基于混合时间尺度建模的直流电力系统动态特性分析方法技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种基于混合时间尺度建模的直流电力系统动态特性分析方法，涉及直流配电的电力电子化系统技术领域，能够提升数字电磁暂态分析的高效性。本发明专利技术包括：建立直流电力系统的EMT子系统和DP子系统；将建立的EMT子系统导入至FPGA1中，建立的DP子系统导入至FPGA2中；根据EMT子系统和DP子系统的外特性建立接口计算模块，并部署在FPGA3上；在初始化后，所述EMT子系统进行n次单步长分析、所述DP子系统一次单步长分析，直至达到交互时刻；将分析的结果输出至终端设备。将分析的结果输出至终端设备。将分析的结果输出至终端设备。

【技术实现步骤摘要】
基于混合时间尺度建模的直流电力系统动态特性分析方法


[0001]本专利技术涉及直流配电的电力电子化系统
，尤其涉及一种基于混合时间尺度建模的直流电力系统动态特性分析方法。

技术介绍

[0002]作为集成了消纳、电动汽车高效接入、配电网改造增容和综合能源系统的重要载体，直流配电已成为未来电网乃至能源互联网的发展方向之一。但是，直流电力系统承接交流主网、低压配网以及风电、光伏等新能源发电系统，源
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荷两端均高度电力电子化，随着容量功率等级的提升和电力电子装置数目的增加，其在电力电子变换器和控制保护策略构成上会极为复杂。
[0003]作为分析和验证多端直流电力系统安全性、稳定性和供电质量特性的重要手段，电力系统暂态分析不受系统规模和结构复杂性的限制。但系统规模的增加和器件开关频率的延伸将使得其在电磁暂态仿真效率方面的矛盾愈发突出(通常需要将积分步长设置为开关周期的1/10甚至更小)。若基于全系统详细模型和小尺度积分步长进行动、静特性研究，数字电磁暂态分析的效率将难以保证。因此，如何同时提升数字电磁暂态分析的高效性，成为需要研究的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的实施例提供一种基于混合时间尺度建模的直流电力系统动态特性分析方法，能够提升数字电磁暂态分析的高效性和精确性。
[0005]为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案：
[0006]S1、建立直流电力系统的EMT子系统和DP子系统；
[0007]S2、将建立的EMT子系统导入至FPGA1中，建立的DP子系统导入至FPGA2中；
[0008]S3、根据EMT子系统和DP子系统的外特性建立接口计算模块，并部署在FPGA3上，所述FPGA3用于EMT计算模块和DP计算模块的数据交互；
[0009]S4、在初始化后，所述EMT子系统进行n次单步长分析、所述DP子系统一次单步长分析，直至达到交互时刻；
[0010]S5、将分析的结果输出至终端设备。
[0011]本实施例的方案，可以应用在直流电力系统动态相量(DP)
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电磁暂态(EMT)混合仿真的平台上，采用动态相量建模处理待仿真直流电力系统非关注部分，保证仿真的高效性；采用电磁暂态建模处理待仿真直流电力系统关注部分，保证仿真的精确性；利用多组块FPGA实现接口数据交互及串、并行时序混合仿真，保证仿真的高效性。搭建了动态相量
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电磁暂态混合仿真异构平台，平衡了直流电力系统仿真的精度和速度。所提的动态相量
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电磁暂态混合仿真对仿真设备的硬件限制小，能够实现对大规模交直流系统的仿真；可以灵活地实现对混合仿真接口模式的修改，对混合仿真的修改与升级。
附图说明
[0012]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0013]图1、2为本专利技术实施例提供的具体实例的示意图；
[0014]图3为本专利技术实施例提供的直流电力系统混合仿真子系统划分方式示意图；
[0015]图4为本专利技术实施例提供的具体实例的混合仿真算法的主要逻辑流程的示意图；
[0016]图5为本专利技术实施例提供的方法流程的示意图。
具体实施方式
[0017]为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。下文中将详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0018]本专利技术实施例提供一种基于混合时间尺度建模的直流电力系统动态特性分析方法，如图5所示，包括：
[0019]S1、建立直流电力系统的EMT子系统和DP子系统。
