一种电力系统直流电网实时仿真方法及装置

本发明公开了一种电力系统直流电网实时仿真方法及装置，在单个硬件条件不满足要求的条件下，采用替代定理，将直流输电系统在直流线路处将系统分割为两个子系统，用以解决无法实时仿真直流输电系统的问题。分割方法为测量分割接口处的电压和电流信号，利用受控电压源和受控电流源作为信号接收装置接收测量的电压和电流信号，而测量的电压电流信号通过网线以及交换机进行传输，实现模型的分割和分机仿真。从而将原来一个仿真机内仿真的系统分为多个仿真机进行仿真，减小了单个仿真机的预计算量和存储量，同时也减小了矩阵的个数，加快仿真，从而实现仿真的实时化。

技术领域
本发明属于新能源发电及能源节约仿真技术领域，具体涉及一种电力系统直流电网实时仿真方法及装置。
背景技术
受仿真机存储容量及CPU处理能力的限制，其所能实时计算的开关数及存储容量都是有限的。随着直流输电技术的不断发展，整流器和逆变器中开关数量不断增加，对开关器件的预计算量所需存储容量超出了实时仿真器单个核的容量大小，而给仿真器实时仿真直流输电系统带来了巨大的挑战。大部分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开关器件比较多时，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开关器件状态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。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种电力系统直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。本发明采取的技术方案为：一种电力系统直流电网实时仿真方法，该方法为：在背靠背直流输电系统中，在直流输电线路处，将模型分割为两个子系统，将每个子系统对应一个仿真机进行仿真，仿真机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。一种电力系统直流电网实时仿真方法，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：i_km(t)为流过电感元件电流，I_L(t-Δt)为上一步长电流值，[u_k(t)-u_m(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，i_km(t-Δt)为流过电感元件上一步长电流值，[u_k(t-Δt)-u_m(t-Δt)]为电感元件上一步长的压降；电容元件差分化表达式为：              其中i_km(t)为流过电容元件的电流，I_C(t-Δt)为上一步长电流值，[u_k(t)-u_m(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，i_km(t-Δt)为流过电容元件上一步长电流值，[u_k(t-Δt)-u_m(t-Δt)]为电容元件上一步长的压降；2)在直流线路处，将模型进行分割，含有整流器部分为一个子系统，称为子系统1，含逆变器部分为另一个子系统，称为子系统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。一种电力系统直流电网实时仿真方法包括直流电网实时仿真装置，它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。本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的效果如下：(1)本发明将背靠背直流输电系统在直流线路处分割为两个子系统，分别编译和下载到两个实时仿真器内运行，达到实时仿真的目的，以解决多开关器件不能实时仿真的问题；(2)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。
附图说明
图1为本发明实施例采用的直流电网拓扑图；图2为本发明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为本发明实施例的逆变侧交流侧分割前电流波形图；图6为本发明实施例的逆变侧交流侧分割后电流波形图；图7为本发明实施例的整流器交流侧分割前电流波形图；图8为本发明实施例的整流器交流侧分割后电流波形图；图9为本发明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发明进行进一步介绍。实施例1：如图1-图9所示，一种电力系统直流电网实时仿真方法，该方法为：在背靠背直流输电系统中，在直流输电线路处，将模型分割为两个子系统，将每个子系统对应一个仿真机进行仿真，仿真机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。一种电力系统直流电网实时仿真方法，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：i_km(t)为流过电感元件电流，I_L(t-Δt)为上一步长电流值，[u_k(t)-u_m(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，i_km(t-Δ)t为流过电感元件上一步长电流值，[u_k(t-Δt)-u_m(t-Δt)]为电感元件上一步长的压降；电容元件差分化表达式为：              其中i_km(t)为流过电容元件的电流，I_C(t-Δt)为上一步长电流值，[u_k(t)-u_m(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，i_km(t-Δt)为流过电容元件上一步长电流值，[u_k(t-Δt)-u_m(t-Δt)]为电容元件上一步长的压降；2)在直流线路处，将模型进行分割，含有整流器部分为一个子系统，称为子系统1，含逆变器部分为另一个子系统，称为子系统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。一种电力系统直流电网实时仿真方法包括直流电网实时仿真装置，它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。例如：对于一个简单12脉波背靠背直流输电系统而言，其中含有24个开关，实时仿真器会对每种开关状态都进行预计算并存储预计算所得到的系统矩阵，则取值将达到2^24＝16777216个，从而得知系统矩阵所需的存储空间是巨大的，且每次开关动作计算量也是巨大的。如果在直流线路处将其平均分为两部分，即整流侧为一个状态空间群组，逆变侧为另一个状态空间群组，则系统矩阵为2*2^12＝8192，这样就大大节省了存储空间和预计算量，从而实现实时仿真。而如果分割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为2^12＝4096个，这更加节省了每个实时仿真器的存储量和预计算量。实施例2：图1是背靠背换流器拓扑结构图，在直流线路处将整个系统一分为二，由电源、整流阀、电抗器以及直流线路部分构成子系统1，其余部分为子系统2。上位机和实时仿真器之间通过以太网连接，子系统1通过上位机编译及下载到实时仿真机1中进行仿真，子系统2通过上位机编译及下载到实时仿真机2内进行仿真，而两个实时仿真器之间通过网线以及交换机连接。利用电压测量元件子系统1分割端口的电压信号，利用电流测量元件测量子系统2分割端口处的电流信号，并且在电压测量元件后接上受控电流源，接收来自子系统2分割端口处测量得到的电流信号，在电流测量元件处接上受控电压源，接收来自子系统1分割端口处测量得到的电压信号，测量得到的电压及电流信号通过网线以及交换机进行信号传输。分割后模型如图2所示。实施效果：在图1和图2实施例中验证了该技术的效果，正常运行时，在t＝0.5秒时直流侧发生接地故障,t＝0.6秒故障消失,然后在t＝0.8秒时逆变器交流侧发生单相接地故障，t＝0.9秒时故障消失。图4分别是逆变器交流侧和整流器交流侧分割前后的电流，可以看出，不管在稳态还是暂态情况下，分割前后电流波形基本一致。因此，此模型分割方法是成功的。本发明公开了在单个硬件条件不满足要求的条件下，采用替代定理，将直流输电系统在直流线路处将系统分割为两个子系统，用以解决无法实时仿真直流输电系统的问题。分割方法为测量分割接口处的电压和电流信号，利用受控电压源和受控电流源作为信号接收装置接收测量的电压和电流信号，而测量的电压电流信号通过网线以及交换机进行传输，实现模型的分割和分机仿真。从而将原来一个仿真机内仿真的系统分为多个仿真机进行仿真，减小了单个仿真机的预计算量和存储量，同时也减小了矩阵的个数，加快仿真，从而实现仿真的实时化。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。