一种配电网与输电网的协同实时数字仿真方法技术

本发明专利技术涉及一种配电网与输电网的协同实时数字仿真方法，该方法包括下列步骤：选择解耦点对电网进行解耦，将电网拆分为一个主干输电网和多个配电网；利用实时数字仿真装置对主干输电网进行时域仿真，仿真步长小于0.1ms，每个仿真步长的输出结果为瞬时值；利用配电网软件分别对多个配电网并行进行相量域仿真，仿真步长大于20ms，每个仿真步长输出的结果为相量；实时数字仿真装置和配电网仿真软件进行通信，周期性的执行定时中断步骤直至仿真结束，实现主干输电网与配电网之间的前向控制和反向控制。与现有技术相比，本发明专利技术具有经济可行性高、仿真结果准确、仿真效率高以及适应性广泛的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统实时数字仿真领域，尤其是涉及一种配电网与输电网的协同实时数字仿真方法。
技术介绍
传统电力系统由发电、输电、配电、用电等环节构成，具有垂直的体系结构和单向的潮流输送等特点。这样的结构特点使得在传统电力系统仿真中，输电网和配电网仿真是独立进行的，即：在仿真输电网时，利用被动负荷对配电网做等值化简，常用的被动负荷模型采用恒阻抗、恒电流和恒功率的综合模型，即ZIP模型；而在仿真配电网时，将输电网做戴维南等值化简。但智能电网的结构特点发生了很大变化。在输电网中，除了包含传统的同步发电机型电源外，还包括诸如风电、光伏等波动性能源；在配电网中，将接入大量的兼具负荷和电源角色的产销者(provider+consumer＝prosumer)，能够利用诸如空调、储能、电动汽车等广义需求侧资源，通过参与不同的需求响应项目(如实时电价、尖峰电价、辅助服务等)与输电网产生纵向互动。例如，通过聚合大量的空调负荷，可以参与电网的二次调频。在这样的结构特点下，如果仍将配电网负荷简化为ZIP模型，就无法准确仿真配电网中的需求响应能力以及输电网和配电网的纵向互动能力。为此，需要建立配电网中各类需求侧资源的物理模型，并实现输电网和配电网的联合潮流计算。目前，已经建立了多种典型需求侧资源的物理模型，如空调负荷的等值热力学参数模型(ETP，Equivalent Thermal Parameters)。但是，配电网的特点是节点多、需求侧资源模型各异且数量巨大，这给实时数字仿真带来了巨大的困难。实时数字仿真装置能够与外部保护、控制装置构成半实物仿真系统，具有建模的灵活性、试验结果的可重复性、试验的安全性和经济性等诸多优点。在对智能电网的研究中，实时数字仿真得到了广泛的应用。目前，获得广泛应用的实时数字仿真系统包括RTDS、RT-LAB以及ADPSS。这些系统基于专门的软硬件架构，价格非常昂贵，进行大规模仿真的成本非常巨大。这使得基于这些平台完成配电网与输电网的协同实时数字仿真的经济可行性很差。为此，需要一种更为经济和高效的方法，以仿真配电网中大量需求侧资源与输电网的纵向互动能力，并实现配电网与输电网的联合潮流计算。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述问题提供一种经济可行性高、仿真结果准确、仿真效率高以及适应性广泛的配电网与输电网的协同实时数字仿真方法。为实现本专利技术所述目的，本专利技术提供一种配电网与输电网的协同实时数字仿真方法，该方法包括下列步骤：1)选择解耦点对电网进行解耦，将电网拆分为一个主干输电网和多个配电网；2)利用实时数字仿真装置对主干输电网进行时域仿真，仿真步长小于0.1ms，每个仿真步长的输出结果为瞬时值；3)利用配电网软件分别对多个配电网并行进行相量域仿真，仿真步长大于20ms，每个仿真步长输出的结果为相量；4)实时数字仿真装置和配电网仿真软件进行通信，周期性的执行定时中断步骤直至仿真结束，实现主干输电网与配电网之间的前向控制和反向控制。所述主干输电网中包含发电机、升压变、线路以及降压变模型，所述配电网包含负载和分布式电源。所述步骤1)中选择解耦点对电网进行解耦具体为：11)选择电网中降压变模型的低压侧母线作为解耦点对电网进行拆分；12)将解耦点以下的部分简化为一个四象限等值负荷，与解耦点以上部分合并，得到主干输电网；13)将解耦点以上的部分简化为等值受控电压源，与解耦点以下部分合并，得到配电网。所述步骤4)中定时中断步骤具体为：41)从实时数字仿真装置中提取解耦点母线电压的三相相量；42)将步骤41)中提取的解耦点母线电压的三相相量发送至配电网仿真软件，控制配电网中对应的受控电压源，完成主干输电网对配电网的前向控制；43)从配电网仿真软件中提取解耦点母线送出馈线的功率；44)将步骤43)中提取的解耦点母线送出馈线的功率发送至实时数字仿真装置，控制输电网中对应的四象限等值负荷，完成配电网对主干输电网的反向控制。所述步骤41)中提取解耦点母线电压的三相相量的具体步骤为：411)提取实时数字仿真装置中解耦点母线的三相交流信号；412)对步骤411)中读取的三相交流信号依次进行滤波、采样和FIR滤波，得到处理后的三相交流信号；413)选取大电源出口处母线的三相电压作为输入通过PLL锁相环，输出基准角变量；414)利用步骤413)中的基准角变量和步骤412)中处理后的三相交流信号进行DFT变换，将变换后的结果进行复数变换得到解耦点母线电压的三相相量。所述步骤43)中提取解耦点母线送出馈线的功率的具体步骤为：431)在配电网仿真软件中进行潮流计算，得到解耦点母线的三相电压相量Ua,∠φa,Ub,∠φb,Uc,∠φc和解耦点母线送出馈线的三相电流相量Ia,∠θa,Ib,∠θb,Ic,∠θc；432)根据步骤431)中得到的解耦点母线的三相电压相量和解耦点母线送出馈线的三相电流相量进行有功功率P的计算，具体为：P＝UaIacos(φa-θa)+UbIbcos(φb-θb)+UcIccos(φc-θc)；433)根据步骤431)中得到的解耦点母线的三相电压相量和解耦点母线送出馈线的三相电流相量进行无功功率Q的计算，具体为：Q＝UaIasin(φa-θa)+UbIbsin(φb-θb)+UcIcsin(φc-θc)；434)合并有功功率P和无功功率Q，即为解耦点母线送出馈线的功率。所述步骤4)中周期性的执行定时中断步骤，其周期时间大于20ms并小于1s。所述实时数字仿真装置包括但不限于RTDS、RT-LAB或ADPSS。所述配电网仿真软件包括但不限于GridLab-D或Digsilent。所述步骤4)中实时数字仿真装置和配电网仿真软件进行通信，采用以太网通信技术。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)输电网在实时数字仿真装置中进行时域仿真，配电网分别在多个配电网仿真软件中并行进行相量域仿真，与对整个电网进行实时数字仿真相比节省了大量的成本，经济可行性高。(2)在输电网仿真中将配电网简化为一个四象限等值负荷，考虑了配电网中的需求侧资源，并可以实现输电网和配电网的联合潮流计算，仿真性能高，仿真结果准确。(3)将电网解耦为一个主干输电网和多个配电网，多个配电网并行仿真，主干输电网和多个配电网通过以太网进行通信，仿真的效率增高。(4)采用了实时数字仿真装置，具有建模的灵活性、试验结果的可重复性、试验的安全性以及经济性等诸多优点。(5)配电网仿真软件的运行环境可适用于大部分当下主流的操作系统，适用范围广。附图说明图1为输电网与配电网的解耦示意图；图2为解耦后输电网的仿真模型图；图3为解耦后配电网的仿真模型图；图4为协同实时数字仿真系统结构示意图；图5为四象限负荷的运行区域示意图；图6为定时中断服务程序的算法图；图7为实施例中原电网系统仿真电路图；图8为实施例中RTDS中采用四象限等值负荷的输电网子系统仿真电路图；图9为三相母线相量提取过程示意图；图10为四象限等值负荷示意图；图11为四象限等值负荷控制原理图；图12为输电网子系统三相电压仿真结果曲线图；图13为输电网子系统三相电流仿真结果对比图；图14为配电网子系统三相电压仿真结果对比图；其中，1为基于定时中断服务程序的模拟量信号交换模块，2为以太网通信接口，3为实时数字本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种配电网与输电网的协同实时数字仿真方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：1)选择解耦点对电网进行解耦，将电网拆分为一个主干输电网和多个配电网；2)利用实时数字仿真装置对主干输电网进行时域仿真，仿真步长小于0.1ms，每个仿真步长的输出结果为瞬时值；3)利用配电网软件分别对多个配电网并行进行相量域仿真，仿真步长大于20ms，每个仿真步长输出的结果为相量；4)实时数字仿真装置和配电网仿真软件进行通信，周期性的执行定时中断步骤直至仿真结束，实现主干输电网与配电网之间的前向控制和反向控制。

