一種機電-電磁暫態(tài)混合仿真的暫態(tài)電能質(zhì)量分析系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)中關(guān)于機電-電磁混合仿真技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種機電-電 磁暫態(tài)混合仿真的暫態(tài)電能質(zhì)量分析系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著時代進步和科技的飛速發(fā)展，現(xiàn)代電網(wǎng)與負(fù)荷構(gòu)成呈現(xiàn)了新的變化趨勢，電 能質(zhì)量逐漸成為電力企業(yè)和用戶共同關(guān)心的問題。一方面，隨著諸如電氣化鐵路、電弧爐、 電解設(shè)備、高壓直流輸電等非線性和沖擊性負(fù)荷的不斷增長，電網(wǎng)電能質(zhì)量日趨下降，因電 能質(zhì)量引起的糾紛和電網(wǎng)安全問題時有發(fā)生；另一方面，現(xiàn)代電力用戶對電能質(zhì)量提出了 更高的要求。20世紀(jì)80年代以來，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展和工業(yè)規(guī)模的擴大，尤其是以信息 技術(shù)為先導(dǎo)的知識經(jīng)濟時代的到來，基于微處理器、計算機的各種用電設(shè)備（如機器人、自 動化生產(chǎn)線、精密數(shù)控機床、高精度測量儀器、計算機信息管理系統(tǒng)、可編程邏輯控制器、變 頻調(diào)速設(shè)備等）在電力系統(tǒng)中大量投入使用，這些設(shè)備對電源的波動以及各種干擾都十分 敏感，任何電能質(zhì)量問題都可能造成產(chǎn)品質(zhì)量的下降或引起管理秩序的紊亂，造成重大的 經(jīng)濟損失和不良的社會影響。據(jù)國際會議報告介紹，目前在美國，由于電能質(zhì)量下降每年所 引起的損失高達133億美元，劣質(zhì)電能質(zhì)量帶來的巨大經(jīng)濟損失使得人們對其關(guān)心程度不 斷加強。
[0003] 電能質(zhì)量仿真評估是基于對評估對象的建模仿真獲得的數(shù)據(jù)，對其各項指標(biāo)是否 滿足電能質(zhì)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進行評估。電能質(zhì)量仿真評估通?；陔娔苜|(zhì)量仿真軟件開 展。目前，工程上常用的電能質(zhì)量仿真軟件包括電力系統(tǒng)綜合分析程序（PSASP)，ETAP和各 種時域仿真程序如PSCAD/EMTDC、EMTP、MATLAB等。電力系統(tǒng)綜合分析程序（PSASP)僅具有 諧波分析功能，且在建模精確度、算法收斂性等方面存在一定的局限性。ETAP軟件使用方 便，在實際電能質(zhì)量評估工程中得到廣泛應(yīng)用，但由于不具備電網(wǎng)全網(wǎng)數(shù)據(jù)無法實現(xiàn)對大 電網(wǎng)電能質(zhì)量的準(zhǔn)確仿真。PSCAD/EMTDC、EMTP等時域仿真軟件受節(jié)點限制，其仿真規(guī)模都 較小，僅能對局部小電網(wǎng)系統(tǒng)進行分析，因此進行電能質(zhì)量分析時，必須將局部小電網(wǎng)系統(tǒng) 與大電網(wǎng)系統(tǒng)割裂開來，且必須對大電網(wǎng)系統(tǒng)進行等值，等值方法的選擇可能造成仿真結(jié) 果存在較大誤差。
[0004] 已有的電能質(zhì)量仿真軟件無法滿足大電網(wǎng)背景下電能質(zhì)量仿真評估的要求，且不 具備暫態(tài)電能質(zhì)量仿真計算功能，因此亟須開發(fā)功能更完善的電能質(zhì)量分析系統(tǒng)，為電網(wǎng) 的安全穩(wěn)定運行提供了強有力的技術(shù)支持。
