基于ATP自动建模的VFTO批量仿真分析方法及系统

摘要

本发明公开了一种基于ATP自动建模的VFTO批量仿真分析方法及系统，该方法包括读取描述GIS站稳态信息的原始ATP仿真模型文件并存储至数据库中；解析原始ATP仿真模型文件，得出GIS站中所有可能发生VFTO的隔离开关的节点名称；在原始ATP仿真模型文件搜索描述相应隔离开关的仿真信息的字符段，以写文件的方式修改相应隔离开关的仿真信息；得到VFTO的ATP仿真模型文件；遍历原始ATP仿真模型文件中描述的所有隔离开关的仿真信息，批量建立GIS站VFTO的ATP仿真模型文件；对生成的所有VFTO的ATP仿真模型文件进行批量仿真，输出仿真结果。本发明能够批量建模和仿真分析的实现过程完全自动化、智能化，操作简单，大大简化了VFTO建模方针分析过程，提高了相关研究人员的工作效率。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统仿真计算的技术领域，尤其涉及一种基于ATP自动建模的VFTO批量仿真分析方法及系统。

背景技术

随着电力系统电压等级的提高及规模的不断扩大，GIS变电站在电网中得到了广泛的应用。GIS中的隔离开关的操作产生的特快速暂态过电压(VFTO)对系统高压设备的绝缘安全威胁很大，是近年来国内外GIS变电站设计及研究人员普遍关注的一个问题。目前针对固定的GIS变电站及特定的刀闸操作，VFTO的产生机理和仿真方法已经研究得比较成熟了。然而，GIS内部VFTO受多种因素的影响，需要大量的仿真数据进行相关研究。

VFTO的特性受到GIS站结构、元件参数、操作隔离开关位置等因素的影响。通常利用电磁暂态仿真软件获得VFTO波形信息，但仿真计算仅仅针对特定GIS结构和有限的操作过程，并对建立模型和工况修改的暂态仿真能力有很高的要求，目前进行的GIS站VFTO仿真研究工作，主要是使用人工搭建模型的方式，对特定位置特定条件下的倒闸操作进行仿真分析，如需更改模型参数或操作顺序等仿真模型信息，只能人工更改仿真模型，操作复杂，大大降低了仿真研究的工作效率，耗费大量的时间和人力。另一方面，在工程实践中，GIS站设计和运行人员普遍缺乏时间和能力对GIS站VFTO进行系统全面的仿真研究，迫切的需要一种操作简单，准确可靠的智能仿真分析方法及系统。

发明内容

为了解决现有技术的缺点，本发明提供一种基于ATP自动建模的VFTO批量仿真分析方法及系统。本发明能够批量建模和仿真分析的实现过程完全自动化、智能化，操作简单，大大简化了VFTO建模方针分析过程，提高了相关研究人员的工作效率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于ATP自动建模的VFTO批量仿真分析方法，包括：

读取描述GIS站稳态信息的原始ATP仿真模型文件并存储至数据库中；

解析原始ATP仿真模型文件，得到GIS站中隔离开关的节点名称及拓扑连接信息，进一步得出GIS站中所有可能发生VFTO的隔离开关的节点名称；

根据可能发生VFTO的隔离开关的节点名称，在原始ATP仿真模型文件搜索描述相应隔离开关的仿真信息的字符段，以写文件的方式修改相应隔离开关的仿真信息；

将描述VFTO信号发生模型的字符段写入原始ATP仿真模型文件相应位置中，得到VFTO的ATP仿真模型文件；

遍历原始ATP仿真模型文件中描述的所有隔离开关的仿真信息，批量建立GIS站VFTO的ATP仿真模型文件；

对生成的所有VFTO的ATP仿真模型文件进行批量仿真，输出仿真结果。

所述拓扑连接信息包括隔离开关与母线连接、隔离开关与变压器连接以及隔离开关与隔离开关连接。

本发明只需获取描述GIS站稳态信息的ATP仿真模型文件，即可自动地批量生成GIS站VFTO仿真模型文件，并对批量仿真结果进行对比分析，提高了仿真研究工作的效率，大大减轻了GIS站开发运行人员以及相关研究人员在对VFTO建模分析时工作量。

获得GIS站中所有可能发生VFTO的隔离开关的节点名称后，将GIS站中所有可能发生VFTO的隔离开关的节点名称以字符串的形式存储至数据库中。这样对于后续采用节点名称字符串与ATP仿真模型文件中的字符串比对，能够达到快速高效地查询对应隔离开关的仿真信息，提高了整体仿真效率。

根据数据库中保存的所有可能发生VFTO的隔离开关的节点名称字符串与ATP仿真模型文件中的字符串比对，找到对应隔离开关的仿真信息。通过字符串比对，能够准确地查询到相应的隔离开关的仿真信息。

