【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 流，并通過(guò)對(duì)不同合環(huán)時(shí)刻的開(kāi)關(guān)統(tǒng)計(jì)仿真功能，得到最?lèi)毫拥暮檄h(huán)情況。 系統(tǒng)基本構(gòu)架從整體上看，合環(huán)電流計(jì)算系統(tǒng)包括合環(huán)潮流計(jì)算與合環(huán)暫態(tài)計(jì)算兩部分，合環(huán)潮流計(jì)算可得到合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流，合環(huán)暫態(tài)計(jì)算可得到合環(huán)沖擊電流。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(jì)算功能 合環(huán)潮流計(jì)算合環(huán)潮流計(jì)算是一種確定電力系統(tǒng)中各元件穩(wěn)態(tài)運(yùn)行參數(shù)的計(jì)算方法，一般需要知道電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和發(fā)電機(jī)、負(fù)荷等元件的運(yùn)行條件才能完成計(jì)算。其中系統(tǒng)中各負(fù)荷點(diǎn)和電源的功率、平衡點(diǎn)的電壓與相角為給定的條件，包括電網(wǎng)中各母線(xiàn)節(jié)點(diǎn)的電壓幅值與相角，以及各支路的功率分布、網(wǎng)絡(luò)的功率損耗等為待求運(yùn)行狀態(tài)參量。合環(huán)潮流計(jì)算的數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)寫(xiě)如下式（31），由式子可以看出從數(shù)學(xué)角度講就是求解非線(xiàn)性方程組。 （31）其中：為節(jié)點(diǎn)平衡方程式；為待求的各節(jié)點(diǎn)電壓。由此決定該問(wèn)題有以下兩個(gè)特點(diǎn)：其一為采用迭代算法及所采用方法的收斂性問(wèn)題；其二為非線(xiàn)性方程組的解是否存在，若存在有幾個(gè)不同的解即數(shù)學(xué)方程的求解問(wèn)題。為保證合環(huán)潮流計(jì)算的收斂性進(jìn)而求出合環(huán)電流的大小，合環(huán)電流仿真系統(tǒng)中提供了多種計(jì)算方法如PQ分解法、牛頓法、最佳乘子法、PQ分解轉(zhuǎn)牛頓法等。與常規(guī)潮流計(jì)算相比，合環(huán)潮流計(jì)算包含了合環(huán)前的基礎(chǔ)潮流計(jì)算與合環(huán)后的合環(huán)潮流計(jì)算這兩次潮流計(jì)算過(guò)程。合環(huán)潮流計(jì)算報(bào)告給出合環(huán)前合環(huán)點(diǎn)處母線(xiàn)電壓差、相角差，為合環(huán)問(wèn)題的分析提供初步判斷的依據(jù)。計(jì)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(guò)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(guò)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)。此外，合環(huán)潮流計(jì)算可輸出合環(huán)路徑上相關(guān)支路以及任意其他支路、任意母線(xiàn)在合環(huán)前、合環(huán)后的潮流對(duì)比結(jié)果。合環(huán)潮流計(jì)算的特點(diǎn)可概括為以下幾個(gè)方面：在一次合環(huán)潮流計(jì)算中包含兩次常規(guī)潮流計(jì)算，第一次潮流計(jì)算為合環(huán)前的潮流分布情況，第二次潮流計(jì)算為合環(huán)后的潮流分布情況。能夠提供的計(jì)算結(jié)果包括： 常規(guī)潮流計(jì)算的結(jié)果；支路潮流的對(duì)比查看：支路電流、輸送功率；母線(xiàn)電壓的對(duì)比查看；合環(huán)潮流報(bào)告：合環(huán)前母線(xiàn)電壓差、合環(huán)前母線(xiàn)相角差、合環(huán)點(diǎn)電流值、過(guò)流保護(hù)定值、與保護(hù)定值的差值、與保護(hù)定值的差值（百分?jǐn)?shù)）、合環(huán)操作是否可行。由于合環(huán)潮流計(jì)算結(jié)果是否收斂與被計(jì)算的系統(tǒng)和所選用的計(jì)算方法都有關(guān)系，因此合環(huán)電流仿真系統(tǒng)提供下列方法供選擇：（1）基于牛頓法原理的PQ分解法，當(dāng)線(xiàn)路參數(shù) R/X較小時(shí)，可以將修正方程系數(shù)矩陣加以簡(jiǎn)化，直至變?yōu)槌?shù)矩陣。