电力系统机电暂态超大规模微分代数方程联合求解方法

技术领域

本申请涉及电力技术领域，特别是涉及一种电力系统机电暂态超大规模微分代数方程联合求解方法。

背景技术

电力系统的暂态过程是指电力系统在某个运行情况下突然受到大的扰动后，到达新的稳态运行状态或恢复到原来的状态的运行过程。通过电力系统的暂态仿真能够对电力系统的暂态过程进行分析，保证电力系统的安全稳定运行。

相关技术中，主要是将电力系统在暂态过程中的数据仿真算法对电力系统的暂态过程进行仿真，得到仿真结果。但是，随着电力系统中设备规模的不断增大，需要计算的工况更多，现有技术中的仿真算法无法对规模较大的电力系统的暂态过程进行仿真。

因此，亟需一种能够高效地对规模较大的电力系统的暂态过程进行仿真的方法。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种电力系统机电暂态超大规模微分代数方程联合求解方法，能够高效地对规模较大的电力系统的暂态过程进行仿真。

第一方面，本申请提供了一种电力系统的暂态仿真方法，该方法包括：

获取电力系统的运行参数在暂态仿真过程的当前仿真值；

对当前仿真值执行参数更新操作，得到运行参数的更新仿真值；参数更新操作包括：根据当前仿真值获取运行参数的参考仿真值，根据参考仿真值与更新仿真值之间的残差方程确定参考仿真值的误差值，根据参考仿真值的误差值和参考仿真值确定更新仿真值；

若误差值满足误差条件，则将运行参数的更新仿真值，确定为电力系统的暂态过程中运行参数的目标仿真值。

在其中一个实施例中，该方法还包括：

若误差值不满足误差条件，则重复对更新仿真值执行参数更新操作，直至最新的参数更新操作中产生的误差值满足误差条件。

在其中一个实施例中，获取电力系统的运行参数在暂态仿真过程的当前仿真值，包括：

若当前时刻为暂态仿真过程的初始时刻，则根据电力系统的历史运行数据确定运行参数的初始值，并将初始值确定为当前仿真值；

若当前时刻为暂态仿真过程的中间任一个时刻，则根据将上一时刻的更新仿真值确定为当前仿真值。

在其中一个实施例中，根据当前仿真值获取运行参数的参考仿真值，包括：

获取当前仿真值与运行参数的参考仿真值之间的步长；

根据步长和当前仿真值，确定运行参数的参考仿真值。

在其中一个实施例中，根据步长和当前仿真值，确定运行参数的参考仿真值，包括：

对步长、当前仿真值进行积分运算，得到当前仿真值的误差值；

将当前仿真值与当前仿真值的误差值之和作为运行参数的参数仿真值。

在其中一个实施例中，根据参考仿真值与更新仿真值之间的残差方程确定参考仿真值的误差值，包括：

在残差方程的值为零的情况下，计算参考仿真值与更新仿真值之间的误差值，将参考仿真值与更新仿真值之间的误差值作为参考仿真值的误差值。

在其中一个实施例中，根据参考仿真值的误差值和参考仿真值确定更新仿真值，包括：

将参考仿真值的误差值与参考仿真值之和确定为更新仿真值。

第二方面，本申请还提供了一种电力系统的暂态仿真装置，该装置包括：

获取模块，用于获取电力系统的运行参数在暂态仿真过程的当前仿真值；

更新模块，用于对当前仿真值执行参数更新操作，得到运行参数的更新仿真值；参数更新操作包括：根据当前仿真值获取运行参数的参考仿真值，根据参考仿真值与更新仿真值之间的残差方程确定参考仿真值的误差值，根据误差值和参考仿真值确定更新仿真值；

确定模块，用于在误差值满足误差条件的情况下，则将运行参数的更新仿真值，确定为电力系统的暂态过程中运行参数的目标仿真值。

第三方面，本申请还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述第一方面中任意一项电力系统的暂态仿真方法。

第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质。计算机可读存储介质，其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第一方面中任意一项电力系统的暂态仿真方法。

第五方面，本申请还提供了一种计算机程序产品。计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面中任意一项电力系统的暂态仿真方法。

