專利名稱：電力系統(tǒng)中鐵心線圈低功率電流互感器模型及其建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)中的模型及其建模方法，具體是指一種電力系統(tǒng)中鐵心線圈低功率電流互感器模型及其建模方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著我國電力系統(tǒng)迅速發(fā)展，規(guī)模不斷擴(kuò)大，新型元件及系統(tǒng)控制技術(shù)不斷在系統(tǒng)中得到應(yīng)用，對(duì)電力系統(tǒng)數(shù)字動(dòng)模仿真技術(shù)帶來新的挑戰(zhàn)。各種新型調(diào)節(jié)和保護(hù)裝置的不斷研制和開發(fā)并投入運(yùn)行，以及數(shù)字化變電站的不斷發(fā)展，要求電力系統(tǒng)仿真技術(shù)能夠靈活建立各種系統(tǒng)裝置的模型，以滿足電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、運(yùn)行、調(diào)度、科學(xué)研究對(duì)系統(tǒng)分析的要求。數(shù)字化變電站中過程層的數(shù)字化主要表現(xiàn)于電子式互感器與合并單元的使用上。過程層的數(shù)字化不僅從物理結(jié)構(gòu)上改變了保護(hù)、測控等電子裝置，同時(shí)由于電子式互感器頻率響應(yīng)范圍較寬，由此也影響了保護(hù)等電子裝置原理和算法。因此，為提高數(shù)字化變電站測試的有效性，電力仿真系統(tǒng)必需能夠仿真電子式互感器的各種特性。
隨著電力系統(tǒng)數(shù)字仿真技術(shù)的發(fā)展，包括RTDS在內(nèi)的實(shí)時(shí)數(shù)字仿真系統(tǒng)對(duì)于復(fù)雜電力系統(tǒng)的仿真精度和速度都取得了較大的進(jìn)步。RTDS是國際上研制和投入商業(yè)化應(yīng)用最早的數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置，也是目前世界上使用最多、最廣泛采用的電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真裝置。RTDS由計(jì)算軟件、計(jì)算處理和接口等硬件設(shè)備組成，包括配套的工作站，可以連續(xù)和實(shí)時(shí)地模擬電力系統(tǒng)的電磁暫態(tài)和機(jī)電暫態(tài)現(xiàn)象，典型仿真步長為5(Γ80μ S。
但在RTDS仿真系統(tǒng)中僅僅存在常規(guī)互感器模型，并未包括電子式互感器模型，正因?yàn)槿绱?，有必要在RTDS中對(duì)電子式互感器進(jìn)行自定義建模。傳統(tǒng)的仿真程序是由軟件開發(fā)者根據(jù)事先確定好的模型進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)，用戶無法改動(dòng)原有模型或者增加新的模型。 模型的變動(dòng)或增加只能由原開發(fā)者通過改寫源代碼來實(shí)現(xiàn)。由于這些改動(dòng)必須與原來的程序嚴(yán)格對(duì)應(yīng)和協(xié)調(diào)，開發(fā)周期長，可靠性測試?yán)щy，故很難及時(shí)滿足眾多用戶的不同要求。 這種被動(dòng)的開發(fā)方式必然落后于實(shí)際的需要。用戶自定義建模功能是解決上述問題的有效方法。它為用戶提供統(tǒng)一的建模平臺(tái)，使用戶無須了解仿真程序內(nèi)部結(jié)構(gòu)和算法實(shí)現(xiàn)的情況下，就可用直觀的方式自行建立新的模型，并由該平臺(tái)完成與仿真程序的接口，從而完成用戶建立新仿真模型的需要。
為適應(yīng)電力系統(tǒng)新型元件的不斷引入以及實(shí)際電力生產(chǎn)中特定元件特性的仿真需求，電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真軟件RTDS提供了以CBuilder為基礎(chǔ)的自定義建模平臺(tái)以滿足 用戶對(duì)元件的自定義需求。