這種方法可以提高計(jì)算速度，又對(duì)最終結(jié)果沒(méi)有影響，因此是一種常用的計(jì)算方法。但當(dāng)線(xiàn)路R/X較大時(shí)，可能出現(xiàn)迭代計(jì)算不收斂情況，故此方法有一定的應(yīng)用局限性；（2）牛頓法（功率式），該方法以牛頓法為基礎(chǔ)，且收斂性較好，采用基于節(jié)點(diǎn)功率的平衡方程式的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合牛頓法行成的修正方程，求解出每次迭代所能得到的修正結(jié)果；（3）最佳乘子法（非線(xiàn)性規(guī)劃法），該方法為非線(xiàn)性規(guī)劃原理的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的，求解時(shí)的搜索方向定義為牛頓法所求解出的修正量，進(jìn)而將潮流計(jì)算求解非線(xiàn)性方程組的解轉(zhuǎn)化為非線(xiàn)性規(guī)劃的問(wèn)題。這種方法原則上能夠給出系統(tǒng)的確定解，若最佳乘子趨近于0，說(shuō)明該問(wèn)題無(wú)解，若最佳乘子保持在1附近則要考慮其它方法進(jìn)行求解；（4）牛頓法（電流式），該方法以節(jié)點(diǎn)電流的平衡方程為數(shù)學(xué)模型該方法且收斂性很好，其求解過(guò)程與牛頓法（功率式）相似；（5）PQ分解轉(zhuǎn)牛頓法，該方法可以改善系統(tǒng)計(jì)算的收斂性，提高計(jì)算速度。具體過(guò)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(shí)，轉(zhuǎn)用對(duì)初值要求較高的牛頓法。 合環(huán)機(jī)電暫態(tài)仿真電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定一般是指電力系統(tǒng)遭受如輸電線(xiàn)路短路、斷線(xiàn)等大干擾時(shí)各同步發(fā)電機(jī)保持同步運(yùn)行的能力，其表現(xiàn)為可以是系統(tǒng)過(guò)渡到新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式或者恢復(fù)到原來(lái)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式[48]。暫態(tài)不穩(wěn)定可以表現(xiàn)為搖擺失穩(wěn)，對(duì)大系統(tǒng)也可能是后續(xù)搖擺失穩(wěn)。暫態(tài)穩(wěn)定研究的時(shí)間范圍一般為擾動(dòng)后35秒，大系統(tǒng)考慮互聯(lián)模式振蕩可延續(xù)至1020秒。暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算的數(shù)學(xué)模型包括一次設(shè)備和二次自動(dòng)裝置動(dòng)態(tài)的特性，因此合環(huán)機(jī)電暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算的數(shù)學(xué)模型可歸為以下三個(gè)部分：（1）電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)方程： （32）其中： （33） （34）X為網(wǎng)絡(luò)方程求解的變量。（2）一次設(shè)備和二次自動(dòng)裝置的微分方程： （35）其中： （36） （37）Y為微分方程求解的變量。（3）擾動(dòng)方式與穩(wěn)定措施的相關(guān)模擬。例如通過(guò)改變X，Y矩陣的值，可以根據(jù)電網(wǎng)的簡(jiǎn)單或復(fù)雜故障以及一些操作等。合環(huán)暫態(tài)穩(wěn)定的計(jì)算方法可以為為兩類(lèi)：一類(lèi)是直接法，一般根據(jù)能量函數(shù)的原理，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接加以判斷；另一類(lèi)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。暫態(tài)穩(wěn)定算法一般即指分步積分法，該方法可簡(jiǎn)述如下：如前所述，網(wǎng)絡(luò)方程和微分方程聯(lián)立求解即為暫態(tài)穩(wěn)定的數(shù)學(xué)模型： （38）合環(huán)機(jī)電暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算具體的算法為：在求解微分方程時(shí)采用梯形隱積分的迭代法；求解網(wǎng)絡(luò)方程時(shí)采用直接三角分解和迭代相結(jié)合的方法；若要完成一個(gè)t時(shí)段的求解，必須滿(mǎn)足收斂的條件，這就要求微分方程和網(wǎng)絡(luò)方程兩者交替迭代計(jì)算。