一种大规模交直流输电系统电磁暂态模型自动生成方法技术方案

本发明专利技术涉及电力系统仿真技术领域，公开了一种大规模交直流输电系统电磁暂态模型自动生成方法，基于大规模交直流输电系统的机电暂态程序和默认的电磁暂态数据，将包含换流器在内的多种电力设备及其拓扑关系抽象为节点和支路等父类，并派生得到电源、负荷、线路、变压器、换流器、控制器等六个子类，实例化后得到初始的电磁暂态模型，再考虑实际研究对象，采用交直流输电线路的分布参数、变压器的磁路参数和换流器的详细参数等电磁暂态数据对初始的电磁暂态模型进行修正，最终自动生成大规模交直流输电系统的电磁暂态模型，可用于交直流输电线路过电压、变压器磁饱和、交直流谐波耦合、宽频振荡等各种涉及电磁暂态特性问题的研究。宽频振荡等各种涉及电磁暂态特性问题的研究。宽频振荡等各种涉及电磁暂态特性问题的研究。

【技术实现步骤摘要】
一种大规模交直流输电系统电磁暂态模型自动生成方法


[0001]本专利技术涉及电力系统仿真
，具体为一种大规模交直流输电系统电磁暂态模型自动生成方法。

技术介绍

[0002]“双碳”目标下，以风电、光伏发电等新能源发电为主体的新型电力系统得到了广泛发展，电力系统高度电力电子化和扁平化的特点愈加明显。电力电子设备的大规模接入使得电力系统的动态特性日益复杂，而传统机电暂态分析程序的仿真步长为毫秒级，主要用于潮流计算、短路计算和静态稳定性分析，主要反映系统的工频信息，难以用于采用分布参数的输电线路过电压、交直流谐波耦合与宽频振荡等问题的计算与分析。因此，基于已有的机电暂态数据，或采用机电暂态
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电磁暂态混合仿真技术，或采用全电磁暂态仿真技术成为分析电力系统电磁暂态特性的两条主要技术路线：1）机电暂态
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电磁暂态混合仿真技术：机电暂态
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电磁暂态混合仿真技术结合了机电暂态分析程序仿真速度快和电磁暂态分析程序精度高的特点，针对大规模交直流输电系统机电暂态分析过程中新能源厂站、换流站或其他重点关注的区域开展电磁暂态建模分析。该技术主要存在的问题是计算精度严重依赖于机电
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电磁暂态接口位置的选择和数据交互算法的设计；机电暂态仿真部分的精度难以满足输电线路过电压、谐波耦合和宽频振荡计算分析等仿真精度要求较高场合的需求，从而导致整个模型的仿真精度受到限制，是一个机电暂态模型向全电磁暂态模型发展的过渡产物；2）电磁暂态仿真技术：电磁暂态仿真技术基于交直流输电系统的电压、电流瞬时值，并充分考虑电力电子设备的非线性特征和输电线路的分布参数特性，建立考虑高频动态特性的详细电磁暂态模型。针对现有交直流输电系统的主要参数一般以机电暂态数据格式存在的现状，现有技术多在机电暂态数据的基础上，采用人工或者自动的方式直接在电磁暂态仿真平台搭建仅含工频电路参数的电磁暂态模型。
[0003]现有技术方案：1）措施1：机电暂态
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电磁暂态混合仿真技术，可以参考以下文献：【参考文献1】刘文焯，侯俊贤，汤涌等；考虑不对称故障的机电暂态
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电磁暂态混合仿真方法[J]，中国电机工程学报，2010.30(13):8
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15；【参考文献2】岳程燕，田芳，周孝信等；电力系统电磁暂态
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机电暂态混合仿真接口原理[J]，电网技术，2006(01):23
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27+88；【参考文献3】柳勇军，闵勇，梁旭；电力系统数字混合仿真技术综述[J]，电网技术，2006(13):38
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43。
[0004]但该措施计算精度严重依赖于机电
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电磁暂态接口位置的选择和数据交互算法的设计；机电暂态模型部分的精度难以满足线路过电压、谐波耦合和宽频振荡计算分析等仿
真精度要求较高场合的需求；计算过程中初始化过程繁琐；硬件配置要求高。
[0005]2）措施2：电磁暂态仿真技术，可以参考以下文献：【参考文献4】张民，贺仁睦，孙哲，陶华，石岩；一种机电暂态向电磁暂态的模型转换方案及实现方法[P]，北京市：CN101539963B，2011
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02
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02；【参考文献5】郭强，朱艺颖，胡涛等；一种自动生成大规模电网电磁暂态仿真模型的方法及系统[P]，北京市：CN109766586A，2019
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05
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17。
[0006]但该措施电力设备类型和数目的更新问题未得到有效解决，维护开销较高；仅含系统的工频电路参数信息，没有考虑电力电子设备的非线性特征和输电线路的分布参数特性，难以准确反映交直流输电系统的电磁暂态特性，不能满足操作过电压、谐波耦合和宽频振荡等计算分析需求。