上述电力系统机电暂态超大规模微分代数方程联合求解方法，获取电力系统的运行参数在暂态仿真过程的当前仿真值，对当前仿真值执行参数更新操作，得到运行参数的更新仿真值，参数更新操作中，根据当前仿真值获取运行参数的参考仿真值，根据参考仿真值与更新仿真值之间的残差方程确定参考仿真值的误差值，根据参考仿真值的误差值和参考仿真值确定更新仿真值，每一次更新过程均对应一个更新仿真值，当参考仿真值的误差值满足误差条件，确定更新过程完成，此时得到的运行参数的更新仿真值是与真实值最接近的值，将该运行参数的更新仿真值确定为电力系统的暂态过程中运行参数的目标仿真值，通过两个更新方法交叉使用，先粗略地获取参考仿真值，再确定更新仿真值，能够减少暂态过程的仿真时间，提高电力系统的暂态过程的仿真效率。

附图说明

图1为一个实施例中电力系统的暂态仿真方法的应用环境图；

图2为一个实施例中电力系统的暂态仿真方法的流程示意图；

图3为一个实施例中电力系统的暂态仿真方法的流程示意图；

图4为一个实施例中电力系统的暂态仿真方法的流程示意图；

图5为一个实施例中电力系统的暂态仿真方法的流程示意图；

图6为一个实施例中电力系统的暂态仿真方法的流程示意图；

图7为一个实施例中电力系统的暂态仿真装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请实施例提供的电力系统的暂态仿真方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备可以是服务器，服务器的处理器用于提供计算和控制能力。该服务器的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该服务器的数据库用于存储电力系统的暂态仿真过程中的数据。该服务器的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。其中，计算机设备可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种电力系统的暂态仿真方法，以该方法应用于图1中的服务器为例进行说明，包括以下步骤：

S201，获取电力系统的运行参数在暂态仿真过程的当前仿真值。

在本实施例中，电力系统的暂态过程是指电力系统运行中，由于外界的各种干扰(如发生短路故障、负荷瞬间发生较大的突变、切除大容量的发电、输电或者变电设备)会影响电力系统的稳定，导致系统电压与频率的波动，从而影响系统电能的质量，严重时会造成电压崩溃或频率崩溃。为了防止电力系统中的电压崩溃或频率崩溃，需要对电力系统的暂态过程进行仿真，确定电力系统在暂态过程中各个参数的实际运行情况。随着电力系统规模急剧扩张，电力系统中装配了大量的分布式新能源发电设备、电力电子换流器等，导致电力系统节点规模将显著增大，到达百万级别，对仿真计算的规模化能力要求更高。

上述电力系统的运行参数包括电力系统中的发电机参数、励磁系统参数、调速器参数和负荷参数等，由于电力系统中的运行参数在暂态过程中无法通过传感器进行测量，因此，可以根据电力系统的历史暂态过程中的历史运行参数仿真值作为当前仿真值，或者，也可以根据先验知识确定电力系统的运行参数在暂态仿真过程中的当前仿真值，或者，也可以根据电力系统的扰动前的运行参数值预测当前仿真值。

S202，对当前仿真值执行参数更新操作，得到运行参数的更新仿真值；参数更新操作包括：根据当前仿真值获取运行参数的参考仿真值，根据参考仿真值与更新仿真值之间的残差方程确定参考仿真值的误差值，根据参考仿真值的误差值和参考仿真值确定更新仿真值。

在本实施例中，服务器获取到电力系统的运行参数在暂态仿真过程的当前仿真值后，可以通过不断更新的方法，确定运行参数的真实值。在每一次更新过程中，先进行粗略更新，得到运行参数的参考仿真值，再根据残差方程确定该参考仿真值与更新仿真值之间的误差，将参考仿真值进一步逼近真实值，得到一次更新的更新仿真值。

S203，若误差值满足误差条件，则将运行参数的更新仿真值，确定为电力系统的暂态过程中运行参数的目标仿真值。

其中，电力系统的暂态过程中运行参数的目标仿真值是与运行参数在暂态过程中的真实值最接近的值。

在本实施例中，当参考仿真值的误差值小于预设的误差阈值时，则确定参考仿真值与更新仿真值更加接近，此时，运行参数的更新仿真值就是运行参数在暂态过程中的真实值，则将运行参数的更新仿真值作为电力系统的暂态过程中运行参数的目标仿真值。

