本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)建模，特別涉及一種大電網(wǎng)連鎖故障電磁暫態(tài)仿真場景構建方法及系統(tǒng)。

背景技術：

1、電力系統(tǒng)連鎖故障是指由于系統(tǒng)中某些元件的故障或失效，引發(fā)一系列具有因果關系的連鎖反應，部分設備相繼退出運行，導致系統(tǒng)大面積停電甚至崩潰的現(xiàn)象。為了防范和應對電力系統(tǒng)連鎖故障，大量學者開展了連鎖故障研究，推理分析出連鎖故障演化路徑。這些連鎖故障路徑是否正確并符合實際電網(wǎng)運行情況，需要首先選用某種模型，構建連鎖故障仿真場景，然后進行連鎖故障仿真分析驗證。

2、用于連鎖故障仿真的模型是以采用電力系統(tǒng)分析算法為核心的計算模型，具體可分為穩(wěn)態(tài)模型、暫態(tài)模型及其它們的混合體。穩(wěn)態(tài)模型包括基于直流潮流的穩(wěn)態(tài)模型、基于交流潮流的穩(wěn)態(tài)模型。暫態(tài)模型包括基于機電暫態(tài)仿真的暫態(tài)模型和基于電磁暫態(tài)仿真的暫態(tài)模型。穩(wěn)態(tài)模型和暫態(tài)模型的混合體是基于潮流計算和機電暫態(tài)仿真的連鎖故障仿真模型。

3、連鎖故障仿真的穩(wěn)態(tài)模型考慮電網(wǎng)潮流特性，將連鎖故障視為離散的狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程，重點考慮每級故障的暫態(tài)過程消失后的潮流變化情況，忽略故障發(fā)生后暫態(tài)過程和系統(tǒng)穩(wěn)定性問題。穩(wěn)態(tài)模型的數(shù)學模型是一組非線性方程組，因其計算速度快在連鎖故障分析中得到廣泛應用。

4、連鎖故障仿真暫態(tài)模型采用微分代數(shù)方程，通過時域仿真可以有效模擬連鎖故障發(fā)展過程中的系統(tǒng)狀態(tài)、元件動作以及控制措施之間的相互影響，提供準確的系統(tǒng)動態(tài)信息，仿真精度高，可用于連鎖故障的全過程動態(tài)仿真，但由于模型復雜度較高，計算量也遠大于穩(wěn)態(tài)模型。目前暫態(tài)模型應用較多的是基于機電暫態(tài)的連鎖故障仿真模型。缺乏基于電磁暫態(tài)仿真的連鎖故障的相關文獻。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題之一。為此，本發(fā)明提出一種大電網(wǎng)連鎖故障電磁暫態(tài)仿真場景構建方法，能夠?qū)崿F(xiàn)大電網(wǎng)一次系統(tǒng)和相關二次系統(tǒng)的電磁暫態(tài)自動化建模，提高連鎖故障采用電磁暫態(tài)仿真手段驗證時特別是涉及新能源、直流、二次控制系統(tǒng)建模時效率。

2、本發(fā)明還提出一種具有上述大電網(wǎng)連鎖故障電磁暫態(tài)仿真場景構建方法的系統(tǒng)及介質(zhì)。

3、根據(jù)本發(fā)明的第一方面實施例的大電網(wǎng)連鎖故障電磁暫態(tài)仿真場景構建方法，其特征在于，包括以下步驟：

4、基于psasp機電暫態(tài)模型描述，建立電網(wǎng)運行方式交流電網(wǎng)adpss電磁暫態(tài)模型，并從所述psasp機電暫態(tài)模型中獲取交流電網(wǎng)潮流數(shù)據(jù)，所述交流電網(wǎng)潮流數(shù)據(jù)包括節(jié)點電壓幅值和相角；

5、依據(jù)psasp機電暫態(tài)數(shù)據(jù)中直流、新能源關聯(lián)交流母線位置，導入所述adpss電磁暫態(tài)模型；

6、根據(jù)連鎖故障事故鏈信息圈定繼保和安自裝置的建模范圍，然后基于機電暫態(tài)數(shù)據(jù)中已有的用戶自定義模型，采用基本功能框映射和輸入輸出適配的方法，構建和安裝繼保和安自裝置電磁暫態(tài)模型；

