[发明专利]一种机电暂态向电磁暂态的模型转换方案及实现方法

说明书

技术领域

本发明是一种机电暂态向电磁暂态的模型转换方案及实现方法，实现将机电暂态向电磁暂态电网仿真模型转换。特别是一种机电暂态仿真工具BPA向电磁暂态仿真工具PSCAD/EMTDC的电网模型转换方案及实现方法。本发明是简化不同仿真技术及仿真工具间建模过程，提高仿真精确度的创新方案及实现方法。更具体的说，本发明根据图论的关联矩阵、深度优先搜索理论，合理安排系统各节点的顺序，完成机电暂态仿真工具BPA的电网系统数据向电磁暂态仿真工具PSCAD/EMTDC的模型转换过程，转换后的系统网络具有与原系统相同的网络拓扑结构及等效的系统元件参数，便于进行该电力网络在电磁暂态环境下的仿真研究。

背景技术

在国内适应于机电暂态仿真的主要是BPA和PSS/E(我国很多电网采用BPA)，应用于电磁暂态仿真的主要是PSCAD/EMTDC，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。

然而，随着直流输电技术的发展，复杂的直流控制系统及柔性电力电子等快速关断器件在机电暂态仿真环境下是无法详细进行模拟并计算的，在电磁暂态下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，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，使得电磁暂态的仿真规模受到了限制。因此，国内曾展开过机电暂态与电磁暂态混合仿真的研究，以便在一定程度上弱化电磁暂态仿真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，两种仿真技术在接口处的计算误差始终无法消除并且存在累积误差。因此，为适应直流输电技术及柔性电力电子技术的研究要求，在全电磁暂态环境下进行全系统的仿真计算是较为精确的。

在我国，交流系统的仿真一般在机电暂态BPA环境下进行，所有的电网数据都是适用于BPA环境的，该数据文件在电磁暂态PSCAD/EMTDC中是无法使用的，通常的做法是根据机电暂态BPA数据文件的网络拓扑结构及元件参数在电磁暂态PSCAD/EMTDC中手动重新建模，这样不仅浪费时间，而且在建模过程中，由于BPA中的元件模型结构及参数与PSCAD/EMTDC中的元件模型结构及参数不完全相同，因此在重新建模的过程中一方面具有数据对应问题，另一方面在网络节点、支路及元件数目比较多时由于人为原因会出现一些错误，但目前国内尚未有将机电暂态网络数据转换到电磁暂态的相关研究或成熟方案及实现方法。

基于这种状况，本发明提出一种机电暂态向电磁暂态的模型转换方案及实现方法，该方法基于图论中的关联矩阵、深度优先搜索等理论生成与机电暂态相同网络拓扑结构的网络树，并借助在电磁暂态中的用户自定义模型功能构建自定义模型库，将机电暂态BPA的电力网络数据转换为具有可视化功能的电磁暂态PSCAD/EMTDC的系统模型，从而完成机电暂态向电磁暂态的模型转换，便于在电磁暂态PSCAD/EMTDC中进行电磁暂态仿真。该方案及实现方法提高了在PSCAD/EMTDC中进行电网建模的效率并提高了建模及仿真结果的准确度。

发明内容

本发明提出了一种机电暂态向电磁暂态的模型转换方案及实现方法，该方案将机电暂态的电力网络数据转换为具有可视化功能的电磁暂态的系统模型，转换过程中借助用户自定义模型库构建适用于电磁暂态计算的系统模型，便于在电磁暂态环境下进行全系统的仿真计算。

本发明依据机电暂态BPA数据文件，生成节点支路关联矩阵，并且根据深度优先搜索理论重新安排节点的顺序，根据数据文件中的不同元件选择电磁暂态自定义模型库中的相应元件与之相匹配。读取机电暂态数据文件中的元件数据，选择电磁暂态中的元件的相应种类并初始化元件参数。根据节点支路关联矩阵逐步添加每条支路的树支和连支，生成适用于电磁暂态PSCAD/EMTDC的模型，最终生成的模型具有与机电暂态BPA的数据文件相同的网络拓扑结构，并且在电磁暂态PSCAD/EMTDC中的仿真结果与机电暂态BPA中的仿真结果相同。

如图1为机电暂态BPA中IEEE 9节点经典算例的网络拓扑图，该网络拓扑图只是网络节点支路连接关系的示意图，不能直接用于机电暂态BPA仿真；图2为经本方法转换后的电磁暂态PSCAD/EMTDC的模型结构图，可以直接用于电磁暂态PSCAD/EMTDC仿真；图3为机电暂态BPA中IEEE 9节点经典算例的数据文件即机电暂态BPA的模型文件，可以直接用于机电暂态BPA仿真，从图3可以看出机电暂态BPA的模型文件可视化程度很差，从该文件中无法直接看到系统网络的结构。

附图说明