次同步谐振的机电联合仿真方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种次同步谐振的机电联合仿真方法及系统，其中，方法包括以下步骤：获取电力系统的建模参数，在PSCAD软件中建立电气模型；获取汽轮发电机组轴系的建模参数，在ANSYS软件中建立连续质块轴系模型；设置状态文件与数据文件；建立数据通信接口；在接收启动信号之后，通过电气模型和连续质块轴系模型实现PSCAD软件和ANSYS软件的联合仿真。本发明专利技术实施例的方法通过PSCAD软件与ANSYS软件的联合计算，将复杂的机械轴系应用于时域仿真分析，从而能直接获取轴系各部位详细的扭矩变化，为后续的疲劳分析奠定了基础，实现更加完整的机电耦合动态分析，提高分析的准确度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统
，特别涉及一种次同步谐振的机电联合仿真方法及系统。
技术介绍
SSR(SubSynchrous Resonance，次同步谐振)问题的分析中常常使用时域仿真法，即利用PSCAD/EMTDC等电磁暂态仿真软件对电力系统及其微分方程进行建模与求解。在应用该方法分析SSR时，相应的各系统部件及其整体需要采用电磁暂态模型。而其中，发电机组的轴系机械系统的模型是不可或缺的。相关技术中，例如在PSCAD(Power Systems Computer Aided Design，电磁暂态仿真软件)/EMTDC(Electromagnetic Transients including DC，仿真计算核心)这样的机网耦合仿真软件中，多采用简单分段集中质块-弹簧模型，它一方面由于较好地保留了机组次同步扭振模式的动态特性，因而可以用于分析SSR的稳定性与机网之间的次同步能量交换过程，另一方面由于阶数较低，便于快速计算，节省时域仿真时间。然而，相比多段和连续质块模型，简单模型不考虑轴系的具体结构，因而无法对机网相互作用中轴系特定轴段的动态过程进行分析。并且，在实际工程中，疲劳分析往往是次同步分析的关键，而轴系各部位详细的扭矩变化情况则是疲劳分析的基础和前提。由于简化轴系模型的缺陷，传统的SSR分析无法得到轴系详细的扭矩参数，因而不能用于疲劳分析，得到的SSR分析结果是不完整的。进一步地，常见的变通做法是先采用等效的简化质块模型与电网迭代求解，然后将得到的电磁扭矩作为激励作用于ANSYS中的复杂轴系模型，或是分别施加各阶频率的扭矩激励，来观察轴系更详细的响应，如应力和形变特性等。然而，这种机电分离的分析方式在理论上存在瑕疵，得到的分析结果也会有较大的偏差。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种能提高分析的准确度的，简单方便的次同步谐振的机电联合仿真方法。本专利技术的另一个目的在于提出一种次同步谐振的机电联合仿真系统。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种次同步谐振的机电联合仿真方法，包括以下步骤：获取电力系统的第一建模参数，并根据所述第一建模参数在电磁暂态仿真PSCAD软件中建立电气模型；获取汽轮发电机组轴系的第二建模参数，并根据所述第二建模参数在ANSYS软件中建立连续质块轴系模型；分别设置所述PSCAD软件和所述ANSYS软件对应的状态文件与数据文件，其中，状态文件用于表示所述PSCAD软件和ANSYS软件是否已经完成当前步长的运算，数据文件用于存储转速、电磁和机械转矩；建立数据通信接口，以通过所述数据通信接口进行所述PSCAD软件和ANSYS软件之间的数据通信；以及在接收启动信号之后，通过所述电气模型和所述连续质块轴系模型实现所述PSCAD软件和ANSYS软件的联合仿真。根据本专利技术实施例提出的次同步谐振的机电联合仿真方法，通过PSCAD软件与ANSYS软件的联合计算，将复杂的机械轴系应用于时域仿真分析，从而能直接获取轴系各部位详细的扭矩变化，为后续的疲劳分析奠定了基础，实现更加完整的机电耦合动态分析，提高分析的准确度。另外，根据本专利技术上述实施例的次同步谐振的机电联合仿真方法还可以具有如下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述PSCAD软件和ANSYS软件采用延时同步方式启动联合仿真。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，在所述根据所述第二建模参数在ANSYS软件中建立连续质块轴系模型之前，还包括：设置所述ANSYS的瑞利阻尼参数。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，通过模式阻尼根据以下公式获取所述瑞利阻尼参数，所述公式为：σr=12(α+βpr2)]]>其中，σr和pr分别表示模式阻尼和对应的模式频率，α、β分别表示所述瑞利阻尼参数。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，在已知阻尼矩阵的具体参数时，通过对阻尼矩阵中所有元素进行最小二乘法拟合获取所述瑞利阻尼参数，所述公式为：minz=Σi=1nΣj=1n[Cij-(αMij+βKij)]2]]>其中，C表示阻尼矩阵，M表示质量矩阵，K表示刚度矩阵，α、β分别表示所述瑞利阻尼的参数。