7、繼保和安自裝置、直流、新能源電磁暫態(tài)模型分別進行初始化。

8、根據(jù)本發(fā)明實施例的大電網(wǎng)連鎖故障電磁暫態(tài)仿真場景構建方法，至少具有如下有益效果：本發(fā)明提出大電網(wǎng)連鎖故障電磁暫態(tài)仿真場景的自動構建方法從某一機電暫態(tài)模型描述的電網(wǎng)運行方式出發(fā)，基于已有的連鎖故障事故鏈，對交流電網(wǎng)，采用設備模型映射和參數(shù)轉(zhuǎn)換的方法對交流電網(wǎng)電磁暫態(tài)自動建模；對光伏新能源場站和直流輸電系統(tǒng)，采用已有的模型庫并與交流電網(wǎng)模型的拼接；對連鎖故障事故鏈上的關聯(lián)設備，利用已有的機電暫態(tài)繼保和安自裝置自定義模型及其關聯(lián)設備，自動轉(zhuǎn)換為電磁暫態(tài)模型，并自動補充基本功能框，實現(xiàn)輸入輸出量有效值到瞬時量的轉(zhuǎn)換；對拼接后的大電網(wǎng)全電磁暫態(tài)模型，采用開環(huán)迭代、鉗位電源等技術措施，實現(xiàn)全網(wǎng)電磁暫態(tài)模型的自動初始化。

9、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述基于psasp機電暫態(tài)模型描述，建立電網(wǎng)運行方式交流電網(wǎng)adpss電磁暫態(tài)模型，并從所述psasp機電暫態(tài)模型中獲取交流電網(wǎng)潮流數(shù)據(jù)，所述交流電網(wǎng)潮流數(shù)據(jù)包括節(jié)點電壓幅值和相角的步驟，包括：

10、讀取psasp機電暫態(tài)模型數(shù)據(jù)，并對設備模型參數(shù)進行合理性檢查；其中，所述設備包括發(fā)電機、變壓器、交流線路和負荷；

11、將psasp機電暫態(tài)模型中的元件基于預設的映射規(guī)則轉(zhuǎn)化成adpss電磁暫態(tài)模型中的元件；

12、按照母線名稱將psasp機電暫態(tài)數(shù)據(jù)中母線電壓幅值和相角更新到adpss電磁暫態(tài)數(shù)據(jù)對應的母線上。

13、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，其特征在于，所述依據(jù)psasp機電暫態(tài)數(shù)據(jù)中直流、新能源關聯(lián)交流母線位置，導入所述adpss電磁暫態(tài)模型的步驟，包括：

14、根據(jù)機電暫態(tài)常規(guī)直流系統(tǒng)名稱，在機電暫態(tài)數(shù)據(jù)中確定交直流系統(tǒng)換流變交流側(cè)母線，所述換流變交流側(cè)母線包括整流側(cè)母線和逆變側(cè)母線；

15、在所述交流電網(wǎng)adpss電磁暫態(tài)模型確定所述換流變交流側(cè)母線對應的母線；

16、在adpss中通過導入工程，從直流電磁暫態(tài)模型庫導入對應直流名稱的直流電磁暫態(tài)模型工程；

17、在所述adpss電磁暫態(tài)模型的整流側(cè)交直流母線處設置外接母線，并連接至整流側(cè)母線；在所述adpss電磁暫態(tài)模型的逆變側(cè)交直流母線處設置外接母線，并連接至逆變側(cè)母線；

18、將機電暫態(tài)數(shù)據(jù)中每一個新能源場站，都進行上述步驟，以導入對應的新能源模型。

19、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，其特征在于，所述根據(jù)連鎖故障事故鏈信息圈定繼保和安自裝置的建模范圍，然后基于機電暫態(tài)數(shù)據(jù)中已有的用戶自定義模型，采用基本功能框映射和輸入輸出適配的方法，構建和安裝繼保和安自裝置電磁暫態(tài)模型的步驟，包括：

