[0001] 本发明涉及电力系统仿真技术，尤其涉及一种自适应分析计算场景的电力系统暂态时域仿真切换方法、系统及存储介质。

[0002] 高比例可再生能源和高比例电力电子设备并网，加剧了电力系统的强时变及不确定因素，反映到在线安全稳定时域仿真技术研究方面，则表现为所需电网数据模型精度的提升和预想故障集规模的扩大。目前研究者在提高计算数据精度、提升仿真计算速度和减少仿真算例数量等方面开展了大量研究，以提高在线安全稳定分析的计算能力来适应电网发展。然而，现有技术中普遍使用的机电暂态仿真算法在模型、积分步长和电气量方面存在天然限制，难以准确描述电力系统的多时间尺度特性、序贯切换特性及暂态稳定特性，在线安全稳定分析结论存在场景失配的可能。电磁暂态仿真采用三相瞬时值模型模拟电力系统各个元件中电场、磁场以及相应的电压和电流的变化过程，可详细考虑元件的非线性、频率相关特性，仿真准确度高，对新能源、直流输电等电力电子设备并网分析采用电磁暂态精细化模型能提升电网特性认知水平。然而大电网电磁暂态仿真尚未突破仿真规模和计算速度的瓶颈，难以全面替代传统机电暂态仿真。因此，需要综合考虑机电暂态仿真和电磁暂态仿真，根据情况对仿真进行切换。

[0066] 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。

[0067] 实施例一

[0068] 本发明实施例提供了一种自适应分析计算场景的电力系统暂态时域仿真切换方法，如图1所示，包括：

[0069] S101、根据机电暂态仿真系统的计算数据，构建与机电暂态仿真系统一致的电磁暂态仿真系统。

[0070] 该步骤具体包括：

[0071] 获取机电暂态仿真系统的计算数据，包括机电暂态仿真系统的潮流文件、稳定文件和故障文件；

[0072] 根据潮流文件中节点、线路、变压器参数和稳定文件中的动态元件参数，确定电磁暂态仿真系统中对应设备的参数，根据稳定文件中的网络参数确定电磁暂态仿真系统的拓扑，从而建立电磁暂态仿真系统；

[0073] 根据故障文件中的故障信息，在电磁暂态仿真系统中增加相应的时序开关；

[0074] 基于潮流文件进行电磁暂态仿真系统的潮流计算，并根据潮流计算结果对电磁暂态仿真中相关设备进行初始化。

[0075] S102、分别采用电磁暂态仿真系统和机电暂态仿真系统，同步进行电磁暂态仿真和考虑仿真对象电磁暂态过程的机电暂态仿真，直至故障恢复后再过预设时间段。

[0076] 具体实施时，设置电磁暂态仿真步长为Δt，机电暂态仿真步长为ΔT，并同时开启电磁暂态仿真系统和机电暂态仿真系统；其中，ΔT＝k·Δt，k为正整数，默认值为200；从仿真开始后第一个ΔT开始，到故障恢复后预设时间段前的一个ΔT为止，每当到达完成一个ΔT时，根据上一ΔT时间段内电磁暂态仿真系统和机电暂态仿真系统的仿真结果，计算机电暂态仿真要达与电磁暂态仿真结果一致时每个仿真对象的补偿注入电流，并将计算的补偿注入电流注入到机电暂态仿真系统，从而在下一个ΔT时间段进行考虑仿真对象电磁暂态过程的机电暂态仿真。通过即时网络通信功能如SOCKET等，实现机电暂态仿真和电磁暂态仿真结果交互。

[0077] 其中，补偿注入电流的计算步骤具体包括：

[0078] 根据上一ΔT时间段内电磁暂态仿真系统的仿真结果，计算电磁暂态仿真中每个仿真对象通过并网端口向电网输送的有功功率 和无功功率 有功功率和无功功率的计算具体可以从上一ΔT时间段内电磁暂态仿真系统的仿真结果中，获取每个仿真对象的并网点电压和注入电流；对每个仿真对象的并网点电压和注入电流的单相瞬时值进行快速傅里叶变换(FFT)，从而获得ABC三相基频相量；基于对称分量法从ABC三相基频相量中提取出正序电压和正序电流，并根据正序电压和正序电流计算得到有功功率和无功功率；

[0079] 根据上一ΔT时间段内机电暂态仿真系统的仿真结果，计算机电暂态仿真中每个仿真对象通过并网端口向电网输送的有功功率 和无功功率 有功功率 和无功功率 直接通过第仿真对象的并网点电压和注入电流计算得到；

[0080] 计算每个仿真对象在电磁暂态仿真和机电暂态仿真的有功功率差值和无功功率差值，并结合机电暂态仿真中每个仿真对象的并网点电压，按照下式计算得到每个仿真对象的补偿注入电流；

