一种交直流混联系统的阻抗仿真扫描方法与装置与流程

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种交直流混联系统的阻抗仿真扫描方法与装置。

背景技术：

随着电力技术的发展，电网结构日益复杂，高压/特高压直流输电等电力电子器件在电网中的广泛应用，以及交流电网中变压器等非线性元件均会给电网带来了谐波稳定问题。在某些交直流混联电网中，甚至可能出现交直流系统谐振现象，即谐波在交直流系统相互影响中被放大，对电力系统安全稳定运行带来威胁。

为了提前预知电网可能存在的谐波稳定性问题，有必要针对电网进行阻抗计算。阻抗为电压与电流的频域比率，对任一频率，阻抗的大小是该频率下电压振幅与电流振幅的绝对值比率，阻抗的相位是该频率下电压与电流的相位差。阻抗的计算目前一般有两种方式，理论分析和仿真扫描。理论分析法指导性强，能够直观地反应谐波阻抗随参数的变化趋势。对于低阶r(电阻)、l(电感)、c(电容)系统或控制策略已知的系统，谐波阻抗的理论分析精确性高、具有较强的指导性，能够直观地反应出参数变化对阻抗的影响。但对于高阶系统(如包含复杂直流、机组等控制的交直流混联系统)、控制策略极其复杂或因知识产权问题控制策略不对用户开放的系统，理论分析将较为困难。而阻抗仿真扫描可对任意复杂度系统开展、且无需明确系统的控制策略及控制参数，对于建模困难或无法建模的系统，阻抗扫描是获得被测系统阻抗的唯一方法。对于包含复杂直流、机组等控制的交直流混联系统，其阻抗仿真扫描，目前没有成熟的扫描工具及对应的阻抗扫描计算方法。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种交直流混联系统的阻抗仿真扫描方法与装置，能有效解决现有技术阻抗计算忽略直流控制特性影响，导致无法真实反映交直流混联系统阻抗和频率的关系的问题，同时提供交直流混联复杂系统阻抗的有效计算方法。

本发明一实施例提供一种交直流混联系统的阻抗仿真扫描方法，包括：

rtds实时仿真器根据注入被测系统的一预设频率的谐波电流，获取用于仿真的电气量数据，并通过直流控制设备专用接口装置发送至直流控制设备；

所述直流控制设备根据接收到的电气量数据对直流控制特性进行模拟，生成控制脉冲信号，并将所述控制脉冲信号通过所述直流控制设备专用接口装置返回所述rtds实时仿真器；

所述rtds实时仿真器根据接收到的控制脉冲信号，输入预设的仿真模型对所述被测系统的电压电流响应进行计算，得到所述被测系统的阻抗。

作为上述方案的改进，所述用于仿真的电气量数据包括交流母线三相电压、直流电压、直流电流、及直流场和交流场开关状态。

作为上述方案的改进，所述直流控制设备专用接口装置设有千兆比特模拟量输出板卡gtao、千兆比特数字量输出板卡gtdo、千兆比特数字量输入板卡gtdi、专用测量装置；

其中，所述rtds实时仿真器的第一输出端与所述千兆比特模拟量输出板卡gtao的输入端通过光纤连接，所述gtao的输出端与所述专用测量装置的输入端通过硬线连接，所述专用测量装置的输出端与所述直流控制设备的第一输入端通过光纤连接；

所述rtds实时仿真器的第二输出端与所述千兆比特数字量输出板卡gtdo的输入端通过光纤连接，所述gtdo的输出端与所述直流控制设备的第二输入端通过硬线连接；

所述直流控制设备的输出端与所述千兆比特数字量输入板卡gtdi的输入端通过硬线连接，所述gtdi的输出端与所述rtds实时仿真器的输入端通过光纤连接。

作为上述方案的改进，所述rtds实时仿真器根据接收到的控制脉冲信号，输入预设的仿真模型对所述被测系统的电压电流响应进行计算，得到所述被测系统的阻抗，具体为：

所述rtds实时仿真器根据交直流混联系统特性，预先设置仿真模型；

所述rtds实时仿真器根据接收到的控制脉冲信号，采用所述仿真模型计算所述被测系统电压电流响应，得到所述被测系统在所述频率下的阻抗。本发明另一实施例对应提供了一种交直流混联系统的阻抗仿真扫描装置，包括：

数据获取模块，用于rtds实时仿真器根据注入被测系统的一预设频率的谐波电流，获取用于仿真的电气量数据，并通过直流控制设备专用接口装置发送至直流控制设备；

模拟模块，用于所述直流控制设备根据接收到的电气量数据对直流控制特性进行模拟，生成控制脉冲信号，并将所述控制脉冲信号通过所述直流控制设备专用接口装置返回所述rtds实时仿真器；

