一种基于半隐式松弛的电磁暂态并行仿真方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于半隐式松弛的电磁暂态并行仿真方法，所述仿真方法包括如下步骤：以接地电容为边界将交直流系统划分为多个第一子网；利用半隐式松弛法对多个所述第一子网中的满足单个支路形式或耦合支路形式的第一子网进行仿真，获得半隐式松弛仿真结果；将多个所述第一子网中不满足单个支路形式或耦合支路形式的第一子网构建成空间分布网络；利用节点电压法对所述空间分布网络进行仿真，获得空间分布仿真结果。从状态方程积分格式出发，通过分析采用不同积分格式变量间的时间延迟特性，提出半隐式差分方程，构建基于半隐式松弛法的交直流系统的高效并行计算方法，提高了电磁暂态仿真度的速度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于半隐式松弛的电磁暂态并行仿真方法及系统
本专利技术涉及电磁暂态仿真
，特别是涉及一种基于半隐式松弛的电磁暂态并行仿真方法及系统。
技术介绍
随着高压直流输电(high-voltagedirectcurrent，HVDC)、柔性交流输电(flexibleACtransmissionsystem，FACTS)以及规模化新能源的发展，大量电力电子装置接入电网，使如今的电力系统呈现出电力电子化趋势。电力电子装置具有动作频率高、暂态过程快的特点，含大量电力电子设备的系统不仅方程阶数高，而且为保证数值稳定性需要采用小步长仿真，使得传统的电磁暂态仿真和现有的商业化产品仿真速度慢，效率低。多速率仿真能够提高仿真速度，但是当系统规模庞大时，仍然面临着求解超高阶线性代数方程组的问题。采用并行计算，将大规模交直流电网分割成若干个小规模同速率或不同速率的子网，既能实现大电网的降维，减少计算量，又可以借助并行计算技术，提高仿真效率。传统电磁暂态并行仿真的方法有很多，具体情况如下：(1)传输线分网方法，当仿真步长小于电磁波在线路中的传输时间时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于半隐式松弛的电磁暂态并行仿真方法，其特征在于，所述仿真方法包括如下步骤：/n以接地电容为边界将交直流系统划分为多个第一子网；/n利用半隐式松弛法对多个所述第一子网中的满足单个支路形式或耦合支路形式的第一子网进行仿真，获得半隐式松弛仿真结果；/n将多个所述第一子网中不满足单个支路形式或耦合支路形式的第一子网构建成空间分布网络；/n利用节点电压法对所述空间分布网络进行仿真，获得空间分布仿真结果；/n令仿真时长t的值增加Δt，仿真次数n增加1，返回步骤“利用半隐式松弛法对多个所述第一子网中的满足单个支路形式或耦合支路形式的第一子网进行仿真，获得半隐式松弛仿真结果”，进行下一时步仿真。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于半隐式松弛的电磁暂态并行仿真方法，其特征在于，所述仿真方法包括如下步骤：
以接地电容为边界将交直流系统划分为多个第一子网；
利用半隐式松弛法对多个所述第一子网中的满足单个支路形式或耦合支路形式的第一子网进行仿真，获得半隐式松弛仿真结果；
将多个所述第一子网中不满足单个支路形式或耦合支路形式的第一子网构建成空间分布网络；
利用节点电压法对所述空间分布网络进行仿真，获得空间分布仿真结果；
令仿真时长t的值增加Δt，仿真次数n增加1，返回步骤“利用半隐式松弛法对多个所述第一子网中的满足单个支路形式或耦合支路形式的第一子网进行仿真，获得半隐式松弛仿真结果”，进行下一时步仿真。


2.根据权利要求1所述的基于半隐式松弛的电磁暂态并行仿真方法，其特征在于，利用半隐式松弛法对多个所述第一子网中的满足单个支路形式的第一子网进行仿真，具体包括：
推进半个时步，即，时刻时，利用公式更新第一子网的每个节点的电压；
推进一个时步，即，t+Δt时刻时，利用公式更新第一子网的每个支路的电流；
其中，Vin+1/2为第n次仿真更新后的节点i的电压，Vin-1/2为第n次仿真更新前的节点i的电压，为第n次仿真更新后的节点j的支路电压，为第n次仿真的起始时刻节点i的电流源的值，Ci为节点i的电容值，Gi为节点i的电导值，Mi为与第i个支路的节点相连的支路数目；表示与节点i相连的第k个支路的更新前的电流；Lij表示节点i与节点j之间的电感值，Rij表示节点i与节点j之间的电阻值；表示第n次仿真的起始时刻之后的半个时步的时刻节点i与节点j之间的电压源；和分别表示第n次仿真更新前和更新后的节点i与节点j之间的电流，Δt表示一个时步的时间间隔。