[0081]

[0082] 式中，IRi,j、IIi,j分别表示第j个ΔT时刻仿真对象i的补偿注入电流的实部、虚部，表示第j个ΔT时刻仿真对象i在电磁暂态仿真和机电暂态仿真的有功功率差值, 表示第j个ΔT时刻仿真对象i在电磁暂态仿真和机电暂态
仿真的无功功率差值， 分别表示第j个ΔT时刻仿真对象i在电磁暂态仿真中通
过并网端口向电网输送的有功功率、无功功率， 分别表示第j个ΔT时刻仿真对
象i在机电暂态仿真中通过并网端口向电网输送的有功功率、无功功率， 分别
表示第j个ΔT时刻仿真对象i在机电暂态仿真中并网点电压实部、虚部，n为仿真对象总数。

[0083] 仿真到故障恢复后指定时刻，即故障恢复后再过Ta时间后截止，Ta为预设时间段。在每个ΔT将补偿注入电流注入到机电暂态仿真系统，进行考虑仿真对象电磁暂态过程的机电暂态仿真。

[0084] S103、根据同步进行的电磁暂态仿真和机电暂态仿真的仿真结果，计算仿真对象通过并网端口向电网输送的功率，并根据功率计算得到识别机电暂态仿真结果是否可信的特征量。

[0085] 其中，特征量的计算步骤具体包括：

[0086] 从功率中获取有功功率和无功功率，有功功率和无功功率可按照步骤S102中所述步骤计算，按照下式分别计算得到每个ΔT时刻每个仿真对象的有功功率差值比例和无功功率差值比例：

[0087]

[0088] 式中，ΔPi,j、ΔQi,j分别表示第j个ΔT时刻仿真对象i的有功功率差值比例和无功功率差值比例， 分别表示第j个ΔT时刻仿真对象i在电磁暂态仿真中通过并网端口向电网输送的有功功率、无功功率， 分别表示第j个ΔT时刻仿真对象i在
机电暂态仿真中通过并网端口向电网输送的有功功率、无功功率,n为仿真对象总数，m为从仿真开始到仿真结束所经过的ΔT的总数；

[0089] 根据每个ΔT时刻每个仿真对象的有功功率差值比例和无功功率差值比例，按照下式分别计算每个仿真对象的有功功率中间特征量和无功功率中间特征量；

[0090]

[0091] 式中，D(ΔPi)、D(ΔQi)分别表示仿真对象i的有功功率中间特征量和无功功率中间特征量， 分别表示仿真对象i的平均有功功率差值比例、平均无功功率差值比例；

[0092] 根据每个仿真对象的有功功率中间特征量和无功功率中间特征量，按照下式计算得到有功功率特征量和无功功率特征量，作为识别机电暂态仿真结果是否可信的特征量：

[0093]

[0094] 式中， 分别表示有功功率特征量和无功功率特征量。

[0095] S104、将所述特征量输入到离线预先生成的分类器中，若分类器输出结果为可信，则继续采用机电暂态仿真，同时终止电磁暂态仿真，否则切换为电磁暂态仿真，进行后续仿真过程，并同时终止机电暂态仿真，其中，所述分类器用于根据特征量识别机电暂态仿真结果是否可信。

[0096] 其中，在仿真切换时，若前段电磁暂态仿真中发生了直流换相失败或新能源脱网事件，则始终进行电磁暂态仿真。

[0097] 具体的，如图2所示，所述分类器通过下列方式生成：

[0098] 获取若干设有预想故障的机电暂态仿真系统的计算数据；并根据每个机电暂态仿真系统的计算数据，构建与机电暂态仿真系统一致的对应电磁暂态仿真系统；具体与步骤S101相同；

[0099] 针对每个机电暂态仿真系统，开启两个机电暂态仿真进程Process1和Process2，并在对应电磁暂态仿真系统开启一个电磁暂态仿真进程Process3，直至故障恢复后再过预设时间段，其中Process1进行全过程机电暂态仿真，Process2进行考虑仿真对象电磁暂态仿真进程Process3的机电暂态仿真，具体仿真过程与步骤S102中考虑仿真对象电磁暂态过程的机电暂态仿真相同；

[0100] 根据仿真结果计算得到识别机电暂态仿真结果是否可信的特征量；特征量计算步骤具体与步骤S103中的相同；

[0101] 从故障恢复后再过预设时间段，终止Process3，并且修改Process2不再考虑仿真对象电磁暂态仿真进程Process3，继续进行机电暂态仿真至仿真终止时刻；

[0102] 根据Process2仿真结果采用扩展等面积准则(Extended Equal Area Criterion，EEAC)算法计算得到故障下的第一暂态功角稳定裕度ηhybrid，根据Process1仿真结果采用EEAC算法计算在故障下的第二暂态功角稳定裕度ηorigin；