CBuilder是RTDS軟件提供的用戶自定義建模功能程序，是由RTDS早起應(yīng)用的用戶自定義軟件UDC(User Defined Compont)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來,相比其有更友好的編輯環(huán)境和處理方式。用戶無須了解仿真軟件程序內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和算法實(shí)現(xiàn)，可根據(jù)仿真要求，直觀地自行搭建自定義模型。CBui Ider平臺(tái)自動(dòng)與RTDS仿真程序和用戶模型庫接口，用戶自定義的類C代碼通過元件直接嵌入RTDS主程序之中，無需對(duì)外部子程序進(jìn)行編譯及頻繁的調(diào)用，因而運(yùn)行效率較高。CBuilder具有友好的自定義建模界面，用戶能夠方便的進(jìn)行搭建或修改模型、參數(shù)及其計(jì)算代碼。
現(xiàn)有技術(shù)包括中國電力科學(xué)研究院研發(fā)了基于高性能PC機(jī)群的電力系統(tǒng)全數(shù)字 仿真裝置ADPSS，該裝置可以用于電磁、機(jī)電暫態(tài)分網(wǎng)并行計(jì)算，也可以通過數(shù)模和模數(shù)變 換連接實(shí)際控制裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模復(fù)雜交直流電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)和機(jī)電暫態(tài)的實(shí)時(shí)和 超實(shí)時(shí)仿真。ADPSS中的電磁暫態(tài)程序ETSDAC為用戶提供了 UD建模，即自定義建模功能， 并開發(fā)了相關(guān)軟件。該軟件存在以下不足
1、功能框庫不夠豐富。沒有根據(jù)用戶需要，提供足夠多的基本功能單元，以搭建更 為復(fù)雜的模型的需要。
2、UD的輸入/輸出變量類型偏少。沒有提供更完備的輸入/輸出變量，使得模型 與仿真主系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換的途徑不夠豐富。
3、UD建模平臺(tái)有待繼續(xù)測試，對(duì)于工程技術(shù)人員來講，建模平臺(tái)不夠直觀、簡單。
4、UD建模的數(shù)量和種類有限，且測試與驗(yàn)證工作并不充分。對(duì)圖形界面程序和UD 計(jì)算程序的驗(yàn)證不足。
現(xiàn)有技術(shù)還包括被廣泛使用的一種電力系統(tǒng)仿真分析軟件PSCAD/EMTDC。該軟件 主要功能是進(jìn)行電力系統(tǒng)時(shí)域和頻域計(jì)算仿真，典型應(yīng)用是計(jì)算電力系統(tǒng)遭受擾動(dòng)或參數(shù) 變化時(shí)，電參數(shù)隨時(shí)間變化的規(guī)律程序。EMTDC能與MATLAB接口，用戶可以將MATLAB中的 數(shù)學(xué)和控制功能模塊(包括各種工具箱)應(yīng)用到PSCAD/EMTDC中。同時(shí)，用戶還可以通過編 制M文件定義用戶所需的元件模型。由于M文件采用語法簡單、可讀性強(qiáng)、調(diào)試容易、人機(jī) 交互性強(qiáng)的MATLAB語言編制，因此用戶可以根據(jù)需要自定義元件模型。該軟件存在以下不 足
1、采用直接嵌入方式利用Fortran編寫源代碼的自定義元件,對(duì)于在Fortran語 言上實(shí)現(xiàn)的PSCAD/EMTDC來說，無需對(duì)外部子程序進(jìn)行編譯及頻繁的調(diào)用，但Fortran語言 的格式限制較多，用戶編寫大型程序時(shí)往往會(huì)感覺不方便，且程序出錯(cuò)后所給出的錯(cuò)誤信 息不明確，使得調(diào)試難度增加。
2、對(duì)于采用間接調(diào)用方式的基于C語言和MATLAB構(gòu)建的自定義元件，MATLAB擁 有強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算能力、圖形處理能力以及完備的工具箱，但運(yùn)行效率較低。而除了兩者本 身所固有的運(yùn)算速度上的差異以外，由于間接調(diào)用的關(guān)系，兩者間的通信也很大程度上影 響了整個(gè)仿真的效率。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種電力系統(tǒng)中鐵心線圈低功率電流互感器模型，該模 型基于RTDS系統(tǒng)中CBuilder開發(fā)環(huán)境，能夠滿足用戶對(duì)電力系統(tǒng)數(shù)字動(dòng)模仿真軟件不斷 增加的需求。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用如下的技術(shù)方案電力系統(tǒng)中鐵心線圈低功率電流 互感器模型，該模型通過一個(gè)取樣電阻Rsh將電力系統(tǒng)中的二次電流轉(zhuǎn)換成電壓輸出，實(shí)現(xiàn) I/V變換；在理想情況下，鐵心線圈低功率互感器的二次輸出電壓與電力系統(tǒng)的一次電流 成正比，能夠真實(shí)地反應(yīng)電力系統(tǒng)中一次電流的情況；