上述电力系统的暂态仿真方法中，获取电力系统的运行参数在暂态仿真过程的当前仿真值，对当前仿真值执行参数更新操作，得到运行参数的更新仿真值，参数更新操作中，根据当前仿真值获取运行参数的参考仿真值，根据参考仿真值与更新仿真值之间的残差方程确定参考仿真值的误差值，根据参考仿真值的误差值和参考仿真值确定更新仿真值，每一次更新过程均对应一个更新仿真值，当参考仿真值的误差值满足误差条件，确定更新过程完成，此时得到的运行参数的更新仿真值是与真实值最接近的值，将该运行参数的更新仿真值确定为电力系统的暂态过程中运行参数的目标仿真值，通过两个更新方法交叉使用，先粗略地获取参考仿真值，再确定更新仿真值，能够减少暂态过程的仿真时间，提高电力系统的暂态过程的仿真效率。

在上述图2所示实施例的基础上，本申请实施例涉及重复更新的具体实施方式，上述方法还可以包括如下内容：若误差值不满足误差条件，则重复对更新仿真值执行参数更新操作，直至最新的参数更新操作中产生的误差值满足误差条件。

在本实施例中，当参考仿真值的误差值大于或者等于预设误差阈值时，更新仿真值与参考仿真值之间的误差较大，即参考仿真值的误差值不满足误差条件，则需要重复求更新仿真值，直至参考仿真值与参考仿真值之间的误差值小于预设误差阈值，即更新仿真值与参考仿真值的误差处于预设范围内，更新过程结束，该更新仿真值作为电力系统的暂态仿真过程中的目标误差值。

上述电力系统的暂态仿真方法中，通过设置误差条件，对参考仿真值的误差值进行准确地判断，在参数仿真值的误差值不满足误差条件的情况下，重复对更新仿真值执行参数更新操作，直至最新的参数更新操作中产生的误差值满足误差条件，能够保证得到的参数误差值更接近运行参数的真实值，能够更准确地反映电力系统的暂态过程。

在上述图2所示实施例的基础上，本申请实施例涉及上述步骤S201中“获取电力系统的运行参数在暂态仿真过程的当前仿真值”的具体实施方式，如图3所示，上述步骤S201可以包括如下内容：

S301，若当前时刻为暂态仿真过程的初始时刻，则根据电力系统的历史运行数据确定运行参数的初始值，并将初始值确定为当前仿真值。

在本实施例中，在电力系统的暂态仿真过程的初始时刻，需要对电力系统中的运行参数的数值进行估计，并根据估计得到的运行参数值进行仿真，即估计得到的运行参数值即为当前仿真值。可选的，服务器可以获取暂态过程开始的前一时刻的历史运行参数值，并将历史运行参数值预测暂态过程中运行参数的初始值作为当前仿真值。可选的，服务器可以将电力系统的历史暂态过程中的历史运行参数的初始值确定为当前仿真值。本实施例对于根据电力系统的历史运行数据确定当前仿真值的方式不做限定。

S302，若当前时刻为暂态仿真过程的中间任一个时刻，则根据将上一时刻的更新仿真值确定为当前仿真值。

在本实施例中，在不断更新的过程中，将上一更新过程中得到的更新仿真值作为当前更新过程中的当前仿真值，并通过当前仿真值执行参数更新操作，得到运行参数的当前更新仿真值，再下一次更新过程中，将当前更新仿真值作为下一更新过程中的当前仿真值，按照上述更新方式，不断对更新仿真值进行更新，直至参考仿真值的误差值满足误差条件，并将更新仿真值确定为目标仿真值。

