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电力 电子化电力系统的多速率仿真方法及装置

阅读：798发布：2024-02-20

专利汇可以提供电力电子化电力系统的多速率仿真方法及装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种电力电子化电力系统的多速率仿真方法及装置，其中，方法包括：将电力电子化电力系统划分为慢系统和多个快子系统；分别建立等值模型；设定仿真参数；通过对电力系统进行潮流计算得到电力系统的稳态初始值；建立多个快子系统与慢子系统间的接口，并且建立时变戴维南等效电路和时变诺顿等效电路；根据建立的时变戴维南等效电路和时变诺顿等效电路得到接口参数，并通过并行求解每个快子系统和慢子系统的等值模型对应的节点导纳方程，直到仿真结束，进而得到电磁暂态仿真结果。本发明实施例的仿真方法不仅可以保留交流系统或者直流电网内部的非线性动态特性，同时，仿真效率相对于单一步长结果得到明显提高。，下面是电力电子化电力系统的多速率仿真方法及装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种电力电子化电力系统的多速率仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
将电力电子化电力系统进行网络划分，以划分为慢系统和多个快子系统，其中交流系统位于所述慢系统中，电力电子设备位于不同的快子系统中；
分别建立所述慢系统和所述多个快子系统的等值模型；
设定仿真参数，其中，所述仿真参数包括仿真总时长、所述慢系统的仿真步长和所述每个快子系统的仿真步长，其中所述设定仿真参数进一步包括所述设定仿真参数还包括在所述慢系统中，选择任意支路以建立选择支路的电压电流微分方程，并且采用隐式梯形法将所述慢系统的电压电流微分方程转换为离散域下的差分方程，并利用离散傅里叶变换，以得到所述慢系统中选择支路对应数值阻抗；针对所述每个快子系统，选择任意支路以建立选择支路的电压电流微分方程，并且采用隐式梯形法分别将所述每个快子系统的电压电流微分方程转换为离散域下的差分方程，并利用离散傅里叶变换，以得到所述每个快子系统中选择支路对应数值阻抗；定义误差系数为所述慢系统与每个快系统的数值阻抗之比，以根据相对误差最小要求选择速率比；
通过对电力系统进行潮流计算得到所述电力系统的稳态初始值；
建立所述多个快子系统与所述慢系统间的接口，并且在所述每个快子系统中建立时变戴维南等效电路，并且在所述慢系统中建立时变诺顿等效电路；以及根据所述每个快子系统中建立的所述时变戴维南等效电路和所述慢系统中建立的所述时变诺顿等效电路得到接口参数，并通过并行求解所述每个快子系统和慢系统的等值模型对应的节点导纳方程，直到仿真结束，进而得到电力电子化电力系统的电磁暂态仿真结果，其中，所述根据所述每个快子系统中建立的所述时变戴维南等效电路和所述慢系统中建立的所述时变诺顿等效电路得到接口参数进一步包括获取所述每个快子系统中时变戴维南等效电路的等效参数；
获取接口等值戴维南阻抗矩阵；考虑多端口之间的耦合影响，修正所述每个快子系统在预设时间内的戴维南等效参数；获取所述慢系统在预设时间内的诺顿等效参数。
2.根据权利要求1所述的电力电子化电力系统的多速率仿真方法，其特征在于，通过分网方法进行网络划分，其中，所述分网方法包括节点分裂法、长输电线解耦法、变压器分网法、支路切割法和戴维南诺顿等值分网法。
3.根据权利要求1所述的电力电子化电力系统的多速率仿真方法，其特征在于，所述慢系统由发电机、变压器、传输线、负荷组成，所述多个快子系统由新能源模块、柔性直流模块和高压直流模块组成。
4.一种电力电子化电力系统的多速率仿真装置，其特征在于，包括：
分网模块，用于将电力电子化电力系统进行网络划分，以划分为慢系统和多个快子系统，其中交流系统位于所述慢系统中，电力电子设备位于不同的快子系统中；
第一建立模块，用于分别建立所述慢系统和所述多个快子系统的等值模型；
设定模块，用于设定仿真参数，其中，所述仿真参数包括仿真总时长、所述慢系统的仿真步长和所述每个快子系统的仿真步长，所述设定模块还用于在所述慢系统中，选择任意支路以建立选择支路的电压电流微分方程，并且采用隐式梯形法将所述慢系统的电压电流微分方程转换为离散域下的差分方程，并利用离散傅里叶变换，以得到所述慢系统中选择支路对应数值阻抗；针对所述每个快子系统，选择任意支路以建立选择支路的电压电流微分方程，并且采用隐式梯形法分别将所述每个快子系统的电压电流微分方程转换为离散域下的差分方程，并利用离散傅里叶变换，以得到所述每个快子系统中选择支路对应数值阻抗；定义误差系数为所述慢系统与每个快系统的数值阻抗之比，以根据相对误差最小要求选择速率比；
计算模块，用于通过对电力系统进行潮流计算得到所述电力系统的稳态初始值；
第二建立模块，用于建立所述多个快子系统与所述慢系统间的接口，并且在所述每个快子系统中建立时变戴维南等效电路，并且在所述慢系统中建立时变诺顿等效电路；以及获取模块，用于根据所述每个快子系统中建立的所述时变戴维南等效电路和所述慢系统中建立的所述时变诺顿等效电路得到接口参数，并通过并行求解所述每个快子系统和慢系统的等值模型对应的节点导纳方程，直到仿真结束，进而得到电力电子化电力系统的电磁暂态仿真结果，其中，所述获取模块包括第一获取单元，用于获取所述每个快子系统中时变戴维南等效电路的等效参数；第二获取单元，用于获取接口等值戴维南阻抗矩阵；修正单元，用于考虑多端口之间的耦合影响，修正所述每个快子系统在预设时间内的戴维南等效参数；第三获取单元，用于获取所述慢系统在预设时间内的诺顿等效参数。
5.根据权利要求4所述的电力电子化电力系统的多速率仿真装置，其特征在于，所述分网模块具体用于通过分网方法进行网络划分，其中，所述分网方法包括节点分裂法、长输电线解耦法、变压器分网法、支路切割法和戴维南诺顿等值分网法。
6.根据权利要求4所述的电力电子化电力系统的多速率仿真装置，其特征在于，所述慢系统由发电机、变压器、传输线、负荷组成，所述多个快子系统由新能源模块、柔性直流模块和高压直流模块组成。

