電暫態(tài)仿真的流程如圖4所述，具體包括如下步驟：

步驟(1)，首先輸入原始數(shù)據(jù)，主要包括系統(tǒng)元件模型(如發(fā)電機(jī)采用模型階數(shù)、調(diào)速勵磁控制系統(tǒng)的模型等)、參數(shù)(包括潮流計算和暫態(tài)穩(wěn)定計算所需各量，如線路參數(shù)、發(fā)電機(jī)參數(shù)等)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?主要是線路兩端節(jié)點(diǎn)號/名稱等)、穩(wěn)定分析的要求(如仿真步長、仿真總時間等)等。

步驟(2)根據(jù)輸入的參數(shù)信息進(jìn)行系統(tǒng)全網(wǎng)的潮流計算，得到各節(jié)點(diǎn)的電壓、相角及全網(wǎng)的潮流分布信息，為后面的暫態(tài)穩(wěn)定計算做好準(zhǔn)備。

步驟(3)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)元件參數(shù)及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系形成電網(wǎng)在穩(wěn)態(tài)下的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣。將發(fā)電機(jī)內(nèi)部暫態(tài)導(dǎo)納yg和負(fù)荷中恒定導(dǎo)納部分等值yl并入系統(tǒng)的導(dǎo)納矩陣中。這一步主要是形成tn時刻網(wǎng)絡(luò)暫態(tài)穩(wěn)定計算所需的所有變量初始值，也是為之后的系統(tǒng)暫態(tài)仿真做準(zhǔn)備。

判斷系統(tǒng)是否有擾動或故障發(fā)生(包括線路、節(jié)點(diǎn)的三相故障和不對稱故障等)。如果有，則進(jìn)入步驟(4)，根據(jù)故障情況或擾動參數(shù)修改當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩陣和微分方程，然后進(jìn)入步驟(5)，重新求解網(wǎng)絡(luò)方程來計算各節(jié)點(diǎn)電壓。若無擾動或故障發(fā)生，則直接轉(zhuǎn)入步驟(6)。

步驟(6)是暫態(tài)仿真的核心部分。根據(jù)采用的時域仿真方法進(jìn)行tn到tn+1時步的計算，求取tn+1時刻系統(tǒng)的狀態(tài)量和代數(shù)量。微分方程求解部分可以采用隱式梯形法、改進(jìn)歐拉法等，代數(shù)方程組和微分方程既可以采用聯(lián)立求解，也可以采用迭代求解的方法。

步驟(7)，完成一個時步的計算之后，判斷仿真總時間是否已經(jīng)到達(dá)仿真總時間，如果到達(dá)則轉(zhuǎn)入步驟(10)做輸出結(jié)果等處理，仿真結(jié)束；如果沒有則轉(zhuǎn)入步驟(8)判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定，如果已經(jīng)失穩(wěn)則同樣轉(zhuǎn)入步驟(10)做輸出結(jié)果等處理。若仿真時間沒有到達(dá)并且系統(tǒng)仍然穩(wěn)定則表明系統(tǒng)的暫態(tài)仿真計算還應(yīng)該繼續(xù)下去，更新時間軸，轉(zhuǎn)入步驟(9)進(jìn)行下一時刻的計算。

在一可選實施例中，所述第一動態(tài)等值電路為戴維南動態(tài)等值電路。維南定理(thevenin'stheorem)，含獨(dú)立電源的線性電阻單口網(wǎng)絡(luò)，就端口特性而言，可以等效為一個電壓源和電阻串聯(lián)的單口網(wǎng)絡(luò)。電壓源的電壓等于單口網(wǎng)絡(luò)在負(fù)載開路時的電壓；電阻是單口網(wǎng)絡(luò)內(nèi)全部獨(dú)立電源為零值時所得單口網(wǎng)絡(luò)的等效電阻。對應(yīng)地，所述第一動態(tài)等值電路的電路參數(shù)具體包括：

