基于补偿电流的静态负荷的控制电流暂态建模方法和装置

摘要

本发明提供一种基于补偿电流的静态负荷的控制电流暂态建模方法和装置，包括：基于静态负荷的额定无功功率，确定注入电流源在所述静态负荷中的电路建模结构；对于任一时刻，基于所述电路建模结构和所述任一时刻采集的所述静态负荷的三相电压，确定所述任一时刻的静态负荷的控制电流；其中，所述电路建模结构为基于三相电阻、三相电感和补偿电流源构成，或者，所述电路建模结构为基于三相电阻、三相电容和补偿电流源构成，或者，所述电路建模结构为基于三相电阻和补偿电流源构成。本发明提供的方法和装置，实现了静态负荷建模的灵活可控和提高准确率，且动态特性和数值稳定性均强于传统建模。

说明书

技术领域

本发明涉及电磁暂态建模技术领域，尤其涉及一种基于补偿电流的静态负荷的控制电流暂态建模方法和装置。

背景技术

在电力系统仿真的静态负荷模型中，负荷消耗的有功、无功随其电压、频率变化：

其中，f为频率，U为元件端电压，f

在传统的静态负荷电磁暂态模型中，仅采用受控注入电流源进行建模，即在稳态时，注入电流的三相向量I满足：

V·I＝P

V×I＝Q

其中，V为负荷模型三相电压瞬时值向量。

具体的做法是，注入电流的三相向量I可表示为：

其中，I

事实上，现有的静态负荷电磁暂态建模技术仅含注入电流源，不含导纳矩阵，因此仿真模型的数值稳定性较差，在电磁暂态仿真中常常出现数值振荡、数值积分不收敛的问题。因此，需要开发新的静态负荷模型的电磁暂态仿真建模方法。

因此，如何避免传统的纯电流源形式静态负荷建模方法的不灵活和不准确，动态特性和数值稳定性均差，仍然是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供一种基于补偿电流的静态负荷的控制电流暂态建模方法和装置，用以解决传统的纯电流源形式静态负荷建模方法的不灵活和不准确，动态特性和数值稳定性均差的缺陷，通过将静态负荷的恒阻抗部分与变阻抗部分分离，引入补偿电流源对变阻抗部分进行补偿，构造完整的静态负荷电磁暂态模型。这种基于恒阻抗矩阵及补偿电流的静态负荷电磁暂态建模方法相比于传统方法要更加准确，动态特性更好，且数值稳定性远高于传统的纯电流源方法。

本发明提供一种基于补偿电流的静态负荷的控制电流暂态建模方法，包括：

基于静态负荷的额定无功功率，确定注入电流源在所述静态负荷中的电路建模结构；

对于任一时刻，基于所述电路建模结构和所述任一时刻采集的所述静态负荷的三相电压，确定所述任一时刻的静态负荷的控制电流；

其中，所述电路建模结构为基于三相电阻、三相电感和补偿电流源构成，或者，所述电路建模结构为基于三相电阻、三相电容和补偿电流源构成，或者，所述电路建模结构为基于三相电阻和补偿电流源构成。