仿真计算模块，用于所述rtds实时仿真器根据接收到的控制脉冲信号，输入预设的仿真模型对所述被测系统的电压电流响应进行计算，得到所述被测系统的阻抗。

本发明另一实施例提供了一种交直流混联系统的阻抗仿真扫描装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述发明实施例所述的交直流混联系统的阻抗仿真扫描方法。

本发明另一实施例提供了一种存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行上述发明实施例所述的交直流混联系统的阻抗仿真扫描方法。

与现有技术相比，本发明实施例公开的一种交直流混联系统的阻抗仿真扫描方法与装置，通过rtds实时仿真器根据注入被测系统的一预设频率的谐波电流，获取用于仿真的电气量数据，并通过直流控制设备专用接口装置发送至直流控制设备，所述直流控制设备根据接收到的电气量数据对直流控制特性进行模拟，生成控制脉冲信号，并将所述控制脉冲信号通过所述直流控制设备专用接口装置返回所述rtds实时仿真器，所述rtds实时仿真器根据接收到的控制脉冲信号，输入预设的仿真模型对所述被测系统的电压电流响应进行计算，得到所述被测系统的阻抗，能有效解决现有技术中阻抗计算忽略直流控制特性影响，导致无法真实反映交直流混联系统阻抗和频率的关系的问题，提供一种交直流混联复杂系统阻抗的有效计算方法，能有效提高阻抗计算的准确性，进而为分析交直流系统谐振等稳定性问题提供了有效的条件。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种交直流混联系统的阻抗仿真扫描方法的流程示意图；

图2是本发明一实施例提供的交直流混联系统的阻抗仿真扫描设备的结构示意图；

图3是本发明一实施例提供的谐波电流注入原理示意图；

图4是本发明一实施例提供的交直流混联系统的阻抗仿真扫描的过程示意图；

图5是本发明一实施例提供的一种交直流混联系统的阻抗仿真扫描装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明一实施例提供的一种交直流混联系统的阻抗仿真扫描方法的流程示意图，包括：

s11、rtds实时仿真器根据注入被测系统的一预设频率的谐波电流，获取用于仿真的电气量数据，并通过直流控制设备专用接口装置发送至直流控制设备。

其中，该被测的交直流混联系统包含复杂直流、机组等控制因素。

参见图2，是本发明一实施例提供的交直流混联系统的阻抗仿真扫描设备的结构示意图，包括rtds实时仿真器、直流控制设备专用接口装置、及直流控制设备。

参见图3，是本发明一实施例提供的谐波电流注入原理示意图，包括频率fn、幅值in的谐波电流源，及交直流混联的复杂受控系统；其中，谐波电流源向交直流混联的复杂受控系统注入特定频率的小干扰谐波电流。

优选地，该用于仿真的电气量数据包括交流母线三相电压、直流电压、直流电流、及直流场和交流场开关状态。

需要说明的是，当检测到系统稳定运行于某一待扫描工况时，选择需要进行阻抗仿真扫描的端口，在该端口处注入特定频率f的小干扰谐波电流。

s12、所述直流控制设备根据接收到的电气量数据对直流控制特性进行模拟，生成控制脉冲信号，并将所述控制脉冲信号通过所述直流控制设备专用接口装置返回所述rtds实时仿真器。

优选地，如图2，该直流控制设备专用接口装置设有千兆比特模拟量输出板卡gtao、千兆比特数字量输出板卡gtdo、千兆比特数字量输入板卡gtdi、专用测量装置；

其中，所述rtds实时仿真器的第一输出端与所述千兆比特模拟量输出板卡gtao的输入端通过光纤连接，所述gtao的输出端与所述专用测量装置的输入端通过硬线连接，所述专用测量装置的输出端与所述直流控制设备的第一输入端通过光纤连接；

所述rtds实时仿真器的第二输出端与所述千兆比特数字量输出板卡gtdo的输入端通过光纤连接，所述gtdo的输出端与所述直流控制设备的第二输入端通过硬线连接；

所述直流控制设备的输出端与所述千兆比特数字量输入板卡gtdi的输入端通过硬线连接，所述gtdi的输出端与所述rtds实时仿真器的输入端通过光纤连接。

需要说明的是，rtds实时仿真器的第一输出端将交流母线三相电压、直流电压、直流电流的电气量数据通过光纤传输至千兆比特模拟量输出板卡gtao，该gtao将该电气量数据通过硬线传输至专用测量装置；该专用测量装置将交流母线三相电压、直流电压、直流电流的电气量数据的电信号转化为光信号，并通过光纤传输至直流控制设备。rtds实时仿真器的第二输出端将直流场和交流场开关状态的电气量数据通过光纤传输至千兆比特数字量输出板卡gtdo，该gtdo将该电气量数据通过硬线传输至直流控制设备。直流控制设备将控制脉冲信号通过硬线传输至千兆比特数字量输入板卡gtdi，该gtdi将该控制脉冲信号通过光纤传输至rtds实时仿真器。

