一种多流融合的有源配电网仿真分析方法、系统及介质与流程

本发明涉及配电网信息物理系统及配电网运行分析领域，具体涉及一种多流融合的有源配电网仿真分析方法、系统及介质。

背景技术：

1、随着“新型电力系统构建”的快速推进，大量分布式电源、电动汽车充电桩、储能、新一代配电自动化系统和终端设备，以及柔性互联设备、多端口变流器、柔性变压器等设备接入配电网，使得配电网从电源跟踪负荷变化的传统运行模式向“源-网-荷-储”协同、柔性互动的有源配电网运行模式转变。与此同时，随着配电自动化、用电信息采集系统、配电物联网、5g等先进传感、信息通信、计算和控制技术的深度应用，使得有源配电网逐步演变为包括配电物理网络、信息通信网络在内的多层次综合型网络架构，具备了典型的信息物理系统cps(cyber physical systems)特征。

2、鉴于上述原因，配电网cps研究及应用已成为了学术界重点关注的研究内容，同时也取得了众多的研究成果。然而，信息物理环境下配电网安全稳定运行影响因素逐渐呈现种类多样化和范围扩大化趋势，信息通信失效、网络攻击、人为失误等因素对配电网风险分析、故障恢复等传统业务的影响不可忽视，有必要在“能量流-信息流-控制流”基础上考虑上述因素对业务流的影响，因此，计及“能量-信息-控制-业务”多流融合的有源配电网成为能源互联网研究领域需要关注的关键科学问题。

3、多流融合的有源配电网物理、信息通信、控制、业务耦合关系复杂，时间尺度差异大，运行及控制模式多样，离散状态与连续过程混合，故障横向/纵向传播特性复杂。仿真计算是目前研究配电网运行分析问题的有力手段，在模型、算法、数据处理等环节精确、合理的前提下，可高效、准确的完成多流融合背景下的配电网运行优化、调度控制、风险扫描、故障处置与恢复等关键环节的研究。

4、就目前仿真技术而言，主要存在以下问题：

5、(1)当前配电网仿真系统、平台主要限于传统物理网络，仅能应对个别传统配电网或少量源荷接入下的配电网简单案例研究；

6、(2)在大规模、高比例分布式电源接入的背景下，不同元件、设备，不同研究目的、实施场景对模型构建的分辨率需求不同，存在显著的多分辨率仿真状态及状态切换需求，但目前的仿真软件、系统、平台等基本不具备上述功能，亟待开展深入研究。

技术实现思路

1、为了解决现有技术仅能应对个别传统配电网或少量源荷接入下的配电网简单案例研究，不具备多分辨率仿真状态及状态切换功能的问题，本发明提出了一种多流融合的有源配电网仿真分析方法，包括：

2、根据有源配电网各项参数采用平均化思想将有源配电网分别构建为稳态和动态的高低分辨率模型；

3、利用初始运行参数对稳态的高低分辨率模型进行一次计算作为第一次计算结果，基于所述第一次计算结果更新所述稳态的高低分辨率模型的参数；

4、基于更新后的稳态的高低分辨率模型的参数判断配电网系统的状态，并基于所述配电网系统的状态进行稳态或暂态的高低分辨率模型切换；

5、基于切换后的高低分辨率模型采用多cpu子任务间的多速率并行仿真数据交互机制在预设仿真时长内进行仿真分析，得到仿真结果。

6、可选的所述根据有源配电网各项参数采用时间平均技术将有源配电网构建为高分辨率模型；并采用平均化思想将有源配电网构建为低分辨率模型，包括：

7、基于电力电子变换器的拓扑结构，将整理器开关抽象为理想开关，定义相开关函数，并确定交流侧三相线电压与直流电压的关系和交流侧三相线电流与直流电流的关系；

8、基于所述交流侧三相线电压与直流电压的关系和交流侧三相线电流与直流电流的关系结合电力电子变换器的拓扑结构求取开关周期平均公式；

9、将所述开关周期平均公式带入状态方程，得到稳态和动态的高低分辨率模型。

10、可选的，所述基于更新后的稳态的高低分辨率模型的参数判断配电网系统的状态，包括：

11、更新后的稳态的高低分辨率模型的参数是否存在故障，若存在故障，则所述配电网系统为故障状态，否则继续判断是否存在越限；

12、若存在越限则为风险状态，否则继续判断拓扑是否完整；

13、若不完整，则所述配电网系统为恢复状态，否则继续判断是否达到经济运行指标；

14、若达到，则所述配电网系统为优化状态，否则所述配电网系统为正常状态。

15、可选的，所述并基于所述配电网系统的状态进行稳态或暂态的高低分辨率模型切换，包括：

16、当所述配电网系统为所述故障状态、风险状态或恢复状态时选择动态的高低分辨率模型进行仿真分析；

17、当所述配电网系统为所述优化状态或正常状态时，选择稳态的高低分辨率模型进行仿真分析。

18、可选的，所述基于切换后的高低分辨率模型采用多cpu子任务间的多速率并行仿真数据交互机制在预设仿真时长内进行仿真分析，得到仿真结果，包括：

19、s1：调用切换后的高低分辨率模型，设置子任务采样步长，进行初始化；

20、s2：子任务1向子任务2传递自身在[tn-2，tn-1]时的仿真结果xn-1和在[tn-1，tn]时步内的仿真结果xn，其中，tn-2为第n-2时刻，tn-1为第n-1时刻，tn为第n时刻；