说明书全文

电力 电子化电力系统的多速率仿真方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种电力电子化电力系统的多速率仿真方法及装置。

背景技术

[0002] 随着柔性直流(两电平拓扑、多电平拓扑等)、传统高压直流、新能源、电力电子固态变压器等大量电力电子设备接入系统，网络规模节点数急剧增加并且电力电子频繁变拓
扑的特征导致网络节点导纳矩阵需要频繁求解，导致仿真效率急剧下降。目前，包含电力电
子设备的电力系统电磁暂态仿真仅能对较小规模进行仿真计算，目前仿真的规模和效率均
难以满足电网运行、规划或者行为特性的要求。随着高压直流输电和中低压配单网构成的
电力电子单元大规模接入交流系统以后，该问题变得尤为突出。目前，为了提高仿真规模，
多采用较粗糙的电力电子单元准稳态模型或者交流系统采用戴维南/诺顿等值，仿真精度
不高，数值稳定性问题突出。

[0003] 国内已投运多个多回柔性直流输电工程，如南澳三端柔性直流输电、南汇柔性直流输电、舟山五端柔性直流输电等工程投运，在建的有厦门柔性直流输电工程、云南鲁西直
流背靠背工程。为了研究上述实际工程问题以及提供理论支撑，需要针对大规模交流系统
和直流电网进行整体建模与仿真验证。相关技术中，多采用等值方式来提高仿真效率，例如
交流电网采用戴维南/诺顿等值，直流电网采用受控源模型。然而，相关技术中均无法保留
交流系统或者直流电网内部的非线性动态特性，不但仿真结果可信度较差，有时甚至会出
现错误的结果。