該模型包括如下單元
(I)傳感頭單元
傳感頭是獲取一次電流信號(hào)的關(guān)鍵部件，在電子式互感器中相當(dāng)于信號(hào)源；忽略電容和負(fù)荷時(shí)，傳感頭的傳遞函數(shù)如下
權(quán)利要求
1.電力系統(tǒng)中鐵心線圈低功率電流互感器模型，該模型通過一個(gè)取樣電阻Rsh將電力系統(tǒng)中的二次電流轉(zhuǎn)換成電壓輸出，實(shí)現(xiàn)ΙΛ變換；在理想情況下，鐵心線圈低功率互感器的二次輸出電壓與電力系統(tǒng)的一次電流成正比，能夠真實(shí)地反應(yīng)電力系統(tǒng)中一次電流的情況；該模型包括如下單元(O傳感頭單兀傳感頭是獲取一次電流信號(hào)的關(guān)鍵部件，在電子式互感器中相當(dāng)于信號(hào)源；忽略電容和負(fù)荷時(shí)，傳感頭的傳遞函數(shù)如下Η0( =^ = —-siJUin-=Κ(I)式中ιρ為一次電流；Us為二次輸出電壓；Rsh為取樣電阻；RFe為鐵心損耗等效電阻；Lm為等效歸一化電感；Rs為二次繞組的總電阻；Kh為傳感頭等效增益；Th為傳感頭等效時(shí)間常數(shù)； s為時(shí)間對(duì)應(yīng)頻域的變量；(2)放大環(huán)節(jié)傳感頭的輸出電壓變化范圍較大，電壓信號(hào)在A/D轉(zhuǎn)換前需通過放大電路對(duì)傳感頭的輸出電壓進(jìn)行放大，放大環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為；
2.如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)中鐵心線圈低功率電流互感器模型的建模方法，用戶自定義元件模型由圖形模型、I/O接口、模型內(nèi)部參數(shù)與模型代碼四部分組成，模型類型包括控制元件和電力系統(tǒng)元件兩類，該建模方法包括如下步驟(I)建立鐵心線圈低功率電流互感器自定義元件調(diào)用文件；(2)鐵心線圈低功率電流互感器自定義元件外觀設(shè)計(jì)；(3 )鐵心線圈低功率電流互感器自定義元件I/O接口設(shè)計(jì)；(4)鐵心線圈低功率電流互感器自定義元件參數(shù)設(shè)置；(5)鐵心線圈低功率電流互感器自定義元件程序代碼文件編輯；(6)建立權(quán)利要求1所得到的鐵心線圈低功率電流互感器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電力系統(tǒng)中鐵心線圈低功率電流互感器模型及其建模方法。該鐵心線圈低功率電流互感器通過一個(gè)分流電阻Rsh將二次電流轉(zhuǎn)換成電壓輸出，實(shí)現(xiàn)I/V變換。由于分流電阻很小，故二次繞組消耗的功率很小，負(fù)荷要求的二次功率也很小，因此其測量范圍和準(zhǔn)確度較為理想。鐵心線圈式低功率電流互感器的測量范圍較大，尺寸較小。該鐵心線圈低功率電流互感器模型的主要環(huán)節(jié)包括傳感頭單元、放大環(huán)節(jié)、移相環(huán)節(jié)和隔直環(huán)節(jié)，該模型的建立基于RTDS系統(tǒng)中CBuilder自定義元件開發(fā)環(huán)境，能夠滿足用戶對(duì)電力系統(tǒng)數(shù)字動(dòng)模仿真軟件不斷增加的需求。本發(fā)明同時(shí)公開該鐵心線圈低功率電流互感器模型的建模方法。
文檔編號(hào)G06F17/50GK103065014SQ20121059256
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月29日
發(fā)明者王奕, 李田剛, 張健, 羅航, 張遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院