【技术特征摘要】
1.一种配电网与输电网的协同实时数字仿真方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：1)选择解耦点对电网进行解耦，将电网拆分为一个主干输电网和多个配电网；2)利用实时数字仿真装置对主干输电网进行时域仿真，仿真步长小于0.1ms，每个仿真步长的输出结果为瞬时值；3)利用配电网软件分别对多个配电网并行进行相量域仿真，仿真步长大于20ms，每个仿真步长输出的结果为相量；4)实时数字仿真装置和配电网仿真软件进行通信，周期性的执行定时中断步骤直至仿真结束，实现主干输电网与配电网之间的前向控制和反向控制。2.根据权利要求1所述的配电网与输电网的协同实时数字仿真方法，其特征在于，所述主干输电网中包含发电机、升压变、线路以及降压变模型，所述配电网包含负载和分布式电源。3.根据权利要求2所述的配电网与输电网的协同实时数字仿真方法，其特征在于，所述步骤1)中选择解耦点对电网进行解耦具体为：11)选择电网中降压变模型的低压侧母线作为解耦点对电网进行拆分；12)将解耦点以下的部分简化为一个四象限等值负荷，与解耦点以上部分合并，得到主干输电网；13)将解耦点以上的部分简化为等值受控电压源，与解耦点以下部分合并，得到配电网。4.根据权利要求3所述的配电网与输电网的协同实时数字仿真方法，其特征在于，所述步骤4)中定时中断步骤具体为：41)从实时数字仿真装置中提取解耦点母线电压的三相相量；42)将步骤41)中提取的解耦点母线电压的三相相量发送至配电网仿真软件，控制配电网中对应的受控电压源，完成主干输电网对配电网的前向控制；43)从配电网仿真软件中提取解耦点母线送出馈线的功率；44)将步骤43)中提取的解耦点母线送出馈线的功率发送至实时数字仿真装置，控制输电网中对应的四象限等值负荷，完成配电网对主干输电网的反向控制。5.根据权利要求4所述的配电网与输电网的协同实时数字仿真方法，其特征在于，所述步骤41)中提取解耦点母线电压的三相相量的具体步骤为：411)提取实时数字仿真装置中解耦点母线的三相交流信号；412)对...

【专利技术属性】
技术研发人员：张沛超，蒋松含，燕续峰，黄宏声，黄凤仪，
申请(专利权)人：上海市南变配电站服务有限公司，上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31