系統(tǒng)原網(wǎng)絡(luò)方程：yv＝i；

網(wǎng)絡(luò)阻抗矩陣：z＝y(tǒng)^-1；

等值阻抗：

等值電勢：

式中，v為網(wǎng)絡(luò)方程節(jié)點(diǎn)電壓向量，i為網(wǎng)絡(luò)方程節(jié)點(diǎn)注入電流向量，al是網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)-端口關(guān)聯(lián)矢量，y是節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，z是節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣。

在一可選實施例中，所述第二動態(tài)等值電路為動態(tài)功率源模型，在實時機(jī)電暫態(tài)仿真單元中設(shè)置等值節(jié)點(diǎn)為pq類型節(jié)點(diǎn)。pq類型節(jié)點(diǎn)是指電力系統(tǒng)中的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，在潮流計算中給定節(jié)點(diǎn)的有功、無功功率值。第二動態(tài)等值電路為動態(tài)功率源模型，采用三序量注入法，在每個交互時序更新本時步參與機(jī)電暫態(tài)方程計算的接口功率量。采用瞬時值計算出三序功率可以實現(xiàn)接口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的快速傳遞。

參考圖1所示，第一動態(tài)等值電路與第二動態(tài)等值電路分別位于對側(cè)仿真單元中作為本側(cè)仿真單元的等值電路。第一動態(tài)等值電路與第二動態(tài)等值電路并聯(lián)。例如圖5所示：戴維南等值電路與交流網(wǎng)絡(luò)頻率相關(guān)等值電路fdne(frequencydependentnetworkequivalent，即頻率相關(guān)等值電路)并聯(lián)，可以反映交流網(wǎng)絡(luò)對電磁暫態(tài)側(cè)故障計算時的電路0-2000hz的高頻響應(yīng)特性。第一動態(tài)等值電路與第二動態(tài)等值電路的接口數(shù)據(jù)交互時序控制通過時序控制電路進(jìn)行。

具體的，機(jī)電暫態(tài)側(cè)將每一時步(例如10ms)計算出的戴維南等值阻抗和等值電勢傳送給電磁暫態(tài)側(cè)。同時電磁暫態(tài)側(cè)通過基波三序量轉(zhuǎn)換算法計算出的接口交換三序功率量送入機(jī)電暫態(tài)側(cè)。

機(jī)電暫態(tài)仿真過程在獲得接口交換三序功率量信息后進(jìn)行下一個時步的機(jī)電暫態(tài)仿真計算。同時電磁暫態(tài)仿真過程在獲得機(jī)電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)的戴維南等值電勢和等值阻抗后，進(jìn)行下一個時步的電磁暫態(tài)仿真計算。

從機(jī)電暫態(tài)側(cè)與電磁暫態(tài)側(cè)閉環(huán)交互后每10ms重復(fù)以上交互過程直至仿真結(jié)束。在仿真結(jié)束前，機(jī)電暫態(tài)側(cè)與電磁暫態(tài)側(cè)可以重復(fù)做各種對稱故障、非對稱故障。

通過上述實施例的交直流電網(wǎng)的實時仿真系統(tǒng)，能夠在一次仿真過程中既能模擬大規(guī)?；ヂ?lián)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定特性以反映區(qū)域電網(wǎng)間、大系統(tǒng)與局部系統(tǒng)間的相互作用，也能同時模擬局部電網(wǎng)或元件的快速電磁暫態(tài)響應(yīng)過程以反映如hvdc、facts裝置快速開關(guān)過程特性。實時仿真大規(guī)模的機(jī)電暫態(tài)響應(yīng)和局部快速響應(yīng)的電磁暫態(tài)過程，具有結(jié)構(gòu)簡單、結(jié)果精確、適用性寬的特點(diǎn)。

本發(fā)明還提供交直流電網(wǎng)的實時仿真方法，圖6為一實施例的交直流電網(wǎng)的實時仿真方法的示意性流程圖。如圖6所示，本實施例中的交直流電網(wǎng)的實時仿真方法包括步驟：

s11，將交直流電網(wǎng)分割為交流網(wǎng)部分和直流網(wǎng)部分。

s12，對所述直流網(wǎng)部分進(jìn)行實時電磁暫態(tài)仿真，對所述交流網(wǎng)部分進(jìn)行實時機(jī)電暫態(tài)仿真；該步驟具體包括：

