一種配電網與輸電網的協同實時數字仿真方法技術

本發明專利技術涉及一種配電網與輸電網的協同實時數字仿真方法，該方法包括下列步驟：選擇解耦點對電網進行解耦，將電網拆分為一個主干輸電網和多個配電網；利用實時數字仿真裝置對主干輸電網進行時域仿真，仿真步長小于0.1ms，每個仿真步長的輸出結果為瞬時值；利用配電網軟件分別對多個配電網并行進行相量域仿真，仿真步長大于20ms，每個仿真步長輸出的結果為相量；實時數字仿真裝置和配電網仿真軟件進行通信，周期性的執行定時中斷步驟直至仿真結束，實現主干輸電網與配電網之間的前向控制和反向控制。與現有技術相比，本發明專利技術具有經濟可行性高、仿真結果準確、仿真效率高以及適應性廣泛的特點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及電力系統實時數字仿真領域，尤其是涉及一種配電網與輸電網的協同實時數字仿真方法。
技術介紹
傳統電力系統由發電、輸電、配電、用電等環節構成，具有垂直的體系結構和單向的潮流輸送等特點。這樣的結構特點使得在傳統電力系統仿真中，輸電網和配電網仿真是獨立進行的，即：在仿真輸電網時，利用被動負荷對配電網做等值化簡，常用的被動負荷模型采用恒阻抗、恒電流和恒功率的綜合模型，即ZIP模型；而在仿真配電網時，將輸電網做戴維南等值化簡。但智能電網的結構特點發生了很大變化。在輸電網中，除了包含傳統的同步發電機型電源外，還包括諸如風電、光伏等波動性能源；在配電網中，將接入大量的兼具負荷和電源角色的產銷者(provider+consumer＝prosumer)，能夠利用諸如空調、儲能、電動汽車等廣義需求側資源，通過參與不同的需求響應項目(如實時電價、尖峰電價、輔助服務等)與輸電網產生縱向互動。例如，通過聚合大量的空調負荷，可以參與電網的二次調頻。在這樣的結構特點下，如果仍將配電網負荷簡化為ZIP模型，就無法準確仿真配電網中的需求響應能力以及輸電網和配電網的縱向互動能力。為此，需要建立配電網中各類需求側資源的物理模型，并實現輸電網和配電網的聯合潮流計算。目前，已經建立了多種典型需求側資源的物理模型，如空調負荷的等值熱力學參數模型(ETP，Equivalent Thermal Parameters)。但是，配電網的特點是節點多、需求側資源模型各異且數量巨大，這給實時數字仿真帶來了巨大的困難。實時數字仿真裝置能夠與外部保護、控制裝置構成半實物仿真系統，具有建模的靈活性、試驗結果的可重復性、試驗的安全性和經濟性等諸多優點。在對智能電網的研究中，實時數字仿真得到了廣泛的應用。目前，獲得廣泛應用的實時數字仿真系統包括RTDS、RT-LAB以及ADPSS。這些系統基于專門的軟硬件架構，價格非常昂貴，進行大規模仿真的成本非常巨大。這使得基于這些平臺完成配電網與輸電網的協同實時數字仿真的經濟可行性很差。為此，需要一種更為經濟和高效的方法，以仿真配電網中大量需求側資源與輸電網的縱向互動能力，并實現配電網與輸電網的聯合潮流計算。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對上述問題提供一種經濟可行性高、仿真結果準確、仿真效率高以及適應性廣泛的配電網與輸電網的協同實時數字仿真方法。為實現本專利技術所述目的，本專利技術提供一種配電網與輸電網的協同實時數字仿真方法，該方法包括下列步驟：1)選擇解耦點對電網進行解耦，將電網拆分為一個主干輸電網和多個配電網；2)利用實時數字仿真裝置對主干輸電網進行時域仿真，仿真步長小于0.1ms，每個仿真步長的輸出結果為瞬時值；3)利用配電網軟件分別對多個配電網并行進行相量域仿真，仿真步長大于20ms，每個仿真步長輸出的結果為相量；4)實時數字仿真裝置和配電網仿真軟件進行通信，周期性的執行定時中斷步驟直至仿真結束，實現主干輸電網與配電網之間的前向控制和反向控制。