[0005] 穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量現(xiàn)象的電壓、電流變化相對較慢、持續(xù)時間較長，而暫態(tài)電能質(zhì)量現(xiàn) 象持續(xù)時間短，發(fā)生時間具有很大隨機性，暫態(tài)電能質(zhì)量仿真需要計算持續(xù)時間在毫秒級 以內(nèi)的電壓、電流瞬時值變化情況。電力系統(tǒng)仿真分析對不同的動態(tài)過程采用不同的仿真 方法，主要有電磁暫態(tài)仿真和機電暫態(tài)仿真。因此對于變化相對緩慢穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題，采 用機電暫態(tài)仿真即可滿足分析要求；而對于暫態(tài)電能質(zhì)量問題，其持續(xù)時間短，發(fā)生時間具 有很大隨機性，仿真中需要分析和計算持續(xù)時間在毫秒級以內(nèi)的電壓、電流瞬時值變化情 況，機電暫態(tài)仿真已無法滿足此要求，因此采用機電-電磁混合暫態(tài)仿真進行仿真分析。
[0006] 目前常用的電磁暫態(tài)仿真程序主要有EMTP、PSCAD/EMTDC、MATLAB等。這些電磁暫 態(tài)仿真軟件雖然能夠?qū)Ω鞣N暫態(tài)電能質(zhì)量進行仿真分析，但是受模型與算法的限制，其仿 真規(guī)模都較小，僅能對局部小電網(wǎng)系統(tǒng)進行分析，因此在進行電能質(zhì)量分析時，必須將局部 小電網(wǎng)系統(tǒng)與大電網(wǎng)系統(tǒng)割裂開來，且必須對大電網(wǎng)系統(tǒng)進行等值，等值方法的選擇可能 造成仿真結(jié)果存在較大誤差，有一定的局限性。
[0007] 從上述分析可以看出，單獨采用機電暫態(tài)或電磁暫態(tài)仿真難以滿足大電網(wǎng)背景下 電能質(zhì)量仿真分析的要求，因此須采用機電-電磁暫態(tài)混合仿真進行電能質(zhì)量分析。本發(fā) 明提出一種能夠詳細(xì)分析的元件或區(qū)域采用電磁暫態(tài)模型，而與其相連的交流大系統(tǒng)采用 機電暫態(tài)模型，以實現(xiàn)基于機電-電磁暫態(tài)混合仿真的電能質(zhì)量分析系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是提供一種機電-電磁暫態(tài)混合仿真的暫態(tài)電能質(zhì)量分析系
[0009] 統(tǒng)。該系統(tǒng)功能完善，提供了豐富的電能質(zhì)量模型庫，可實現(xiàn)對電壓暫降、驟升等 各種暫態(tài)電能質(zhì)量問題的仿真計算。
[0010] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下。
[0011] -種機電-電磁暫態(tài)混合仿真的暫態(tài)電能質(zhì)量分析系統(tǒng)，所述系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫模 塊、暫態(tài)電能質(zhì)量功能模塊、計算結(jié)果模塊、圖模一體化平臺模塊四個部分組成。圖模一體 化平臺模塊與數(shù)據(jù)庫模塊、暫態(tài)電能質(zhì)量功能模塊、計算結(jié)果模塊、分別連接并進行雙向數(shù) 據(jù)傳遞。
[0012] 所述數(shù)據(jù)庫模塊包括電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、電能質(zhì)量模型庫和電能質(zhì)量計算數(shù)據(jù)庫， 電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和電能質(zhì)量模型庫提供數(shù)據(jù)和模型給電能質(zhì)量計算數(shù)據(jù)庫。
