[发明专利]一种面向大规模节点的电路快速解算方法及系统

说明书

本发明提供的一种面向大规模节点的电路快速解算方法及系统，该方法包括：建立离散化诺顿等效电路模型；根据离散化诺顿等效电路模型获取复合计算矩阵及上周期等效电路模型中各关键元件的历史电流源向量；根据复合计算矩阵及历史电流源向量计算得到当前周期内的电压向量；根据电压向量、离散化诺顿等效电路模型中的关键元件种类及预设离散化数值方法，更新当前周期内历史电流源向量。在节点数目相对较多的仿真场景下，通过构造复合计算矩阵，将右侧电流向量计算、节点电压向量求解与关键元件电压向量计算三个计算步骤整合简化为一个计算步骤，使得一个计算周期内的计算量小于经典EMTP法。从而显著提升大规模节点密集型电路的仿真速度。

技术领域

本发明涉及电磁暂态仿真领域，具体涉及一种面向大规模节点的电路快速解算方法及系统。

背景技术

基于经典的节点电压电路分析理论的EMTP计算方法已经成为应用于电力系统离线与实时电磁暂态仿真的主流方法，在各类电力系统仿真软件的开发与实时仿真平台构建中扮演至关重要的角色。

以含有n个节点(除去参考节点)与e个关键元件(此处关键元件的概念指离散化后的诺顿等效电路中含有电流源的元件，包含电感、电容、电源)的电路系统为例，假定步长为Δt，在经典EMTP方法中，其计算周期t内的求解过程可以分为以下几个步骤:

第1步：根据预存的关键元件与各节点关联矩阵C_(n*e)，以及上个周期计算所得的各关键元件历史电流源向量i_hist(t-Δt)_(e*1)，计算节点电压方程右侧电流向量i(t)＝C*i_hist(t-Δt)，其计算量为e*n次乘法与e*n次累加。

第2步：根据预存的节点导纳矩阵的逆G^-1_(n*n)与第1步所求的i(t)，求解节点电压向量u(t)＝G^-1*i(t)，其计算量为n²次乘法与n²次累加。

第3步：根据预存的关键元件与各节点关联矩阵D_(e*n)，以及第2步所求的u(t)，计算各关键元件本周期内的电压向量u_elemt(t)＝D*u(t)，其计算量为e*n次乘法与e*n次累加。

第4步：根据u_elemt(t)、各关键元件种类及所选用的离散化数值方法，计算本周期内新的历史电流源向量i_hist(t)，以后退欧拉法为例，其计算量约为e次乘法与e次加法。

该方法存在的突出问题在于，每个周期内计算量较大且与电路节点数目n密切相关。现代电力系统电力电子化趋势明显，开展电磁暂态仿真时经常需要计及大量电力电子设备，由此将造成解算过程中节点数目激增(即大规模节点密集型系统)。此时，若采用上述经典计算方法将导致单步计算量过大，难以实现电磁暂态时间尺度下的实时仿真。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中采用上述经典计算方法将导致单步计算量过大，难以实现电磁暂态时间尺度下的实时仿真的缺陷，从而提供一种面向大规模节点的电路快速解算方法及系统。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种面向大规模节点的电路快速解算方法，包括：建立离散化诺顿等效电路模型；根据所述离散化诺顿等效电路模型获取复合计算矩阵及上周期等效电路模型中各关键元件的历史电流源向量；根据所述复合计算矩阵及所述历史电流源向量计算得到当前周期内的电压向量；根据所述电压向量、所述离散化诺顿等效电路模型中的关键元件种类及预设离散化数值方法，更新当前周期内历史电流源向量。