发明内容

[0004] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

[0005] 为此，本发明的一个目的在于提出一种电力电子化电力系统的多速率仿真方法，该方法可以提高仿真效率，简单易实现。

[0006] 本发明的另一个目的在于提出一种电力电子化电力系统的多速率仿真装置。

[0007] 为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种电力电子化电力系统的多速率仿真方法，包括以下步骤：将电力电子化电力系统进行网络划分，以划分为慢系统和多个快
子系统，其中交流系统位于所述慢系统中，电力电子设备位于不同的快子系统中；分别建立
所述慢系统和所述多个快子系统的等值模型；设定仿真参数，其中，所述仿真参数包括仿真
总时长、所述慢系统的仿真步长和所述每个快子系统的仿真步长；通过对电力系统进行潮
流计算得到所述电力系统的稳态初始值；建立所述多个快子系统与所述慢系统间的接口，
并且在所述每个快子系统中建立时变戴维南等效电路，并且在所述慢系统中建立时变诺顿
等效电路；根据所述每个快子系统中建立的所述时变戴维南等效电路和所述慢系统中建立
的所述时变诺顿等效电路得到接口参数，并通过并行求解所述每个快子系统和慢系统的等
值模型对应的节点导纳方程，直到仿真结束，进而得到电力电子化电力系统的电磁暂态仿
真结果。

[0008] 本发明实施例的电力电子化电力系统的多速率仿真方法，可以结合含有电力电子单元的电力系统自身多尺度特性，采用多速率仿真，不仅可以保留交流系统或者直流电网
内部的非线性动态特性，同时，仿真效率相对于单一步长结果得到明显提高，不仅可以满足
仿真精度和数值稳定性要求，同时极大地提高了仿真效率，利于工程推广实现。

[0009] 另外，根据本发明上述实施例的电力电子化电力系统的多速率仿真方法还可以具有以下附加的技术特征：

[0010] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述设定仿真参数进一步包括：在所述慢系统中，选择任意支路以建立选择支路的电压电流微分方程，并且采用隐式梯形法将所述慢
系统的电压电流微分方程转换为离散域下的差分方程，并利用离散傅里叶变换，以得到所
述慢系统中选择支路对应数值阻抗；针对所述每个快子系统，选择任意支路以建立选择支
路的电压电流微分方程，并且采用隐式梯形法分别将所述每个快子系统的电压电流微分方
程转换为离散域下的差分方程，并利用离散傅里叶变换，以得到所述每个快子系统中选择
支路对应数值阻抗；定义误差系数为所述慢系统与每个快系统的数值阻抗之比，以根据相
对误差最小要求选择速率比。

[0011] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据所述每个快子系统中建立的时变戴维南等效电路得到接口参数，进一步包括：获取所述每个快子系统中时变戴维南等效电
路的等效参数；获取接口等值戴维南阻抗矩阵；考虑多端口之间的耦合影响，修正所述每个
快子系统在预设时间内的戴维南等效参数；获取所述慢系统在预设时间内的诺顿等效参
数。

[0012] 进一步地，在本发明的一个实施例中，通过分网方法进行网络划分，其中，所述分网方法包括节点分裂法、长输电线解耦法、变压器分网法、支路切割法和戴维南诺顿等值分
网法。

[0013] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述慢系统由发电机、变压器、传输线、负荷组成，所述多个快子系统由新能源模块、柔性直流模块和高压直流模块组成。

[0014] 为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种电力电子化电力系统的多速率仿真装置，包括：分网模块，用于将电力电子化电力系统进行网络划分，以划分为慢系统
和多个快子系统，其中交流系统位于所述慢系统中，电力电子设备位于不同的快子系统中；
第一建立模块，用于分别建立所述慢系统和所述多个快子系统的等值模型；设定模块，用于
设定仿真参数，其中，所述仿真参数包括仿真总时长、所述慢系统的仿真步长和所述每个快
子系统的仿真步长；计算模块，用于通过对电力系统进行潮流计算得到所述电力系统的稳
态初始值；第二建立模块，用于建立所述多个快子系统与所述慢系统间的接口，并且在所述
每个快子系统中建立时变戴维南等效电路，并且在慢系统中建立时变诺顿等效电路；获取
模块，用于根据所述每个快子系统中建立的所述时变戴维南等效电路和所述慢系统中建立
的所述时变诺顿等效电路得到接口参数，并通过并行求解所述每个快子系统和慢系统的等
值模型对应的节点导纳方程，直到仿真结束，进而得到电力电子化电力系统的电磁暂态仿
真结果。

[0015] 本发明实施例的电力电子化电力系统的多速率仿真装置，可以结合含有电力电子单元的电力系统自身多尺度特性，采用多速率仿真，不仅可以保留交流系统或者直流电网
内部的非线性动态特性，同时，仿真效率相对于单一步长结果得到明显提高，不仅可以满足
仿真精度和数值稳定性要求，同时极大地提高了仿真效率，利于工程推广实现。

