一種含分布式電源配電網(wǎng)的小步長暫態(tài)仿真方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及配電網(wǎng)暫態(tài)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含分布式電源配電網(wǎng)的小步長暫 態(tài)仿真方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著供電需求增長及配電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，配電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大、結(jié)構(gòu)日益 復(fù)雜，其規(guī)模大、節(jié)點(diǎn)多、設(shè)備雜、運(yùn)行方式多的特點(diǎn)日益突出。同時，可再生能源、新能源技 術(shù)發(fā)展與投入力度的加大，在配電網(wǎng)側(cè)，大量的分布式電源、微電網(wǎng)、大容量充電器、儲能系 統(tǒng)等接入配電網(wǎng)，運(yùn)行方式日益復(fù)雜，配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)具有明顯的獨(dú)特性、不對稱性和多 元性。配電網(wǎng)暫態(tài)仿真是提高運(yùn)行能力，分析決策的有力工具。
[0003] 現(xiàn)階段的配電網(wǎng)暫態(tài)仿真方法主要有兩種：配電網(wǎng)物理仿真和配電網(wǎng)全數(shù)字暫態(tài) 仿真。物理仿真是采用實(shí)際的物理真型設(shè)備或者等比例縮小的物理設(shè)備進(jìn)行仿真模擬的過 程，仿真結(jié)果精細(xì)、可信度高，但缺點(diǎn)是受限于仿真規(guī)模，周期長，硬件設(shè)備往往比較昂貴， 維護(hù)和操作難度較大；配電網(wǎng)全數(shù)字暫態(tài)仿真成本低，計算迅速，耗時短，可以仿真較大規(guī) 模的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，但是由于仿真對象復(fù)雜性的限制，仿真計算結(jié)果的準(zhǔn)確性不如物理仿真， 精度不夠，同時，由于配電網(wǎng)本身具有規(guī)模大、設(shè)備類型、結(jié)構(gòu)與參數(shù)具有不對稱等特點(diǎn)，以 及含復(fù)雜控制策略的分布式電源接入，導(dǎo)致配電系統(tǒng)暫態(tài)實(shí)時仿真的實(shí)現(xiàn)較為困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明提供的一種含分布式電源配電網(wǎng)的小步長暫態(tài)仿真方法及系 統(tǒng)，該方法及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了與實(shí)際時鐘同步的仿真，其建模速度快、經(jīng)濟(jì)；參數(shù)調(diào)整方便；能 對復(fù)雜配電網(wǎng)進(jìn)行仿真，能夠準(zhǔn)確地模擬電力系統(tǒng)元件的動態(tài)過程，直觀且可靠地反映系 統(tǒng)運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時數(shù)字仿真與物理模的優(yōu)勢互補(bǔ)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了硬件設(shè)備在環(huán)的配 電網(wǎng)小步長暫態(tài)實(shí)時仿真。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] -種含分布式電源配電網(wǎng)的小步長暫態(tài)仿真方法，所述方法包括如下步驟：
[0007] 步驟1.將配電網(wǎng)中的各裝置劃分為低精度要求單元及高精度要求單元；
[0008] 步驟2.對所述低精度要求單元中的各部件采用基于FPGA的小步長的數(shù)字暫態(tài)仿 真；
[0009] 步驟3.對所述高精度要求單元中的各部件采用物理真型或等比例縮小的物理單 元進(jìn)行模擬。
[0010] 優(yōu)選的，所述步驟1，包括：
[0011] 將配電網(wǎng)中的各裝置劃分為低精度要求單元及高精度要求單元；
[0012] 所述低精度要求單元中包括所述配電網(wǎng)中的變壓器、饋線、變電站、線路、饋線、若 干變電站構(gòu)成的供電區(qū)域及含高頻開關(guān)信號的電力電子接口分布式電源；
[0013] 所述高精度要求單元中包括所述配電網(wǎng)中的光伏單元、風(fēng)電單元、整流負(fù)荷、燃?xì)?輪機(jī)、UPQC、充電粧、儲能單元、小水電裝置及燃料電池。
[0014] 優(yōu)選的，所述步驟2,包括：
[0015] 2-1.建立所述配電網(wǎng)的配電網(wǎng)數(shù)字模型；
[0016] 2-2.采用模型分解技術(shù)，對所述配電網(wǎng)數(shù)字模型進(jìn)行分割，得到各配電網(wǎng)分區(qū)；
[0017] 2-3.各所述配電網(wǎng)分區(qū)均采用FPGA分塊計算方法進(jìn)行系統(tǒng)級并行加速。
[0018] 優(yōu)選的，所述2-2,包括：
[0019] 采用模型分解技術(shù)，以所述低精度要求單元中的各部件及整個配電系統(tǒng)為仿真對 象，對所述配電網(wǎng)數(shù)字模型進(jìn)行小步長實(shí)時仿真分割，得到各配電網(wǎng)分區(qū)；所述小步長小于 等于5 μ S0
[0020] 優(yōu)選的，所述步驟3,包括：
[0021] 3-1.基于相似理論判斷一種配電系統(tǒng)或設(shè)備推理另一等比例的配電系統(tǒng)或設(shè)備 的特性；
[0022] 3-2.根據(jù)經(jīng)濟(jì)性原則，建立所述配電網(wǎng)的配電網(wǎng)物理真型；所述配電網(wǎng)物理真型 采用等比例縮小后的所述高精度要求單元中的各部件來模擬實(shí)際所述高精度要求單元中 的各部件。
[0023] 優(yōu)選的，所述3-1，包括：