本专利技术另一方面实施例提出了一种次同步谐振的机电联合仿真系统，包括：第一创建模块，用于获取电力系统的第一建模参数，并根据所述第一建模参数在电磁暂态仿真PSCAD软件中建立电气模型；第二创建模块，用于获取汽轮发电机组轴系的第二建模参数，并根据所述第二建模参数在ANSYS软件中建立连续质块轴系模型；文件设置模块，用于分别设置所述PSCAD软件和所述ANSYS软件对应的状态文件与数据文件，其中，状态文件用于表示所述PSCAD软件和ANSYS软件是否已经完成当前步长的运算，数据文件用于存储转速、电磁和机械转矩；建立模块，用于建立数据通信接口，以通过所述数据通信接口进行所述PSCAD软件和ANSYS软件之间的数据通信；以及仿真模块，用于在接收启动信号之后，通过所述电气模型和所述连续质块轴系模型实现所述PSCAD软件和ANSYS软件的联合仿真。根据本专利技术实施例提出的次同步谐振的机电联合仿真系统，通过PSCAD软件与ANSYS软件的联合计算，将复杂的机械轴系应用于时域仿真分析，从而能直接获取轴系各部位详细的扭矩变化，为后续的疲劳分析奠定了基础，实现更加完整的机电耦合动态分析，提高分析的准确度。另外，根据本专利技术上述实施例的次同步谐振的机电联合仿真系统还可以具有如下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述PSCAD软件和ANSYS软件采用延时同步方式启动联合仿真。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，上述系统还包括：参数设置模块，用于设置所述ANSYS的瑞利阻尼参数。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，通过模式阻尼根据以下公式获取所述瑞利阻尼参数，所述公式为：σr=12(α+βpr2)]]>其中，σr和pr分别表示模式阻尼和对应的模式频率，α、β分别表示所述瑞利阻尼参数。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，在已知阻尼矩阵的具体参数时，通过对阻尼矩阵中所有元素进行最小二乘法拟合获取所述瑞利阻尼参数，所述公式为：minz=Σi=1nΣj=1n[Cij-(αMij+βKij)]2]]>其中，C表示阻尼矩阵，M表示质量矩阵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种次同步谐振的机电联合仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：获取电力系统的第一建模参数，并根据所述第一建模参数在电磁暂态仿真PSCAD软件中建立电气模型；获取汽轮发电机组轴系的第二建模参数，并根据所述第二建模参数在ANSYS软件中建立连续质块轴系模型；分别设置所述PSCAD软件和所述ANSYS软件对应的状态文件与数据文件，其中，状态文件用于表示所述PSCAD软件和ANSYS软件是否已经完成当前步长的运算，数据文件用于存储转速、电磁和机械转矩；建立数据通信接口，以通过所述数据通信接口进行所述PSCAD软件和ANSYS软件之间的数据通信；以及在接收启动信号之后，通过所述电气模型和所述连续质块轴系模型实现所述PSCAD软件和ANSYS软件的联合仿真。

【技术特征摘要】
1.一种次同步谐振的机电联合仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取电力系统的第一建模参数，并根据所述第一建模参数在电磁暂态仿真PSCAD软
件中建立电气模型；
获取汽轮发电机组轴系的第二建模参数，并根据所述第二建模参数在ANSYS软件中
建立连续质块轴系模型；
分别设置所述PSCAD软件和所述ANSYS软件对应的状态文件与数据文件，其中，状
态文件用于表示所述PSCAD软件和ANSYS软件是否已经完成当前步长的运算，数据文件
用于存储转速、电磁和机械转矩；
建立数据通信接口，以通过所述数据通信接口进行所述PSCAD软件和ANSYS软件之
间的数据通信；以及
在接收启动信号之后，通过所述电气模型和所述连续质块轴系模型实现所述PSCAD
软件和ANSYS软件的联合仿真。
2.根据权利要求1所述的次同步谐振的机电联合仿真方法，其特征在于，所述PSCAD
软件和ANSYS软件采用延时同步方式启动联合仿真。
3.根据权利要求1所述的次同步谐振的机电联合仿真方法，其特征在于，在所述根据
所述第二建模参数在ANSYS软件中建立连续质块轴系模型之前，还包括：设置所述ANSYS
的瑞利阻尼参数。
4.根据权利要求3所述的次同步谐振的机电联合仿真方法，其特征在于，通过模式阻
尼根据以下公式获取所述瑞利阻尼参数，所述公式为：
σr=12(α+βpr2)]]>其中，σr和pr分别表示模式阻尼和对应的模式频率，α、β分别表示所述瑞利阻尼参数。
5.根据权利要求3所述的次同步谐振的机电联合仿真方法，其特征在于，在已知阻尼
矩阵的具体参数时，通过对阻尼矩阵中所有元素进行最小二乘法拟合获取所述瑞利阻尼参
数，所述公式为：
minz=Σi=1nΣj=1n[Cij-(αMij+βKij)]2]]>其中，C表示阻尼矩阵，M表示质量矩阵，K表示刚度矩阵，α、β分别表示所述瑞利阻
尼的参数。
6.一种次同步...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢小荣，张传宇，刘华坤，蒋东翔，刘超，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11