s13、所述rtds实时仿真器根据接收到的控制脉冲信号，输入预设的仿真模型对所述被测系统的电压电流响应进行计算，得到所述被测系统的阻抗。

具体地，步骤s13包括：

所述rtds实时仿真器根据交直流混联系统特性，预先设置仿真模型；

所述rtds实时仿真器根据接收到的控制脉冲信号，采用所述仿真模型计算所述被测系统电压电流响应，得到所述被测系统在所述频率下的阻抗。

优选地，基于rtds实时仿真器，可针对有谐波分析需求的交直流混联系统建立数字模型；

其中，基于rtds建立发电机及其励磁调速系统模型，充分考虑发电机励磁和调速特性的影响；

所建立的发电机模型能反映暂态和次暂态特性，同时考虑励磁绕组的饱和特性；

所建立的励磁系统模型包含自动电压控制和电力系统稳定器(简称pss)，可根据实际系统励磁控制逻辑和参数进行设置；

所建立的调速系统模型包含一次调频、功率控制、执行机构、水轮机等环节，可依据实际调速系统逻辑和参数进行设置；

所建立的变压器模型，考虑变压器的饱和特性；

所建立的交流系统线路模型，根据交流系统网架结构，基于序参数采用分布式参数建模；

所建立的直流输电系统模型，根据直流系统结构和参数，建立包含换流变单元、12脉动阀组单元、直流场开关、直流滤波器、直流线路、接地极线路、交流滤波器等环节的数字模型。

进一步地，交直流混联系统中，实际的直流控制环节，由于其有功无功控制控制策略较为复杂，难以通过简单的数字模型真实模拟其控制特性，为了准确反映直流控制特性对阻抗仿真扫描的影响，将直流控制设备接入rtds实时仿真器，实现直流控制特性的准确模拟，所述直流控制设备与实际系统控制设备一致。

需要说明的是，基于rtds实时仿真器建立的仿真数字模型，将考虑直流控制特性影响的信号输入该仿真系统模型进行直流系统响应计算，进而得到被测系统在对应频率下的阻抗。在此过程中，需向交直流混联系统重复多次注入不同频率下小干扰谐波电流，对被测系统施加谐波电流扰动，通过分析被测系统的响应与激励源的关系，获得被测系统的阻抗特性。

本发明实施例提供的一种交直流混联系统的阻抗仿真扫描方法，通过rtds实时仿真器根据注入被测系统的一预设频率的谐波电流，获取用于仿真的电气量数据，并通过直流控制设备专用接口装置发送至直流控制设备，所述直流控制设备根据接收到的电气量数据对直流控制特性进行模拟，生成控制脉冲信号，并将所述控制脉冲信号通过所述直流控制设备专用接口装置返回所述rtds实时仿真器，所述rtds实时仿真器根据接收到的控制脉冲信号，输入预设的仿真模型对所述被测系统的电压电流响应进行计算，得到所述被测系统的阻抗，能有效解决现有技术中阻抗计算忽略直流控制特性影响，导致无法真实反映交直流混联系统阻抗和频率的关系的问题，提供一种交直流混联复杂系统阻抗的有效计算方法，能有效提高阻抗计算的准确性，进而为分析交直流系统谐振等稳定性问题提供了有效的条件。