解析原始ATP仿真模型文件，得到一个描述GIS变电站信息的结构体；所述结构体中包含GIS站中各组成元件的元件类型、节点名称及拓扑连接信息。

一种基于ATP自动建模的VFTO批量仿真分析系统，包括：

读取信息模块，其被配置为读取描述GIS站稳态信息的原始ATP仿真模型文件并存储至数据库中；

解析模块，其被配置为解析原始ATP仿真模型文件，得到GIS站中隔离开关的节点名称及拓扑连接信息，进一步得出GIS站中所有可能发生VFTO的隔离开关的节点名称；

仿真模型信息修改模块，其被配置为根据可能发生VFTO的隔离开关的节点名称，在原始ATP仿真模型文件搜索描述相应隔离开关的仿真信息的字符段，以写文件的方式修改相应隔离开关的仿真信息；

ATP仿真模型文件获取模块，其被配置为将描述VFTO信号发生模型的字符段写入原始ATP仿真模型文件相应位置中，得到VFTO的ATP仿真模型文件；

ATP仿真模型文件批量建立模块，其被配置为遍历原始ATP仿真模型文件中描述的所有隔离开关的仿真信息，批量建立GIS站VFTO的ATP仿真模型文件；

批量仿真运行模块，其被配置为对生成的所有VFTO的ATP仿真模型文件进行批量仿真，输出仿真结果。

所述拓扑连接信息包括隔离开关与母线连接、隔离开关与变压器连接以及隔离开关与隔离开关连接。

该系统还包括数据存储模块，其被配置为将GIS站中所有可能发生VFTO的隔离开关的节点名称以字符串的形式存储至数据库中。

该系统还包括隔离开关的仿真信息查询模块，其被配置为根据数据库中保存的所有可能发生VFTO的隔离开关的节点名称字符串与ATP仿真模型文件中的字符串比对，找到对应隔离开关的仿真信息。

所述解析模块还被配置为解析原始ATP仿真模型文件，得到一个描述GIS变电站信息的结构体；所述结构体中包含GIS站中各组成元件的元件类型、节点名称及拓扑连接信息。

本发明的有益效果为：

(1)本发明只需获取描述GIS站稳态信息的ATP仿真模型文件，即可自动地批量生成GIS站VFTO仿真模型文件，并对批量仿真结果进行对比分析，提高了仿真研究工作的效率，大大减轻了GIS站开发运行人员以及相关研究人员在对VFTO建模分析时工作量；

(2)快速求解GIS站倒闸操作时产生的VFTO波形信息，为GIS变电站设计、变压器类设备绝缘设计、GIS站优化配置等提供了参考。

附图说明

图1为传统的基于ATP软件的VFTO仿真建模方法流程图；

图2为本发明基于ATP自动建模的VFTO批量仿真分析方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

如图1所示，传统的基于ATP软件的VFTO仿真建模方法，需要研究人员人工分析GIS变电站结构，在ATPDrew界面中手动修改模型拓扑结构及参数，修改完成后保存文件，手动运行仿真程序，然后手动操作将仿真结果导入MATLAB软件进行信号分析，整个过程只能对GIS站中一处隔离开关产生的VFTO进行仿真分析，如需研究多种情况下的VFTO，则需反复进行以上操作。而VFTO的特性受到GIS站结构、元件参数、操作隔离开关位置等因素的影响，使用以上所述的传统的建模仿真方法需要进行重复性的低效率工作，耗费大量的人力和时间。

本发明基于ATP自动建模的VFTO批量仿真分析方法，可以采用MATLAB软件、C语言编程以及其他编程语言来调用ATP软件实现仿真。

如图2所示为本发明基于ATP自动建模的VFTO批量仿真分析方法的实现流程，以借助MATLAB工具为例：

(1)使用MATLAB读取描述GIS站稳态信息的ATP仿真模型文件*.atp，MATLAB将*.atp文件解析为一个struct结构体，结构体中包含GIS站中各组成元件的元件类型、节点名称及拓扑连接信息。

根据拓扑连接信息获得GIS站中可能发生VFTO的隔离开关的节点名称，保存该节点名称为一个字符串。隔离开关的拓扑连接主要分为三种情况：隔离开关与母线连接、隔离开关与变压器连接、隔离开关与隔离开关连接，对应的需保存节点名称的连接节点分别为隔离开关与母线连接节点、隔离开关与变压器连接节点、隔离开关与隔离开关连接节点。

(2)根据ATP软件的运行特点，*.atp文件中以元件两端节点名组成的字符串为仿真元件命名，使用MATLAB将步骤(1)中保存的字符串与*.atp文件中的字符串比对，找到对应隔离开关的仿真信息。

通过使用文件编辑命令实现对*.atp文件的修改，所需要做的修改包括：修改该隔离开关的仿真模型参数及拓扑连接。

(3)MATLAB将包括开关信息和隔离开关、断路器等效暂态模型信息通过VFTO信号发生模型整合成固定的字符串，以数据卡片的形式写入*.atp文件相应位置中，更改VFTO信号发生模型的节点信息，使用步骤(1)中保存的节点名称代替VFTO信号发生模型的端口的节点名称，从而将VFTO信号发生模型接入仿真模型中。

