一种电厂电气全要素分核实时仿真方法及相关设备与流程

本发明涉及电气仿真，尤其涉及一种电厂电气全要素分核实时仿真方法及相关设备。

背景技术：

1、核电厂的安全、经济运行高度依赖对其高中压电气系统状态的实时、精准感知与预测，构建覆盖发电机出口、厂用变压器、中压配电母线及重要负荷的全要素数字孪生体，实现高保真电磁暂态实时仿真是核心技术路径。由于核电厂的高中压电气系统节点密集、拓扑复杂、电气连接短程化，全细节仿真计算压力巨大，需借助模型分割的并行计算技术实现实时性目标。这一技术需求同样存在于大型新能源场站的汇集电网、船舶综合电力系统、高耗能工业企业微电网以及城市轨道交通牵引供电系统等具有密集短程网络特征的电气系统中。

2、当前电力系统并行仿真中，为应对模型分割需求，已发展出多种模型分割方法。长输电线分割法利用电磁波传播延时实现模型解耦，通过在电气距离足够长的传输线处将网络分割为多个子系统，各子系统独立计算，在波传播时间内无需数据交换，从而实现并行仿真。理想变压器模型法允许在任意网络位置进行分割，通过在分割位置处引入理想变压器和单位延迟环节，将一侧子系统的电压或电流延迟一个仿真步长后传递给另一侧子系统，以此实现网络解耦和并行计算。

3、然而，上述现有模型分割方法在应对核电厂密集短程电网时均存在显著缺陷。长输电线分割法要求分割点间电气距离足够长，波传播时间超过仿真步长，而核电厂内部电网连接紧密，电气距离短，电磁波在数微秒内即可传播完毕，远小于典型仿真步长，该方法完全失效。理想变压器模型法虽然允许任意网络点分割，但引入的单位延迟会形成反馈回路，仿真稳定性严格依赖接口两侧戴维南等效阻抗比，仅当阻抗比小于1时才能收敛；核电厂的电气系统阻抗网络复杂、运行方式多变，难以保证所有分割点满足这一收敛条件，导致分割点选择严重受限于阻抗条件，灵活性与普适性极低，且在暂态故障下易发散，存在工程风险。现有改进方法如附加无源补偿电路、改进接口算法等，或改变了网络原始拓扑特性，或缺乏通用性，无法从根本上解决理想变压器模型法对阻抗条件的深度依赖问题。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有技术的不足，具体提供了一种电厂电气全要素分核实时仿真方法及相关设备，具体如下：

2、1）第一方面，本发明提供一种电厂电气全要素分核实时仿真方法，具体技术方案如下：

3、构建电厂的电气系统的全要素电磁暂态模型，并根据全要素电磁暂态模型的拓扑特征确定分割位置；

4、基于确定出的分割位置将全要素电磁暂态模型分割为多个子系统，并将各子系统分配至不同的处理器核心上，各分割位置两侧分别对应一个子系统，每个分割位置分别对应一个接口，每个接口由相应分割位置两侧的子系统的边界节点构成；

5、使每个接口处传输的时变正弦量转换为稳态下的直流分量之后，控制各处理器核心利用各自接收到的子系统进行仿真运行。

6、本发明提供的一种电厂电气全要素分核实时仿真方法的有益效果如下：

7、通过构建全要素电磁暂态模型并根据拓扑特征确定分割位置，使分割位置的选择不受阻抗条件的约束，可在任意拓扑位置进行分割，从根本上摆脱了分割灵活度对接口阻抗比的依赖；基于确定的分割位置将全要素电磁暂态模型分割为多个子系统并分配至不同处理器核心，各分割位置两侧分别对应一个子系统，每个分割位置对应一个接口并由两侧子系统边界节点构成，使得各子系统能够分配至不同处理器核心实现并行计算，各处理器核心的算力得到充分利用；使每个接口处传输的时变正弦量转换为稳态下的直流分量后控制各处理器核心利用各自接收到的子系统进行仿真运行，消除了因正弦量时变特性在离散数据交换中引入的延迟误差，避免了稳态误差在接口两侧的累积与放大，使得仿真稳定性不再依赖接口两侧的阻抗条件。上述技术方案共同作用，使得电厂密集短程电网的全要素分核实时仿真能够在任意分割位置下稳定运行，既保证了仿真的高保真精度，又充分释放了并行计算效率。