上述电力系统的暂态仿真方法中，若当前时刻为暂态仿真过程的初始时刻，则根据电力系统的历史运行数据确定运行参数的初始值，并将初始值确定为当前仿真值，若当前时刻为暂态仿真过程的中间任一个时刻，则根据将上一时刻的更新仿真值确定为当前仿真值，即每一次的更新过程中，都将更新后的更新仿真值作为当前仿真值，并对该当前仿真值进行下一次更新，通过不断逼近的方式，使更新过程的时间减少，能够提高电力系统的暂态过程中的仿真效率。

在上述图2所示实施例的基础上，本申请实施例涉及上述步骤S202中“根据当前仿真值获取运行参数的参考仿真值”的具体实施方式，如图4所示，上述步骤S202可以包括如下内容：

S401，获取当前仿真值与运行参数的参考仿真值之间的步长。

其中，当前仿真值与运行参数的参考仿真值之间的步长是指下一次更新过程与当前更新过程在时间序列上的差值。

在本实施例中，服务器可以将电力系统历史暂态仿真过程中的步长确定为当前仿真值与运行参数的参考仿真值之间的步长，或者，也可以根据先验知识确定当前仿真值与运行参数的参考仿真值之间的步长。例如，若电力系统的暂态过程的微分方程在求解的过程中，更新过程在的时间序列可以表示为t

S402，根据步长和当前仿真值，确定运行参数的参考仿真值。

在本实施例中，服务器可以计算当前仿真值与参考仿真值之间的梯形面积值

上述电力系统的暂态仿真方法中，获取当前仿真值与运行参数的参考仿真值之间的步长，根据步长和当前仿真值，确定运行参数的参考仿真值

在上述图4所示实施例的基础上，本申请实施例涉及上述步骤S402中“根据步长和当前仿真值，确定运行参数的参考仿真值”的具体实施方式，如图5所示，上述步骤S402可以包括如下内容：

S501，对步长、当前仿真值进行积分运算，得到当前仿真值的误差值。

在本实施例中，电力系统的微分方程式一般可以表示为

若在[t

S502，将当前仿真值与当前仿真值的误差值之和作为运行参数的参数仿真值。

在本实施例中，对电力系统的微分方程每一次更新的过程中，电力系统运行过程中的参数仿真值等于当前仿真值与当前仿真值的误差值的和，例如，当前仿真值、当前仿真值的误差值与参数仿真值对应的表达式可以为：

上述电力系统的暂态仿真方法中，通过对步长、当前仿真值进行积分运算，可以得到更加准确的当前仿真值的误差值，并计算当前仿真值与当前仿真值的误差值之和，将当前仿真值与当前仿真值的误差值的和作为运行参数的参数仿真值，可以得到较为准确地参数仿真值。

在上述图2所示实施例的基础上，本申请实施例涉及上述步骤S202中“根据参考仿真值与更新仿真值之间的残差方程确定参考仿真值的误差值”的具体实施方式，上述步骤S202可以包括如下内容：在残差方程的值为零的情况下，计算参考仿真值与更新仿真值之间的误差值，将参考仿真值与更新仿真值之间的误差值作为参考仿真值的误差值。

在本实施例中，残差方程表示参考仿真值与更新仿真值之间的表达式，残差方程可以表示为：

令r＝0，设定

其中，

将该残差方程按照泰勒级数展开，可以表示为：

当

由于

假设

根据上述公式，可以得到参考仿真值的误差值，该误差值可以用雅克比矩阵表示为：

上述电力系统的暂态仿真方法中，在残差方程的值为零的情况下，计算参考仿真值与更新仿真值之间的误差值，得到的参考仿真值与更新仿真值之间的误差值更加准确，以使参考仿真值的误差值更加准确。

在上述图2所示实施例的基础上，本申请实施例涉及上述步骤S202中“根据参考仿真值的误差值和参考仿真值确定更新仿真值”的具体实施方式，上述步骤S202可以包括如下内容：将参考仿真值的误差值与参考仿真值之和确定为更新仿真值。

在本实施例中，电力系统的暂态过程的每一次的更新过程中的更新仿真值为参考仿真值的误差值与参考仿真值之和，将参考仿真值在X轴上的误差值与参考仿真值对应的步长相加，得到更新仿真值对应的真实步长，将参考仿真值在Y轴上的误差值与参考仿真值相加，得到更新仿真值。

