[發(fā)明專利]一種考慮非線性的變電站電磁暫態(tài)實時仿真方法

在審

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• 申請日: 2014-10-09
• 公開（公告）號: CN104298822A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張炳達;陳雄;王瀟
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06Q50/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 杜文茹

1.一種考慮非線性的變電站電磁暫態(tài)實時仿真方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)在離線環(huán)境下獲得變電站各個電氣元件的基本參數(shù)信息，為對仿真模型進行電磁暫態(tài)分析，需要將電感支路、電容支路根據(jù)仿真步長Δt的選擇分別采用隱式梯形法進行差分化處理；

2)用對非線性元件支路進行差分化處理后形成的相應伴隨電路替換原變電站網(wǎng)絡(luò)中的電路，得到的相應變電站伴隨網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)變電站伴隨網(wǎng)絡(luò)形成節(jié)點導納矩陣，所述的相應伴隨電路包括等效電導G和等效電流源I_his；

3)按照非線性局部迭代的原則，對步驟2)中的節(jié)點導納矩陣進行節(jié)點排序，分成涉及非線性的節(jié)點和未涉及非線性的節(jié)點兩部分；

4)對步驟3)排序得到的節(jié)點導納矩陣中的兩個部分采用最小度獨立集法進行再次排序；

5)在離線環(huán)境下，根據(jù)步驟2)中的變電站伴隨網(wǎng)絡(luò)中的等效電流源I_his生成變電站伴隨網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點注入電流列向量初值，與由步驟4)得到的節(jié)點導納矩陣形成節(jié)點電壓方程；

6)在離線環(huán)境下，考慮非線性局部迭代的前提下按照高斯消去法求解節(jié)點電壓方程，并更新電流源，編寫一套完整的指令流描述求解節(jié)點電壓方程的過程；

7)將步驟5)得到的節(jié)點電壓方程和步驟6)得到指令流以及仿真步長Δt通過上位機下載至基于FPGA的在線實時仿真環(huán)境；

8)在線實時仿真環(huán)境下，設(shè)置仿真時刻t＝0，仿真計時器置零，啟動仿真；

9)仿真計時器開始計時，仿真進入指令翻譯狀態(tài)，在所述的指令翻譯狀態(tài)中，讀取RAM中的指令，通過3級FIFO緩存實現(xiàn)指令無間斷翻譯；

10)使用步驟9)得到的指令翻譯，在仿真過程控制模塊中控制運算器與數(shù)據(jù)存儲空間進行快速的仿真參數(shù)讀寫交互；

11)控制運算器數(shù)據(jù)輸入端口獲得仿真參數(shù)，仿真進入運算器計算狀態(tài)，所述運算器是由加法器、乘法器和除法器構(gòu)成，仿真過程控制模塊通過數(shù)據(jù)選擇器控制運算器內(nèi)部計算單元的組合結(jié)構(gòu)，構(gòu)成各種的運算公式；

12)在線實時仿真環(huán)境下，由步驟9)、步驟10)和步驟11)構(gòu)成的運算器系統(tǒng)完成伴隨電路的歷史電流源計算、伴隨網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點注入電流計算、節(jié)點電壓方程的順序消去、節(jié)點電壓方程的逆序回代、支路電壓計算和支路電流計算，判斷仿真計時器是否計時至仿真步長Δt，如果是，則本次仿真結(jié)束，否則仿真計時器繼續(xù)計時直至計時至Δt；

13)仿真計時器時間到達仿真步長時，計時器清零，返回步驟9)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮非線性的變電站電磁暫態(tài)實時仿真方法，其特征在于，步驟3)所述的非線性局部迭代的原則是：將單純連接線性元件的節(jié)點稱為定電導節(jié)點，將即連接有線性元件也連接有非線性元件的節(jié)點稱為變電導節(jié)點，按先定電導節(jié)點后變電導節(jié)點的原則對所有節(jié)點進行排序，其中變電導節(jié)點對應方程組需要進行多次迭代求解，而定電導節(jié)點的求解不需要迭代。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮非線性的變電站電磁暫態(tài)實時仿真方法，其特征在于，步驟4)所述的最小度獨立集法是，選取度最小的節(jié)點作為起始消去節(jié)點，同時將與所述的最小的節(jié)點相鄰的節(jié)點標記為已訪問節(jié)點，再在未被訪問的節(jié)點中選取度最小的節(jié)點作為下一個消去節(jié)點，直到留下的節(jié)點都是已訪問節(jié)點為止，所有消去節(jié)點構(gòu)成了一個節(jié)點獨立集，在留下的已訪問節(jié)點中，采用同樣的方法建立下一個節(jié)點獨立集，直到所有節(jié)點都被建立節(jié)點獨立集為止。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮非線性的變電站電磁暫態(tài)實時仿真方法，其特征在于，步驟6)所述的指令流是針對數(shù)據(jù)選擇器和仿真參數(shù)讀寫的控制歸納成一條條指令，通過指令流形式描述運算器系統(tǒng)所要執(zhí)行的任務(wù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮非線性的變電站電磁暫態(tài)實時仿真方法，其特征在于，步驟7)所述的下載至基于FPGA的在線實時仿真環(huán)境是通過千兆以太網(wǎng)通信方式。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮非線性的變電站電磁暫態(tài)實時仿真方法，其特征在于，步驟10)所述仿真過程控制模塊能夠?qū)崿F(xiàn)指令流的翻譯，通過指令翻譯的信息進行仿真參數(shù)調(diào)度，以及對數(shù)據(jù)選擇器的控制實現(xiàn)運算器內(nèi)部組合出不同的計算公式。