合環(huán)機(jī)電暫態(tài)仿真分析合環(huán)操作對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，能夠計(jì)算合環(huán)沖擊電流值。常規(guī)機(jī)電暫態(tài)仿真計(jì)算需設(shè)定故障，即對(duì)指定的故障進(jìn)行模擬，與常規(guī)機(jī)電暫態(tài)仿真計(jì)算相比，合環(huán)機(jī)電暫態(tài)仿真根據(jù)設(shè)定的合環(huán)點(diǎn)信息自動(dòng)形成合環(huán)操作動(dòng)作序列卡，不額外設(shè)定故障。合環(huán)機(jī)電暫態(tài)計(jì)算可以給出合環(huán)操作后系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的確定性結(jié)論，通過(guò)對(duì)比計(jì)算得到的合環(huán)沖擊電流與繼電保護(hù)整定值，判定合環(huán)操作是否可行。 合環(huán)混合暫態(tài)仿真前文已經(jīng)闡述了機(jī)電暫態(tài)電磁暫態(tài)混合仿真的計(jì)算方法，本課題所研究系統(tǒng)的創(chuàng)新之處在于應(yīng)用機(jī)電暫態(tài)電磁暫態(tài)混合仿真計(jì)算的方法來(lái)計(jì)算合環(huán)電流等電氣量。 合環(huán)操作時(shí)不同的合環(huán)相角產(chǎn)生沖擊電流的大小不同，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響也不相同。機(jī)電暫態(tài)仿真的典型仿真步長(zhǎng)為10毫秒，因此在對(duì)不同的合環(huán)相角模擬上顯得時(shí)間刻度不夠精細(xì)。電磁暫態(tài)仿真計(jì)算通常描述系統(tǒng)過(guò)程持續(xù)時(shí)間在微秒級(jí)的快速暫態(tài)特性，計(jì)算步長(zhǎng)一般為20200微秒，典型計(jì)算步長(zhǎng)為50微秒，與機(jī)電暫態(tài)計(jì)算相比，能通過(guò)更精細(xì)的時(shí)間刻度來(lái)模擬系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。本文所提到的合環(huán)混合仿真計(jì)算是指全網(wǎng)定義為機(jī)電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)設(shè)置的合環(huán)點(diǎn)信息，將合環(huán)點(diǎn)附近區(qū)域自動(dòng)劃分為電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)，其他大部分電網(wǎng)仍為機(jī)電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)，在一次仿真過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)局部特定區(qū)域的電磁暫態(tài)仿真和全網(wǎng)其它部分的機(jī)電暫態(tài)仿真，能夠計(jì)算得到對(duì)應(yīng)不同的合環(huán)相角下沖擊電流瞬時(shí)值以及合環(huán)點(diǎn)附近各母線(xiàn)電壓、各母線(xiàn)電流和功率的瞬時(shí)值，以及由于合環(huán)操作產(chǎn)生的過(guò)電壓情況。應(yīng)用開(kāi)關(guān)統(tǒng)計(jì)功能，對(duì)一個(gè)周期內(nèi)不同合環(huán)時(shí)刻進(jìn)行逐個(gè)時(shí)間點(diǎn)的混合仿真，給出沖擊電流值的變化區(qū)間，并得到合環(huán)沖擊電流最大的情況。合環(huán)電流仿真系統(tǒng)集中了機(jī)電暫態(tài)仿真和電磁暫態(tài)仿真的各自?xún)?yōu)點(diǎn)，既可以反映特定系統(tǒng)中詳細(xì)的電磁暫態(tài)變化過(guò)程，又可仿真較大規(guī)模的電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，無(wú)需進(jìn)行等值，且準(zhǔn)確性較高。合環(huán)電流仿真計(jì)算選定線(xiàn)路合環(huán)點(diǎn)后，自動(dòng)在合環(huán)點(diǎn)附近按照預(yù)先設(shè)計(jì)規(guī)則生成電磁網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)可以手動(dòng)修改電磁網(wǎng)絡(luò)中參數(shù)，做好計(jì)算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備工作。