[0024] 根據(jù)相似理論，一個配電系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài)物理量與另一配電系統(tǒng)的相應(yīng)物理量 之間存在著固定的比例系數(shù)，當(dāng)兩個配電系統(tǒng)或設(shè)備在幾何、性能、結(jié)構(gòu)與行為過程之間具 有相似性時，則從其中一種配電系統(tǒng)或設(shè)備推理另一等比例的配電系統(tǒng)或設(shè)備的特性，所 述相似理論的判斷公式為：
[0026] 式（1)中，mv為一個配電系統(tǒng)中的電壓V與一個配電系統(tǒng)中的電壓V的比值；mi 為一個配電系統(tǒng)中的電流I與一個配電系統(tǒng)中的電流U的比值；m P為一個配電系統(tǒng)中的 功率P與一個配電系統(tǒng)中的功率P的比值。
[0027] -種含分布式電源配電網(wǎng)的小步長暫態(tài)仿真系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括配電網(wǎng)數(shù)字模型 單元及配電網(wǎng)物理真型單元；
[0028] 所述配電網(wǎng)數(shù)字模型單元用于對配電網(wǎng)中的低精度要求單元中的各部件采用基 于FPGA的小步長的數(shù)字暫態(tài)仿真；
[0029] 所述配電網(wǎng)物理真型單元用于對配電網(wǎng)中的高精度要求單元中的各部件采用物 理真型或等比例縮小的物理單元進(jìn)行模擬；
[0030] 所述配電網(wǎng)數(shù)字模型單元與所述配電網(wǎng)物理真型單元用雙向DC/AC轉(zhuǎn)換單元連 接。
[0031] 優(yōu)選的，所述雙向DC/AC轉(zhuǎn)換單元包括DC/AC轉(zhuǎn)換器和AC/DC轉(zhuǎn)換器；
[0032] 所述配電網(wǎng)數(shù)字模型單元與所述DC/AC轉(zhuǎn)換器之間、所述AC/DC轉(zhuǎn)換器與所述配 電網(wǎng)物理真型單元之間分別設(shè)有同步協(xié)調(diào)單元；所述DC/AC轉(zhuǎn)換器與所述配電網(wǎng)物理真型 單元之間設(shè)有功率放大單元。
[0033] 優(yōu)選的，雙向DC/AC轉(zhuǎn)換單元將所述配電網(wǎng)數(shù)字模型單元輸出DC信號轉(zhuǎn)換成AC 信號，同時將所述配電網(wǎng)物理真型單元通過高速采集的電壓、電流的AC信號轉(zhuǎn)換成DC信 號；
[0034] 所述配電網(wǎng)物理真型單元的功率信號為交流50HZ ;
[0035] 所述配電網(wǎng)數(shù)字模型單元的功率信號通過所述功率放大單元進(jìn)行放大；
[0036] 所述同步協(xié)調(diào)單元用于協(xié)調(diào)所述配電網(wǎng)數(shù)字模型單元與所述配電網(wǎng)物理真型單 元的電壓及時間一致性。
[0037] 從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供了一種含分布式電源配電網(wǎng)的小步長暫 態(tài)仿真方法及系統(tǒng)，方法包括將配電網(wǎng)中的各裝置劃分為低精度要求單元及高精度要求單 元；對低精度要求單元中的各部件采用基于FPGA的小步長的數(shù)字暫態(tài)仿真；對高精度要求 單元中的各部件采用物理真型或等比例縮小的物理單元進(jìn)行模擬。系統(tǒng)包括配電網(wǎng)數(shù)字模 型單元及配電網(wǎng)物理真型單元。本發(fā)明提出的方法及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了與實(shí)際時鐘同步的仿真， 其建模速度快、經(jīng)濟(jì)；參數(shù)調(diào)整方便；能對復(fù)雜配電網(wǎng)進(jìn)行仿真，能夠準(zhǔn)確地模擬電力系統(tǒng) 元件的動態(tài)過程，直觀且可靠地反映系統(tǒng)運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時數(shù)字仿真與物理模的優(yōu)勢 互補(bǔ)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了硬件設(shè)備在環(huán)的配電網(wǎng)小步長暫態(tài)實(shí)時仿真。
[0038] 與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果：
[0039] 1、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案中，方法及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了與實(shí)際時鐘同步的仿真，其建 模速度快、經(jīng)濟(jì)；參數(shù)調(diào)整方便；能對復(fù)雜配電網(wǎng)進(jìn)行仿真，能夠準(zhǔn)確地模擬電力系統(tǒng)元件 的動態(tài)過程，直觀且可靠地反映系統(tǒng)運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時數(shù)字仿真與物理模的優(yōu)勢互補(bǔ) 的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了硬件設(shè)備在環(huán)的配電網(wǎng)小步長暫態(tài)實(shí)時仿真。
[0040] 2、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案中，可以實(shí)現(xiàn)對含分布式電源、電動汽車、信息物理設(shè) 備等新型設(shè)備的復(fù)雜配電網(wǎng)進(jìn)行小步長實(shí)時暫態(tài)仿真，仿真精度高，可信度高。
[0041] 3、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，將難以準(zhǔn)確建模的單元用等比例縮放的物理真型設(shè) 備進(jìn)行模擬，將其余部分用數(shù)字仿真模擬，可以實(shí)現(xiàn)高精度需求下暫態(tài)建模的高效、簡便， 同時不失準(zhǔn)確性。
[0042] 4、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，數(shù)字部分用基于FPGA的小步長數(shù)字仿真