對直流網(wǎng)部分在實時電磁暫態(tài)仿真過程中的動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行第一等值處理，結(jié)合第一等值處理后的動態(tài)數(shù)據(jù)對所述交流網(wǎng)部分進(jìn)行實時機(jī)電暫態(tài)仿真；對交流網(wǎng)部分在實時機(jī)電暫態(tài)仿真過程中的動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行第二等值處理，結(jié)合第二等值處理后的動態(tài)數(shù)據(jù)對所述直流網(wǎng)部分進(jìn)行實時電磁暫態(tài)仿真。

電磁暫態(tài)仿真，是用數(shù)值計算方法對電力系統(tǒng)中從數(shù)微秒至數(shù)秒之間的電磁暫態(tài)過程進(jìn)行仿真模擬。電磁暫態(tài)過程仿真須考慮輸電線路分布參數(shù)特性和參數(shù)的頻率特性、發(fā)電機(jī)的電磁和機(jī)電暫態(tài)過程以及一系列元件(避雷器、變壓器、電抗器等)的非線性特性。因此，電磁暫態(tài)仿真的數(shù)學(xué)模型須建立這些元件和系統(tǒng)的代數(shù)或微分、偏微分方程。電磁暫態(tài)仿真不僅要求對電力系統(tǒng)的動態(tài)元件采用詳細(xì)的非線性模型，還要計及網(wǎng)絡(luò)的暫態(tài)過程，也需采用微分方程描述。

機(jī)電暫態(tài)仿真，主要研究電力系統(tǒng)受到大擾動后的暫態(tài)穩(wěn)定和受到小擾動后的靜態(tài)穩(wěn)定性能。其中暫態(tài)穩(wěn)定分析是研究電力系統(tǒng)受到諸如短路故障，切除線路、發(fā)電機(jī)、負(fù)荷，發(fā)電機(jī)失去勵磁或者沖擊性負(fù)荷等大擾動作用下，電力系統(tǒng)的動態(tài)行為和保持同步穩(wěn)定運(yùn)行的能力。通常電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)仿真的算法是聯(lián)立求解電力系統(tǒng)微分方程組和代數(shù)方程組，以獲得物理量的時域解。機(jī)電暫態(tài)仿真是分析電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和動態(tài)性能的有效工具。機(jī)電暫態(tài)過程的仿真是在線穩(wěn)定評估的核心部分，其計算速度和準(zhǔn)確性直接影響在線穩(wěn)定評估的效率和有效性。實時機(jī)電暫態(tài)仿真，不僅是高效電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析所急需，而且是實現(xiàn)在線動態(tài)安全評估核控制，以及自動裝置實驗和檢測的基礎(chǔ)。

s13，將所述實時電磁暫態(tài)仿真、實時機(jī)電暫態(tài)仿真得到的電壓/電流量轉(zhuǎn)換為安全穩(wěn)定裝置適應(yīng)的電氣量，并輸送至所述安全穩(wěn)定裝置，以通過所述安全穩(wěn)定裝置實現(xiàn)對所述交直流電網(wǎng)的穩(wěn)定策略計算。

電力系統(tǒng)緊急控制的基本思想就是當(dāng)電網(wǎng)受到大擾動而出現(xiàn)緊急狀態(tài)時，執(zhí)行切機(jī)、切負(fù)荷等緊急控制措施，使系統(tǒng)恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。安全穩(wěn)定控制裝置正是具有實現(xiàn)切機(jī)、切負(fù)荷、比率緊急提升或回降等功能的裝置，它是確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的第二道防線，由輸入、輸出、通信、測量、故障判別、控制策略等部分組成。

在一可選實施例中，上述步驟s11的實現(xiàn)方式可為：將交直流電網(wǎng)在hvdc換流母線或facts專用變壓器處分割為交流網(wǎng)部分和直流網(wǎng)部分。對應(yīng)的分割網(wǎng)口參考圖2所示。

