【正文】 圖34 合環(huán)混合仿真Windows并行計算程序架構(gòu)合環(huán)混合仿真系統(tǒng)包含機電暫態(tài)子網(wǎng)和電磁暫態(tài)子網(wǎng)各一個，Windows并行計算時有三個進(jìn)程，分別為機電暫態(tài)計算進(jìn)程、電磁暫態(tài)計算進(jìn)程和IO進(jìn)程。 平臺基礎(chǔ)合環(huán)電流仿真系統(tǒng)的平臺基礎(chǔ)包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、單線圖的繪制、廠站主接線圖、通用的數(shù)據(jù)訪問接口、自動繪制技術(shù)、圖模平臺運行效率優(yōu)化等六個方面的內(nèi)容，下面進(jìn)行下具體闡述。 廠站主接線圖廠站主接線圖是對某一電壓等級母線間連接方式的細(xì)化展示，如下圖43所示的系統(tǒng)中，GEN3230母線所代表的發(fā)電廠220kV電壓等級，可詳細(xì)描述其主接線形式如圖44所示。但是各數(shù)據(jù)平臺對他們的實現(xiàn)是不同的，不能期望MySql能夠與Oracle統(tǒng)一?？稍诤檄h(huán)電流仿真系統(tǒng)的圖模一體化平臺上建立大數(shù)據(jù)的算例，可計算15000個或更多母線的大規(guī)模交直流混合電力系統(tǒng)，一幅圖上可繪制上千個設(shè)備元件，一個工程可繪制上千幅圖形。 地理圖其它圖形的繪制（1）描繪地理層地理位置接線圖提供了描繪地理層的功能，在繪圖區(qū)進(jìn)行地理層描繪，如下圖47所示。例如圖49所示的模型系統(tǒng)，經(jīng)廠站母線分析其包括三個廠站，六個計算母線，經(jīng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析，得到兩個孤立的電氣子系統(tǒng)。（1）合環(huán)潮流結(jié)果報告如圖59所示：圖59 合環(huán)潮流結(jié)果報告合環(huán)前潮流輸出以下信息：I側(cè)母線電壓幅值，即為合環(huán)點合環(huán)前I側(cè)母線電壓幅值，單位為kV；J側(cè)母線電壓幅值，即為合環(huán)點合環(huán)前J側(cè)母線電壓幅值，單位為kV；母線電壓差，即為合環(huán)前合環(huán)點兩側(cè)電壓差，單位為kV；母線相角差，即為合環(huán)前母線兩側(cè)電壓相角差，單位為deg。（4）合環(huán)計算結(jié)果綜合報告如圖512所示：圖512 合環(huán)計算結(jié)果綜合報告合環(huán)穩(wěn)態(tài)計算結(jié)果輸出以下信息：I側(cè)母線電壓幅值，即為合環(huán)點處合環(huán)前I側(cè)母線電壓幅值，單位為kV；J側(cè)母線電壓幅值，即為合環(huán)點處合環(huán)前J側(cè)母線電壓幅值，單位為kV；母線電壓差，即為進(jìn)行合環(huán)操作前合環(huán)點兩側(cè)電壓差值，單位為kV；母線相角差，即為進(jìn)行合環(huán)操作前母線兩側(cè)電壓相角差值，單位為deg；穩(wěn)態(tài)電流，即為進(jìn)行合環(huán)操作后流經(jīng)合環(huán)點的靜態(tài)電流值，單位為A；母線電壓幅值，即為進(jìn)行合環(huán)操作后與合環(huán)點相連母線的電壓幅值，單位為kV；有功功率，即為進(jìn)行合環(huán)操作后合環(huán)點所在線路的有功功率，單位為MW；無功功率，即為進(jìn)行合環(huán)操作后合環(huán)點所在線路的無功功率，單位為MVar；過流保護(hù)定值，即為自行輸入的繼電保護(hù)過流保護(hù)整定制，單位為A；過流保護(hù)差值，即為通過過流保護(hù)定制計算出的合環(huán)點保護(hù)差值，單位為A；過流保護(hù)差值百分比，即為通過過流保護(hù)定制算出的合環(huán)點過流保護(hù)差值百分比。（2）將機電暫態(tài)電磁暫態(tài)混合仿真方法應(yīng)用于合環(huán)電流計算，集中了兩種暫態(tài)仿真程序的各自優(yōu)點，既可以反映特定局部的系統(tǒng)中詳細(xì)電磁暫態(tài)變化過程，又可以仿真較大規(guī)模的電力系統(tǒng)，無需等值，準(zhǔn)確性高。該系統(tǒng)的應(yīng)用將大大提高地區(qū)電網(wǎng)運行的可靠性，為進(jìn)一步加強和完善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)提供必要的依據(jù)，保障電網(wǎng)滿足各種運行方式的要求。結(jié) 論合環(huán)電流仿真系統(tǒng)可以得到合環(huán)操作可能產(chǎn)生的瞬間沖擊電流和穩(wěn)態(tài)循環(huán)電流，在合環(huán)操作前，對合環(huán)操作過程產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)電流和暫態(tài)電流進(jìn)行計算和分析，校驗合環(huán)操作后的穩(wěn)態(tài)電流是否越限，分析合環(huán)操作瞬間的沖擊電流對于整個電網(wǎng)的影響，可以為地區(qū)電網(wǎng)的合環(huán)操作能否實施提供有力的計算依據(jù)，提高系統(tǒng)供電的可靠性。最惡劣合環(huán)情況變化趨勢圖輸出以下信息：縱坐標(biāo)為合環(huán)沖擊電流（A），橫坐標(biāo)為時間軸（s），反映合環(huán)點電流大小隨時間的變化趨勢。