[0016] 另外，根据本发明上述实施例的电力电子化电力系统的多速率仿真装置还可以具有以下附加的技术特征：

[0017] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述设定模块还用于：在所述慢系统中，选择任意支路以建立选择支路的电压电流微分方程，并且采用隐式梯形法将所述慢系统的电
压电流微分方程转换为离散域下的差分方程，并利用离散傅里叶变换，以得到所述慢系统
中选择支路对应数值阻抗；针对所述每个快子系统，选择任意支路以建立选择支路的电压
电流微分方程，并且采用隐式梯形法分别将所述每个快子系统的电压电流微分方程转换为
离散域下的差分方程，并利用离散傅里叶变换，以得到所述每个快子系统中选择支路对应
数值阻抗；定义误差系数为所述慢系统与每个快系统的数值阻抗之比，以根据相对误差最
小要求选择速率比。

[0018] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述获取模块包括：第一获取单元，用于获取所述每个快子系统中时变戴维南等效电路的等效参数；第二获取单元，用于获取接口等
值戴维南阻抗矩阵；修正单元，用于考虑多端口之间的耦合影响，修正所述每个快子系统在
预设时间内的戴维南等效参数；第三获取单元，用于获取所述慢系统在预设时间内的诺顿
等效参数。

[0019] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述分网模块具体用于通过分网方法进行网络划分，其中，所述分网方法包括节点分裂法、长输电线解耦法、变压器分网法、支路切割
法和戴维南诺顿等值分网法。

[0020] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述慢系统由发电机、变压器、传输线、负荷组成，所述多个快子系统由新能源模块、柔性直流模块和高压直流模块组成。

[0021] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明

[0022] 本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

[0023] 图1为根据本发明一个实施例的电力电子化电力系统的多速率仿真方法的流程图；

[0024] 图2为根据本发明一个具体实施例的电力电子化电力系统的多速率仿真方法的流程图；

[0025] 图3为根据本发明一个实施例的电力电子单元与对交流系统进行网络划分示意图；

[0026] 图4为根据本发明一个实施例的电力电子化电力系统的多速率仿真装置的结构示意图。

具体实施方式

[0027] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附
图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0028] 下面参照附图描述根据本发明实施例提出的电力电子化电力系统的多速率仿真方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的电力电子化电力系统的多速率
仿真方法。

[0029] 图1是本发明一个实施例的电力电子化电力系统的多速率仿真方法的流程图。

[0030] 如图1所示，该电力电子化电力系统的多速率仿真方法包括以下步骤：

[0031] 在步骤S101中，将电力电子化电力系统进行网络划分，以划分为慢系统和多个快子系统，其中交流系统位于慢系统中，电力电子设备位于不同的快子系统中。

[0032] 其中，在本发明的一个实施例中，通过分网方法进行网络划分，其中，分网方法包括节点分裂法、长输电线解耦法、变压器分网法、支路切割法和戴维南诺顿等值分网法。

[0033] 可选地，在本发明的一个实施例中，慢系统由发电机、变压器、传输线、负荷组成，多个快子系统由新能源模块、柔性直流模块和高压直流模块组成。

[0034] 可以理解的是，如图2所示，首先可以采用节点分裂法、长输电线解耦法、变压器分网法、支路切割法和戴维南诺顿等值分网法等分网方法，将电力电子单元与对交流系统进
行网络划分，如图3所示。把整个系统划分成一个慢系统S和n个快系统Fp(p＝1，2，3，…，N)，
即多个快子系统。慢系统可以由包括发电机、变压器、传输线、负荷等的交流网络组成，n个
快系统可以分别由不同的光伏或风电等新能源模块、柔性直流模块、传统高压直流模块等
组成。

[0035] 在步骤S102中，分别建立慢系统和多个快子系统的等值模型。

[0036] 进一步地，根据上述的网络划分，整个系统的状态空间方程如下：

[0037]

[0038] 其中，tp,p＝1，..，N和T分别表示第p个快系统以及慢系统的时间变量，xfp,p＝1，..，N和xs分别对应第p个快系统和慢系统的状态变量，ufp,int和ufp,bdry分别对应第p个快系
统的内部输入变量和接口变量，us,int和us,bdry分别对应慢系统的内部输入变量和接口变量，
Afp,Bfp,int,Bfp,bdry分别对应第p个快系统的参数，As,Bs,int,Bs,bdry代表慢系统的参数。该节点
导纳方程采用隐式梯形积分法离散差分化以后，即为慢系统和多个快子系统的节点导纳方
程。