根据本发明提供的一种基于补偿电流的静态负荷的控制电流暂态建模方法，所述基于静态负荷的额定无功功率，确定注入电流源在所述静态负荷中的电路建模结构，具体包括：

若静态负荷的额定无功功率大于零，则确定注入电流源在所述静态负荷中的电路建模结构为基于三相电阻、三相电感和补偿电流源构成；

若静态负荷的额定无功功率小于零，则确定注入电流源在所述静态负荷中的电路建模结构为基于三相电阻、三相电容和所述补偿电流源构成；

若静态负荷的额定无功功率等于零，则确定注入电流源在所述静态负荷中的电路建模结构为基于三相电阻和所述补偿电流源构成。

根据本发明提供的一种基于补偿电流的静态负荷的控制电流暂态建模方法，

若静态负荷的额定无功功率大于零，则所述注入电流源的电流为流经所述三相电阻的电流、流经所述三相电感和所述补偿电流源电流之和；

若静态负荷的额定无功功率小于零，则确定注入电流源的电流为流经所述三相电阻的电流、流经所述三相电容和所述补偿电流源电流之和；

若静态负荷的额定无功功率等于零，则确定注入电流源的电流为流经所述三相电阻的电流和所述补偿电流源电流之和。

根据本发明提供的一种基于补偿电流的静态负荷的控制电流暂态建模方法，

所述流经所述三相电阻的电流是基于所述三相电阻的恒定阻抗和当前时刻采集的静态负荷的三相电压确定的；

所述流经所述三相电容的电流是基于所述三相电容的恒定电容量和当前时刻采集的静态负荷的三相电压确定的；

所述流经所述三相电感的电流是基于所述三相电感的恒定电感量和和当前时刻采集的静态负荷的三相电压确定的；

所述补偿电流源电流是基于注入所述补偿电流源的功率、所述静态负荷的A相电压相角和所述静态负荷的端电压有效值确定的。

根据本发明提供的一种基于补偿电流的静态负荷的控制电流暂态建模方法，

所述注入所述补偿电流源的有功功率ΔP和无功功率ΔQ通过如下公式计算得到：

其中，P

根据本发明提供的一种基于补偿电流的静态负荷的控制电流暂态建模方法，所述补偿电流源电流通过如下公式计算得到：

其中，I

根据本发明提供的一种基于补偿电流的静态负荷的控制电流暂态建模方法，还包括：

直至达到预设建模时长，结束所述静态负荷的控制电流的确定；

其中，所述任一时刻为预设建模时长内任一时步的电路参数采集时刻。

本发明还提供一种基于补偿电流的静态负荷的控制电流暂态建模装置，包括：

判定单元，用于基于静态负荷的额定无功功率，确定注入电流源在所述静态负荷中的电路建模结构；

计算单元，用于对于任一时刻，基于所述电路建模结构和所述任一时刻采集的所述静态负荷的三相电压，确定所述任一时刻的静态负荷的控制电流；

其中，所述电路建模结构为基于三相电阻、三相电感和补偿电流源构成，或者，所述电路建模结构为基于三相电阻、三相电容和补偿电流源构成，或者，所述电路建模结构为基于三相电阻和补偿电流源构成。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述的基于补偿电流的静态负荷的控制电流暂态建模方法的步骤。

本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述的基于补偿电流的静态负荷的控制电流暂态建模方法的步骤。

本发明提供的基于补偿电流的静态负荷的控制电流暂态建模方法和装置，通过基于静态负荷的额定无功功率，确定注入电流源在所述静态负荷中的电路建模结构；对于任一时刻，基于所述电路建模结构和所述任一时刻采集的所述静态负荷的三相电压，确定所述任一时刻的静态负荷的控制电流；其中，所述电路建模结构为基于三相电阻、三相电感和补偿电流源构成，或者，所述电路建模结构为基于三相电阻、三相电容和补偿电流源构成，或者，所述电路建模结构为基于三相电阻和补偿电流源构成。由于将静态负荷的恒阻抗部分与变阻抗部分分离，引入补偿电流源对变阻抗部分进行补偿，构造完整的静态负荷电磁暂态模型。这种基于恒阻抗矩阵及补偿电流的静态负荷电磁暂态建模方法相比于传统方法要更加准确，动态特性更好，且数值稳定性远高于传统的纯电流源方法。因此，本发明提供的方法和装置，实现了静态负荷建模的灵活可控和提高准确率，且动态特性和数值稳定性均强于传统建模。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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他的附图。

图1为本发明提供的基于补偿电流的静态负荷的控制电流暂态建模方法的流程示意图；

图2为本发明提供的静态负荷额定无功功率为正的电路建模结构示意图；

图3为本发明提供的静态负荷额定无功功率为负的电路建模结构示意图；

图4为本发明提供的静态负荷额定无功功率为零的电路建模结构示意图；

图5为本发明提供的基于恒阻抗矩阵及补偿电流的静态负荷电磁暂态建模流程示意图；

图6为本发明实施例提供的基于补偿电流的静态负荷的控制电流暂态建模装置的结构示意图；

图7为本发明提供的一种电子设备的实体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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他实施例，都属于本发明保护的范围。

传统的纯电流源形式静态负荷建模方法普遍存在不灵活和不准确，动态特性和数值稳定性均差的问题。下面结合图1-5描述本发明的一种基于补偿电流的静态负荷的控制电流暂态建模方法。图1为本发明提供的基于补偿电流的静态负荷的控制电流暂态建模方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：

