机电电力系统暂态数字仿真研究

机电电力系统暂态数字仿真研究

孙振岐

610526198104216713

摘要：在电力系统中，采用混杂的机电瞬态模拟方法对其进行实时模拟是当前电力系统数值模拟的前沿课题。在此基础上，提出了一种新的动态模拟技术。在 RTDS中，对其进行实时的力-机瞬态动态模拟是非常有意义的。论文首先对机电瞬态模拟的基本理论及计算过程进行了深入的研究，然后对电力系统中各个部件的数学建模进行了深入的分析，然后着重对 RTDS模拟环境的功能特征进行了深入的探讨，并对定制模型进行模拟时所面临的实时性及存储容量方面的局限性进行了详细的说明。最后，利用多线程技术、 Gauss网络化简等技术，构建了一个以 RTDS为核心的机电瞬态模拟模型，并进行了实例的比较分析，以证明该模型的正确性。这为今后更多地开展机电瞬变混杂实时模拟打下了良好的基础。

关键词：机电暂态仿真；实时性；物理装置；电力系统；计算流程；

引言

电力系统模拟是以电力系统实际情况为基础，通过数值模拟与试验，分析电力系统在一定时刻的动力学行为与运行特征。对电力系统进行科研与测试，始终依赖于系统模拟技术。从一定程度上讲，在一定程度上反映了电力系统的科技发展程度。在现代电力系统中，对电力系统进行模拟计算是一种必不可少的方法，也是一种非常重要的方法。本文将模拟结果与模拟结果进行比较，并将模拟结果与模拟结果进行了比较。同时，对电力系统的各种运行过程进行实时仿真，并与真实的物理联系起来。

1机电暂态仿真软件

根据所使用的仿真手段和所处的发展时期，可以将其划分为物理仿真、数字仿真以及数字物理仿真三种类型。非实时模拟与实时模拟相互配合，相互促进，能够更加全面、更加经济地完成对电力工程项目的设计、测试等工作，因此，本论文将对实时机电瞬态计算程序进行研究，并在 PC上完成对大型交直流输电系统的超实时计算，这将使得使用 PC机进行大型电力系统的实时模拟成为可能。[1]在此基础上，开发一套以机电瞬变模拟为基础的实时模拟软件，并通过模拟实验来检验该方法的正确性和实时性。进一步讨论了该仿真系统在实现中所涉及的接口问题，并利用电力系统励磁和继电保护的模拟装置来检测仿真系统的功能[2]。

2机电暂态仿真计算

机电瞬变模拟具有较大的运算能力和较强的实时性，因此需要较高的计算能力。该系统由两个子系统组成：用户端和服务端。该软件为用户提供了一个人机对话接口，用户能够对模拟系统进行参数设置，故障设置，并能对模拟的结果进行直观的展示。同时，对整个电力系统进行了功率流的计算，并将功率流的计算结果传送给了服务器。服务端则负责与实体设备进行机电瞬变的计算以及通讯工作。

3机电一体化技术的发展趋势

(1)智能化。所谓的智能化，就是需要机电产品具备某种程度的智能，让其具备与人类相似的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。比如，在 CNC数控机床上添加了人机互动功能，建立了智能 I/O接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来很大的便利。

(2)数字化。随着单片机技术和人机界面技术的不断发展，为实现数控机床的智能化打下了坚实的基础。数字化对机电一体化产品的软件提出了高可靠性、通用性、易操作性、可维护性、自诊断能力和良好的人机接口的要求。该系统的数字化，为远程控制的操作、诊断及维修提供了方便。

(3)模块化。模块是一个很大但又很困难的项目。我国的电子设备类型众多，制造企业众多，因此，研发出机械、动力、环境等统一的电子设备元件组件，是一件既复杂又有前景的工作。因此，在新产品的开发与设计过程中，采用这种模块化的方法，可以快速地进行新产品的开发与设计。这样就可以有效地解决企业之间的利益矛盾，并且可以实现标准化和系列化。

4机电暂态仿真模拟数据分析

在机电瞬时仿真软件中，除提供电子瞬时的处理功能之外，还提供了一个与仿真设备进行数据交换的界面通讯程序，此软件由服务器提供。它的主要作用是完成界面的运算，使得计算机软件能够在串口读写中与外部设备进行信息交换，从而确保了系统的实时性。伴随着电子技术，尤其是微电子技术和超大规模 IC的发展，机械产品已经进入了一个新的以机电一体化为核心的时期，因为大部分都带有传动系统，所以，就机械而言，它采用的是机与电子器件集成技术的产物，也就是机电一体化系统。通常由机械部件组成，驱动部件，等于10毫秒即可满足实时性需求。普通的电力系统，在微机上进行机电瞬态计算，就能够达到实时要求。在实时模拟中，由于数字运算程序不仅要进行瞬态运算，而且要承担与界面电路的通讯工作，所以是否能够在10 ms内实现一个步骤的运算就成了一个重点。一个真实的系统完成一个步长的总时间，应该是计算时间与通信时间的总和，它可以被计算所占用的最大时间是多少，这与通信的时间有关。

6结束语

目前对电力系统的数学模型的研究，大多是针对电源和负荷等连续的动力部件，而忽视了次级装置的数学模型。电力系统是一类兼具连续动态特征与离散事件特征并同时存在的混合系统，在

电力系统运行过程中，机组运行过程的运行过程是持续的，而电力系统二次设备、 FACTS等设备的运行过程又是由事件驱动的分立过程，如何实现两者的有效结合是电力系统稳定运行的重要问题。

而本论文所研制的电力系统机电瞬态实时仿真系统，可以将模拟发机电的励磁调节器与模拟继电器的联接，进行闭环的实时仿真。通过对所建模型进行的实时模拟与数值模拟，验证了所建模型是正确的、实时的。

参考文献：

[1]郑三立，黄梅，胡明亮，等．基于微机数字仿真的实时闭环测试系统[J].华北电力技术，2004，6(6)：2l一24．

[2]岳程燕，田芳，周孝信，等．电力系统电磁暂态一机电暂态混合仿真接口原理[J].电力系统技术，2006，30(1)．

[3]文艺，陈众，马士英，等．500kV输电系统的物理仿真与数字仿真．电力自动化设备，2004，24(11)：22．25.

[4]李光琦．电力系统暂态分桥．北京：水利电力出版社，1995，55～60. 勇军，梁旭，闵勇，等．电力系统机电暂态和电磁暂态混合仿

[5]真程序设计和实现[J].电力系统自动化，2006，30(12)：53—57．

[6]郑三立，黄梅，胡明亮，等．基于微机数字仿真的实时闭环测试系统[J].华北电力技术，2004，6(6)：2l一24．