一种电力系统交流电网实时仿真装置及其仿真方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电力系统交流电网实时仿真装置，包括上位机和两个实时仿真器UREP，上位机通过以太网模块连接到交换机，交换机通过网口连接到两个实时仿真器UREP。本发明专利技术采用两个实时仿真器，实现多个实时仿真器的同时仿真，减小了单个仿真机的预计算量和存储量，加快仿真效率，从而实现仿真的实时化。

【技术实现步骤摘要】
一种电力系统交流电网实时仿真装置及其仿真方法
本专利技术属于新能源发电及能源节约仿真
，具体涉及一种电力系统交流电网实时仿真装置及其仿真方法。
技术介绍
受仿真机存储容量及CPU处理能力的限制，其所能实时计算的电气节点数及存储容量都是有限的。我国电网已进入跨大区互联时期，系统的节点数超出了实时仿真器单个核的处理能力或所需储存容量太大，而给仿真器实时仿真大型电力系统带来了挑战。大部分实时仿真机的解算基础是基于状态空间法，当所仿真的模型中所包含的系统节点数目较多时，将整个系统作为一个状态空间对电路进行预计算，并针对数目众多且相互耦合的系统元件所要做的大量预计算，将会需要非常大的内存空间及计算量，这就给模型的实时化带来了巨大的困难。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种电力系统交流电网实时仿真装置及其仿真方法，以解决现有技术中存在的问题。本专利技术采取的技术方案为：一种电力系统交流电网实时仿真装置，其特征在于：包括上位机和两个实时仿真器UREP，上位机通过以太网模块连接到交换机，交换机通过网口连接到两个实时仿真器UREP。一种电力系统交流电网实时仿真装置的仿真方法，该方法为：在交流电网中，选取合适节点或节点集，将模型分割为两个大小相等的子系统，将每个子系统对应一个实时仿真器UREP进行仿真，实时仿真器UREP之间通过网线以及交换机连接起来，构成一个仿真机群，然后利用测量元件测量分割端口两侧的信号，并且在分割端口处加装信号接收装置，接收来自对侧端口传递的信号，将每个端口测量到的信号通过网线以及交换机传递给对侧的信号接收装置。一种电力系统交流电网实时仿真装置仿真方法，具体步骤如下：1)对集中电感和电容元件进行离散化处理，处理后的等值电路替代电感和电容元件，采用隐式梯形积分法，则电感元件差分化表达式为：其中:式中：ikm(t)为流过电感元件电流，IL(t-Δt)为上一步长电流值，[uk(t)-um(t)]为电感上的压降，为电感差分化处理后的等效电阻，L为电感值大小,Δt为仿真步长,IL(t-Δt)＝ikm(t-Δt)为流过电感元件上一步长电流值；电容元件差分化表达式为：其中，式中：ikm(t)为流过电容元件的电流，IC(t-Δt)为上一步长电流值，[uk(t)-um(t)]为电容上的压降，为电容元件差分化后的等效电阻，C为电容值大小,Δt为仿真步长,ikm(t-Δt)为流过电容元件上一步长电流值，[uk(t-Δt)-um(t-Δt)]为电容元件上一步长的压降；2)在网络中选取合适的节点或节点集，将大电网分割为大小相等的两个子系统，分别称为子系统1和子系统2；3)采用测量元件测量子系统1分割接口处的电压信号以及子系统2分割接口处的电流信号，并且采用替代定理，在测量元件后接上受控源，用受控电流源替代子系统2，受控电压源替代子系统1；4)将子系统1中测量的电压信号通过网线以及交换机传输给子系统2的受控电压源的信号接收端，子系统2中测量的电流信号通过网线以及交换机传输给子系统1受控电流源的信号接收端。信号在网线以及交换机之间传输会有一定的延时，补偿延时t产生的误差，在子系统的受控电流源控制信号中加入相位超前环节，并且根据需要补偿的延时来设置超前环节的传递函数，保证其在基波频率ω的幅值增益为1，相位超前ωt/π。本专利技术的有益效果：与现有技术相比，本专利技术的效果如下：(1)本专利技术采用两个实时仿真器，实现多个实时仿真器的同时仿真，减小了单个仿真机的预计算量和存储量，加快仿真效率，从而实现仿真的实时化；(2)在受控电流源控制信号中加入相位超前环节，并且根据需要补偿的延时来设置超前环节的传递函数，从而保证其在基波频率的幅值增益为1，相位超前，从而保证仿真的稳定性。附图说明图1为本专利技术实施例采用的交流电网拓扑图；图2为本专利技术实施例模型分割结构图；图3为电感电容元件及其等值电路图；图4为电容元件及其等值电路图；图5为本专利技术实施例的逆变侧分割前短路点电流波形图；图6为本专利技术实施例的逆变侧分割后短路点电流波形图；图7为本专利技术实施例的整流器分割前短路点电压波形图；图8为本专利技术实施例的整流器分割后短路点电压波形图；图9为本专利技术装置结构连接示意图。具体实施方式下面结合附图及具体的实施例对本专利技术进行进一步介绍。