3.根据权利要求2所述的基于半隐式松弛的电磁暂态并行仿真方法，其特征在于，利用半隐式松弛法对多个所述第一子网中的满足耦合支路形式的第一子网进行仿真，具体包括：
推进半个时步，即，时刻时，利用公式更新第一子网的每个节点的电压；
推进一个时步，即，t+Δt时刻时，利用公式更新第一子网的每个支路的电流；
其中，α为第一中间量，β为第二中间量；



A，B分别为交直流系统的系统矩阵和输入矩阵；






其中，1,2…N表示支路的标号，L表示线路的自感，M表示线路间的互感，R表示支路上的电阻。


4.根据权利要求2所述的基于半隐式松弛的电磁暂态并行仿真方法，其特征在于，所述利用节点电压法对所述空间分布网络进行仿真，获得空间分布仿真结果，具体包括：
在所述空间分布网络中选取多个节点作为分裂点，
根据所述分裂点将所述空间分布网络分裂成多个相互独立的第二子网；
推进半个时步，即，时刻时，利用公式更新子网的每个分裂点的电压；
根据每个第二子网的电流源和每个分裂点的电压，利用公式计算每个第二子网内部的节点的电压；
其中，Y1表示空间分布网络的节点导纳矩阵，Y11、Y22和YKK分别表示第1个、第2个和第K个第二子网的节点导纳；表示第n次仿真更新后的空间分布网络的节点电压列矢量，和分别表示第n次仿真更新后的第1个、第2个和第K个第二子网的节点电压；表示第n次仿真更新前的空间分布网络的等值历史电流源列矢量，和分别表示第n次仿真更新前的第1个、第2个和第K个子网的等值历史电流源；表示时刻的空间分布网络的节点注入电流列矢量和分别表示时刻的第1个、第2个和第K个第二子网的节点注入电流；Y2表示空间分布网络的分裂点的导纳向量，Y2＝[Y1tY2t…Ytt]，Y1t、Y2t和Y1t分别为第1个、第2个和第t个分裂点的导纳；表示第n次仿真更新后的分裂点的电压列矢量，V1n+1/2、和Vtn+1/2分别表示第n次仿真更新后的第1个、第2个和第t个分裂点的节点电压；
推进一个时步，即，t+Δt时刻时，利用公式或公式计算每个第二子网k的电流源
其中，表示第n次仿真更新后的第二子网k的电感元件的电流源，表示第n次仿真更新后的第二子网k的电流元件的电流源，为t时刻节点k流向节点m的电流，和分别为时刻节点k和节点m的电压，L为电感元件的电感值，C为电容元件的电容值。


5.根据权利要求4所述的基于半隐式松弛的电磁暂态并行仿真方法，其特征在于，所述利用节点电压法对所述空间分布网络进行仿真，获得空间分布仿真结果，具体包括：
从所述空间分布网络中选取多个支路作为切割支路；
根据所述切割支路将所述空间分布网络分割成多个相互独立的第二子网；
推进半个时步，即，时刻时，利用公式更新第二子网内部节点的电压；
推进一个时步，即，t+Δt时刻时，利用公式更新第二子网切割支路电流；
利用公式或公式计算每个第二子网k的电流源
其中，表示第n次仿真更新后的空间分布网络的节点电压列矢量，表示t时刻的空间分布网络的节点注入电流列矢量，表示第n次仿真更新前的切割支路上的电流矩阵，和分别表示第n次仿真更新前的第1个、第2个和第K个分割支路上的电流；M表示节-支关联矩阵M＝[M1M2…MK]，M1、M2和MK分别为节-支关联矩阵中与第1个、第2个和第K个分割支路对应的子矩阵。


6.一种基于半隐式松弛的电磁暂态并行仿真系统，其特征在于，所述仿真系统包括如下步骤：
网络划分模块，用于以接地...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚蜀军，庞博涵，姚逸凡，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11