次同步諧振的機電聯合仿真方法及系統的製作方法
2023-08-10 10:59:46 1
次同步諧振的機電聯合仿真方法及系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種次同步諧振的機電聯合仿真方法及系統，其中，方法包括以下步驟：獲取電力系統的建模參數，在PSCAD軟體中建立電氣模型；獲取汽輪發電機組軸系的建模參數，在ANSYS軟體中建立連續質塊軸系模型；設置狀態文件與數據文件；建立數據通信接口；在接收啟動信號之後，通過電氣模型和連續質塊軸系模型實現PSCAD軟體和ANSYS軟體的聯合仿真。本發明實施例的方法通過PSCAD軟體與ANSYS軟體的聯合計算，將複雜的機械軸系應用於時域仿真分析，從而能直接獲取軸系各部位詳細的扭矩變化，為後續的疲勞分析奠定了基礎，實現更加完整的機電耦合動態分析，提高分析的準確度。
【專利說明】次同步諧振的機電聯合仿真方法及系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電力系統【技術領域】，特別涉及一種次同步諧振的機電聯合仿真方法及 系統。
【背景技術】
[0002] SSR(SubSynchrousResonance,次同步諧振）問題的分析中常常使用時域仿真法， 即利用PSCAD/EMTDC等電磁暫態仿真軟體對電力系統及其微分方程進行建模與求解。在應 用該方法分析SSR時，相應的各系統部件及其整體需要採用電磁暫態模型。而其中，發電機 組的軸系機械系統的模型是不可或缺的。
[0003] 相關技術中，例如在PSCAD(PowerSystemsComputerAidedDesign，電磁暫態仿 真軟體）/EMTDC(ElectromagneticTransientsincludingDC，仿真計算核心）這樣的機網 耦合仿真軟體中，多採用簡單分段集中質塊-彈簧模型，它一方面由於較好地保留了機組 次同步扭振模式的動態特性，因而可以用於分析SSR的穩定性與機網之間的次同步能量交 換過程，另一方面由於階數較低，便於快速計算，節省時域仿真時間。然而，相比多段和連續 質塊模型，簡單模型不考慮軸系的具體結構，因而無法對機網相互作用中軸系特定軸段的 動態過程進行分析。
[0004] 並且，在實際工程中，疲勞分析往往是次同步分析的關鍵，而軸系各部位詳細的扭 矩變化情況則是疲勞分析的基礎和前提。由於簡化軸系模型的缺陷，傳統的SSR分析無法 得到軸系詳細的扭矩參數，因而不能用於疲勞分析，得到的SSR分析結果是不完整的。
[0005] 進一步地，常見的變通做法是先採用等效的簡化質塊模型與電網迭代求解，然後 將得到的電磁扭矩作為激勵作用於ANSYS中的複雜軸系模型，或是分別施加各階頻率的扭 矩激勵，來觀察軸系更詳細的響應，如應力和形變特性等。然而，這種機電分離的分析方式 在理論上存在瑕疵，得到的分析結果也會有較大的偏差。
【發明內容】
[0006] 本發明旨在至少在一定程度上解決上述相關技術中的技術問題之一。
[0007] 為此，本發明的一個目的在於提出一種能提高分析的準確度的，簡單方便的次同 步諧振的機電聯合仿真方法。
[0008] 本發明的另一個目的在於提出一種次同步諧振的機電聯合仿真系統。
[0009] 為達到上述目的，本發明一方面實施例提出了一種次同步諧振的機電聯合仿真方 法，包括以下步驟：獲取電力系統的第一建模參數，並根據所述第一建模參數在電磁暫態仿 真PSCAD軟體中建立電氣模型；獲取汽輪發電機組軸系的第二建模參數，並根據所述第二 建模參數在ANSYS軟體中建立連續質塊軸系模型；分別設置所述PSCAD軟體和所述ANSYS 軟體對應的狀態文件與數據文件，其中，狀態文件用於表示所述PSCAD軟體和ANSYS軟體 是否已經完成當前步長的運算，數據文件用於存儲轉速、電磁和機械轉矩；建立數據通信 接口，以通過所述數據通信接口進行所述PSCAD軟體和ANSYS軟體之間的數據通信；以及 在接收啟動信號之後，通過所述電氣模型和所述連續質塊軸系模型實現所述PSCAD軟體和ANSYS軟體的聯合仿真。
[0010] 根據本發明實施例提出的次同步諧振的機電聯合仿真方法，通過PSCAD軟體與 ANSYS軟體的聯合計算，將複雜的機械軸系應用於時域仿真分析，從而能直接獲取軸系各部 位詳細的扭矩變化，為後續的疲勞分析奠定了基礎，實現更加完整的機電耦合動態分析，提 高分析的準確度。