20、建立psasp機電暫態(tài)用戶自定義基本功能框到adpss電磁暫態(tài)用戶自定義基本功能框的映射關系和參數(shù)轉(zhuǎn)換規(guī)則；

21、根據(jù)連鎖故障事故鏈所提供的設備元件信息，從psasp機電暫態(tài)數(shù)據(jù)中找到相關的繼保和安自裝置用戶自定義模型，依據(jù)所述映射關系和參數(shù)轉(zhuǎn)換規(guī)則轉(zhuǎn)換成adpss電磁暫態(tài)用戶自定義模型，并記錄模型輸入輸出安裝信息；

22、對已經(jīng)轉(zhuǎn)換成電磁暫態(tài)模型的繼保和安自裝置模型的輸入和輸出，用adpss電磁暫態(tài)基本功能框補充適配；

23、在已有模型結構描述基礎上，采用寬度優(yōu)先搜索算法遍歷模型基本功能框，根據(jù)遍歷層數(shù)及順序記錄基本功能框，并賦以坐標，得到分層遍歷記錄信息；

24、基于adpss提供的應用程序接口，在adpss界面環(huán)境中按照所述分層遍歷記錄信息設置基本功能框坐標，設置基本功能框參數(shù)，設置模型輸入輸出安裝信息，繪制基本功能框及其拓撲連接，完成繼電保護和安全自動裝置模型的建模。

25、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述繼保和安自裝置、直流、新能源電磁暫態(tài)模型分別進行初始化的步驟中，繼保和安自裝置電磁暫態(tài)模型自動初始化的過程包括：

26、根據(jù)交流電網(wǎng)母線電壓幅值、相角以及一次設備參數(shù)和狀態(tài)，計算仿真零時刻的母線電壓abc三相瞬時值、初始相角、初始有效值；

27、根據(jù)abc三相瞬時值和設備參數(shù)，計算一次設備電流瞬時值；根據(jù)一次設備狀態(tài)計算輸出量初始值；

28、斷開繼保和安自裝置電磁暫態(tài)模型出口開關，模型開環(huán)運行；

29、輸入恒定不變，迭代計算模型狀態(tài)量，直至所有狀態(tài)量兩次計算值殘差小于0.0001，以及計算所得的輸出量與初始輸出量一致；

30、設置模型閉環(huán)運行，完成繼保和安自裝置電磁暫態(tài)模型自動初始化。

31、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述繼保和安自裝置、直流、新能源電磁暫態(tài)模型分別進行初始化的步驟中，直流電磁暫態(tài)模型自動初始化的過程包括：

32、仿真開始前，在交直流邊界母線增加鉗位電壓源以及與系統(tǒng)相連的三相開關元件，電源電壓幅值和相角取值于交流母線潮流結果，隔離直流對交流系統(tǒng)的擾動，并為直流系統(tǒng)啟動到平穩(wěn)提供電壓支撐；

33、按照psasp機電暫態(tài)直流潮流結果設置電磁直流模型換流變抽頭位置、交流濾波器投切量以及直流功率、直流電壓、直流電流指令值；

34、啟動仿真計算，并每步仿真過程中檢測直流功率仿真結果與指令值的差異，當二者差異小于0.0001時，可近似認為直流進入穩(wěn)態(tài)，在三相開關元件電流過零時斷開鉗位電源，完成直流電磁暫態(tài)模型自動初始化。

35、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述繼保和安自裝置、直流、新能源電磁暫態(tài)模型分別進行初始化的步驟中，新能源電磁暫態(tài)模型自動初始化的過程包括：