可以理解的是，在确定更新仿真值的过程中，若Y轴上的误差值Δy

上述电力系统的暂态仿真方法中，将参考仿真值的误差值与参考仿真值之和确定为更新仿真值，在每一次更新过程中，通过参考仿真值的误差值可以确定更新仿真值与真实值之间的误差，可以提高暂态仿真过程的准确性。

在一个实施例中，如图6所示，还提供一种电力系统的暂态仿真的实施例，该实施例可以包括：

S601，根据电力系统的历史运行数据确定运行参数的初始值，并将初始值确定为当前仿真值；

S602，获取当前仿真值与运行参数的参考仿真值之间的步长；

S603，对步长、当前仿真值进行积分运算，得到当前仿真值的误差值；

S604，将当前仿真值与当前仿真值的误差值之和作为运行参数的参数仿真值；

S605，在残差方程的值为零的情况下，计算参考仿真值与更新仿真值之间的误差值，将参考仿真值与更新仿真值之间的误差值作为参考仿真值的误差值；

S606，将参考仿真值的误差值与参考仿真值之和确定为更新仿真值；

S607，若误差值满足误差条件，则将运行参数的更新仿真值，确定为电力系统的暂态过程中运行参数的目标仿真值。

应该理解的是，虽然如上的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的电力系统的暂态仿真方法的电力系统的暂态仿真装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个电力系统的暂态仿真装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于电力系统的暂态仿真方法的限定，在此不再赘述。

在一个实施例中，如图7所示，提供了一种电力系统的暂态仿真装置，包括：获取模块11、更新模块12和确定模块13，其中：

获取模块11，用于获取电力系统的运行参数在暂态仿真过程的当前仿真值；

更新模块12，用于对当前仿真值执行参数更新操作，得到运行参数的更新仿真值；参数更新操作包括：根据当前仿真值获取运行参数的参考仿真值，根据参考仿真值与更新仿真值之间的残差方程确定参考仿真值的误差值，根据误差值和参考仿真值确定更新仿真值；

确定模块13，用于在误差值满足误差条件的情况下，则将运行参数的更新仿真值，确定为电力系统的暂态过程中运行参数的目标仿真值。

在一个实施例中，上述电力系统的暂态仿真装置还包括重复更新模块，其中：

重复更新模块，用于在误差值不满足误差条件的情况下，重复对更新仿真值执行参数更新操作，直至最新的参数更新操作中产生的误差值满足误差条件。

在一个实施例中，上述获取模块11包括：第一确定单元和第二确定单元，其中：

第一确定单元，用于在当前时刻为暂态仿真过程的初始时刻的情况下，则根据电力系统的历史运行数据确定运行参数的初始值，并将初始值确定为当前仿真值；

第二确定单元，用于在当前时刻为暂态仿真过程的中间任一个时刻的情况下，根据将上一时刻的更新仿真值确定为当前仿真值。

在一个实施例中，上述更新模块包括：获取单元和第三确定单元，其中：

获取单元，用于获取当前仿真值与运行参数的参考仿真值之间的步长；

第三确定单元，用于根据步长和当前仿真值，确定运行参数的参考仿真值。

在一个实施例中，上述第三确定单元还用于对步长、当前仿真值进行积分运算，得到当前仿真值的误差值；将当前仿真值与当前仿真值的误差值之和作为运行参数的参数仿真值。

在一个实施例中，上述更新模块还包括第四确定单元，其中：

第四确定单元，用于在残差方程的值为零的情况下，计算参考仿真值与更新仿真值之间的误差值，将参考仿真值与更新仿真值之间的误差值作为参考仿真值的误差值。

在一个实施例中，上述更新模块还包括第五确定单元，其中：

将参考仿真值的误差值与参考仿真值之和确定为更新仿真值。

上述电力系统的暂态仿真装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述电力系统的暂态仿真方法中的任意一项实施例。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其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电力系统的暂态仿真方法中的任意一项实施例。

在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述电力系统的暂态仿真方法中的任意一项实施例。

需要说明的是，本申请所涉及的用户信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)和数据(包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等)，均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory，FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory，PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory，DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。