[发明专利]一种电磁暂态离线非实时并行仿真系统及仿真方法

说明书

技术领域

本发明是一种电磁暂态离线非实时并行仿真系统及仿真方法，更具体的说是一种基于PSCAD/EMTDC的电力系统电磁暂态离线非实时并行仿真系统及仿真方法，属于扩展PSCAD/EMTDC的仿真能力及仿真规模并提高电磁暂态计算速度的技术创新。

背景技术

随着直流输电技术的发展，复杂的直流控制系统在机电暂态仿真中是无法详细进行模拟并计算的，电磁暂态仿真却可以非常详细的模拟并研究直流输电控制系统的响应特性。由于电磁暂态不仅要求对电力系统的动态元件采用详细的非线性模型，还要计及网络的暂态过程，也需采用微分方程描述，并且目前的电磁暂态仿真工具不具备离线非实时并行仿真的能力，使得电磁暂态仿真程序的仿真规模及计算速度受到了限制。因此，国内曾开展过机电暂态与电磁暂态混合仿真的研究，对于电力系统中的发电机和电动机电磁转矩的仿真通过机电暂态完成，对于直流输电系统或柔性输电系统等具有强非线性特征系统的仿真通过电磁暂态完成，并通过接口控制系统实现机电暂态与电磁暂态的数据交互，以便在一定程度上弱化电磁暂态仿真工具在仿真规模上的限制，但是，对于机电暂态与电磁暂态混合仿真而言，由于两种仿真技术在数值计算方法及计算步长的差异，混合仿真系统接口控制程序的计算误差始终无法消除并且存在累积及放大。因此，在全电磁暂态仿真环境下采用相同的数值计算方法及计算步长进行全系统的电磁暂态仿真计算是较为精确的，如PSCAD/EMTDC是加拿大Manitoba直流研究中心开发的，国际上成熟的电磁暂态仿真系统，但是也不具备并行仿真的功能。本发明就是为解决目前的电磁暂态仿真工具不具备离线非实时并行仿真能力使得仿真规模及仿真速度受限的问题而提出的。

发明内容

本发明的目的在于考虑目前的电磁暂态仿真工具不具备离线非实时并行仿真能力使得仿真规模及仿真速度受限的问题而提出的，该发明充分发挥了电磁暂态仿真的优势并解决了电磁暂态并行仿真的瓶颈问题。

本发明的技术方案是：

首先对所研究的大规模电力系统划分为多个子网，分别称为子网1、子网2，...子网N，各子网分别构建电磁暂态仿真系统并对各子网进行仿真，各子网的电磁暂态仿真系统之间设有接口控制系统实现各子网的数据交换，使整个仿真系统构成一个统一的电磁暂态并行仿真系统。

本发明的电磁暂态离线非实时并行仿真方法，对电力系统划分为多个子网后，如果子网1和子网2之间在电气上有联系，那么在子网1和子网2的电磁暂态仿真系统间设置接口控制系统，如果没有电气上的联系，那么就不放置接口控制系统。子网间的接口控制系统将所连接子网的计算步长、电压、电流、相角等变量在子网间进行交换，并在下一个计算步长内立即影响所连接子网的电磁暂态计算，实现整个电力系统的离线非实时并行仿真。

本发明的电磁暂态离线非实时并行仿真系统及仿真方法可以精确地在全电磁暂态仿真环境下对大规模电力系统的各个子网采用相同的数值计算方法及计算步长进行全系统的电磁暂态仿真计算，多个子网并行进行计算并通过接口控制系统连接相关的子网，彻底解决了单个电磁暂态离线非实时仿真工具受系统规模及仿真速度的限制。

附图说明

附图为本发明以三个子网为例的原理图。

具体实施方式

以将研究的大规模电力系统全网划分为三个子网，分别称为子网1、子网2和子网3为例来描述本发明电磁暂态离线非实时并行仿真系统及仿真方法的实施方式，且子网1和子网2，子网1和子网3存在电气联系，子网2和子网3不存在电气联系。将研究的电力系统划分为三个子网后，分别在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真系统中对子网1、子网2和子网3建模，如附图所示，有电气联系的子网1和子网2，子网1和子网3之间设有一个与具有电气联系的子网进行通信，并传递子网间电气变量的接口控制系统，实现各子网计算过程中的计算步长、电压、电流、相角等变量的交换，没有电气联系的子网2和子网3之间不设置接口控制系统。

本发明的仿真方法在实施时，如附图所示，电磁暂态离线非实时并行仿真系统对PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真系统(子网1)进行电磁暂态计算，并将交换变量12传递给接口控制系统，由接口控制系统转换为交换变量21后传递给PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真系统(子网2)进行电磁暂态计算，交换变量包含的信息包括子网的计算步长、中断指令、电压、电流、相角等并行仿真系统所需变量。对于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真系统(子网1)和PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真系统(子网3)间的接口控制系统的工作方式与上述类似。各子网间的信息交换后，在下一个计算周期时全网的电磁暂态仿真都获得新的交换变量，并根据该交换变量进行下一个计算周期的全网电磁暂态仿真，直至仿真结束。