一种配电网实境试验平台铁磁谐振仿真的方法及装置
技术领域
本发明涉及配电网仿真的技术领域，尤其涉及一种配电网实境试验平台铁磁谐振仿真的方法及装置。
背景技术
配电网位于电力系统的末端，直接向用户提供电力供应，因此配电网的可靠性与用户可靠用电有着直接的关系，配电网实境试验是开展配电网新方法、新技术、新装备研究，加快智能配电网技术落地应用的重要手段；其中，配电网铁磁谐振是实境试验平台开展的一项重要的试验，但是在铁磁谐振的试验中，谐振点难以寻找，根据不同型号的电压互感器选择合适的线路以及谐振电容的组合，使得能够再现不同类型的配电网铁磁谐振过电压动态过程；目前大多是采用试凑的方法进行操作试验，但是这种试凑的方法耗时长、精度差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种配电网实境试验平台铁磁谐振仿真的方法及装置，提高了电压互感器仿真模型的精度，为仿真拓扑模型的构建提供了选择，且为电压互感器铁磁谐振的科学开展提供了依据，保证了试验的成功率。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种配电网实境试验平台铁磁谐振仿真的方法，所述方法包括：
基于可饱和受控非线性电感模拟与电阻的组合构建电压互感器铁磁谐振模型；
对所述电压互感器铁磁谐振模型进行磁饱和特性参数的设定；
将配电网实境试验平台中的参数输入至所述电压互感器铁磁谐振模型，并通过计算得到π型等值线路级联数目与谐振电容投入组数；
基于所述π型等值线路级联数目与谐振电容投入组数绘制所述配电网实境试验平台的仿真模型；
对所述仿真模型进行配电网实境试验平台铁磁谐振激发条件的设定；
基于所述配电网实境试验平台铁磁谐振激发条件以及所选择的不同铁磁谐振类型启动所述仿真模型进行仿真，得到仿真结果。
可选的，所述对所述电压互感器铁磁谐振模型进行磁饱和特性参数的设定包括：
在配电网实境试验平台中的电压互感器设定不同的电流值i，得到磁通量
基于多项式与最小二乘法对所述电流值i和所述磁通量
根据所述拟合后的关系式得到可饱和受控非线性电感的输入条件。
可选的，所述将配电网实境试验平台中的参数输入至所述电压互感器铁磁谐振模型，并通过计算得到π型等值线路级联数目与谐振电容投入组数包括：
确定配电网实境试验平台仿真需要再现的电压互感器铁磁谐振类型；
基于所述电压互感器铁磁谐振类型通过计算得到π型等值线路级联数目与谐振电容投入组数之间的组合关系；
基于所述π型等值线路级联数目与谐振电容投入组数之间的组合关系建立π型等值线路级联数目与谐振电容投入组数的组合参数选择优化模型；
通过求解所述组合参数选择优化模型得到π型等值线路级联数目与谐振电容投入组数。
可选的，所述电压互感器铁磁谐振类型包括：分频谐振、或基频谐振、或高频谐振。
可选的，所述基于所述π型等值线路级联数目与谐振电容投入组数绘制所述配电网实境试验平台的仿真模型包括：对所述配电网实境试验平台的仿真模型激进型仿真电压互感器参数、和π型等值线路级联数目参数、和谐振电容投入组数参数的设定。
可选的，所述对所述仿真模型进行配电网实境试验平台铁磁谐振激发条件的设定包括：配电网单相接地故障消除瞬间的设定、和/或三相非同期合闸的设定。
可选的，所述配电网单相接地故障消除瞬间的设定包括：设定t时刻发生单相接地，t+t1时刻单相接地故障消除。
可选的，所述三相非同期合闸的设定包括：设定配电网中A、B、C三相的合闸时间分别为tA、tB、tC，且tA≠tB≠tC。
可选的，所述方法还包括：基于所述仿真结果对所述配电网实境试验平台中的所述π型等值线路级联数目与谐振电容进行接线调节。
另外，本发明实施例还提供了一种配电网实境试验平台铁磁谐振仿真的装置，所述装置包括：
构建模块：用于基于可饱和受控非线性电感模拟与电阻的组合构建电压互感器铁磁谐振模型；
参数设定模块：用于对所述电压互感器铁磁谐振模型进行磁饱和特性参数的设定；
计算模块：用于将配电网实境试验平台中的参数输入至所述电压互感器铁磁谐振模型，并通过计算得到π型等值线路级联数目与谐振电容投入组数；
绘制模块：用于基于所述π型等值线路级联数目与谐振电容投入组数绘制所述配电网实境试验平台的仿真模型；
条件设定模块：用于对所述仿真模型进行配电网实境试验平台铁磁谐振激发条件的设定；
仿真模块：用于基于所述配电网实境试验平台铁磁谐振激发条件以及所选择的不同铁磁谐振类型启动所述仿真模型进行仿真，得到仿真结果。
