[发明专利]一种延长电力系统数字仿真模型仿真总时长的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于电力系统数字仿真技术领域，特别涉及一种延长电力系统数字仿真模型仿真总时长的方法及装置。

背景技术

数字仿真已成为电力系统研究、规划和设计的重要手段。电力系统仿真软件以数学模型代替电力系统的实际设备，用数值计算方法对电力系统的运行特性进行试验和研究。数字仿真软件的计算结果可以以波形的形式形象化地显示在人机界面中，方便用户及时、直观地查看、分析仿真计算结果。

用于非实时仿真的电力系统数字仿真软件，例如在全世界范围内广泛应用的电力系统电磁暂态仿真软件EMTDC（Electro-Magnetic Transient in DC system），利用单个电力设备的数字仿真模型以及控制逻辑元件的数字仿真模型一起建立满足研究需求的电力系统数字仿真模型。为该仿真模型设定仿真总时长后，运行该仿真模型对应的程序即可进行仿真计算。

数字仿真模型的程序执行周期通常被称为仿真计算时间步长（step，△T）。如果一次仿真计算需要模拟电力系统T秒的运行情况，并且设定了仿真计算时间步长△T（△T一般为微秒级，例如50us），那么在这次仿真计算过程中，数字仿真模型的程序执行总次数n为：n=T/△T。对于总时长为T秒的仿真，如果设定的△T越大，那么n就越小，完成仿真计算的实际耗时也越小，但是仿真结果的精确程度越低；反之，如果设定的△T越小，那么n就越大，完成T秒仿真计算的实际耗时也越大，但是仿真结果的精确程度越高。

鉴于数字仿真计算原理的原因，目前大部分的电力系统数字仿真软件都是采用固定仿真计算时间步长的方式，即仿真软件在某一次仿真计算过程中，在人为设定了△T后仿真软件就会保持该△T不变进行数据处理，直到本次仿真计算结束才允许用户改变△T进入下一次仿真计算过程，而在仿真计算过程中不允许调整△T。为了确保仿真模型的计算精度，仿真过程中一般都会将△T设置的比较小。

在仿真软件人机界面上显示出来的波形，从微观上看，是由许许多多个离散的点通过直线连接而成。每个离散的点都来自于在△T整数倍时刻上仿真软件的计算结果，但是并不一定需要将每个△T中计算出来的点都在人机界面上显示出来，可以间隔几个点再显示出一个点。在人机界面上显示出的相邻点之间的时间间隔被称为仿真画图时间步长（plot step，△PT）。△PT一般为△T的k倍（即△PT=k·△T），其中k为自然数1，2，3......。当k越小，即△PT越小时，人机界面上显示的波形越精细；当k越大，即△PT越大时，人机界面上显示的波形越粗糙，甚至失真。与△T值在仿真过程中保持固定不同，由于△PT值不涉及到数值计算，只涉及到将计算结果在人机界面上抽样显示，因此在仿真过程中△PT值一般是允许随时修改的。

对△T值选取大小的不同会直接影响到仿真模型每个仿真过程总耗时的长短，但是它并不会影响仿真模型占用系统内存的多少。在每个△T中计算出的结果（实际计算出的点）会作为下一个△T中程序的输入值参与程序计算。在本次△T中计算得到结果后，上一个△T计算结果所占用的内存空间就用于存放本次计算的结果，即在整个仿真过程中只有一个△T的计算结果占用内存空间。因此，仿真计算结果所占用内存空间的总数并不大。

而用于画图的点则不同，由于所有用于画图显示的点都要同时显示在人机界面上，因此它们都要占用内存空间。假定每个△PT中需要显示波形的变量有p个，而整个仿真过程总时长T可以分成q个△PT，那么在人机界面上显示的波形中总共会包含p×q个点，每个点都需要占用内存空间。对于规模比较大的仿真模型，需要录波的变量数量p也非常大，如果需要仿真的总时长T也较大，并且为了通过波形看清仿真计算的真实情况，一般△PT都设置的比较小，即q值也非常大，这样会造成p×q数量非常大，占用的内存空间会非常大，往往超出了仿真软件能够访问内存空间的能力或者超出了计算机内存硬件的容量，从而导致仿真模型无法运行。

目前常用的常见方法是，将△PT尽量设置的大一些，即减小q值，从而使p×q不超过允许的上限，但是这样做的缺点是录波的波形不够精细，甚至失真，往往导致仿真人员对系统真实运行情况的误判；另一种方法是，保持△PT为较小值，但是手动将本次仿真中不关注的录波变量删除，从而减小p值，使得p×q不超过允许的上限，但是这样做的缺点是人工参与的工作较多，效率较低。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种延长电力系统数字仿真模型仿真总时长的方法及装置，可满足电力系统仿真模型长时间的仿真需要，同时又能保证仿真录波波形的准确性和高精度，且能够减少人工参与。