步骤110，基于静态负荷的额定无功功率，确定注入电流源在所述静态负荷中的电路建模结构。

具体地，本发明揭示了一种基于恒阻抗矩阵及补偿电流的静态负荷电磁暂态建模方法，旨在通过对传统的电流源形式静态负荷进行改进，通过将静态负荷的恒阻抗部分与变阻抗部分分离，引入补偿电流源对变阻抗部分进行补偿，构造完整的静态负荷电磁暂态模型。而对传统的电流源形式静态负荷的改进即基于静态负荷的额定无功功率数值的正负，确定静态负荷变阻抗部分电容值或者电感值，然后确定最终任一时刻的静态负荷的控制电流，使得在对应时刻对所述静态负荷注入对应的控制电流进行准确的估计，保证能使静态负荷运行时能更靠近额定有功功率和额定无功功率地平稳运行。

步骤120，对于任一时刻，基于所述电路建模结构和所述任一时刻采集的所述静态负荷的三相电压，确定所述任一时刻的静态负荷的控制电流；其中，所述电路建模结构为基于三相电阻、三相电感和补偿电流源构成，或者，所述电路建模结构为基于三相电阻、三相电容和补偿电流源构成，或者，所述电路建模结构为基于三相电阻和补偿电流源构成。

具体地，通过基于静态负荷的额定无功功率确定的注入电流源在所述静态负荷中的电路建模结构进一步计算任一时刻的静态负荷的控制电流。此处对于基于静态负荷的额定无功功率确定的注入电流源在所述静态负荷中的电路建模结构进行具体说明，图2为本发明提供的静态负荷额定无功功率为正的电路建模结构示意图，图3为本发明提供的静态负荷额定无功功率为负的电路建模结构示意图，图4为本发明提供的静态负荷额定无功功率为零的电路建模结构示意图，如图2所示，该电路结构为静态负荷额定无功功率Q

本发明提供的方法，通过基于静态负荷的额定无功功率，确定注入电流源在所述静态负荷中的电路建模结构；对于任一时刻，基于所述电路建模结构和所述任一时刻采集的所述静态负荷的三相电压，确定所述任一时刻的静态负荷的控制电流；其中，所述电路建模结构为基于三相电阻、三相电感和补偿电流源构成，或者，所述电路建模结构为基于三相电阻、三相电容和补偿电流源构成，或者，所述电路建模结构为基于三相电阻和补偿电流源构成。由于将静态负荷的恒阻抗部分与变阻抗部分分离，引入补偿电流源对变阻抗部分进行补偿，构造完整的静态负荷电磁暂态模型。这种基于恒阻抗矩阵及补偿电流的静态负荷电磁暂态建模方法相比于传统方法要更加准确，动态特性更好，且数值稳定性远高于传统的纯电流源方法。因此，本发明提供的方法，实现了静态负荷建模的灵活可控和提高准确率，且动态特性和数值稳定性均强于传统建模。