所述主干輸電網中包含發電機、升壓變、線路以及降壓變模型，所述配電網包含負載和分布式電源。所述步驟1)中選擇解耦點對電網進行解耦具體為：11)選擇電網中降壓變模型的低壓側母線作為解耦點對電網進行拆分；12)將解耦點以下的部分簡化為一個四象限等值負荷，與解耦點以上部分合并，得到主干輸電網；13)將解耦點以上的部分簡化為等值受控電壓源，與解耦點以下部分合并，得到配電網。所述步驟4)中定時中斷步驟具體為：41)從實時數字仿真裝置中提取解耦點母線電壓的三相相量；42)將步驟41)中提取的解耦點母線電壓的三相相量發送至配電網仿真軟件，控制配電網中對應的受控電壓源，完成主干輸電網對配電網的前向控制；43)從配電網仿真軟件中提取解耦點母線送出饋線的功率；44)將步驟43)中提取的解耦點母線送出饋線的功率發送至實時數字仿真裝置，控制輸電網中對應的四象限等值負荷，完成配電網對主干輸電網的反向控制。所述步驟41)中提取解耦點母線電壓的三相相量的具體步驟為：411)提取實時數字仿真裝置中解耦點母線的三相交流信號；412)對步驟411)中讀取的三相交流信號依次進行濾波、采樣和FIR濾波，得到處理后的三相交流信號；413)選取大電源出口處母線的三相電壓作為輸入通過PLL鎖相環，輸出基準角變量；414)利用步驟413)中的基準角變量和步驟412)中處理后的三相交流信號進行DFT變換，將變換后的結果進行復數變換得到解耦點母線電壓的三相相量。所述步驟43)中提取解耦點母線送出饋線的功率的具體步驟為：431)在配電網仿真軟件中進行潮流計算，得到解耦點母線的三相電壓相量Ua,∠φa,Ub,∠φb,Uc,∠φc和解耦點母線送出饋線的三相電流相量Ia,∠θa,Ib,∠θb,Ic,∠θc；432)根據步驟431)中得到的解耦點母線的三相電壓相量和解耦點母線送出饋線的三相電流相量進行有功功率P的計算，具體為：P＝UaIacos(φa-θa)+UbIbcos(φb-θb)+UcIccos(φc-θc)；433)根據步驟431)中得到的解耦點母線的三相電壓相量和解耦點母線送出饋線的三相電流相量進行無功功率Q的計算，具體為：Q＝UaIasin(φa-θa)+UbIbsin(φb-θb)+UcIcsin(φc-θc)；434)合并有功功率P和無功功率Q，即為解耦點母線送出饋線的功率。所述步驟4)中周期性的執行定時中斷步驟，其周期時間大于20ms并小于1s。所述實時數字仿真裝置包括但不限于RTDS、RT-LAB或ADPSS。所述配電網仿真軟件包括但不限于GridLab-D或Digsilent。所述步驟4)中實時數字仿真裝置和配電網仿真軟件進行通信，采用以太網通信技術。與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：(1)輸電網在實時數字仿真裝置中進行時域仿真，配電網分別在多個配電網仿真軟件中并行進行相量域仿真，與對整個電網進行實時數字仿真相比節省了大量的成本，經濟可行性高。(2)在輸電網仿真中將配電網簡化為一個四象限等值負荷，考慮了配電網中的需求側資源，并可以實現輸電網和配電網的聯合潮流計算，仿真性能高，仿真結果準確。(3)將電網解耦為一個主干輸電網和多個配電網，多個配電網并行仿真，主干輸電網和多個配電網通過以太網進行通信，仿真的效率增高。(4)采用了實時數字仿真裝置，具有建模的靈活性、試驗結果的可重復性、試驗的安全性以及經濟性等諸多優點。(5)配電網仿真軟件的運行環境可適用于大部分當下主流的操作系統，適用范圍廣。