基於面向對象技術的直流系統建模方法及故障仿真方法
2023-05-23 23:55:31
基於面向對象技術的直流系統建模方法及故障仿真方法
【專利摘要】一種基於面向對象技術的直流系統的建模方法及故障仿真方法，所述建模方法包括：分析出直流輸電一次系統及其控制系統的每個功能模型；針對於每個所述功能模型，調取組成該功能模型的基本模型及該基本模型的計算模型。本發明採用面向對象技術，有效的使降低了各模塊間的關聯程度，這就相對減少了程式設計師之間的相互影響。設計初期只由很少的程式設計師介入的情況下，通過在對象系統中按照從基本模型至功能模型再至整體系統，逐層封裝繼承的模式來實現，使得今後更改引起的成本大大降低，系統魯棒性得到了提升。
【專利說明】基於面向對象技術的直流系統建模方法及故障仿真方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於電力系統模擬仿真【技術領域】，尤其是基於面向對象技術的直流系統建 模方法及故障仿真方法。
【背景技術】
[0002] 我國東部地區經濟發達，用電負荷相對集中，但能源相對匱乏。近年來，隨著我國 西北地區大型新能源的建設，西部將有大量的風電及太陽能等清潔能源需要遠距離輸送到 東部。採用高壓直流輸電（High voltage direct current, HVDC)能夠有效地節約線路走 廊、有助於改善網絡結構、減少輸電瓶頸，進而實現大範圍的資源優化配置，經濟和社會效 益十分明顯。同時，對提高我國輸變電設備的自主創新和製造能力，也具有重大意義。為保 證直流工程的順利實施，進行計算機暫態仿真是必要環節。
[0003] 針對暫態仿真，電磁暫態分析和機電暫態分析各有各的特點及應用領域，機電暫 態程序基於基波、相量和時序分析，對特高壓直流輸電設備只能採用準穩態模型模擬，其前 提為：1、換流器母線的三相交流電壓是對稱、平衡的正弦波；2、換流器本身的運行是完全 對稱平衡的； 3、直流電流和直流電壓是平直的。因此準穩態模型在交流系統不對稱故障期 間不適用。並且，準穩態模型中換流器本身的暫態過程忽略不計，以穩態方程式表示，無法 描述換流閥受直流控制系統點火脈衝序列進行換相的詳細過程，不能表示非對稱故障，換 流器內部故障，逆變器換相失敗，以及控制系統對換流過程的影響等。對換相失敗過程只能 採用簡單的經驗判據。
[0004] 針對計算機仿真，傳統的軟體開發是從算法的角度進行建模。而通常按照這種方 法編寫的軟體不易於維護，系統魯棒性也不高。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的之一是提供一種基於面向對象技術的直流系統的建模方法，以解決 現有技術中採用從算法的角度進行建模，得到的模型不易維護，並且系統魯棒性也不高的 問題。
[0006] 在一些說明性實施例中，所述基於面向對象技術的直流系統建模方法，包括：分析 出直流輸電一次系統及其控制系統的每個功能模型；針對於每個所述功能模型，調取組成 該功能模型的基本模型及該基本模型的計算模型。
[0007] 本發明的另一個目的是提供一種基於面向對象技術的直流系統的故障仿真方法。 [0008]在一些說明性實施例中，所述基於面向對象技術的直流系統的故障仿真方法，包 括：用於採用上述建模方法構建的模型，包括：在直流輸電一次系統和/或其控制系統中設 置故障點；仿真運行，輸出所述直流輸電一次系統及其控制系統的電壓和/或電流參數。
[0009] 與現有技術相比，本發明的說明性實施例包括以下優點：
[0010] 面向對象的程序設計降低了各模塊間的關聯程度，這就相對減少了程式設計師之間的 相互影響。設計初期只由很少的程式設計師介入的情況下，通過在對象系統中按照從基本模型 至功能模型再至整體系統，逐層封裝繼承的模式來實現，使得今後更改引起的成本大大降 低，系統魯棒性得到了提升。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011] 此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發 明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：