在上述实施例的基础上，该方法中，所述基于静态负荷的额定无功功率，确定注入电流源在所述静态负荷中的电路建模结构，具体包括：

若静态负荷的额定无功功率大于零，则确定注入电流源在所述静态负荷中的电路建模结构为基于三相电阻、三相电感和补偿电流源构成；

若静态负荷的额定无功功率小于零，则确定注入电流源在所述静态负荷中的电路建模结构为基于三相电阻、三相电容和所述补偿电流源构成；

若静态负荷的额定无功功率等于零，则确定注入电流源在所述静态负荷中的电路建模结构为基于三相电阻和所述补偿电流源构成。

具体地，此处对判定注入电流源在所述静态负荷中的电路建模结构的规则进行具体限定，不同静态负荷额定无功功率数值即得出图2-4展示的电路建模结构。

在上述实施例的基础上，该方法中，

若静态负荷的额定无功功率大于零，则所述注入电流源的电流为流经所述三相电阻的电流、流经所述三相电感和所述补偿电流源电流之和；

若静态负荷的额定无功功率小于零，则确定注入电流源的电流为流经所述三相电阻的电流、流经所述三相电容和所述补偿电流源电流之和；

若静态负荷的额定无功功率等于零，则确定注入电流源的电流为流经所述三相电阻的电流和所述补偿电流源电流之和。

具体地，不同静态负荷额定无功功率数值即得出图2-4展示的电路建模结构，此时的静态负荷模型可以通过如下公式表示：

在上述实施例的基础上，该方法中，

所述流经所述三相电阻的电流是基于所述三相电阻的恒定阻抗和当前时刻采集的静态负荷的三相电压确定的；

所述流经所述三相电容的电流是基于所述三相电容的恒定电容量和当前时刻采集的静态负荷的三相电压确定的；

所述流经所述三相电感的电流是基于所述三相电感的恒定电感量和和当前时刻采集的静态负荷的三相电压确定的；

所述补偿电流源电流是基于注入所述补偿电流源的功率、所述静态负荷的A相电压相角和所述静态负荷的端电压有效值确定的。

具体地，在Q

其中，P

电磁暂态仿真的每个时步中，流经电阻矩阵的电流可表示为：

I

其中，V(t)为t时刻的负荷模型的三相电压向量，为节点分析法电磁暂态仿真中的状态量。

对于静态负荷额定无功功率Q

其中，Q

电磁暂态仿真的每个时步中，流经电感矩阵的电流可表示为：

其中，Δt为电磁暂态仿真的仿真步长，V(t-Δt)为t-Δt时刻的负荷模型的三相电压向量，I

对于静态负荷额定无功功率Q

电磁暂态仿真的每个时步中，流经电容矩阵的电流可表示为：

其中，I

在上述实施例的基础上，该方法中，

所述注入所述补偿电流源的有功功率ΔP和无功功率ΔQ通过如下公式计算得到：

其中，P

具体地，通过计算补偿电流源的功率，以便后续基于补偿电流源的功率计算其电流。而具体的计算补偿电流源的功率的公式限定如上文所述。

在上述实施例的基础上，该方法中，

所述补偿电流源电流通过如下公式计算得到：

其中，I

具体地，在Q

其中，I

其中，θ

其中，f为三相静态负荷的三相电压频率，由锁相环测得。

在每个时步中需要使用测量环节测量的量包括：①三相静态负荷的A相电压相角θ

相比于传统的静态负荷模型，本发明提出的模型具有更高的数值稳定性，更加符合电磁暂态仿真所用的节点分析法框架。

在上述实施例的基础上，该方法中，还包括：

直至达到预设建模时长，结束所述静态负荷的控制电流的确定；

其中，所述任一时刻为预设建模时长内任一时步的电路参数采集时刻。

具体地，本发明提供的控制电流确定方法是在一定观察时长内持续进行的，每一个时步都进行控制电流的计算，由于时步都是微秒级的间隔，因此，控制电流是以极其精细的调控进度逐步使静态负荷达到额定功率的稳定运行状态。图5为本发明提供的基于恒阻抗矩阵及补偿电流的静态负荷电磁暂态建模流程示意图，如图5所示，tend为本发明设定的观察时长，控制电流的确定一直持续tend时长，而计算时步为Δt，因此，控制电流的持续确定方法为如图5所示，确定恒阻抗部分电阻、电感、电容矩阵，在对于每个时步，通过有效值和锁相环测量环节，对电压U

在上述实施例的基础上，

基于上述任一实施例，本发明实施例提供一种基于补偿电流的静态负荷的控制电流暂态建模装置，图6为本发明实施例提供的基于补偿电流的静态负荷的控制电流暂态建模装置的结构示意图。如图6所示，该装置包括判定单元610和计算单元620，其中，

所述判定单元610，用于基于静态负荷的额定无功功率，确定注入电流源在所述静态负荷中的电路建模结构；

所述计算单元620，用于对于任一时刻，基于所述电路建模结构和所述任一时刻采集的所述静态负荷的三相电压，确定所述任一时刻的静态负荷的控制电流；

其中，所述电路建模结构为基于三相电阻、三相电感和补偿电流源构成，或者，所述电路建模结构为基于三相电阻、三相电容和补偿电流源构成，或者，所述电路建模结构为基于三相电阻和补偿电流源构成。

本发明提供的装置，通过基于静态负荷的额定无功功率，确定注入电流源在所述静态负荷中的电路建模结构；对于任一时刻，基于所述电路建模结构和所述任一时刻采集的所述静态负荷的三相电压，确定所述任一时刻的静态负荷的控制电流；其中，所述电路建模结构为基于三相电阻、三相电感和补偿电流源构成，或者，所述电路建模结构为基于三相电阻、三相电容和补偿电流源构成，或者，所述电路建模结构为基于三相电阻和补偿电流源构成。由于将静态负荷的恒阻抗部分与变阻抗部分分离，引入补偿电流源对变阻抗部分进行补偿，构造完整的静态负荷电磁暂态模型。这种基于恒阻抗矩阵及补偿电流的静态负荷电磁暂态建模方法相比于传统方法要更加准确，动态特性更好，且数值稳定性远高于传统的纯电流源方法。因此，本发明提供的装置，实现了静态负荷建模的灵活可控和提高准确率，且动态特性和数值稳定性均强于传统建模。