在一可選實施例中，上述步驟s11的實現(xiàn)方式可為：將交直流電網(wǎng)在hvdc換流母線或facts專用所述步驟s12中對所述直流網(wǎng)部分進(jìn)行實時電磁暫態(tài)仿真具體包括：對交直流電網(wǎng)中的電力電子局部元件進(jìn)行實時電磁暫態(tài)仿真。

可選地，所述電力電子局部元件部分包括：同步發(fā)電機(jī)組、與所述同步發(fā)電機(jī)組相關(guān)的勵磁控制系統(tǒng)和原動機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)、變壓器及輸電線路交流網(wǎng)絡(luò)、負(fù)荷中的至少一種。

在一可選實施例中，所述實時電磁暫態(tài)仿真是基于rtds的仿真；所述實時機(jī)電暫態(tài)仿真是基于用戶自定義模塊的仿真。

在一可選實施例中，對直流網(wǎng)部分在實時電磁暫態(tài)仿真過程中的動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行第一等值處理，包括：

采用戴維南動態(tài)等值電路對電力電子局部元件在實時電磁暫態(tài)仿真過程中的動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行等值處理，其電路參數(shù)包括：

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方程：yv＝i；

網(wǎng)絡(luò)阻抗矩陣：z＝y(tǒng)^-1；

等值阻抗：

等值電勢：

式中，v為網(wǎng)絡(luò)方程節(jié)點(diǎn)電壓向量，i為網(wǎng)絡(luò)方程節(jié)點(diǎn)注入電流向量，al是網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)-端口關(guān)聯(lián)矢量，y是節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，z是節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣。

在一可選實施例中，所述交直流電網(wǎng)的實時仿真方法還可包括步驟：

接收所述安全穩(wěn)定裝置發(fā)出的控制信息，并將所述控制信息反饋至所述交直流電網(wǎng)；所述控制信息用于使所述交直流電網(wǎng)響應(yīng)切機(jī)、切負(fù)荷或者緊急控制直流功率。

通過上述實施例的交直流電網(wǎng)的實時仿真方法，能夠在一次仿真過程中既能模擬大規(guī)模互聯(lián)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定特性以反映區(qū)域電網(wǎng)間、大系統(tǒng)與局部系統(tǒng)間的相互作用，也能同時模擬局部電網(wǎng)或元件的快速電磁暫態(tài)響應(yīng)過程以反映如hvdc、facts裝置快速開關(guān)過程特性。實時仿真大規(guī)模的機(jī)電暫態(tài)響應(yīng)和局部快速響應(yīng)的電磁暫態(tài)過程，具有結(jié)構(gòu)簡單、結(jié)果精確、適用性寬的特點(diǎn)。

需要說明的是，對于前述的方法實施例，為了簡便描述，將其都表述為一系列的動作組合，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知悉，本發(fā)明并不受所描述的動作順序的限制，因為依據(jù)本發(fā)明，某些步驟可以采用其它順序或者同時進(jìn)行。

此外，上述示例的交直流電網(wǎng)的實時仿真系統(tǒng)的實施方式中，各功能單元的邏輯劃分僅是舉例說明，實際應(yīng)用中可以根據(jù)需要，例如出于相應(yīng)硬件的配置要求或者軟件的實現(xiàn)的便利考慮，將上述功能分配由不同的功能單元完成，即將所述交直流電網(wǎng)的實時仿真系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)劃分成不同的功能單元，以完成以上描述的全部或者部分功能。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，實現(xiàn)上述實施例方法中的全部或部分流程，是可以通過計算機(jī)程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可存儲于一計算機(jī)可讀取存儲介質(zhì)中，作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷售或使用。所述程序在執(zhí)行時，可執(zhí)行如上述各方法的實施例的全部或部分步驟。其中，所述的存儲介質(zhì)可為磁碟、光盤、只讀存儲記憶體(read-onlymemory，rom)或隨機(jī)存儲記憶體(randomaccessmemory，ram)等。

在上述實施例中，對各個實施例的描述都各有側(cè)重，某個實施例中沒有詳述的部分，可以參見其它實施例的相關(guān)描述。

以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實施方式，不能理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。