[0012] 圖1是按照本發明的說明性實施例的流程圖；
[0013] 圖2是按照本發明的說明性實施例的流程圖；
[0014] 圖3是按照本發明的說明性實施例的流程圖；
[0015] 圖4是按照本發明的說明性實施例的直流輸電一次系統的結構示意圖；
[0016] 圖5是按照本發明的說明性實施例的關係示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 在以下詳細描述中，提出大量特定細節，以便於提供對本發明的透徹理解。但是， 本領域的技術人員會理解，即使沒有這些特定細節也可實施本發明。在其它情況下，沒有詳 細描述眾所周知的方法、過程、組件和電路，以免影響對本發明的理解。
[0018] 為了更好的理解本發明中的說明性實施例，下面對本發明說明性實施例中的主要 思想進行簡單說明。
[0019] 針對計算機仿真，傳統的軟體開發是從算法的角度進行建模。而通常按照這種方 法編寫的軟體不易於維護，系統魯棒性也不高。面向對象的方法認為：客觀世界的問題都是 由客觀世界的實體及其相互之間的聯繫構成的。我們把客觀世界的實體稱為問題對象，那 麼對象都有自己的運動狀態及運動規律，不同對象之間的相互作用和相互通信就構成了完 整的客觀世界。使用面向對象的方法人們可以逐步去解決問題，而在問題逐步深入過程中 不必去重新修改前面己完成的設計工作。由於採用了數據抽象和封裝技術，面向對象的程 序設計降低了各模塊間的關聯程度，這就相對減少了程式設計師之間的相互影響。
[0020] 參見圖1，圖1示出了基於面向對象技術的直流系統的建模的流程圖。
[0021] 在一些說明性實施例中，公開了一種基於面向對象技術的直流系統的建模方法， 包括：
[0022] S11、分析出直流輸電一次系統及其控制系統的每個功能模型；
[0023] S12、針對於每個所述功能模型，調取組成該功能模型的基本模型及該基本模型的 計算模型。
[0024] 本發明由於基於面向對象的思想，採用了數據抽象和封裝技術，面向對象的程序 設計降低了各模塊間的關聯程度，這就相對減少了程式設計師之間的相互影響。設計初期只 由很少的程式設計師介入的情況下，通過在對象系統中按照從基本模型至功能模型再至整體系 統，逐層封裝繼承的模式來實現，使得今後更改引起的成本大大降低，系統魯棒性得到了提 升。
[0025] 在一些說明性實施例中，所述直流輸電一次系統及其控制系統由用戶搭建完成。
[0026] 在一些說明性實施例中，每個所述功能模型至少由一個基本模型組成。
[0027] 在一些說明性實施例中，所述分析出直流輸電一次系統及其控制系統的每個功能 模型，具體包括：根據所述直流輸電一次系統及其控制系統中元器件的名稱，確定所述直流 輸電一次系統及其控制系統的所述功能模型。
[0028] 在一些說明性實施例中，所述調取組成該功能模型的基本模型及該基本模型的計 算模型，具體包括：
[0029] S21、以功能模型在功能模型庫中進行匹配，調取與該功能模型相匹配的基本模 型；
[0030] S22、以調取到的所述基本模型在基本模型庫中進行匹配，調取該基本模型的計算 模型。
[0031] 在一些說明性實施例中，所述基本模型的計算模型中至少包含一個該基本模塊的 仿真計算的方程。
[0032] 在一些說明性實施例中,所述直流輸電一次系統中至少包含有以下至少一個元器 件：
[0033] 三相RLC元件、單相RLC元件、晶閘管元件、輸電線路元件、三相/單相故障元件、 三相兩繞組變壓器元件。
[0034] 現在參照圖3,圖3示出了基於面向對象技術的直流系統的故障仿真的流程圖。
[0035] 在一些說明性實施例中，公開了一種基於面向對象技術的直流系統的故障仿真方 法，上述米用建模方法構建的模型，包括：
[0036] S31、在直流輸電一次系統和/或其控制系統中設置故障點；
[0037] 其中，故障點由用戶自己設定。
[0038] S32、仿真運行，輸出所述直流輸電一次系統及其控制系統的電壓和/或電流參 數。