其基本流程如圖32： 圖32 機(jī)電暫態(tài)電磁暫態(tài)混合仿真流程 以下對(duì)各部分功能進(jìn)行說(shuō)明：178。 、 機(jī)電暫態(tài)前臺(tái)程序和電磁暫態(tài)前臺(tái)程序分別啟動(dòng)，分別打開(kāi)機(jī)電和電磁暫態(tài)工程，機(jī)電和電磁仿真的計(jì)算程序是在電磁暫態(tài)的界面程序中進(jìn)行調(diào)用運(yùn)行的，必須在機(jī)電暫態(tài)數(shù)據(jù)遞交完成后，才可以從電磁暫態(tài)仿真界面調(diào)用混合仿真計(jì)算。178。 打開(kāi)機(jī)電暫態(tài)的單線(xiàn)圖進(jìn)行編輯，定義潮流作業(yè)，對(duì)潮流作業(yè)進(jìn)行編輯，進(jìn)行潮流計(jì)算。178。 定義機(jī)電暫穩(wěn)作業(yè)，對(duì)機(jī)電暫穩(wěn)作業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，故障設(shè)置、監(jiān)視變量設(shè)置、仿真參數(shù)設(shè)置等仿真相關(guān)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。178。 機(jī)電網(wǎng)絡(luò)劃分設(shè)置。178。 機(jī)電暫態(tài)任務(wù)分配，根據(jù)當(dāng)前配置的網(wǎng)絡(luò)情況，對(duì)每個(gè)計(jì)算進(jìn)程的運(yùn)行位置進(jìn)行分配，機(jī)電暫態(tài)的計(jì)算進(jìn)程分機(jī)電暫態(tài)進(jìn)程、機(jī)電暫態(tài)MATLAB進(jìn)程、機(jī)電暫態(tài)物理裝置接口進(jìn)程、機(jī)電暫態(tài)UD進(jìn)程共四種類(lèi)型，本地并行混合仿真可以不進(jìn)行分配。178。 機(jī)電前臺(tái)界面生成數(shù)據(jù)文件和MPI運(yùn)行腳本文件，按任務(wù)分配的約定上傳到后臺(tái)相關(guān)的節(jié)點(diǎn)機(jī)上，本地并行仿真不需要此過(guò)程。178。 混合仿真結(jié)束后，機(jī)電仿真界面下載生成的數(shù)據(jù)結(jié)果文件，存儲(chǔ)到結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)中，以報(bào)表形式和曲線(xiàn)圖形方式進(jìn)行結(jié)果展示。178。 打開(kāi)電磁暫態(tài)工程接線(xiàn)圖，對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的編輯，設(shè)定相關(guān)仿真參數(shù)，設(shè)置機(jī)電仿真工程所在路徑等。178。 定義電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)分割方案，設(shè)定子網(wǎng)分割的數(shù)目。178。 通過(guò)圖形界面劃分子網(wǎng)。178。 對(duì)每個(gè)子網(wǎng)進(jìn)程及其他進(jìn)程進(jìn)行任務(wù)分配，如果機(jī)電暫態(tài)界面程序已經(jīng)完成了任務(wù)分配，則會(huì)將機(jī)電暫態(tài)的分配訊息導(dǎo)入，避免分配過(guò)程中產(chǎn)生沖突，同時(shí)統(tǒng)一生成啟動(dòng)腳本。電磁暫態(tài)進(jìn)程類(lèi)型有：電磁暫態(tài)進(jìn)程、電磁暫態(tài)物理裝置接口進(jìn)程、電磁暫態(tài)MATLAB進(jìn)程、電磁暫態(tài)IO進(jìn)程，電磁暫態(tài)UD進(jìn)程共五種。178。 針對(duì)遠(yuǎn)程并行仿真計(jì)算，生成啟動(dòng)腳本，設(shè)置登錄計(jì)算服務(wù)器機(jī)群的用戶(hù)名和密碼，電磁暫態(tài)數(shù)據(jù)和腳本文件提交上傳到相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)機(jī)上，由于本文所提出的仿真系統(tǒng)基于本地并行計(jì)算，故此過(guò)程并不存在。178。 設(shè)置電磁暫態(tài)錄波參數(shù)：采樣倍率、預(yù)錄波時(shí)間、錄波時(shí)間、錄波啟動(dòng)模式；編輯電磁暫態(tài)錄波顯示面板，設(shè)置錄波關(guān)聯(lián)的仿真變量；編輯電磁暫態(tài)控制面板，設(shè)置控制和實(shí)時(shí)監(jiān)視的仿真變量關(guān)聯(lián)。