实施例1：如图1-图9所示，一种电力系统交流电网实时仿真装置，其特征在于：包括上位机和两个实时仿真器UREP，上位机通过以太网模块连接到交换机，交换机通过网口连接到两个实时仿真器UREP。一种电力系统交流电网实时仿真装置的仿真方法，该方法为：在交流电网中，选取合适节点或节点集，将模型分割为两个大小相等的子系统，将每个子系统对应一个实时仿真器UREP进行仿真，实时仿真器UREP之间通过网线以及交换机连接起来，构成一个仿真机群，然后利用测量元件测量分割端口两侧的信号，并且在分割端口处加装信号接收装置，接收来自对侧端口传递的信号，将每个端口测量到的信号通过网线以及交换机传递给对侧的信号接收装置。例如，对于一个1000节点的大系统来说，其节点导纳矩阵的维数为1000*1000＝1000000，这就大大超过了实时仿真器的存储容量，而如果将系统平均分为两个状态空间群组，在一个仿真机内运行，此时系统节点导纳矩阵的维数为2*500*500＝500000，这就大大降低了矩阵维数，减小了仿真机内的存储量和预计算量，从而使得仿真机能在一个步长内完成预计算，从而实现系统的实时仿真。不仅如此，将模型分割以后，分别在不同的实时仿真器内运行每个状态空间群组，则每个实时仿真器内的系统矩阵维数为500*500＝250000，这更加节省了每个实时仿真器的存储量和预计算量。目前，对于提高仿真机的存储能力及CPU的处理能力所需研发费用昂贵，所以，研究和采用适当的模型分割及其接口算法来实现大电网的实时仿真已经势在必行。模型分割会将一个大系统划分为两个或者多个状态空间群组，不仅减小了系统的等效电气节点数，还能减小每个实时仿真器的存储量和预计算量，从而加速仿真，实现大电网的实时仿真。一种电力系统交流电网实时仿真装置仿真方法，具体步骤如下：1)对集中电感和电容元件进行离散化处理，处理后的等值电路替代电感和电容元件，采用隐式梯形积分法，则电感元件差分化表达式为：其中:式中：ikm(t)为流过电感元件电流，IL(t-Δt)为上一步长电流值，[uk(t)-um(t)]为电感上的压降，为电感差分化处理后的等效电阻，L为电感值大小,Δt为仿真步长,IL(t-Δt)＝ikm(t-Δt)为流过电感元件上一步长电流值；电容元件差分化表达式为：其中，式中：ikm(t)为流过电容元件的电流，IC(t-Δt)为上一步长电流值，[uk(t)-um(t)]为电容上的压降，为电容元件差分化后的等效电阻，C为电容值大小,Δt为仿真步长,ikm(t-Δt)为流过电容元件上一步长电流值，[uk(t-Δt)-um(t-Δt)]为电容元件上一步长的压降；2)在网络中选取合适的节点或节点集，将大电网分割为大小相等的两个子系统，分别称为子系统1和子系统2；3)采用测量元件测量子系统1分割接口处的电压信号以及子系统2分割接口处的电流信号，并且采用替代定理，在测量元件后接上受控源，用受控电流源替代子系统2，受控电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力系统交流电网实时仿真装置，其特征在于：包括上位机和两个实时仿真器UREP，上位机通过以太网模块连接到交换机，交换机通过网口连接到两个实时仿真器UREP。

【技术特征摘要】
1.一种电力系统交流电网实时仿真装置，其特征在于：包括上位机和两个实时仿真器UREP，上位机通过以太网模块连接到交换机，交换机通过网口连接到两个实时仿真器UREP。2.根据权利要求1所述的一种电力系统交流电网实时仿真装置的仿真方法，其特征在于：该方法为：在交流电网中，选取合适节点或节点集，将模型分割为两个大小相等的子系统，将每个子系统对应一个实时仿真器UREP进行仿真，实时仿真器UREP之间通过网线以及交换机连接起来，构成一个仿真机群，然后利用测量元件测量分割端口两侧的信号，并且在分割端口处加装信号接收装置，接收来自对侧端口传递的信号，将每个端口测量到的信号通过网线以及交换机传递给对侧的信号接收装置。3.根据权利要求2所述的一种电力系统交流电网实时仿真装置仿真方法，其特征在于：具体步骤如下：1)对集中电感和电容元件进行离散化处理，处理后的等值电路替代电感和电容元件，采用隐式梯形积分法，则电感元件差分化表达式为：其中:IL(t-Δt)＝ikm(t-Δt)式中：ikm(t)为流过电感元件电流，IL(t-Δt)为上一步长电流值，[uk(t)-um(t)]为电感上的压降，为电感差分化处理后的等效电阻，L为电感值大小,Δt为仿真步长,IL(t-Δt)＝ikm(t-Δt)为流...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝正航，刘飞，陈卓，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：贵州,52