[0039] 在一些說明性實施例中，所述輸出所述直流輸電一次系統及其控制系統的電壓和 /或電流參數，具體包括：輸出所述直流輸電一次系統及其控制系統在所述仿真運行的時 間段內的電壓和/或電流的變化曲線圖。
[0040] 以下提供了一個具體的實施例：
[0041] 圖4示出了面向對象的直流輸電一次系統的結構示意圖。
[0042] 圖5示出了直流輸電一次系統及模型之間關係示意圖。
[0043] 在一些說明性實施例中，直流輸電一次系統的電磁暫態仿真基本元件包括：三相 RLC元件、單相RLC元件、晶閘管元件、輸電線路元件、三相兩繞組變壓器元件。該一次系統 可以由用戶自己搭設，也可以仿真系統提供的包含有基本元件的基本系統。
[0044] 通過這些元件的組合、連接和封裝可實現直流輸電系統的功能模塊，包括：輸電線 路、換流變壓器、六脈動換流器、交流濾波器、直流濾波器、平波電抗器。
[0045] 具體流程，包括：
[0046] 1、用戶搭設或在仿真系統中選取直流輸電一次系統；
[0047] 2、掃描直流輸電一次系統的元器件名稱，確定功能模型；
[0048] 3、以功能模型在功能模型庫中調取基本模型；
[0049] 4、以基本模型在基本模型庫中調取計算模型。
[0050]在一些說明性實施例中，通過一次系統找出功能模型，例如：換流變壓器、直流線 路及接地極、交直流濾波器、六脈動換流器；
[0051] 在一些說明性實施例中，根據功能模型找出基本模型，例如：三相兩繞組變壓器元 件、RLC元件、晶閘管元件。
[0052] 各元器件的仿真相關設定，具體如下：
[0053] 1)、串聯三相RLC元件，本元件為三相元件，由三相電阻、電感、電容串聯而成，具 體分為電阻R元件、電感L元件和電容C元件，對應的方程分別為：
[0054] 電阻 R 元件：v = R · i ;
[0055] 電感L元件
【權利要求】
1. 一種基於面向對象技術的直流系統的建模方法，其特徵在於，包括： 分析出直流輸電一次系統及其控制系統的每個功能模型； 針對於每個所述功能模型，調取組成該功能模型的基本模型及該基本模型的計算模 型。
2. 根據權利要求1所述的建模方法，其特徵在於，所述直流輸電一次系統及其控制系 統由用戶搭建完成。
3. 根據權利要求1所述的建模方法，其特徵在於，每個所述功能模型至少由一個基本 模型組成。
4. 根據權利要求1所述的建模方法，其特徵在於，所述分析出直流輸電一次系統及其 控制系統的每個功能模型，具體包括： 根據所述直流輸電一次系統及其控制系統中兀器件的名稱，確定所述直流輸電一次系 統及其控制系統的所述功能模型。
5. 根據權利要求4所述的建模方法，其特徵在於，所述調取組成該功能模型的基本模 型及該基本模型的計算模型，具體包括： 以功能模型在功能模型庫中進行匹配，調取與該功能模型相匹配的基本模型； 以調取到的所述基本模型在基本模型庫中進行匹配，調取該基本模型的計算模型。
6. 根據權利要求5所述的建模方法，其特徵在於，所述基本模型的計算模型中至少包 含一個該基本模塊的參數計算的方程。
7. 根據權利要求1所述的建模方法，其特徵在於，所述直流輸電一次系統中至少包含 有以下至少一個元器件： 三相RLC元件、單相RLC元件、晶閘管元件、輸電線路元件、三相/單相故障元件、三相 兩繞組變壓器元件。
8. -種基於面向對象技術的直流系統的故障仿真方法，其特徵在於，用於權利要求 1-5中任一項所述的建模方法構建的模型，包括： 在直流輸電一次系統和/或其控制系統中設置故障點； 仿真運行，輸出所述直流輸電一次系統及其控制系統的電壓和/或電流參數。
9. 根據權利要求8所述的故障仿真方法，其特徵在於，所述輸出所述直流輸電一次系 統及其控制系統的電壓和/或電流參數，具體包括： 輸出所述直流輸電一次系統及其控制系統在所述仿真運行的時間段內的電壓和/或 電流的變化曲線圖。
【文檔編號】G06F17/50GK104298834SQ201410604217
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月31日 優先權日:2014年10月31日
【發明者】高峰, 張爽, 江涵, 陳德揚, 梁劍, 張星, 張豔 申請人:國網寧夏電力公司電力科學研究院, 中國電力科學研究院, 國家電網公司