技术实现思路

[0007]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种大规模交直流输电系统电磁暂态模型自动生成方法，可用于交直流输电线路过电压、变压器磁饱和、交直流谐波耦合、宽频振荡等各种涉及电磁暂态特性问题的研究。技术方案如下：一种大规模交直流输电系统电磁暂态模型自动生成方法，包括如下步骤：步骤1：分析机电暂态程序和默认的电磁暂态数据，抽象得到关注区域交直流输电系统的UML类图；并定义顶级父类及其子类，令其具有读数据、写数据、设置坐标的静态方法；步骤2：依据电力设备节点的数目，抽象得到包括节点类和支路类的次顶级父类；步骤3：基于节点类，派生得到电源类和负荷类；步骤4：基于支路类，派生得到交直流输电线路类、变压器类、换流器类和控制器类；至此得到的初始的电磁暂态模型；步骤5：校核潮流并计算潮流误差，对比机电暂态程序和所述电磁暂态模型的程序，分别计算由机电暂态程序计算得到的有功功率、无功功率和母线电压有效值，并计算N个测量位置的潮流误差；若潮流误差的无穷范数小于误差上限值，则所述电磁暂态模型的程序正确；反之，则排查所述电磁暂态模型的程序，直至满足条件；步骤6：基于补充的电磁暂态数据，对交直流输电系统的元件类型和参数进行补充和修正；基于包括交直流输电线路的分布参数、换流器的详细控制参数，变压器的磁路参数的详细电磁暂态数据，根据研究对象的不同，选择一项或多项数据来修正所述初始的电磁暂态模型，其余参数仍采用默认的电磁暂态数据；得到最终适用于交直流输电系统的电磁暂态模型。
[0008]进一步的，所述步骤2具体为：将节点数目为1的电力设备抽象为节点类，并增加节点名称和节点位置属性；将节点数目大于1的电力设备抽象为支路类，并增加支路名称和支路位置属性。
[0009]更进一步的，所述步骤3具体为：步骤3.1.1：基于节点类，派生得到电源类，并增加包括额定电压、额定频率、额定容量的属性；步骤3.1.2：基于电源类，派生得到三相电压源，并增加包括阻抗类型、阻抗数值、
中心点接地选择、相位大小的电压源属性；步骤3.1.3：基于电源类，派生得到同步发电机，并增加包括定子电阻数值、直轴不饱和同步电抗、交轴不饱和同步电抗、直轴暂态电抗、交轴暂态电抗、直轴暂态开路时间常数、交轴暂态开路时间常数、直轴次暂态电抗、交轴次暂态电抗、直轴次暂态时间常数、交轴次暂态时间常数的属性；步骤3.2.1：基于节点类，派生得到负荷类，并增加包括额定容量和额定电压的属性；步骤3.2.2：基于负荷类，派生得到固定负荷；固定负荷拥有一个设置功率的实例方法SetLoad（double P0、double Q0、double V
N
、double NP、double NQ、double k
PF
、double k
QF
），满足：式中，P、Q分别为固定负荷吸收的有功功率和无功功率，P0、Q0分别为额定有功功率和额定无功功率，V和V
N
分别为相电压有效值的实际测量值和额定值，NP和NQ分别为有功的电压系数和无功的电压变化系数，Δf为系统的频率变化量，k
PF
、k
QF
分别为有功和无功的频率变化系数；通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大规模交直流输电系统电磁暂态模型自动生成方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：分析机电暂态程序和默认的电磁暂态数据，抽象得到关注区域交直流输电系统的UML类图；并定义顶级父类及其子类，令其具有读数据、写数据、设置坐标的静态方法；步骤2：依据电力设备节点的数目，抽象得到包括节点类和支路类的次顶级父类；步骤3：基于节点类，派生得到电源类和负荷类；步骤4：基于支路类，派生得到交直流输电线路类、变压器类、换流器类和控制器类；至此得到的初始的电磁暂态模型；步骤5：校核潮流并计算潮流误差，对比机电暂态程序和所述电磁暂态模型的程序，分别计算由机电暂态程序计算得到的有功功率、无功功率和母线电压有效值，并计算N个测量位置的潮流误差；若潮流误差的无穷范数小于误差上限值，则所述电磁暂态模型的程序正确；反之，则排查所述电磁暂态模型的程序，直至满足条件；步骤6：基于补充的电磁暂态数据，对交直流输电系统的元件类型和参数进行补充和修正；基于包括交直流输电线路的分布参数、换流器的详细控制参数，变压器的磁路参数的详细电磁暂态数据，根据研究对象的不同，选择一项或多项数据来修正所述初始的电磁暂态模型，其余参数仍采用默认的电磁暂态数据；得到最终适用于交直流输电系统的电磁暂态模型。2.根据权利要求1所述的一种大规模交直流输电系统电磁暂态模型自动生成方法，其特征在于，所述步骤2具体为：将节点数目为1的电力设备抽象为节点类，并增加节点名称和节点位置属性；将节点数目大于1的电力设备抽象为支路类，并增加支路名称和支路位置属性。3.根据权利要求1所述的一种大规模交直流输电系统电磁暂态模型自动生成方法，其特征在于，所述步骤3具体为：步骤3.1.1：基于节点类，派生得到电源类，并增加包括额定电压、额定频率、额定容量的属性；步骤3.1.2：基于电源类，派生得到三相电压源，并增加包括阻抗类型、阻抗数值、中心点接地选择、相位大小的电压源属性；步骤3.1.3：基于电源类，派生得到同步发电机，并增加包括定子电阻数值、直轴不饱和同步电抗、交轴不饱和同步电抗、直轴暂态电抗、交轴暂态电抗、直轴暂态开路时间常数、交轴暂态开路时间常数、直轴次暂态电抗、交轴次暂态电抗、直轴次暂态时间常数、交轴次暂态时间常数的属性；步骤3.2.1：基于节点类，派生得到负荷类，并增加包括额定容量和额定电压的属性；步骤3.2.2：基于负荷类，派生得到固定负荷；固定负荷拥有一个设置功率的实例方法SetLoad(double P0、double Q0、double V
N
、double NP、double NQ、double k
PF
、double k
QF
)，满足：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘天琪，何海林，王顺亮，史华勃，马俊鹏，王俊磊，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：