[0013] 所述暫態(tài)電能質(zhì)量功能模塊內(nèi)設(shè)有不對稱諧波潮流計算、三相電壓不平衡計算、 電壓波動和閃變計算、電壓暫降仿真和電壓暫升仿真。
[0014] 所述計算結(jié)果模塊由電能質(zhì)量計算結(jié)果庫、報表發(fā)布、單線圖顯示、曲線瀏覽組 成，其中電能質(zhì)量計算結(jié)果庫把計算結(jié)果以報表發(fā)布、單線圖顯示、曲線瀏覽三種形式表現(xiàn) 出來。
[0015] 所述系統(tǒng)的應(yīng)用或功能：
[0016] 1)所述暫態(tài)電能質(zhì)量功能模塊，該模塊能進行電壓波動和閃變計算、電壓暫降仿 真、電壓暫升仿真、不對稱諧波潮流計算、三相電壓不平衡計算，用于計算波動負(fù)荷在公共 連接點產(chǎn)生的電壓波動和閃變，波動負(fù)荷在公共連接點產(chǎn)生的電壓波動可通過系統(tǒng)參數(shù)和 負(fù)荷參數(shù)進行計算，電壓暫降仿真、電壓暫升仿真中所考慮波動負(fù)荷的類型包括：已知三相 有功功率和無功功率變化量的負(fù)荷、高壓電網(wǎng)負(fù)荷、平衡三相負(fù)荷和相間單相負(fù)荷；采用單 位閃變曲線法計算波動負(fù)荷在公共連接點產(chǎn)生的閃變，根據(jù)電壓變動d和頻度r利用單位 閃變曲線查出對應(yīng)于Pst= 1的電壓變動值dUm，則其短時閃變值Pst為d/dUm。
[0017] 所述暫態(tài)電能質(zhì)量功能模塊，它進行暫態(tài)電能質(zhì)量仿真，用于仿真由短路故障、異 步電動機啟動等引起的電壓暫降和暫升等暫態(tài)電能質(zhì)量問題。采用機電-電磁暫態(tài)混合仿 真進行暫態(tài)電能質(zhì)量仿真計算。分析方法如下：首先建立網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)并進行網(wǎng)絡(luò)分割，需詳細(xì) 分析的元件或重點關(guān)注區(qū)域附近網(wǎng)絡(luò)采用電磁暫態(tài)模型，而與其相連的交流大系統(tǒng)采用機 電暫態(tài)模型；然后啟動機電暫態(tài)-電磁暫態(tài)混合仿真，計算由干擾源引起的暫態(tài)電能質(zhì)量 特征量，如電壓暫降/電壓暫升的幅值、持續(xù)時間、相位跳變，不對稱諧波潮流計算、三相電 壓不平衡計算，由特征量計算得到相應(yīng)的分析指標(biāo)，如電壓暫降/暫升的嚴(yán)重性指標(biāo)、能量 指標(biāo)，為了提高暫態(tài)電能質(zhì)量仿真的方便性，系統(tǒng)開發(fā)過程中對機電暫態(tài)和電磁暫態(tài)仿真 功能和界面進行優(yōu)化設(shè)計，形成了暫態(tài)電能質(zhì)量仿真模塊。
[0018] 2)所述計算結(jié)果模塊能夠?qū)崿F(xiàn)電能質(zhì)量計算結(jié)果輸出；用于對電能質(zhì)量計算結(jié) 果庫的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，以不同的形式展示給用戶。輸出形式包括報表發(fā)布、單線圖顯 示、曲線瀏覽；所述報表發(fā)布根據(jù)用戶對仿真結(jié)果輸出范圍、輸出內(nèi)容和輸出形式的需求自 動生成結(jié)果報表，報表中對于計算結(jié)果越限的母線或支路，在該母線或支路前增加越限標(biāo) 示以方便用戶查看；所述曲線瀏覽具有計算結(jié)果曲線顯示、編輯以及比較等多種功能，通 過該模塊用戶可靈活便捷地處理各類計算曲線，還可將曲線導(dǎo)出為圖片格式或直接輸出到 Word文檔中；為了直