[0020]S2、将建立的EMT子系统导入至FPGA1中，建立的DP子系统导入至FPGA2中。
[0021]其中，FPGA2也可以理解为一种由多个FPGA组成的集群，在实际应用中，EMT子系统可能是1个，但DP子系统数目可以是多个，FPGA 2可能含多块FPGA。
[0022]S3、根据EMT子系统和DP子系统的外特性建立接口计算模块，部署在FPGA3上，所述FPGA3用于EMT计算模块和DP计算模块的数据交互。
[0023]其中，在FPGA3上还可以导入用于并联合仿真时序控制的逻辑，以便于仿真时序控制逻辑用于选择后续的处理中采用串行还是并行，具体的，仿真时序控制的逻辑可以加载到FPGA3上部署的接口计算模块中，由接口计算模块选择后续的处理中采用串行时序仿真或并行时序仿真。因此，所述FPGA3具体用于仿真时序选择和EMT计算模块和DP计算模块的数据交互。
[0024]S4、在初始化后，所述EMT子系统进行n次单步长分析、所述DP子系统一次单步长分析，直至达到交互时刻。
[0025]S5、将分析的结果输出至终端设备。
[0026]其中，在S1中包括：建立EMT子系统和DP子系统的状态方程，并利用FPGA2运行所述DP子系统，其中，EMT子系统的状态方程为：其中，r
D
为DP子系统的实时交互量，表示EMT子系统状态变量微分项，A
E
表示EMT子系统状态变量矩阵，x
E
表示EMT子系统状态变量，B
E
表示EMT子系统控制变量矩阵，u表示EMT子系统控制变量，C
E
‑
D
表示EMT子系统交互量矩阵，E表示EMT子系统，D表示DP子系统，DP子系统的状态方程为：r
E
为所述EMT子系统的实时交互量，k表示动态相量阶数，表示DP子系统状态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于混合时间尺度建模的直流电力系统动态特性分析方法，其特征在于，包括：S1、建立直流电力系统的EMT子系统和DP子系统；S2、将建立的EMT子系统导入至FPGA1中，建立的DP子系统导入至FPGA2中；S3、根据EMT子系统和DP子系统的外特性建立接口计算模块，并部署在FPGA3上，所述FPGA3用于EMT计算模块和DP计算模块的数据交互；S4、在初始化后，所述EMT子系统进行n次单步长分析、所述DP子系统一次单步长分析，直至达到交互时刻；S5、将分析的结果输出至终端设备。2.根据权利要求1所述的基于混合时间尺度建模的直流电力系统动态特性分析方法，其特征在于，EMT子系统的状态方程表示为：其中，r
D
为DP子系统的实时交互量，表示EMT子系统状态变量微分项，A
E
表示EMT子系统状态变量矩阵，x
E
表示EMT子系统状态变量，B
E
表示EMT子系统控制变量矩阵，u表示EMT子系统控制变量，C
E
‑
D
表示EMT子系统交互量矩阵，下标E表示EMT子系统，下标D表示DP子系统；DP子系统的状态方程表示为：r
E
为所述EMT子系统的实时交互量，k表示动态相量阶数，表示DP子系统状态变量微分项，x
D
表示DP子系统状态变量，j表示虚数单位，ω
s
＝2π/T，T表示基波周期，A
D
表示DP子系统状态变量矩阵，B
D
表示DP子系统控制变量矩阵，u
D
表示DP子系统控制变量，算子<x>
k
表示相应变量的k阶动态相量。3.根据权利要求2所述的基于混合时间尺度建模的直流电力系统动态特性分析方法，其特征在于，还包括：将所述DP子系统的动态过程拆分为实部和虚部，其中，实部和虚部为：R表示实部，I表示虚部，表示DP子系统状态变量实部矩阵，表示DP子系统状态变量虚部矩阵，表示DP子系统控制变量实部矩阵，表示DP子系统控制变量虚部矩阵，表示DP子系统交互量实部矩阵，表示DP子系统交互量虚部矩阵，表示EMT子系统实时交互量实部，表示EMT子系统实时交互量虚部，表示DP子系统状态变量实部，表示DP子系统状态变量虚部。4.根据权利要求1所述的基于混合时间尺度建模的直流电力系统动态特性分析方法，其特征在于，在利用FPGA3进行EMT计算模块和DP计算模块的数据交互的过程中，所采用的接口机制包括：从所述EMT子系统输出的交互量瞬时值中，提取动态相量值；利用所述DP子系统输出的动态相量形式的交互量，生成交互量瞬时值；其中，以受控电压源与受控电流源作为所述EMT子系统和所述DP子系统单步求解时的接口电路，并将交互量作为受控源幅值。5.根据权利要求1所述的基于混合时间尺度建模的直流电力系统动态特性分析方法，
其特征在于，在步骤S4，初始化的过程中，包括：对所述EMT子系统的EMT计算模块、所述DP子系统的DP计算模块和接口计算模块进行初始化处理，所述初始化处理包括：三个模块的时间是同步的且初始时刻都为t＝t0、所述EMT子系统仿真步长Δt、DP子系统仿真步长ΔT＝nΔt、仿真总时长T、所述EMT计算模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鹏伟，卢亮，刘念，孙雅旻，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：