[0039] 在步骤S103中，设定仿真参数，其中，仿真参数包括仿真总时长、慢系统的仿真步长和每个快子系统的仿真步长。

[0040] 其中，在本发明的一个实施例中，设定仿真参数进一步包括：在慢系统中，选择任意支路以建立选择支路的电压电流微分方程，并且采用隐式梯形法将慢系统的电压电流微
分方程转换为离散域下的差分方程，并利用离散傅里叶变换，以得到慢系统中选择支路对
应数值阻抗；针对每个快子系统，选择任意支路以建立选择支路的电压电流微分方程，并且
采用隐式梯形法分别将每个快子系统的电压电流微分方程转换为离散域下的差分方程，并
利用离散傅里叶变换，以得到每个快子系统中选择支路对应数值阻抗；定义误差系数为慢
系统与每个快系统的数值阻抗之比，以根据相对误差最小要求选择速率比。

[0041] 可以理解的是，设定与仿真时间相关的参数，包括仿真总时长Ttotal；慢系统仿真步长hs和n个快系统的仿真步长hfp(p＝1，2，3，…，n),其中，hs＝mphfp，mp表示第p个快系统与慢
系统之间的速率比，选择速率比mp的具体过程包括以下步骤：

[0042] S1：针对第p个子系统，在子系统中，选择任意支路(包括RL支路,RC支路,传输线等)，建立该支路的电压电流微分方程。

[0043] 举例而言，以RL支路为例，该支路对应的电压电流微分方程为：

[0044]

[0045] 其中，u和i分别为该支路相对应端口的电压值和电流值，R，L为支路参数，Tp对应第p个子系统的时间变量。

[0046] S2：在慢系统中，采用隐式梯形法，将上述方程转换为离散域下的差分方程如下：

[0047]

[0048] 其中，nk、nk+1分别为慢系统第k、k+1个仿真步长的对应时刻，u(nk+1)、u(nk)分别对应nk、nk+1时刻的电压值，i(nk)、i(nk+1)分别为nk、nk+1时刻的电流值。

[0049] 利用离散傅里叶变换，得到慢系统中该支路对应数值阻抗Zs如下：

[0050]

[0051] 其中，分别对应慢系统中该元件的电压和电流的离散傅里叶系数。

[0052] S3：在每一个快系统Fp(p＝1，2，3，…，n)中，将上述步骤(3-1)的微分方程转换为上述步骤S2中，该慢系统积分步长内的差分方程：

[0053]

[0054] 利用离散傅里叶变换，在每一个快系统Fp中，得到该支路的数值阻抗Zfp(p＝1，2，3，…，n)如下：

[0055]

[0056] 其中，分别对应快系统Fp中该元件的电压和电流的离散傅里叶系数。

[0057] S4：定义误差系ζ(mp,w)＝Zs/Zfp,(p＝1,2,3,...N)，根据相对误差的取值范围，选择速率比mp：

[0058]

[0059] 其中，fNy为系统对应的奈奎斯特频率；

[0060] mphfp＝hs≤hs,max，p＝1，2，3，…N；

[0061] 其中，hs,max为由数值稳定条件决定的慢系统的最大仿真步长。

[0062] 在步骤S104中，通过对电力系统进行潮流计算得到电力系统的稳态初始值。

[0063] 也就是说，对整个系统进行潮流计算，确定整个系统的稳态初始值。

[0064] 在步骤S105中，建立多个快子系统与慢系统间的接口，并且在每个快子系统中建立时变戴维南等效电路，并且在慢系统中建立时变诺顿等效电路。

[0065] 具体地，建立快系统与慢系统间的接口，在每个快系统Fp(p＝1，2，3，…N)中，建立时变戴维南等效电路，表征慢系统对第p个快系统的影响，其中戴维南等效电路参数包括
和 (p＝1，2，3，…N)；在慢系统S中，建立时变诺顿等效电路，表征第p个快系统对慢系统的
影响，诺顿等效电路参数为和 (p＝1，2，3，…N)。

[0066] 在步骤S106中，根据每个快子系统中建立的时变戴维南等效电路和慢系统中建立的时变诺顿等效电路得到接口参数，并通过并行求解每个快子系统和慢系统的等值模型对
应的节点导纳方程，直到仿真结束，进而得到电力电子化电力系统的电磁暂态仿真结果。