36、根據(jù)新能源端口母線名稱從psasp機電暫態(tài)潮流結果獲取新能源場站電壓幅值v和電壓相角a、有功功率p0和無功功率q0；

37、在新能源場站斷開母線處增加接地的三相鉗位電壓源，并通過初始狀態(tài)閉合的三相開關元件與新能源端口母線相連，鉗位電源電壓幅值取值v，相角取值a；

38、設新能源場站控制系統(tǒng)有功指令值pref＝p0和無功指令值qref＝q0；

39、啟動仿真，并應用adpss提供的新能源場站穩(wěn)態(tài)自動調(diào)節(jié)功能調(diào)節(jié)新能源場站控制系統(tǒng)有功指令值pref、無功指令值qref和svg無功指令值qsvg_ref,直至鉗位電源有功和無功趨于0，斷開鉗位電源三相開關，完成新能源場站自動初始化過程。

40、根據(jù)本發(fā)明的第二方面實施例的大電網(wǎng)連鎖故障電磁暫態(tài)仿真場景構建系統(tǒng)，其特征在于，包括：

41、電磁暫態(tài)建模模塊，能夠基于psasp機電暫態(tài)模型描述，建立電網(wǎng)運行方式交流電網(wǎng)adpss電磁暫態(tài)模型，并從所述psasp機電暫態(tài)模型中獲取交流電網(wǎng)潮流數(shù)據(jù)，所述交流電網(wǎng)潮流數(shù)據(jù)包括節(jié)點電壓幅值和相角；

42、數(shù)據(jù)導入模塊，能夠依據(jù)psasp機電暫態(tài)數(shù)據(jù)中直流、新能源關聯(lián)交流母線位置，導入所述adpss電磁暫態(tài)模型；

43、繼保和安自裝置建模模塊，能夠根據(jù)連鎖故障事故鏈信息圈定繼保和安自裝置的建模范圍，然后基于機電暫態(tài)數(shù)據(jù)中已有的用戶自定義模型，采用基本功能框映射和輸入輸出適配的方法，構建和安裝繼保和安自裝置電磁暫態(tài)模型；

44、初始化模塊，能夠使繼保和安自裝置、直流、新能源電磁暫態(tài)模型分別進行初始化。

45、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述電磁暫態(tài)建模模塊，包括：

46、讀取psasp機電暫態(tài)模型數(shù)據(jù)，并對設備模型參數(shù)進行合理性檢查；其中，所述設備包括發(fā)電機、變壓器、交流線路和負荷；

47、將psasp機電暫態(tài)模型中的元件基于預設的映射規(guī)則轉(zhuǎn)化成adpss電磁暫態(tài)模型中的元件；

48、按照母線名稱將psasp機電暫態(tài)數(shù)據(jù)中母線電壓幅值和相角更新到adpss電磁暫態(tài)數(shù)據(jù)對應的母線上。

49、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述數(shù)據(jù)導入模塊，包括：

50、根據(jù)機電暫態(tài)常規(guī)直流系統(tǒng)名稱，在機電暫態(tài)數(shù)據(jù)中確定交直流系統(tǒng)換流變交流側(cè)母線，所述換流變交流側(cè)母線包括整流側(cè)母線和逆變側(cè)母線；

51、在所述交流電網(wǎng)adpss電磁暫態(tài)模型確定所述換流變交流側(cè)母線對應的母線；

52、在adpss中通過導入工程，從直流電磁暫態(tài)模型庫導入對應直流名稱的直流電磁暫態(tài)模型工程；

53、在所述adpss電磁暫態(tài)模型的整流側(cè)交直流母線處設置外接母線，并連接至整流側(cè)母線；在所述adpss電磁暫態(tài)模型的逆變側(cè)交直流母線處設置外接母線，并連接至逆變側(cè)母線；

54、將機電暫態(tài)數(shù)據(jù)中每一個新能源場站，都進行上述步驟，以導入對應的新能源模型。

55、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述繼保和安自裝置建模模塊，包括：

56、建立psasp機電暫態(tài)用戶自定義基本功能框到adpss電磁暫態(tài)用戶自定義基本功能框的映射關系和參數(shù)轉(zhuǎn)換規(guī)則；

57、根據(jù)連鎖故障事故鏈所提供的設備元件信息，從psasp機電暫態(tài)數(shù)據(jù)中找到相關的繼保和安自裝置用戶自定義模型，依據(jù)所述映射關系和參數(shù)轉(zhuǎn)換規(guī)則轉(zhuǎn)換成adpss電磁暫態(tài)用戶自定義模型，并記錄模型輸入輸出安裝信息；