圖52 天色線的單線圖顯示 仿真計算過程與分析首先對天色線進(jìn)行基本潮流計算，其結(jié)果如圖53所示：圖53 天色線基本潮流計算結(jié)果選定合環(huán)點色金斷閉合后，進(jìn)行合環(huán)潮流計算，其計算結(jié)果如圖54所示：圖54 天色線合環(huán)潮流計算結(jié)果基于潮流計算結(jié)果，可以進(jìn)行合環(huán)機電暫態(tài)仿真，執(zhí)行計算的同時，系統(tǒng)同時顯示實時曲線監(jiān)視窗口如圖55所示：圖55 合環(huán)潮流計算實時曲線監(jiān)視執(zhí)行合環(huán)混合暫態(tài)仿真，計算同時根據(jù)所設(shè)置的自動搜索范圍，合環(huán)電流仿真系統(tǒng)在局部范圍內(nèi)自動生成電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)，如圖56中紅色部分所示，執(zhí)行計算的同時輸出混合暫態(tài)仿真的實時曲線監(jiān)視見圖57：圖56 混合暫態(tài)仿真時的單線圖圖57 混合暫態(tài)仿真的實時曲線監(jiān)視其中電磁暫態(tài)計算結(jié)果曲線輸出如圖58所示：圖58 電磁暫態(tài)曲線報表信息輸出以上是計算過程中一些報表輸出以及實時監(jiān)視曲線，由于合環(huán)電流仿真系統(tǒng)用于分析具體合環(huán)操作的可行性，并能通過計算結(jié)果給出相應(yīng)的合環(huán)操作建議，因此該系統(tǒng)可以對計算結(jié)果以具體報告的形式輸出，可以更直觀的判斷合環(huán)操作的可行性，系統(tǒng)可以輸出的合環(huán)計算報告包括：合環(huán)潮流結(jié)果報告、機電暫態(tài)計算結(jié)果報告、混合仿真計算結(jié)果報告和合環(huán)計算結(jié)果綜合報告。（1）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞墓δ芫W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治鼍哂腥缦鹿δ埽耗芴幚砣魏谓泳€方式，如單母線、雙母線、雙母線帶旁路母線、環(huán)形接線等；可以分析處理電氣島即子系統(tǒng)的情況，并確定死島、活島狀態(tài)；對每個活的電氣島給出指定的參考發(fā)電機；能處理單端開斷的支路、線路或變壓器問題；能處理人工設(shè)置的遠(yuǎn)方遙信信息；拓?fù)浣Y(jié)果能在畫面上直觀展示。地理位置接線圖提供了總體繪制功能，該功能提供了快捷強大的地理位置接線圖繪制方法，利用該功能可將母線所連的支路以及對側(cè)母線以廠站的形式自動繪制出來，并自動設(shè)置廠站類型和電壓等級，可在短時間內(nèi)完成大規(guī)模電力系統(tǒng)地理位置接線圖的繪制工作。一般來說，通過（1）和（2）的操作即可完成單線圖的快速繪制，如刪除了部分圖上元件或修改了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可通過（3）完成相關(guān)繪制工作。Abstract Factory模式最適合于產(chǎn)品對象的數(shù)目和種類不變，而具體產(chǎn)品系列之間存在不同的情況，Abstract Factory模式如下圖45所示。各單線圖上內(nèi)容相互獨立，同一個元件在一張單線圖上只能繪制一次，不同的單線圖上可以分別繪制不同的元件，亦可以相互重復(fù)。該平臺的組成包括：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、單線圖、地理位置接線圖、廠站主接線圖、實時數(shù)據(jù)庫等，平臺組成及關(guān)系如下圖42所示。圖33 模型轉(zhuǎn)換流程圖 合環(huán)混合仿真計算的單機Windows并行算法以往機電暫態(tài)電磁暫態(tài)混合并行仿真通常依賴于計算機群，以實現(xiàn)較快的計算性能。通常，進(jìn)行合環(huán)混合仿真計算之前，需要確定機電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)的個數(shù)和電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)的個數(shù)，一般做法是：首先繪制系統(tǒng)單線圖，在單線圖上將電網(wǎng)劃分為若干個相互獨立的子網(wǎng)，然后檢查網(wǎng)絡(luò)分割結(jié)果的合理性。178。178。 通過圖形界面劃分子網(wǎng)。 機電前臺界面生成數(shù)據(jù)文件和MPI運行腳本文件，按任務(wù)分配的約定上傳到后臺相關(guān)的節(jié)點機上，本地并行仿真不需要此過程。 打開機電暫態(tài)的單線圖進(jìn)行編輯，定義潮流作業(yè)，對潮流作業(yè)進(jìn)行編輯，進(jìn)行潮流計算。電磁暫態(tài)仿真計算通常描述系統(tǒng)過程持續(xù)時間在微秒級的快速暫態(tài)特性，計算步長一般為20200微秒，典型計算步長為50微秒，與機電暫態(tài)計算相比，能通過更精細(xì)的時間刻度來模擬系統(tǒng)的動態(tài)性能。