[0067] 进一步地，在本发明的一个实施例中，根据每个快子系统中建立的时变戴维南等效电路得到接口参数，进一步包括：获取每个快子系统中时变戴维南等效电路的等效参数；
获取接口等值戴维南阻抗矩阵；考虑多端口之间的耦合影响，修正每个快子系统在预设时
间内的戴维南等效参数；获取慢系统在预设时间内的诺顿等效参数。其中，预设时间可以根
据实际情况进行设置。

[0068] 具体而言，假定慢系统从第k步到第k+1步仿真，即仿真时间从nk时刻步进到nk+1时刻，计算接口参数，具体过程包括以下步骤：

[0069] S1：求解每个快系统Fp(p＝1,2,3,…N)中，戴维南电路的等效参数 (i＝1,2,...mp)和 (i＝1,2,...mp)，具体过程包括以下步骤：

[0070] S11，由于 (i＝1,2,...mp)在慢系统积分步长hs内的中间值不被程序计算，所以采用三次样条插值和滑动窗口算法，预测下一个快系统积分步长hfp时刻的最佳
值 (i＝1,2,...mp)，为了表达简洁，省去括号中的时间变量，例如简
写为

[0071] S12，判断慢系统的网络拓扑结构是否发生变化，若发生变化，则根据网络节点阻抗矩阵，重新求解 p＝1，2，3，…N。

[0072] S2：假定共有N个接口，求解接口等值戴维南阻抗矩阵，记作[Zint]，该矩阵行数等于N，列数等于N。

[0073] S3：考虑多端口之间的耦合影响，修正每个快系统Fp(p＝1，2，3，…，N)中，戴维南等效参数对应第p个接口的修正公式如下：

[0074]

[0075] 其中，表示第k个接口的开路电压值，在上述步骤S1中获得；表示第n个接口的支路电流，由该步长下对应的仿真结果获取。

[0076] S4：求解慢系统在[nk,nk+1]时间内的诺顿等效参数和 (p＝1，2，3，…N)，具体过程包括以下步骤：

[0077] S41，的值通过在所有采样点中每隔t个点选择一个点，最后计算被选择点的平均值获得，如下：

[0078]

[0079] 其中，[n/t]是取整函数，t代表每隔t个点取一个值。

[0080] S42，判断任意一个快系统的网络拓扑结构是否发生变化，若发生变化，则根据网络节点导纳矩阵，重新求解 (p＝1，2，3，…N)。

[0081] 最后，快系统与慢系统并行求解上述给出的各个子系统的节点导纳方程，重复仿真，直到仿真时间到达设定时间Ttotal,整个过程结束，最终得到含有电力电子单元电力系统
的电磁暂态仿真结果。

[0082] 在本发明的实施例中，本发明实施例的电力电子化电力系统的多速率仿真方法既能提高仿真规模，包含交流系统和大规模电力电子单元，并且可以保证仿真效率，满足含有
大规模电力电子单元电力系统的安全稳定分析的要求，可以根据耦合最小原则，将电力电
子单元与交流系统切分成不同子系统。交流系统采用大步长进行仿真，构成慢系统，电力电
子单元采用不同的小步长进行仿真，构成多个快系统，两者之间通过接口戴维南/诺顿等值
模型进行交互，实现全网仿真，不仅可以满足仿真精度和数值稳定性要求，同时极大地提高
了仿真效率，利于工程推广实现。

[0083] 根据本发明实施例提出的电力电子化电力系统的多速率仿真方法，由于根据系统多尺度特性，将整个系统划分成多个子系统，采用不同速率进行全网仿真。其中交流系统采
用大步长仿真，电力电子单元采用不同的小步长进行仿真，该方法可以极大地提高仿真效
率，仿真规模得到进一步提升，适用于含有大规模电力电子单元的电力系统仿真，通过对若
干个子系统并行地进行电磁暂态仿真，并采用接口技术在不同子网之间传输仿真数据，可
实现全网并行计算，尤其适用于含有模块化多电平模块、高压直流模块等多电力电子开关
器件的电力系统电磁暂态仿真计算，具有极大的工程实用价值。

[0084] 其次参照附图描述根据本发明实施例提出的电力电子化电力系统的多速率仿真装置。

[0085] 图4是本发明一个实施例的电力电子化电力系统的多速率仿真装置的结构示意图。

[0086] 如图4所示，该电力电子化电力系统的多速率仿真装置10包括：分网模块100、第一建立模块200、设定模块300、计算模块400、第二建立模块500和获取模块600。