在本发明实施中，基于可饱和受控非线性电感模拟与电阻的组合来模拟电压互感器，并基于配电网实境试验平台中的电压互感器实测数据拟合作为参数输入，提高了电压互感器仿真模型的精度；在充分考虑分频、基频和高频三种不同类型的电压互感器铁磁谐振的基础上，通过计算得到π型等值线路级联数目与谐振电容投入组数，为仿真拓扑模型的构建提供了选择；另外，基于仿真结果对配电网实境试验平台中的π型等值线路级联数目与谐振电容进行接线调节，为电压互感器铁磁谐振的科学开展提供了依据，保证了试验的成功率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例中的配电网实境试验平台铁磁谐振仿真的方法的流程示意图；
图2是本发明实施例中的配电网实境试验平台铁磁谐振仿真的装置的结构组成示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图1，图1是本发明实施例中的配电网实境试验平台铁磁谐振仿真的方法的流程示意图。
如图1所示，一种配电网实境试验平台铁磁谐振仿真的方法，所述方法包括：
S11：基于可饱和受控非线性电感模拟与电阻的组合构建电压互感器铁磁谐振模型；
在本发明具体实施过程中，基于可饱和受控非线性电感模拟与电阻的组合构建电压互感器铁磁谐振模型，模拟电压互感器在配电网单相接地故障消除瞬间以及三相非同期合闸时的磁饱和特性。
S12：对所述电压互感器铁磁谐振模型进行磁饱和特性参数的设定；
在本发明具体实施过程中，所述对所述电压互感器铁磁谐振模型进行磁饱和特性参数的设定包括：在配电网实境试验平台中的电压互感器设定不同的电流值i，得到磁通量
S13：将配电网实境试验平台中的参数输入至所述电压互感器铁磁谐振模型，并通过计算得到π型等值线路级联数目与谐振电容投入组数；
在本发明具体实施过程中，所述将配电网实境试验平台中的参数输入至所述电压互感器铁磁谐振模型，并通过计算得到π型等值线路级联数目与谐振电容投入组数包括：确定配电网实境试验平台仿真需要再现的电压互感器铁磁谐振类型；基于所述电压互感器铁磁谐振类型通过计算得到π型等值线路级联数目与谐振电容投入组数之间的组合关系；基于所述π型等值线路级联数目与谐振电容投入组数之间的组合关系建立π型等值线路级联数目与谐振电容投入组数的组合参数选择优化模型；通过求解所述组合参数选择优化模型得到π型等值线路级联数目与谐振电容投入组数。
具体的，确定配电网实境试验平台仿真需要再现的电压互感器铁磁谐振类型，所述电压互感器铁磁谐振类型包括：分频谐振、或基频谐振、或高频谐振，根据所述电压互感器铁磁谐振类型可以确定电压互感器饱和电感电抗与馈线阻抗之间的参数关系，其中，分频谐振、基频谐振、高频谐振电压互感器饱和电感电抗与馈线阻抗之间的参数关系具体如式(1)、(2)、(3)所示：
0.01≤Xc0/Xm＜0.07 (1)
0.07≤Xc0/Xm＜0.55 (2)
0.55≤Xc0/Xm≤2.8(3)
式中，Xm为额定线电压下电压互感器的激发电抗；Xc0为线路对地的等效电抗；
基于所述电压互感器铁磁谐振类型通过计算得到π型等值线路级联数目xL与谐振电容C投入组数xc之间的组合关系，具体如式(4)和(5)所示，其中式(4)为π型等值线路与谐振电容C共同组成的馈线对地等效电容：
式中，ω为电力系统角频率；L为π型等值线路的电感；CL为π型等值线路的电容；CT0为谐振电容C中每组的电容值；
输入π型等值线路的级联增加1次的操作费用θ、谐振电容C投入增加1次的操作费用η，根据仿真不同类型的铁磁谐振类型，建立如下的π型等值线路级联数目与谐振电容C投入的组数的组合参数选择优化模型；当选择仿真分频谐振时，采用如式(6)所示的组合参数选择优化模型；当选择仿真基频谐振时，采用如式(7)所示的组合参数选择优化模型；当选择仿真高频谐振时，采用如式(8)所示的组合参数选择优化模型；
式中，θ为入π型等值线路的级联增加1次的操作费用；η为谐振电容C投入增加1次的操作费用；xL为π型等值线路的级联数目，其中
式中，θ为入π型等值线路的级联增加1次的操作费用；η为谐振电容C投入增加1次的操作费用；xL为π型等值线路的级联数目，其中
式中，θ为入π型等值线路的级联增加1次的操作费用；η为谐振电容C投入增加1次的操作费用；xL为π型等值线路的级联数目，其中
基于遗传算法求解公式(6)～(8)中的π型等值线路级联数目与谐振电容C投入的组数的组合参数选择优化模型，得出不同类型谐振下的π型等值线路级联数目xL与谐振电容C投入的组数xC。
S14：基于所述π型等值线路级联数目与谐振电容投入组数绘制所述配电网实境试验平台的仿真模型；