基于上述实施例，该装置中，所述判定单元，具体用于：

若静态负荷的额定无功功率大于零，则确定注入电流源在所述静态负荷中的电路建模结构为基于三相电阻、三相电感和补偿电流源构成；

若静态负荷的额定无功功率小于零，则确定注入电流源在所述静态负荷中的电路建模结构为基于三相电阻、三相电容和所述补偿电流源构成；

若静态负荷的额定无功功率等于零，则确定注入电流源在所述静态负荷中的电路建模结构为基于三相电阻和所述补偿电流源构成。

基于上述实施例，该装置中，

若静态负荷的额定无功功率大于零，则所述注入电流源的电流为流经所述三相电阻的电流、流经所述三相电感和所述补偿电流源电流之和；

若静态负荷的额定无功功率小于零，则确定注入电流源的电流为流经所述三相电阻的电流、流经所述三相电容和所述补偿电流源电流之和；

若静态负荷的额定无功功率等于零，则确定注入电流源的电流为流经所述三相电阻的电流和所述补偿电流源电流之和。

基于上述实施例，该装置中，

所述流经所述三相电阻的电流是基于所述三相电阻的恒定阻抗和当前时刻采集的静态负荷的三相电压确定的；

所述流经所述三相电容的电流是基于所述三相电容的恒定电容量和当前时刻采集的静态负荷的三相电压确定的；

所述流经所述三相电感的电流是基于所述三相电感的恒定电感量和和当前时刻采集的静态负荷的三相电压确定的；

所述补偿电流源电流是基于注入所述补偿电流源的功率、所述静态负荷的A相电压相角和所述静态负荷的端电压有效值确定的。

基于上述实施例，该装置中，所述注入所述补偿电流源的有功功率ΔP和无功功率ΔQ通过如下公式计算得到：

其中，P

基于上述实施例，该装置中，所述补偿电流源电流通过如下公式计算得到：

其中，I

基于上述实施例，该装置中，还包括停止单元，具体用于：

直至达到预设建模时长，结束所述静态负荷的控制电流的确定；

其中，所述任一时刻为预设建模时长内任一时步的电路参数采集时刻。

图7示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图7所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)710、通信接口(Communications Interface)720、存储器(memory)730和通信总线740，其中，处理器710，通信接口720，存储器730通过通信总线740完成相互间的通信。处理器710可以调用存储器730中的逻辑指令，以执行受控电压源的静态负荷电磁暂态建模仿真方法，该方法包括：基于静态负荷的额定无功功率，确定注入电流源在所述静态负荷中的电路建模结构；对于任一时刻，基于所述电路建模结构和所述任一时刻采集的所述静态负荷的三相电压，确定所述任一时刻的静态负荷的控制电流；其中，所述电路建模结构为基于三相电阻、三相电感和补偿电流源构成，或者，所述电路建模结构为基于三相电阻、三相电容和补偿电流源构成，或者，所述电路建模结构为基于三相电阻和补偿电流源构成。

此外，上述的存储器730中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模仿真方法，该方法包括：基于静态负荷的额定无功功率，确定注入电流源在所述静态负荷中的电路建模结构；对于任一时刻，基于所述电路建模结构和所述任一时刻采集的所述静态负荷的三相电压，确定所述任一时刻的静态负荷的控制电流；其中，所述电路建模结构为基于三相电阻、三相电感和补偿电流源构成，或者，所述电路建模结构为基于三相电阻、三相电容和补偿电流源构成，或者，所述电路建模结构为基于三相电阻和补偿电流源构成。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的受控电压源的静态负荷电磁暂态建模仿真方法，该方法包括：基于静态负荷的额定无功功率，确定注入电流源在所述静态负荷中的电路建模结构；对于任一时刻，基于所述电路建模结构和所述任一时刻采集的所述静态负荷的三相电压，确定所述任一时刻的静态负荷的控制电流；其中，所述电路建模结构为基于三相电阻、三相电感和补偿电流源构成，或者，所述电路建模结构为基于三相电阻、三相电容和补偿电流源构成，或者，所述电路建模结构为基于三相电阻和补偿电流源构成。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。