基于機電-電磁混合仿真技術(shù)的合環(huán)操作仿真系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電網(wǎng)合環(huán)操作技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于機電-電磁混合仿真技術(shù)的 合環(huán)操作仿真系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電網(wǎng)運行方式的不斷變化，電磁環(huán)網(wǎng)可能出現(xiàn)短時合環(huán)與解環(huán)的情況，而合 環(huán)操作的存在也對電網(wǎng)的供電可靠性提出了很大的挑戰(zhàn)，合環(huán)操作產(chǎn)生的過電壓、沖擊電 流對電網(wǎng)產(chǎn)生擾動，嚴重情況下會威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。
[0003] 近些年隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的愈加復(fù)雜，合環(huán)問題研究的重要性凸顯。國內(nèi)有地區(qū)電網(wǎng) 利用分布系數(shù)法和疊加定理計算電網(wǎng)合環(huán)操作的潮流分布，這種方法一般采用手動計算， 只適用于簡單網(wǎng)絡(luò)，對于大規(guī)模電網(wǎng)（系統(tǒng)規(guī)模超過10000節(jié)點）的分析計算顯然不適用， 無法進行在線數(shù)據(jù)計算。
[0004] 另外，還有地區(qū)電網(wǎng)對需要進行合環(huán)操作的網(wǎng)絡(luò)進行簡化，先計算合環(huán)前簡化網(wǎng) 絡(luò)的潮流，然后根據(jù)合環(huán)兩側(cè)的電壓差和環(huán)網(wǎng)阻抗計算出循環(huán)電流，最后利用疊加原理計 算出合環(huán)后的潮流，這種方法也是目前合環(huán)電流計算普遍采用的方法。在該方法的基礎(chǔ)上， 有研究人員提出了以支路功率為變量的基于疊加原理和前推回代法的兩階段算法，用于計 算電網(wǎng)合環(huán)潮流。而通過等值簡化往往會損失仿真精度，從而降低了仿真的準確度。
[0005] 上述傳統(tǒng)的合環(huán)電流計算方法一般不考慮外部網(wǎng)絡(luò)模型，大多利用分布系數(shù)法和 疊加定理計算電網(wǎng)合環(huán)操作的潮流分布，只考慮環(huán)網(wǎng)所涉及電氣設(shè)備進行戴維南等值，因 此無法準確獲得等值電勢和等值阻抗，合環(huán)操作時將可能引入較大諧波分量，引入計算誤 差，因此傳統(tǒng)解決方案不能滿足計算的要求。
[0006] 此外，一些研究利用PSCAD/EMTDC仿真軟件對多級合環(huán)系統(tǒng)進行建模，通過對比 模型元件和實際元件的電壓損耗、功率損耗，研究模型參數(shù)的設(shè)置，建立了能夠準確模擬實 際元件的仿真模型，這種方法往往針對大規(guī)模電網(wǎng)進行等值后得到的小規(guī)模仿真系統(tǒng)，忽 略了大電網(wǎng)動態(tài)特性，從而也降低仿真結(jié)果的準確性。
[0007] 因此從目前的合環(huán)電流計算解決方案來看，計算準確性是合環(huán)電流計算發(fā)展的趨 勢，同時數(shù)據(jù)兼容性、諧波分量、模擬不對稱負荷、過電壓對設(shè)備的損壞等情況，都是亟待解 決的問題。
[0008] 本發(fā)明的申請人在2011年12月14日申請的專利號為"201110417430.X"的發(fā)明 專利中，公開了一種大電網(wǎng)合環(huán)計算系統(tǒng)，是基于潮流計算、機電暫態(tài)計算、混合仿真綜合 分析方法的合環(huán)電流計算系統(tǒng)，但是其仍存在潮流計算方式中經(jīng)常出現(xiàn)潮流計算不收斂的 問題。
[0009] 有鑒于此，特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于機電-電磁混 合仿真技術(shù)的合環(huán)操作仿真系統(tǒng)，提高仿真結(jié)果的準確性，改進潮流計算方式，提高合環(huán)電 流計算的準確性，能夠給出電網(wǎng)合環(huán)操作本身可行性與合環(huán)后電網(wǎng)運行方式合理性的結(jié) 論，可以作為評估電網(wǎng)合環(huán)操作對電網(wǎng)影響的有效依據(jù)。