参见图4，是本发明一实施例提供的交直流混联系统的阻抗仿真扫描的过程示意图。

在另一优选实施例中，在上述实施例的基础上，由于每次谐波阻抗仿真扫描需重复多次注入不同频率的谐波电流，工作量较大，优化交直流混联系统阻抗计算的具体应用过程。

优选地，当检测到该系统稳定运行于某一待扫描工况时，谐波电流源向该被测系统注入特定频率为f谐波电流。

进一步的，根据该特定频率f，等待时间计算t＝1/10*f，对等待时间t进行判断得到对应的情况。

在一种可选的实施例中，当计算的等待时间t满足2秒<t<20秒时，经过等待时间t保证系统稳定。

在一种可选的实施例中，当计算的等待时间t满足t<2秒时，确定等待时间t＝2秒，可经过等待时间t保证系统稳定。

在一种可选的实施例中，当计算的等待时间t满足t>20秒时，确定等待时间t＝20秒，可经过等待时间t保证系统稳定。

优选地，当检测到该交直流混联系统稳定时，存取频率f下端口电压电流，取消注入谐波电流，并判断该频率f是否超过预设的频率阈值。

在一种可选的实施例中，当检测到频率f＝fend时，则该谐波电流频率为设置的频率的最大值，结束流程。

其中，fend为预设频率的最大值。

在一种可选的实施例中，当检测到频率f<fend时，谐波电流频率增加fs，待系统稳定后继续注入特定频率为f谐波电流，经过等到时间保证系统再次稳定后测量电压电流，取消注入谐波电流，直到注入谐波电流频率f＝fend，结束流程。

其中，fs为频率的增加量。

进一步的，根据多次存取的频率f下端口电压电流，输入该rtds实时仿真器预设的仿真模型对系统电压电流响应进行仿真计算，得到对应频率下的阻抗，并绘制阻抗频率曲线，得到被测系统的阻抗特性，可进一步对交直流混联系统谐振等稳定性问题进行分析。

本发明实施例提供的交直流混联系统的阻抗仿真扫描方法，在上述实施例的基础上，当系统稳定时，注入特定频率谐波电流，经过等待时间后保证系统稳定，存取当前频率下的电压和电流，然后判断该频率是否超过预设的频率阈值，对多次存取频率f下端口电压电流输入该rtds实时仿真器预设的仿真模型进行仿真计算，得到对应频率下的阻抗特性，能有效解决现有技术中阻抗的计算忽略直流控制特性影响，导致无法真实反映交直流混联系统阻抗和频率的关系的问题，有效提高交直流混联系统阻抗计算的效率，并降低工作量。

图5是本发明一实施例提供的一种交直流混联系统的阻抗仿真扫描装置的结构示意图，包括：

数据获取模块1，用于rtds实时仿真器根据注入被测系统的一预设频率的谐波电流，获取用于仿真的电气量数据，并通过直流控制设备专用接口装置发送至直流控制设备；

模拟模块2，用于所述直流控制设备根据接收到的电气量数据对直流控制特性进行模拟，生成控制脉冲信号，并将所述控制脉冲信号通过所述直流控制设备专用接口装置返回所述rtds实时仿真器；

仿真计算模块3，用于所述rtds实时仿真器根据接收到的控制脉冲信号，输入预设的仿真模型对所述被测系统的电压电流响应进行计算，得到所述被测系统的阻抗。

优选地，该数据获取模块1包括：

电气量数据单元，用于所述用于仿真的电气量数据包括交流母线三相电压、直流电压、直流电流、及直流场和交流场开关状态。

优选地，该模拟模块2包括：

直流控制设备专用接口装置设置单元，用于所述直流控制设备专用接口装置设有千兆比特模拟量输出板卡gtao、千兆比特数字量输出板卡gtdo、千兆比特数字量输入板卡gtdi、专用测量装置；

其中，所述rtds实时仿真器的第一输出端与所述千兆比特模拟量输出板卡gtao的输入端通过光纤连接，所述gtao的输出端与所述专用测量装置的输入端通过硬线连接，所述专用测量装置的输出端与所述直流控制设备的第一输入端通过光纤连接；

所述rtds实时仿真器的第二输出端与所述千兆比特数字量输出板卡gtdo的输入端通过光纤连接，所述gtdo的输出端与所述直流控制设备的第二输入端通过硬线连接；

所述直流控制设备的输出端与所述千兆比特数字量输入板卡gtdi的输入端通过硬线连接，所述gtdi的输出端与所述rtds实时仿真器的的输入端通过光纤连接。

优选地，该仿真计算模块3包括：

仿真模型构建单元，用于所述rtds实时仿真器根据交直流混联系统特性，预先设置仿真模型；

计算单元，用于所述rtds实时仿真器根据接收到的控制脉冲信号，采用所述仿真模型计算所述被测系统电压电流响应，得到所述被测系统在所述频率下的阻抗。

本发明另一实施例提供一种交直流混联系统的阻抗仿真扫描装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时实现以上任意一项所述的交直流混联系统的阻抗仿真扫描方法。

本发明另一实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行以上任意一项所述的交直流混联系统的阻抗仿真扫描方法。

所称处理器可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述交直流混联系统的阻抗仿真扫描装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个交直流混联系统的阻抗仿真扫描装置的各个部分。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述交直流混联系统的阻抗仿真扫描装置的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard,smc)，安全数字(securedigital,sd)卡，闪存卡(flashcard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

其中，所述交直流混联系统的阻抗仿真扫描装置集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。