[0011] 另外，根據本發明上述實施例的次同步諧振的機電聯合仿真方法還可以具有如下 附加的技術特徵：
[0012] 進一步地，在本發明的一個實施例中，所述PSCAD軟體和ANSYS軟體採用延時同步 方式啟動聯合仿真。
[0013] 進一步地，在本發明的一個實施例中，在所述根據所述第二建模參數在ANSYS軟 件中建立連續質塊軸系模型之前，還包括：設置所述ANSYS的瑞利阻尼參數。
[0014] 進一步地，在本發明的一個實施例中，通過模式阻尼根據以下公式獲取所述瑞利 阻尼參數，所述公式為：
[0015]
【權利要求】
1. 一種次同步諧振的機電聯合仿真方法，其特徵在於，包括以下步驟： 獲取電力系統的第一建模參數，並根據所述第一建模參數在電磁暫態仿真PSCAD軟體 中建立電氣模型； 獲取汽輪發電機組軸系的第二建模參數，並根據所述第二建模參數在ANSYS軟體中建 立連續質塊軸系模型； 分別設置所述PSCAD軟體和所述ANSYS軟體對應的狀態文件與數據文件，其中，狀態文 件用於表示所述PSCAD軟體和ANSYS軟體是否已經完成當前步長的運算，數據文件用於存 儲轉速、電磁和機械轉矩； 建立數據通信接口，以通過所述數據通信接口進行所述PSCAD軟體和ANSYS軟體之間 的數據通信；以及 在接收啟動信號之後，通過所述電氣模型和所述連續質塊軸系模型實現所述PSCAD軟 件和ANSYS軟體的聯合仿真。
2. 根據權利要求1所述的次同步諧振的機電聯合仿真方法，其特徵在於，所述PSCAD軟 件和ANSYS軟體採用延時同步方式啟動聯合仿真。
3. 根據權利要求1所述的次同步諧振的機電聯合仿真方法，其特徵在於，在所述根據 所述第二建模參數在ANSYS軟體中建立連續質塊軸系模型之前，還包括：設置所述ANSYS的 瑞利阻尼參數。
4. 根據權利要求3所述的次同步諧振的機電聯合仿真方法，其特徵在於，通過模式阻 尼根據以下公式獲取所述瑞利阻尼參數，所述公式為：
其中，\和分別表示模式阻尼和對應的模式頻率，a、0分別表示所述瑞利阻尼參 數。
5. 根據權利要求3所述的次同步諧振的機電聯合仿真方法，其特徵在於，在已知阻尼 矩陣的具體參數時，通過對阻尼矩陣中所有元素進行最小二乘法擬合獲取所述瑞利阻尼參 數，所述公式為：
其中，C表示阻尼矩陣，M表示質量矩陣，K表示剛度矩陣，a、P分別表示所述瑞利阻 尼的參數。
6. -種次同步諧振的機電聯合仿真系統，其特徵在於，包括： 第一創建模塊，用於獲取電力系統的第一建模參數，並根據所述第一建模參數在電磁 暫態仿真PSCAD軟體中建立電氣模型； 第二創建模塊，用於獲取汽輪發電機組軸系的第二建模參數，並根據所述第二建模參 數在ANSYS軟體中建立連續質塊軸系模型； 文件設置模塊，用於分別設置所述PSCAD軟體和所述ANSYS軟體對應的狀態文件與數 據文件，其中，狀態文件用於表示所述PSCAD軟體和ANSYS軟體是否已經完成當前步長的運 算，數據文件用於存儲轉速、電磁和機械轉矩； 建立模塊，用於建立數據通信接口，以通過所述數據通信接口進行所述PSCAD軟體和 ANSYS軟體之間的數據通信；以及 仿真模塊，用於在接收啟動信號之後，通過所述電氣模型和所述連續質塊軸系模型實 現所述PSCAD軟體和ANSYS軟體的聯合仿真。
7. 根據權利要求6所述的次同步諧振的機電聯合仿真系統，其特徵在於，所述PSCAD軟 件和ANSYS軟體採用延時同步方式啟動聯合仿真。
8. 根據權利要求6所述的次同步諧振的機電聯合仿真系統，其特徵在於，還包括：參數 設置模塊，用於設置所述ANSYS的瑞利阻尼參數。
9. 根據權利要求8所述的次同步諧振的機電聯合仿真系統，其特徵在於，通過模式阻 尼根據以下公式獲取所述瑞利阻尼參數，所述公式為：
其中，\和分別表示模式阻尼和對應的模式頻率，a、0分別表示所述瑞利阻尼參 數。
10. 根據權利要求8所述的次同步諧振的機電聯合仿真系統，其特徵在於，在已知阻尼 矩陣的具體參數時，通過對阻尼矩陣中所有元素進行最小二乘法擬合獲取所述瑞利阻尼參 數，所述公式為：
其中，C表示阻尼矩陣，M表示質量矩陣，K表示剛度矩陣，a、P分別表示所述瑞利阻 尼的參數。
【文檔編號】G06F17/50GK104361172SQ201410653532
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月17日 優先權日:2014年11月17日
【發明者】謝小榮, 張傳宇, 劉華坤, 蔣東翔, 劉超 申請人:清華大學