[0011] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用技術(shù)方案的基本構(gòu)思是：
[0012] -種基于機電-電磁混合仿真技術(shù)的合環(huán)操作仿真系統(tǒng)，包括：
[0013] 顯示模塊：包括顯示界面和仿真操作開關(guān)；仿真操作開關(guān)根據(jù)實時電網(wǎng)運行數(shù)據(jù) 斷面設(shè)置，顯示界面顯示相應(yīng)的合環(huán)信息并提供錄入合環(huán)線路參數(shù)的途徑和指令；
[0014] 數(shù)據(jù)模塊：包括電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)庫；電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和電網(wǎng)模型 數(shù)據(jù)庫提供參數(shù)和模型數(shù)據(jù)給顯示模塊和程序模塊以及計算模塊；
[0015] 所述程序模塊：包括拓撲程序單元，拓撲程序單元能夠自動確定邊界點和聯(lián)絡(luò)線 進行拓撲關(guān)系分析，形成電網(wǎng)分析計算用的配電網(wǎng)模型，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)劃分；程序模塊產(chǎn)生的配 電網(wǎng)模型能夠在數(shù)據(jù)模塊內(nèi)產(chǎn)生拓撲數(shù)據(jù)并存儲，所述配電網(wǎng)模型發(fā)送至顯示模塊顯示；
[0016] 所述計算模塊：用于接收顯示模塊錄入的指令，根據(jù)所述程序模塊產(chǎn)生的所述配 電網(wǎng)模型并調(diào)入所述數(shù)據(jù)模塊內(nèi)的拓撲數(shù)據(jù)進行仿真計算，仿真計算結(jié)果發(fā)送至數(shù)據(jù)模塊 存儲并發(fā)送至顯示模塊的顯示界面進行顯示；
[0017] 開關(guān)統(tǒng)計模塊：連接所述仿真操作開關(guān)，對一個周期內(nèi)不同合環(huán)時刻進行逐個時 間點的混合仿真，給出沖擊電流值的變化區(qū)間，統(tǒng)計得到最大合環(huán)沖擊電流的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā) 送至數(shù)據(jù)模塊存儲并在顯示模塊顯示。
[0018] 更進一步的，計算模塊包括：合環(huán)潮流計算單元、機電暫態(tài)計算單元、串行計算單 元和并行計算單元、機電暫態(tài)-電磁暫態(tài)混合仿真計算單元；所述合環(huán)潮流計算單元、所述 機電暫態(tài)計算單元和所述機電暫態(tài)-電磁暫態(tài)混合仿真計算單元并列設(shè)置；所述串行計算 單元分別接收所述合環(huán)潮流計算單元和所述機電暫態(tài)計算單元的數(shù)據(jù)；所述并行計算單元 接收所述機電暫態(tài) -電磁暫態(tài)混合仿真計算單元的計算結(jié)果；
[0019] 所述機電暫態(tài)-電磁暫態(tài)混合仿真計算單元包括：電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)劃分模塊、機電 暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)模塊、電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)模塊和機電-電磁接口模塊；所述電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)劃分模塊對 所述機電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)模塊和所述電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)模塊進行劃分；所述機電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)和所述電磁 暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)通過所述機電-電磁接口模塊連接。
[0020] 更進一步的，所述潮流計算單元在潮流計算時包括依次對所述配電網(wǎng)模型合環(huán)前 的潮流分布、合環(huán)后以及解環(huán)后的潮流進行計算。
[0021] 更進一步的，在所述合環(huán)后以及解環(huán)后的潮流計算之間，還要對所述配電網(wǎng)模型 進行機電暫態(tài)計算，機電暫態(tài)計算由機電暫態(tài)計算單元完成。