21、s3：子任务2向子任务1传递自身在[tn-1，tn]时步内的仿真结果yn；

22、s4：子任务2确认s2已经完成，在[tn，tn+1]时步内，采用延时模块记录子任务1在上一仿真步长结束时刻的仿真结果xn-1，子任务2利用仿真结果xn-1和子任务1当前状态仿真结果xn进行插值，根据预测值计算式依次得到m个子任务1的状态量预测值，进行m次迭代计算，其中tn+1为第n+1时刻；

23、s5：子任务1确认s3已经完成，并利用子任务2当前状态量yn进行一次迭代计算；

24、s6：判断迭代次数是否超过设定阈值，若未超过，则子任务1和子任务2同步运行至tn+1时刻，将t n+1时刻赋值给tn返回s2，否则仿真结束。

25、可选的，所述预测值计算式如下式所示：

26、

27、式中，xn,k为m个子任务1的状态量预测值，xn-1为子任务1向子任务2传递自身在[tn-2，tn-1]时的仿真结果，k为子任务编号，m为迭代次数，xn为子任务1向子任务2传递自身在[tn-1，tn]时步内的仿真结果。

28、再一方面本发明还提供了一种多流融合的有源配电网仿真分析系统，包括：

29、模型构建模块，用于根据有源配电网各项参数采用平均化思想将有源配电网分别构建为稳态和动态的高低分辨率模型；

30、参数更新模块，用于利用初始运行参数对稳态的高低分辨率模型进行一次计算作为第一次计算结果，基于所述第一次计算结果更新所述稳态的高低分辨率模型的参数；

31、状态切换模块，用于基于更新后的稳态的高低分辨率模型的参数判断配电网系统的状态，并基于所述配电网系统的状态进行稳态或暂态的高低分辨率模型切换；

32、仿真模块，用于基于切换后的高低分辨率模型采用多cpu子任务间的多速率并行仿真数据交互机制在预设仿真时长内进行仿真分析，得到仿真结果。

33、可选的，所述状态切换模块，包括：状态判断子模块和切换子模块；

34、所述状态判断子模块，用于基于更新后的稳态的高低分辨率模型的参数确定配电网系统未故障状态、风险状态、恢复状态、优化状态或者正常状态；

35、所述切换子模块，用于基于所述配电网系统的状态进行稳态或暂态的高低分辨率模型切换。

36、可选的，所述状态判断子模块具体用于：

37、更新后的稳态的高低分辨率模型的参数是否存在故障，若存在故障，则所述配电网系统为故障状态，否则继续判断是否存在越限；

38、若存在越限则为风险状态，否则继续判断拓扑是否完整；

39、若不完整，则所述配电网系统为恢复状态，否则继续判断是否达到经济运行指标；

40、若达到，则所述配电网系统为优化状态，否则所述配电网系统为正常状态。

41、可选的，所述切换子模块具体用于：

42、当所述配电网系统为所述故障状态、风险状态或恢复状态时选择动态的高低分辨率模型进行仿真分析；

43、当所述配电网系统为所述优化状态或正常状态时，选择稳态的高低分辨率模型进行仿真分析。

44、可选的，所述仿真模块具体用于：

45、s1：调用切换后的低分辨率模型或高分辨率模型，设置子任务采样步长，进行初始化；

46、s2：子任务1向子任务2传递自身在[tn-2，tn-1]时的仿真结果xn-1和在[tn-1，tn]时步内的仿真结果xn，其中，tn-2为第n-2时刻，tn-1为第n-1时刻，tn为第n时刻；

47、s3：子任务2向子任务1传递自身在[tn-1，tn]时步内的仿真结果yn；

48、s4：子任务2确认s2已经完成，在[tn，tn+1]时步内，采用延时模块记录子任务1在上一仿真步长结束时刻的仿真结果xn-1，子任务2利用仿真结果xn-1和子任务1当前状态仿真结果xn进行插值，根据预测值计算式依次得到m个子任务1的状态量预测值，进行m次迭代计算，其中tn+1为第n+1时刻；

49、s5：子任务1确认s3已经完成，并利用子任务2当前状态量yn进行一次迭代计算；

50、s6：判断迭代次数是否超过设定阈值，若未超过，则子任务1和子任务2同步运行至tn+1时刻，将t n+1时刻赋值给tn返回s2，否则仿真结束。

51、优选的，所述预测值计算式如下式所示：

52、

53、式中，xn,k为m个子任务1的状态量预测值，xn-1为子任务1向子任务2传递自身在[tn-2，tn-1]时的仿真结果，k为子任务编号，m为迭代次数，xn为子任务1向子任务2传递自身在[tn-1，tn]时步内的仿真结果。

54、再一方面，本技术还提供了一种计算设备，包括：一个或多个处理器；

55、处理器，用于执行一个或多个程序；

56、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如上述所述的一种多流融合的有源配电网仿真分析方法。

57、再一方面，本技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如上述所述的一种多流融合的有源配电网仿真分析方法。

58、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

59、本发明提供了一种多流融合的有源配电网仿真分析方法包括：根据有源配电网各项参数采用平均化思想将有源配电网分别构建为稳态和动态的高低分辨率模型；利用初始运行参数对稳态的高低分辨率模型进行一次计算作为第一次计算结果，基于所述第一次计算结果更新所述稳态的高低分辨率模型的参数；基于更新后的稳态的高低分辨率模型的参数判断配电网系统的状态，并基于所述配电网系统的状态进行稳态或暂态的高低分辨率模型切换；基于切换后的高低分辨率模型采用多cpu子任务间的多速率并行仿真数据交互机制在预设仿真时长内进行仿真分析，得到仿真结果。本发明构建稳态和动态的高低分辨率模型，且再仿真过程中根据参数更新系统状态，进而切换到状态对应的高低分辨率模型，具备多分辨率仿真状态及状态切换功能，提高了仿真结果的精度。