附圖說明圖1為輸電網與配電網的解耦示意圖；圖2為解耦后輸電網的仿真模型圖；圖3為解耦后配電網的仿真模型圖；圖4為協同實時數字仿真系統結構示意圖；圖5為四象限負荷的運行區域示意圖；圖6為定時中斷服務程序的算法圖；圖7為實施例中原電網系統仿真電路圖；圖8為實施例中RTDS中采用四象限等值負荷的輸電網子系統仿真電路圖；圖9為三相母線相量提取過程示意圖；圖10為四象限等值負荷示意圖；圖11為四象限等值負荷控制原理圖；圖12為輸電網子系統三相電壓仿真結果曲線圖；圖13為輸電網子系統三相電流仿真結果對比圖；圖14為配電網子系統三相電壓仿真結果對比圖；其中，1為基于定時中斷服務程序的模擬量信號交換模塊，2為以太網通信接口，3為實時數字本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種配電網與輸電網的協同實時數字仿真方法，其特征在于，該方法包括下列步驟：1)選擇解耦點對電網進行解耦，將電網拆分為一個主干輸電網和多個配電網；2)利用實時數字仿真裝置對主干輸電網進行時域仿真，仿真步長小于0.1ms，每個仿真步長的輸出結果為瞬時值；3)利用配電網軟件分別對多個配電網并行進行相量域仿真，仿真步長大于20ms，每個仿真步長輸出的結果為相量；4)實時數字仿真裝置和配電網仿真軟件進行通信，周期性的執行定時中斷步驟直至仿真結束，實現主干輸電網與配電網之間的前向控制和反向控制。

【技術特征摘要】
1.一種配電網與輸電網的協同實時數字仿真方法，其特征在于，該方法包括下列步驟：1)選擇解耦點對電網進行解耦，將電網拆分為一個主干輸電網和多個配電網；2)利用實時數字仿真裝置對主干輸電網進行時域仿真，仿真步長小于0.1ms，每個仿真步長的輸出結果為瞬時值；3)利用配電網軟件分別對多個配電網并行進行相量域仿真，仿真步長大于20ms，每個仿真步長輸出的結果為相量；4)實時數字仿真裝置和配電網仿真軟件進行通信，周期性的執行定時中斷步驟直至仿真結束，實現主干輸電網與配電網之間的前向控制和反向控制。2.根據權利要求1所述的配電網與輸電網的協同實時數字仿真方法，其特征在于，所述主干輸電網中包含發電機、升壓變、線路以及降壓變模型，所述配電網包含負載和分布式電源。3.根據權利要求2所述的配電網與輸電網的協同實時數字仿真方法，其特征在于，所述步驟1)中選擇解耦點對電網進行解耦具體為：11)選擇電網中降壓變模型的低壓側母線作為解耦點對電網進行拆分；12)將解耦點以下的部分簡化為一個四象限等值負荷，與解耦點以上部分合并，得到主干輸電網；13)將解耦點以上的部分簡化為等值受控電壓源，與解耦點以下部分合并，得到配電網。4.根據權利要求3所述的配電網與輸電網的協同實時數字仿真方法，其特征在于，所述步驟4)中定時中斷步驟具體為：41)從實時數字仿真裝置中提取解耦點母線電壓的三相相量；42)將步驟41)中提取的解耦點母線電壓的三相相量發送至配電網仿真軟件，控制配電網中對應的受控電壓源，完成主干輸電網對配電網的前向控制；43)從配電網仿真軟件中提取解耦點母線送出饋線的功率；44)將步驟43)中提取的解耦點母線送出饋線的功率發送至實時數字仿真裝置，控制輸電網中對應的四象限等值負荷，完成配電網對主干輸電網的反向控制。5.根據權利要求4所述的配電網與輸電網的協同實時數字仿真方法，其特征在于，所述步驟41)中提取解耦點母線電壓的三相相量的具體步驟為：411)提取實時數字仿真裝置中解耦點母線的三相交流信號；412)對...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張沛超，蔣松含，燕續峰，黃宏聲，黃鳳儀，
申請(專利權)人：上海市南變配電站服務有限公司，上海交通大學，
類型：發明
國別省市：上海;31