合環(huán)暫態(tài)穩(wěn)定的計算方法可以為為兩類：一類是直接法，一般根據(jù)能量函數(shù)的原理，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接加以判斷；另一類是分步積分法，根據(jù)逐步求出的系統(tǒng)變量軌跡，分析和判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。具體過程是先利用PQ分解法，當(dāng)?shù)Y(jié)果達(dá)到一定精度的同時，轉(zhuǎn)用對初值要求較高的牛頓法。計算得到的合環(huán)操作后的穩(wěn)態(tài)循環(huán)電流與繼電保護(hù)設(shè)備過流保護(hù)整定值相比較，若合環(huán)穩(wěn)態(tài)循環(huán)電流超出過流保護(hù)定值，則操作不可行，反之操作可行，給出合環(huán)操作可行性的確定性依據(jù)。合環(huán)電流仿真系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖31所示：圖31 合環(huán)電流仿真系統(tǒng)架構(gòu) 系統(tǒng)計算功能 合環(huán)潮流計算合環(huán)潮流計算是一種確定電力系統(tǒng)中各元件穩(wěn)態(tài)運行參數(shù)的計算方法，一般需要知道電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和發(fā)電機、負(fù)荷等元件的運行條件才能完成計算。仿真過程中，采用的故障點如下圖210所示，將這個局部網(wǎng)絡(luò)定義為電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)。以上工作應(yīng)由電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的機電電磁接口模塊來完成，以并行計算時序為例，其流程圖如圖27所示。反映在并行計算時序圖中如下圖25所示：圖25 機電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)和電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換形式 混合仿真技術(shù)的實現(xiàn) 接口方法在機電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的實現(xiàn)為了實現(xiàn)機電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)與電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)的接口，機電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)新增如下計算工作：（1）程序初始化時求取機電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)的三序戴維南等值阻抗和電勢。圖22中對應(yīng)個實數(shù)極點、對共軛復(fù)數(shù)極點的情況。合環(huán)電流仿真系統(tǒng)所采用的機電暫態(tài)和電磁暫態(tài)混合仿真技術(shù)為：整個需要計算的網(wǎng)絡(luò)定義為機電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)和合環(huán)點附近的局部區(qū)域定義為電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)，兩個網(wǎng)絡(luò)各自分別進(jìn)行計算，計算時接入對側(cè)網(wǎng)絡(luò)的等值電路，在計算過程中不斷的交換相關(guān)計算信息。4）合環(huán)操作前后穩(wěn)態(tài)性能對比仿真系統(tǒng)可以分別計算合環(huán)前、合環(huán)后的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能并進(jìn)行比較，系首先啟動合環(huán)前系統(tǒng)基礎(chǔ)潮流計算，用作數(shù)據(jù)參考對象，通過啟動合環(huán)潮流計算后得到合環(huán)后的潮流分布情況，與合環(huán)前潮流分布進(jìn)行比較，并根據(jù)各個相關(guān)設(shè)備的額定值等指標(biāo)要求綜合考慮合環(huán)操作的可行性。2）混合仿真技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用給出電力系統(tǒng)機電暫態(tài)和電磁暫態(tài)混合仿真理論及其接口的等值電路，并對機電暫態(tài)和電磁暫態(tài)網(wǎng)路數(shù)據(jù)的交換時序和形式做出詳細(xì)分析，對接口方法在機電暫態(tài)和電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的實現(xiàn)給出解決方法，通過計算算例的結(jié)果驗證了本文提出的混合仿真方法的可行性和準(zhǔn)確性。其中，SIMPOW程序既能在時間軸上相互切換機電暫態(tài)和電磁暫態(tài)的仿真功能，也在空間范圍內(nèi)實現(xiàn)了部分電網(wǎng)用機電暫態(tài)仿真，剩余電網(wǎng)用電磁暫態(tài)仿真的混合仿真，但其在空間范圍內(nèi)進(jìn)行混合仿真時，計算步長全網(wǎng)要求統(tǒng)一，只能采用電磁暫態(tài)微妙級的仿真步長，計算速度會受到很大影響。