[0103] 根据ηhybrid和ηorigin计算得到仿真对象的裕度差异Δη＝ηhybrid‑ηorigin|，如果Δη＞Δηth，则表示机电暂态仿真结果不可信，否则表示机电暂态仿真结果可信，其中，Δηth是裕度差异门槛值；

[0104] 通过机器学习方法，如SVM等，建立特征量与机电暂态仿真结果是否可信之间的非线性映射关系，作为识别机电暂态仿真结果是否可信的分类器。

[0105] 实施例二

[0106] 本发明实施例提供了一种自适应分析计算场景的电力系统暂态时域仿真切换系统，包括：

[0107] 镜像仿真系统构建模块，用于根据机电暂态仿真系统的计算数据，构建与机电暂态仿真系统一致的电磁暂态仿真系统；

[0108] 机电电磁同步仿真模块，用于分别采用电磁暂态仿真系统和机电暂态仿真系统，同步进行电磁暂态仿真和考虑仿真对象电磁暂态过程的机电暂态仿真，直至故障恢复后再过预设时间段；

[0109] 特征量信息提取模块，用于根据同步进行的电磁暂态仿真和机电暂态仿真的仿真结果，计算仿真对象通过并网端口向电网输送的功率，并根据功率计算得到识别机电暂态仿真结果是否可信的特征量；

[0110] 仿真方法判别模块，用于将所述特征量输入到离线预先生成的分类器中，若分类器输出结果为可信，则继续采用机电暂态仿真，同时终止电磁暂态仿真，否则切换为电磁暂态仿真，进行后续仿真过程，并同时终止机电暂态仿真。其中，所述分类器用于根据特征量识别机电暂态仿真结果是否可信。在仿真切换时，若前段电磁暂态仿真中发生了直流换相失败或新能源脱网事件，则始终进行电磁暂态仿真。

[0111] 其中，所述镜像仿真系统构建模块具体包括：

[0112] 仿真数据获取单元，用于获取机电暂态仿真系统的计算数据，包括机电暂态仿真系统的潮流文件、稳定文件和故障文件；

[0113] 仿真参数确定单元，用于根据潮流文件中节点、线路、变压器参数和稳定文件中的动态元件参数，确定电磁暂态仿真系统中对应设备的参数，根据稳定文件中的网络参数确定电磁暂态仿真系统的拓扑，从而建立电磁暂态仿真系统；

[0114] 故障信息确认单元，用于根据故障文件中的故障信息，在电磁暂态仿真系统中增加相应的时序开关；

[0115] 初始化单元，用于基于潮流文件进行电磁暂态仿真系统的潮流计算，并根据潮流计算结果对电磁暂态仿真中相关设备进行初始化。

[0116] 其中，所述机电电磁同步仿真模块具体包括：

[0117] 仿真设置单元，用于设置电磁暂态仿真步长为Δt，机电暂态仿真步长为ΔT，并同时开启电磁暂态仿真系统和机电暂态仿真系统；其中，ΔT＝k·Δt，k为正整数；

[0118] 步长计时单元，用于从仿真开始后第一个机电暂态仿真步长开始，到故障恢复后预设时间段前的一个机电暂态仿真步长为止，每当到达完成一个机电暂态仿真步长ΔT时，执行补偿注入电流计算单元；

[0119] 补偿注入电流计算单元，用于根据上一ΔT时间段内电磁暂态仿真系统和机电暂态仿真系统的仿真结果，计算机电暂态仿真要达与电磁暂态仿真结果一致时每个仿真对象的补偿注入电流；

[0120] 补偿电流注入单元，用于并将计算的补偿注入电流注入到机电暂态仿真系统，从而在下一ΔT时间段进行考虑仿真对象电磁暂态过程的机电暂态仿真。

[0121] 其中，补偿注入电流计算单元具体包括：

[0122] 电磁暂态仿真功率计算子单元，用于根据上一ΔT时间段内电磁暂态仿真系统的仿真结果，计算电磁暂态仿真中每个仿真对象通过并网端口向电网输送的有功功率和无功功率；具体的，从上一ΔT时间段内电磁暂态仿真系统的仿真结果中，获取每个仿真对象的并网点电压和注入电流；对每个仿真对象的并网点电压和注入电流的单相瞬时值进行快速傅里叶变换，从而获得ABC三相基频相量；基于对称分量法从ABC三相基频相量中提取出正序电压和正序电流，并根据正序电压和正序电流计算得到有功功率和无功功率；

[0123] 机电暂态仿真功率计算子单元，用于根据上一ΔT时间段内机电暂态仿真系统的仿真结果，计算机电暂态仿真中每个仿真对象通过并网端口向电网输送的有功功率和无功功率；