[0087] 其中，分网模块100用于将电力电子化电力系统进行网络划分，以划分为慢系统和多个快子系统，其中交流系统位于慢系统中，电力电子设备位于不同的快子系统中。第一建
立模块200用于分别建立慢系统和多个快子系统的等值模型。设定模块300用于设定仿真参
数，其中，仿真参数包括仿真总时长、慢系统的仿真步长和每个快子系统的仿真步长。计算
模块400用于通过对电力系统进行潮流计算得到电力系统的稳态初始值。第二建立模块500
用于建立多个快子系统与慢系统间的接口，并且在每个快子系统中建立时变戴维南等效电
路，并且在慢系统中建立时变诺顿等效电路。获取模块600用于根据每个快子系统中建立的
时变戴维南等效电路和慢系统中建立的时变诺顿等效电路得到接口参数，并通过并行求解
每个快子系统和慢系统的等值模型对应的节点导纳方程，直到仿真结束，进而得到电力电
子化电力系统的电磁暂态仿真结果。本发明实施例的电力电子化电力系统的多速率仿真装
置10可以结合含有电力电子单元的电力系统自身多尺度特性，采用多速率仿真，不仅可以
保留交流系统或者直流电网内部的非线性动态特性，同时，仿真效率相对于单一步长结果
得到明显提高，不仅可以满足仿真精度和数值稳定性要求，同时极大地提高了仿真效率，利
于工程推广实现。

[0088] 进一步地，在本发明的一个实施例中，设定模块300还用于：在慢系统中，选择任意支路以建立选择支路的电压电流微分方程，并且采用隐式梯形法将慢系统的电压电流微分
方程转换为离散域下的差分方程，并利用离散傅里叶变换，以得到慢系统中选择支路对应
数值阻抗；针对每个快子系统，选择任意支路以建立选择支路的电压电流微分方程，并且采
用隐式梯形法分别将每个快子系统的电压电流微分方程转换为离散域下的差分方程，并利
用离散傅里叶变换，以得到慢系统中选择支路对应数值阻抗；定义误差系数为慢系统与每
个快系统的数值阻抗之比，以根据相对误差最小要求选择速率比。

[0089] 进一步地，在本发明的一个实施例中，获取模块600包括：第一获取单元，用于获取每个快子系统中时变戴维南等效电路的等效参数；第二获取单元，用于获取接口等值戴维
南阻抗矩阵；修正单元，用于考虑多端口之间的耦合影响，修正每个快子系统在预设时间内
的戴维南等效参数；第三获取单元，用于获取慢系统在预设时间内的诺顿等效参数。

[0090] 进一步地，在本发明的一个实施例中，分网模块100具体用于通过分网方法进行网络划分，其中，分网方法包括节点分裂法、长输电线解耦法、变压器分网法、支路切割法和戴
维南诺顿等值分网法。

[0091] 进一步地，在本发明的一个实施例中，慢系统由发电机、变压器、传输线、负荷组成，多个快子系统由新能源模块、柔性直流模块和高压直流模块组成。

[0092] 需要说明的是，前述对电力电子化电力系统的多速率仿真方法实施例的解释说明也适用于该实施例的电力电子化电力系统的多速率仿真装置，此处不再赘述。

[0093] 根据本发明实施例提出的电力电子化电力系统的多速率仿真装置，由于根据系统多尺度特性，将整个系统划分成多个子系统，采用不同速率进行全网仿真。其中交流系统采
用大步长仿真，电力电子单元采用不同的小步长进行仿真，该方法可以极大地提高仿真效
率，仿真规模得到进一步提升，适用于含有大规模电力电子单元的电力系统仿真，通过对若
干个子系统并行地进行电磁暂态仿真，并采用接口技术在不同子网之间传输仿真数据，可
实现全网并行计算，尤其适用于含有模块化多电平模块、高压直流模块等多电力电子开关
器件的电力系统电磁暂态仿真计算，具有极大的工程实用价值。

[0094] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0095] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三
个等，除非另有明确具体的限定。

[0096] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内
部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员
而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0097] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在
第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示
第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第
一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

[0098] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不
必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任
一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技
术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结
合和组合。

[0099] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述
实施例进行变化、修改、替换和变型。

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电力电子化电力系统的多速率仿真方法及装置

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