在本发明具体实施过程中，所述基于所述π型等值线路级联数目与谐振电容投入组数绘制所述配电网实境试验平台的仿真模型包括：对所述配电网实境试验平台的仿真模型激进型仿真电压互感器参数、和π型等值线路级联数目参数、和谐振电容投入组数参数的设定。
具体的，在仿真软件中绘制配电网实境试验平台的仿真模型，并根据所述S11～S13中的参数计算结果以及所选择需要仿真的不同谐振类型，设定仿真电压互感器参数、和π型等值线路级联数目参数、和谐振电容投入组数参数。
S15：对所述仿真模型进行配电网实境试验平台铁磁谐振激发条件的设定；
在本发明具体实施过程中，所述对所述仿真模型进行配电网实境试验平台铁磁谐振激发条件的设定包括：配电网单相接地故障消除瞬间的设定、和/或三相非同期合闸的设定。具体的，所述配电网单相接地故障消除瞬间的设定包括：设定t时刻发生单相接地，t+t1时刻单相接地故障消除；所述三相非同期合闸的设定包括：设定配电网中A、B、C三相的合闸时间分别为tA、tB、tC，且tA≠tB≠tC。
S16：基于所述配电网实境试验平台铁磁谐振激发条件以及所选择的不同铁磁谐振类型启动所述仿真模型进行仿真，得到仿真结果；
具体的，基于所述配电网实境试验平台铁磁谐振激发条件以及所选择的不同铁磁谐振类型启动所述仿真模型进行仿真，查看配电网中心点以及各项电压曲线，从而仿真得到配电网发生电压互感器铁磁谐振的波形曲线，并计算铁磁谐振过电压的谐振幅度，具体计算公式如式(9)所示：
式中，R为谐振幅度；UR为谐振发生后的电压幅值；U0为正常状态下的电压幅值。
S17：基于所述仿真结果对所述配电网实境试验平台中的所述π型等值线路级联数目与谐振电容进行接线调节。
具体的，基于所述仿真结果对所述配电网实境试验平台中的所述π型等值线路级联数目xL与谐振电容C进行接线调节，可开展不同类型的电压互感器铁磁谐振试验。
在本发明实施中，基于可饱和受控非线性电感模拟与电阻的组合来模拟电压互感器，并基于配电网实境试验平台中的电压互感器实测数据拟合作为参数输入，提高了电压互感器仿真模型的精度；在充分考虑分频、基频和高频三种不同类型的电压互感器铁磁谐振的基础上，通过计算得到π型等值线路级联数目与谐振电容投入组数，为仿真拓扑模型的构建提供了选择；另外，基于仿真结果对配电网实境试验平台中的π型等值线路级联数目与谐振电容进行接线调节，为电压互感器铁磁谐振的科学开展提供了依据，保证了试验的成功率。
实施例二
请参阅图2，图2是本发明实施例中的配电网实境试验平台铁磁谐振仿真的装置的结构组成示意图。
如图2所示，一种配电网实境试验平台铁磁谐振仿真的装置，所述装置包括：
构建模块11：用于基于可饱和受控非线性电感模拟与电阻的组合构建电压互感器铁磁谐振模型；
参数设定模块12：用于对所述电压互感器铁磁谐振模型进行磁饱和特性参数的设定；
计算模块13：用于将配电网实境试验平台中的参数输入至所述电压互感器铁磁谐振模型，并通过计算得到π型等值线路级联数目与谐振电容投入组数；
绘制模块14：用于基于所述π型等值线路级联数目与谐振电容投入组数绘制所述配电网实境试验平台的仿真模型；
条件设定模块15：用于对所述仿真模型进行配电网实境试验平台铁磁谐振激发条件的设定；
仿真模块16：用于基于所述配电网实境试验平台铁磁谐振激发条件以及所选择的不同铁磁谐振类型启动所述仿真模型进行仿真，得到仿真结果；
调节模块17：用于基于所述仿真结果对所述配电网实境试验平台中的所述π型等值线路级联数目与谐振电容进行接线调节。
具体地，本发明实施例的装置相关功能模块的工作原理可参见方法实施例一的相关描述，这里不再赘述。
在本发明实施中，基于可饱和受控非线性电感模拟与电阻的组合来模拟电压互感器，并基于配电网实境试验平台中的电压互感器实测数据拟合作为参数输入，提高了电压互感器仿真模型的精度；在充分考虑分频、基频和高频三种不同类型的电压互感器铁磁谐振的基础上，通过计算得到π型等值线路级联数目与谐振电容投入组数，为仿真拓扑模型的构建提供了选择；另外，基于仿真结果对配电网实境试验平台中的π型等值线路级联数目与谐振电容进行接线调节，为电压互感器铁磁谐振的科学开展提供了依据，保证了试验的成功率。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
另外，以上对本发明实施例所提供的一种配电网实境试验平台铁磁谐振仿真的方法及装置进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
