[发明专利]面向微电网电磁暂态实时仿真的分块并行方法

说明书

本发明涉及电力系统数字仿真技术，为提出既能降低逆矩阵预存数据量又能提高实时仿真速度的分块并行算法，通过分块将非线性元件状态的迭代计算限制在网络局部。本发明采用的技术方案是，面向微电网电磁暂态实时仿真的分块并行方法，根据微电网各子块的预存系数矩阵和拓扑连接关系，计算所述各子块的多端口外特性方程和状态‑输出方程；根据端口网络KVL或KCL约束，合理选择独立端口输入量，形成最小维数的网络拓扑方程；根据网络拓扑方程把整个网络独立端口输入量的关联关系表示成网络方程无向图的形式，采用最小度法求解各子块的端口输入量，并根据状态‑输出方程进一步求解各子块内部的状态量。本发明主要应用于电力系统数字仿真场合。

技术领域

本发明涉及电力系统数字仿真技术领域，尤其涉及一种面向微电网电磁暂态实时仿真的分块并行算法。具体讲,涉及面向微电网电磁暂态实时仿真的分块并行处理方法。

背景技术

微电网是发挥分布式电源效能的有效方式，具有巨大的社会和经济效益。为有效实现微电网的能量管理和优化运行，研究用于测试和验证微电网控制设备、保护装置的硬件在环实时仿真是十分必要的

现代电力电子元件向着高频化方向发展，其开关频率最高可达几百千赫兹。为了真实反映微电网的电磁暂态过程，其仿真步长应短至微秒级，甚至亚微秒级。这给微电网硬件在环实时仿真带来了挑战。

在对微电网系统进行电磁暂态实时仿真时，为减少计算量，可利用矩阵的稀疏特性进行网络方程求解，然而由于其消元回代过程的串行运算妨碍了仿真速度的提高。利用逆矩阵法可以避免对网络方程的求解，但当逆矩阵法应用于微电网实时仿真时，其预存储的逆矩阵数据量很容易达到难以容忍的程度。利用L/C开关模型使变流器在不同运行状态下的逆矩阵相同，不存在逆矩阵预存问题，但对仿真步长有很大的限制。采用接口变压器法将微电网分成多个独立子系统，使预存逆矩阵的维数和组合数大幅下降，但其仿真的精度会有所下降，甚至可能出现计算稳定性问题。采用节点分裂法列写增广方程，通过先行求解网间联络电流实现子网络的并行计算，但对子网络的等效与求解仍需花费大量时间。

微电网中分布式电源种类繁多，控制和并网方式多样，这直接造成了在微电网分析和仿真过程中模型描述的困难。微电网中含有大量的非线性元件，包括非线性分布式电源和高频功率开关等，对微电网的实时仿真提出了很高的要求，如何选择合适的仿真步长、提高仿真精度、降低逆矩阵预存数据量成为要解决的主要问题。因此，在降低逆矩阵预存数据量的同时，研究一种如何提高实时仿真速度的分块并行方法具有重要意义。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提出一种既能降低逆矩阵预存数据量又能提高实时仿真速度的分块并行算法，通过分块将非线性元件状态的迭代计算限制在网络局部。本发明采用的技术方案是，面向微电网电磁暂态实时仿真的分块并行方法，根据微电网各子块的预存系数矩阵和拓扑连接关系，计算所述各子块的多端口外特性方程和状态-输出方程；根据端口网络基尔霍夫电压定律KVL或基尔霍夫电流定律KCL约束，合理选择独立端口输入量，形成最小维数的网络拓扑方程；根据网络拓扑方程把整个网络独立端口输入量的关联关系表示成网络方程无向图的形式，采用最小度法求解各子块的端口输入量，并根据状态-输出方程进一步求解各子块内部的状态量。

其中，根据微电网各子块的预存系数矩阵和拓扑连接关系，计算所述各子块的多端口外特性方程和状态-输出方程之前，还包括：

将微电网进行分块处理，分块时尽量将非线性元件与线性元件分别聚集到不同的子块，并保证含非线性元件子块的端口输入量为状态量；

对各子块进行多端口等效，以逆矩阵的形式存储计算各子块端口输入量和内部状态量所需的各种参数。

其中，根据微电网各子块的预存系数矩阵和拓扑连接关系，计算所述各子块的多端口外特性方程和状态-输出方程，包括：

读入所述各子块的独立电源向量和开关的门极驱动信号；