上述傳統(tǒng)的合環(huán)電流計算方法一般不考慮外部網(wǎng)絡(luò)模型，只考慮環(huán)網(wǎng)所涉及的電氣設(shè)備進(jìn)行戴維南等值，因此無法準(zhǔn)確獲得等值電勢和阻抗并引入計算誤差，合環(huán)操作時可能引入較大諧波分量，因此傳統(tǒng)解決方案很多情況下不能滿足計算的要求。第一類以高低壓電磁環(huán)網(wǎng)分析為核心，包括電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)的分析方法、評價指標(biāo)以及無功環(huán)流的控制；第二類以同電壓等級的非電磁環(huán)網(wǎng)分析為核心，包括地區(qū)電網(wǎng)的合環(huán)潮流、合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流、合環(huán)沖擊電流的相應(yīng)計算分析方法。由于發(fā)電機要達(dá)到一個新的穩(wěn)定狀態(tài)需要經(jīng)過震蕩搖擺的過程，因此在合環(huán)操作進(jìn)行的同時會出現(xiàn)瞬間的沖擊電流。此外，由于合環(huán)開關(guān)閉合操作前合環(huán)點位置兩側(cè)的電壓差可能不為零，當(dāng)開關(guān)閉合的同時，要經(jīng)歷一個暫態(tài)過程才能使合環(huán)點兩側(cè)電壓趨于相等，會造成新形成地區(qū)環(huán)網(wǎng)內(nèi)的節(jié)點電壓相角和幅值以及發(fā)電機電勢和角度變化。經(jīng)過研究認(rèn)為可以將環(huán)網(wǎng)運行分析分為兩大類。在此方法的研究基礎(chǔ)上發(fā)展出一種兩階段算法，該算法基于疊加原理和前推回代法并以支路功率為變量，用于計算合環(huán)后地區(qū)電網(wǎng)的潮流分布，具體步驟為：對合環(huán)后的網(wǎng)絡(luò)在合環(huán)點處解環(huán)，形成兩個子網(wǎng)絡(luò)包括開環(huán)運行網(wǎng)絡(luò)和一個環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)；通過兩階段的迭代過程來求解潮流分布，第一階段迭代過程計算開環(huán)運行網(wǎng)絡(luò)的潮流，得到合環(huán)開關(guān)兩側(cè)電壓差值，而第二階段迭代過程主要修正合環(huán)開關(guān)兩側(cè)負(fù)荷功率值的大小，滿足整體收斂要求從而得出電網(wǎng)合環(huán)潮流分布[27]。目前，具有機電暫態(tài)電磁暫態(tài)混合仿真能力的商業(yè)化軟件有：ABB公司開發(fā)的SIMPOW和SIEMENS開發(fā)的NETOMAC程序。通過對比以往合環(huán)電流計算方法的不足，給出本文解決合環(huán)電流計算問題的基礎(chǔ)理論方法。3）數(shù)據(jù)的獲取方式，減少系統(tǒng)建模工作量。進(jìn)行接口設(shè)計時需要考慮以下問題：一是電磁暫態(tài)（機電暫態(tài)）網(wǎng)絡(luò)仿真過程中，與其相關(guān)連的機電暫態(tài)（電磁暫態(tài)）網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該如何表示；二是接口時序應(yīng)該如何設(shè)置[46,47]。圖22中的電阻電路對應(yīng)于式（21）中的常數(shù)項，電阻電容電路對應(yīng)于式（21）中實數(shù)極點項，電阻電感電容電路對應(yīng)于式（21）中共軛復(fù)數(shù)極點項。在機電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，機電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)還需向電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送機電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)的正、負(fù)、零序等值阻抗陣。 接口方法在電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的實現(xiàn)如前所述，機電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)為三序相量網(wǎng)絡(luò)，電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)為三相瞬時值網(wǎng)絡(luò)，因此，應(yīng)該對機電暫態(tài)電磁暫態(tài)接口數(shù)據(jù)進(jìn)行序相變換及相量瞬時量的變換，需要由電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)計算部分來完成，主要有：（1） 獲得機電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)的三序戴維南等值電勢和阻抗后，將其轉(zhuǎn)換為三相瞬時值形式；（2） 將邊界點的三相電壓、電流瞬時值轉(zhuǎn)換為相量值，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為三序相量值。 算例分析該算例是電力系統(tǒng)混合仿真程序上開展仿真分析工作的一部分，其特點是算例分析內(nèi)容在實際