8、2）第二方面，本发明还提供一种电厂电气全要素分核实时仿真系统，具体技术方案如下：

9、包括构建确定模块、分割分配模块和仿真模块；

10、构建确定模块用于：构建电厂的电气系统的全要素电磁暂态模型，并根据全要素电磁暂态模型的拓扑特征确定分割位置；

11、分割分配模块用于：基于确定出的分割位置将全要素电磁暂态模型分割为多个子系统，并将各子系统分配至不同的处理器核心上，各分割位置两侧分别对应一个子系统，每个分割位置分别对应一个接口，每个接口由相应分割位置两侧的子系统的边界节点构成；

12、仿真模块用于：使每个接口处传输的时变正弦量转换为稳态下的直流分量之后，控制各处理器核心利用各自接收到的子系统进行仿真运行。

13、3）第三方面，本发明还提供一种电子设备，电子设备包括处理器，处理器与存储器耦合，存储器中存储有至少一条计算机程序，至少一条计算机程序由处理器加载并执行，以使电子设备实现上述任一项电厂电气全要素分核实时仿真方法。

14、4）第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任一项电厂电气全要素分核实时仿真方法。

15、需要说明的是，本发明的第二方面至第四方面的技术方案及对应的可能的实现方式所取得的有益效果，可以参见上述对第一方面及其对应的可能的实现方式的技术效果，此处不再赘述。

1.一种电厂电气全要素分核实时仿真方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种电厂电气全要素分核实时仿真方法，其特征在于，还包括：为每个接口设定初始常量标定值和变化阈值，在所述孤岛仿真运行过程中，对于每个所述接口，在触发首次同步事件之前，使接口输出相应的初始常量标定值作为当前输出，实时检测接口的预输出数值与当前输出之间的差值，当所述差值大于相应变化阈值时触发一次同步事件，所述同步事件用于触发该接口对应的两个子系统进行一次数据同步，在数据同步完成后，将该接口的当前输出更新为数据同步后的预输出数值。

3.根据权利要求2所述的一种电厂电气全要素分核实时仿真方法，其特征在于，所述同步事件触发接口对应的两个子系统进行一次数据同步时，该两个子系统通过所述接口交换各自的边界节点处的电压值和电流值，在完成所述电压值和所述电流值的交换后，该两个子系统恢复独立运行状态，等待下一次同步事件的触发。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种电厂电气全要素分核实时仿真方法，其特征在于，使每个接口处传输的时变正弦量转换为稳态下的直流分量，包括：在每个接口处引入clarke-park坐标变换，通过所述clarke-park坐标变换将接口处传输的时变正弦量转换为稳态下的直流分量。

5.一种电厂电气全要素分核实时仿真系统，其特征在于，包括构建确定模块、分割分配模块和仿真模块；

6.根据权利要求5所述的一种电厂电气全要素分核实时仿真系统，其特征在于，所述仿真模块还用于：为每个接口设定初始常量标定值和变化阈值，在所述孤岛仿真运行过程中，对于每个所述接口，在触发首次同步事件之前，使接口输出相应的初始常量标定值作为当前输出，实时检测接口的预输出数值与当前输出之间的差值，当所述差值大于相应变化阈值时触发一次同步事件，所述同步事件用于触发该接口对应的两个子系统进行一次数据同步，在数据同步完成后，将该接口的当前输出更新为数据同步后的预输出数值。

7.根据权利要求6所述的一种电厂电气全要素分核实时仿真系统，其特征在于，所述同步事件触发接口对应的两个子系统进行一次数据同步时，该两个子系统通过所述接口交换各自的边界节点处的电压值和电流值，在完成所述电压值和所述电流值的交换后，该两个子系统恢复独立运行状态，等待下一次同步事件的触发。

8.根据权利要求5至7任一项所述的一种电厂电气全要素分核实时仿真系统，其特征在于，所述仿真模块还具体用于：在每个接口处引入clarke-park坐标变换，通过所述clarke-park坐标变换将接口处传输的时变正弦量转换为稳态下的直流分量。

9.一种电子设备，其特征在于，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计算机程序时实现权利要求1至4任一项所述的一种电厂电气全要素分核实时仿真方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4任一项所述的一种电厂电气全要素分核实时仿真方法。