58、對已經(jīng)轉(zhuǎn)換成電磁暫態(tài)模型的繼保和安自裝置模型的輸入和輸出，用adpss電磁暫態(tài)基本功能框補充適配；

59、在已有模型結構描述基礎上，采用寬度優(yōu)先搜索算法遍歷模型基本功能框，根據(jù)遍歷層數(shù)及順序記錄基本功能框，并賦以坐標，得到分層遍歷記錄信息；

60、基于adpss提供的應用程序接口，在adpss界面環(huán)境中按照所述分層遍歷記錄信息設置基本功能框坐標，設置基本功能框參數(shù)，設置模型輸入輸出安裝信息，繪制基本功能框及其拓撲連接，完成繼電保護和安全自動裝置模型的建模。

61、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述初始化模塊中，繼保和安自裝置電磁暫態(tài)模型自動初始化的過程包括：

62、根據(jù)交流電網(wǎng)母線電壓幅值、相角以及一次設備參數(shù)和狀態(tài)，計算仿真零時刻的母線電壓abc三相瞬時值、初始相角、初始有效值；

63、根據(jù)abc三相瞬時值和設備參數(shù)，計算一次設備電流瞬時值；根據(jù)一次設備狀態(tài)計算輸出量初始值；

64、斷開繼保和安自裝置電磁暫態(tài)模型出口開關，模型開環(huán)運行；

65、輸入恒定不變，迭代計算模型狀態(tài)量，直至所有狀態(tài)量兩次計算值殘差小于0.0001，以及計算所得的輸出量與初始輸出量一致；

66、設置模型閉環(huán)運行，完成繼保和安自裝置電磁暫態(tài)模型自動初始化。

67、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述初始化模塊中，直流電磁暫態(tài)模型自動初始化的過程包括：

68、仿真開始前，在交直流邊界母線增加鉗位電壓源以及與系統(tǒng)相連的三相開關元件，電源電壓幅值和相角取值于交流母線潮流結果，隔離直流對交流系統(tǒng)的擾動，并為直流系統(tǒng)啟動到平穩(wěn)提供電壓支撐；

69、按照psasp機電暫態(tài)直流潮流結果設置電磁直流模型換流變抽頭位置、交流濾波器投切量以及直流功率、直流電壓、直流電流指令值；

70、啟動仿真計算，并每步仿真過程中檢測直流功率仿真結果與指令值的差異，當二者差異小于0.0001時，可近似認為直流進入穩(wěn)態(tài)，在三相開關元件電流過零時斷開鉗位電源，完成直流電磁暫態(tài)模型自動初始化。

71、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述初始化模塊，新能源電磁暫態(tài)模型自動初始化的過程包括：

72、根據(jù)新能源端口母線名稱從psasp機電暫態(tài)潮流結果獲取新能源場站電壓幅值v和電壓相角a、有功功率p0和無功功率q0；

73、在新能源場站斷開母線處增加接地的三相鉗位電壓源，并通過初始狀態(tài)閉合的三相開關元件與新能源端口母線相連，鉗位電源電壓幅值取值v，相角取值a；

74、設新能源場站控制系統(tǒng)有功指令值pref＝p0和無功指令值qref＝q0；

75、啟動仿真，并應用adpss提供的新能源場站穩(wěn)態(tài)自動調(diào)節(jié)功能調(diào)節(jié)新能源場站控制系統(tǒng)有功指令值pref、無功指令值qref和svg無功指令值qsvg_ref,直至鉗位電源有功和無功趨于0，斷開鉗位電源三相開關，完成新能源場站自動初始化過程。

76、本發(fā)明第三方面的實施例提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，該介質(zhì)存儲有計算機可執(zhí)行指令，該計算機可執(zhí)行指令用于以執(zhí)行上述大電網(wǎng)連鎖故障電磁暫態(tài)仿真場景構建方法。

77、本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。