178。 從電磁暫態(tài)界面程序啟動(dòng)命令主機(jī)RSH腳本向節(jié)點(diǎn)機(jī)發(fā)送啟動(dòng)并行計(jì)算程序的命令，開(kāi)始進(jìn)行混合仿真計(jì)算，啟動(dòng)前臺(tái)監(jiān)聽(tīng)服務(wù)進(jìn)程；機(jī)電暫態(tài)仿真和電磁暫態(tài)仿真計(jì)算同時(shí)開(kāi)始啟動(dòng)。如果是本地并行混合仿真計(jì)算，首先要生成啟動(dòng)腳本，并將計(jì)算文件和腳本文件拷貝到機(jī)電工程目錄下的指定子目錄，本地并行計(jì)算直接啟動(dòng)批處理腳本，實(shí)現(xiàn)計(jì)算的并行啟動(dòng)。178。 ①對(duì)電磁暫態(tài)界面控制面板中的控制元件進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)后臺(tái)仿真變量的控制，同計(jì)算進(jìn)程建立socket通信，通過(guò)時(shí)鐘響應(yīng)，定時(shí)向計(jì)算進(jìn)程獲取指定的仿真變量，在儀表監(jiān)視控件中進(jìn)行顯示。在仿真過(guò)程中，可以對(duì)控制和監(jiān)視元件進(jìn)行編輯。通過(guò)電磁IO進(jìn)程生成錄波文件，前臺(tái)界面接收到錄波結(jié)束消息后下載錄波文件（本地并行仿真不需要下載錄波文件），在錄波面板中進(jìn)行結(jié)果曲線(xiàn)顯示。②機(jī)電暫態(tài)界面接收計(jì)算進(jìn)程發(fā)送的監(jiān)視變量數(shù)據(jù)，通過(guò)曲線(xiàn)實(shí)時(shí)顯示計(jì)算結(jié)果。178。 接收到仿真計(jì)算結(jié)束的消息，下載計(jì)算的結(jié)果文件（本地混合仿真不需要下載文件），分別存儲(chǔ)到機(jī)電數(shù)據(jù)庫(kù)和電磁計(jì)算結(jié)果文件目錄下，停止所有的通信線(xiàn)程。178。 將計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)以報(bào)表和曲線(xiàn)的方式進(jìn)行顯示，通過(guò)電磁暫態(tài)曲線(xiàn)瀏覽界面，進(jìn)行曲線(xiàn)顯示，曲線(xiàn)分析，可以計(jì)算波形有效值、相角、諧波、阻抗、功率等。合環(huán)混合仿真能夠提供的計(jì)算結(jié)果： （1）合環(huán)點(diǎn)附近電壓電流情況：合環(huán)點(diǎn)i側(cè)合環(huán)前后的三相電流波形；合環(huán)點(diǎn)j側(cè)合環(huán)前后的三相電流波形；合環(huán)點(diǎn)i側(cè)母線(xiàn)合環(huán)前后的三相電壓波形；合環(huán)點(diǎn)j側(cè)母線(xiàn)合環(huán)前后的三相電壓波形；合環(huán)點(diǎn)三相電流幅值的大小；合環(huán)點(diǎn)處三相電壓幅值的大小.（2）合環(huán)計(jì)算報(bào)告：合環(huán)點(diǎn)處最大的沖擊電流值；合環(huán)點(diǎn)處最大沖擊電流百分?jǐn)?shù)；合環(huán)點(diǎn)處穩(wěn)態(tài)電流幅值的大??；合環(huán)操作是否可行。 （3）開(kāi)關(guān)統(tǒng)計(jì)功能：分析并統(tǒng)計(jì)出不同合環(huán)時(shí)刻對(duì)沖擊電流幅值大小的影響，給出最?lèi)毫拥暮檄h(huán)操作時(shí)刻。 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 基于最大級(jí)數(shù)搜索算法的電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)劃分電力系統(tǒng)中的同心松弛理論是指在大規(guī)模電力系統(tǒng)中，如果系統(tǒng)某處的參數(shù)發(fā)生了變化，如斷線(xiàn)、短路、母線(xiàn)有功或無(wú)功變化等，則距該處最近的母線(xiàn)或線(xiàn)路受到的影響很大，而在距離較遠(yuǎn)的區(qū)域則影響較小。根據(jù)同心松弛原理，合環(huán)操作產(chǎn)生的過(guò)電壓、沖擊電流在合環(huán)點(diǎn)附近區(qū)域最為嚴(yán)重，而對(duì)較遠(yuǎn)區(qū)域范圍的影響卻相對(duì)較小，因此，電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)以合環(huán)點(diǎn)為中心進(jìn)行劃分。通常，進(jìn)行合