其中，VFTO信号发生模型所指的是由直流电源、隔离开关和断路器仿真原件用于产生VFTO波形的一个仿真模型，将这个仿真模型接入原模型中，运行仿真以后即可向原稳态模型中注入VFTO波形，完成后续仿真。

在本发明中，VFTO信号发生模型用于产生VFTO波形的一个仿真模型用字符串的形式写入原*.atp文件中，就相当于将VFTO波形的一个仿真模型接入到原仿真模型中，从而实现了VFTO仿真模型的建立。

(4)MATLAB将修改完成后的*.atp文件以步骤(1)中保存的节点名称命名，保存到仿真文件夹下，从而保证生成的每个VFTO仿真模型文件都以一个互异的节点名称命名，方便之后对其仿真结果进行人工和计算机自动分析。

(5)循环(1)～(4)步骤，逐个读取*.atp文件中的隔离开关信息，生成对应的VFTO仿真模型，直至MATLAB遍历*.atp文件中描述的所有可能产生VFTO的隔离开关信息，生成全部可能的VFTO仿真模型文件，循环结束，实现GIS站VFTO仿真模型的批量建立。

(6)在MATLAB中调用一个windows批处理命令，windows批处理命令调用ATP软件的仿真内核程序Tpbig.exe逐个运行仿真模型文件，将步骤(5)中生成的所有VFTO仿真模型文件进行批量仿真，仿真结果自动保存在仿真文件夹下。

(7)MATLAB读取仿真文件夹下的GIS站VFTO仿真结果数据文件，生成VFTO仿真波形，使用现代信号分析方法(如小波变换，S变换等)对批量仿真结果进行对比分析，比较不同情况下VFTO波形的信号特征，获得分析报告。

与传统仿真方法相比，该方法只需获取描述GIS站稳态信息的ATP仿真模型文件，程序自动分析GIS站拓扑结构信息，自动遍历GIS站中所有的隔离开关信息，自动更改*.atp仿真文件，在模型中加入VFTO信号发生模型，批量生成GIS站VFTO仿真模型文件，自动运行ATP仿真程序进行仿真运算，并使用现代分析方法对批量仿真结果进行对比分析，生成分析报告。整个仿真过程完全自动化，只需简单的一次操作，即可获取整个GIS站的VFTO波形信息及分析报告。大大提高了仿真研究工作的效率，降低了工作难度，减轻了GIS站开发运行人员以及相关研究人员在对VFTO建模分析时工作量。

本发明还提供了一种基于ATP自动建模的VFTO批量仿真分析系统，该系统包括：读取信息模块、解析模块、仿真模型信息修改模块、ATP仿真模型文件获取模块、ATP仿真模型文件批量建立模块和批量仿真运行模块。

其中，读取信息模块，其被配置为读取描述GIS站稳态信息的原始ATP仿真模型文件并存储至数据库中。

解析模块，其被配置为解析原始ATP仿真模型文件，得到GIS站中隔离开关的节点名称及拓扑连接信息，进一步得出GIS站中所有可能发生VFTO的隔离开关的节点名称。

解析模块还被配置为解析原始ATP仿真模型文件，得到一个描述GIS变电站信息的结构体；所述结构体中包含GIS站中各组成元件的元件类型、节点名称及拓扑连接信息。

其中，拓扑连接信息包括隔离开关与母线连接、隔离开关与变压器连接以及隔离开关与隔离开关连接。

仿真模型信息修改模块，其被配置为根据可能发生VFTO的隔离开关的节点名称，在原始ATP仿真模型文件搜索描述相应隔离开关的仿真信息的字符段，以写文件的方式修改相应隔离开关的仿真信息。

ATP仿真模型文件获取模块，其被配置为将描述VFTO信号发生模型的字符段写入原始ATP仿真模型文件相应位置中，得到VFTO的ATP仿真模型文件。

ATP仿真模型文件批量建立模块，其被配置为遍历原始ATP仿真模型文件中描述的所有隔离开关的仿真信息，批量建立GIS站VFTO的ATP仿真模型文件。

批量仿真运行模块，其被配置为对生成的所有VFTO的ATP仿真模型文件进行批量仿真，输出仿真结果。

该系统还包括数据存储模块，其被配置为将GIS站中所有可能发生VFTO的隔离开关的节点名称以字符串的形式存储至数据库中。

该系统还包括隔离开关的仿真信息查询模块，其被配置为根据数据库中保存的所有可能发生VFTO的隔离开关的节点名称字符串与ATP仿真模型文件中的字符串比对，找到对应隔离开关的仿真信息。

本发明只需获取描述GIS站稳态信息的ATP仿真模型文件，即可自动地批量生成GIS站VFTO仿真模型文件，并对批量仿真结果进行对比分析，提高了仿真研究工作的效率，大大减轻了GIS站开发运行人员以及相关研究人员在对VFTO建模分析时工作量；快速求解GIS站倒闸操作时产生的VFTO波形信息，为GIS变电站设计、变压器类设备绝缘设计、GIS站优化配置等提供了参考。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。