[0022] 更進一步的，在對所述配電網(wǎng)模型進行潮流計算和機電暫態(tài)計算的同時，對所述 配電網(wǎng)模型進行機電-電磁暫態(tài)混合仿真計算；機電-電磁暫態(tài)混合仿真計算由所述機電 暫態(tài)-電磁暫態(tài)混合仿真計算單元完成。
[0023] 更進一步的，所述開關(guān)統(tǒng)計模塊的統(tǒng)計方法包括如下步驟：
[0024] (1)將一個周波進行T等分，在每個等分時刻連續(xù)進行混合仿真分析得到系統(tǒng)產(chǎn) 生的過電壓情況；重復(fù)n個周波；n為大于0的正整數(shù)；
[0025] (2)記錄n個周波內(nèi)產(chǎn)生過電壓情況的時刻，統(tǒng)計每個等分時刻產(chǎn)生過電壓情況 的次數(shù)，記為a次，當連續(xù)出現(xiàn)c次a大于b的情況時，進行步驟（3);若無連續(xù)出現(xiàn)c次a 大于b的情況時，進行步驟（4);其中b為預(yù)設(shè)定產(chǎn)生過電壓情況的次數(shù)；
[0026] (3)從第n+1個周波起，將s-t時刻的周波進行T等分，在每個等分時刻連續(xù)進行 混合仿真分析得到系統(tǒng)產(chǎn)生的過電壓情況；其中s為c次a大于b的情況出現(xiàn)時的起始時 亥IJ，t為c次a大于b的情況出現(xiàn)時的終止時刻；
[0027] (4)仍保持一個周波進行T等分，在每個等分時刻連續(xù)進行混合仿真分析得到系 統(tǒng)產(chǎn)生的過電壓情況，直到n+k個周波后，連續(xù)出現(xiàn)c次a大于b的情況時，再進行步驟⑶。
[0028] 更進一步的，步驟（3)后，再執(zhí)行如下步驟（5):自n+1個周波起，進行n+L個周波 的測試，其中L大于1，記錄1-L個周波內(nèi)產(chǎn)生過電壓情況的時刻，統(tǒng)計每個等分時刻產(chǎn)生過 電壓情況的次數(shù)，記錄為e次，當連續(xù)出現(xiàn)g次e大于f?的情況時，進行步驟（6)，若無連續(xù) 出現(xiàn)g次e大于f的情況時，執(zhí)行步驟（7);其中f為預(yù)設(shè)定產(chǎn)生過電壓情況的次數(shù)；
[0029] (6)從第n+L+1個周波起，將u-v時刻的周波進行T等分，在每個等分時刻連續(xù)進 行混合仿真分析得到系統(tǒng)產(chǎn)生的過電壓情況；其中u為連續(xù)出現(xiàn)g次e大于f?的情況時的 起始時刻，v為連續(xù)出現(xiàn)g次e大于f的情況時的終止時刻；
[0030] (7)仍保持將s-t時刻的周波進行T等分，在每個等分時刻連續(xù)進行混合仿真分析 得到系統(tǒng)產(chǎn)生的過電壓情況，直到出現(xiàn)g次e大于f?的情況時，執(zhí)行步驟（6)。
[0031] 更進一步的，所述T等分取值T= 30。
[0032] 采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：本發(fā)明是采用 不同時間尺度的機電-電磁混合仿真技術(shù)，結(jié)合潮流計算分析、暫態(tài)計算分析和開關(guān)統(tǒng)計 功能以及顯示模塊的全新電網(wǎng)合環(huán)仿真操作系統(tǒng)，能夠在合環(huán)電流仿真計算過程中得到合 環(huán)前、合環(huán)中、合環(huán)后甚至解環(huán)后的電流穩(wěn)態(tài)情況，得到合環(huán)操作對配電網(wǎng)影響的直觀結(jié) 果，同時得到?jīng)_擊電流、穩(wěn)態(tài)電流等量化結(jié)果，解決了電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)需要手工劃分及人工建 模的問題，提高了分析效率；改進了潮流計算方式，提高合環(huán)電流計算的準確性，本發(fā)明基 于多核計算機的機電_電磁暫態(tài)混合仿真并行計算，解決混合并行仿真依賴機群系統(tǒng)的問 題，降低了系統(tǒng)應(yīng)用成本；本發(fā)明提供的開關(guān)統(tǒng)計步驟，能夠更為精確的統(tǒng)計計算出最惡劣 合環(huán)時刻，解決常規(guī)計算受限于計算速度等的原因，對等分時刻混合仿真計算系統(tǒng)過電壓 情況計算不夠準備的問題；本發(fā)明經(jīng)過實際驗證，能夠給出電網(wǎng)合環(huán)操作本身可行性與合 環(huán)后電網(wǎng)運行方式合理性的結(jié)論，可以作為評估電網(wǎng)合環(huán)操作對電網(wǎng)影響的有效依據(jù)。
【附圖說明】
[0033] 圖1是本發(fā)明基于機電-電磁混合仿真