[0124] 补偿注入电流计算子单元，用于计算每个仿真对象在电磁暂态仿真和机电暂态仿真的有功功率差值和无功功率差值，并结合机电暂态仿真中每个仿真对象的并网点电压，按照下式计算得到每个仿真对象的补偿注入电流：

[0125]

[0126] 式中，IRi,j、IIi,j分别表示第j个ΔT时刻仿真对象i的补偿注入电流的实部、虚部，表示第j个ΔT时刻仿真对象i在电磁暂态仿真和机电暂态仿真的有功功率差值, 表示第j个ΔT时刻仿真对象i在电磁暂态仿真和机电暂态
仿真的无功功率差值， 分别表示第j个ΔT时刻仿真对象i在电磁暂态仿真中通
过并网端口向电网输送的有功功率、无功功率， 分别表示第j个ΔT时刻仿真对
象i在机电暂态仿真中通过并网端口向电网输送的有功功率、无功功率， 分别
表示第j个ΔT时刻仿真对象i在机电暂态仿真中并网点电压实部、虚部，n为仿真对象总数。

[0127] 其中，所述特征量信息提取模块具体包括：

[0128] 功率差值比例计算单元，用于根据功率中有功功率和无功功率，按照下式分别计算得到每个ΔT时刻每个仿真对象的有功功率差值比例和无功功率差值比例：

[0129]

[0130] 式中，ΔPi,j、ΔQi,j分别表示第j个ΔT时刻仿真对象i的有功功率差值比例和无功功率差值比例， 分别表示第j个ΔT时刻仿真对象i在电磁暂态仿真中通过并网端口向电网输送的有功功率、无功功率， 分别表示第j个ΔT时刻仿真对象i在
机电暂态仿真中通过并网端口向电网输送的有功功率、无功功率,n为仿真对象总数，m为从仿真开始到仿真结束所经过的ΔT的总数；

[0131] 中间特征量计算单元，用于根据每个ΔT时刻每个仿真对象的有功功率差值比例和无功功率差值比例，按照下式分别计算每个仿真对象的有功功率中间特征量和无功功率中间特征量；

[0132]

[0133] 式中，D(ΔPi)、D(ΔQi)分别表示仿真对象i的有功功率中间特征量和无功功率中间特征量， 分别表示仿真对象i的平均有功功率差值比例、平均无功功率差值比例；

[0134] 特征量计算单元，用于根据每个仿真对象的有功功率中间特征量和无功功率中间特征量，按照下式计算得到有功功率特征量和无功功率特征量，作为识别机电暂态仿真结果是否可信的特征量：

[0135]

[0136] 式中， 分别表示有功功率特征量和无功功率特征量。

[0137] 本系统还包括分类器离线生成模块，具体包括：

[0138] 镜像仿真构建单元，用于获取若干设有预想故障的机电暂态仿真系统的计算数据，根据每个机电暂态仿真系统的计算数据，构建与机电暂态仿真系统一致的对应电磁暂态仿真系统；

[0139] 同步仿真单元，用于针对每个机电暂态仿真系统，开启两个机电暂态仿真进程Process1和Process2，并在对应电磁暂态仿真系统开启一个电磁暂态仿真进程Process3，直至故障恢复后再过预设时间段，其中Process1进行全过程机电暂态仿真，Process2进行考虑仿真对象电磁暂态仿真进程Process3的机电暂态仿真；

[0140] 特征量计算单元，用于根据仿真结果计算得到识别机电暂态仿真结果是否可信的特征量；

[0141] 仿真修改单元，用于从故障恢复后再过预设时间段，终止Process3，并且修改Process2不再考虑仿真对象电磁暂态仿真进程Process3，继续进行机电暂态仿真至仿真终止时刻；

[0142] 稳定裕度计算单元，用于根据Process2仿真结果计算得到故障下的第一暂态功角稳定裕度ηhybrid，根据Process1仿真结果计算在故障下的第二暂态功角稳定裕度ηorigin；

[0143] 仿真结果可信结果获取单元，孕育根据ηhybrid和ηorigin计算得到仿真对象的裕度差异Δη＝ηhybrid‑ηorigin|，如果Δη＞Δηth，则表示机电暂态仿真结果不可信，否则表示机电暂态仿真结果可信，其中，Δηth是裕度差异门槛值；

[0144] 分类器构建单元，用于通过机器学习方法，建立特征量与机电暂态仿真结果是否可信之间的非线性映射关系，作为识别机电暂态仿真结果是否可信的分类器。

[0145] 本发明实施例所提供的系统可以用于执行本发明实施例一所提供的方法，具备执行方法相应的功能和有益效果。

[0146] 值得注意的是，上述系统的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

[0147] 以上所描述的实施例仅是示意性的，其中作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。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，当然也可以只通过硬件实现，只要能实现功能或作用都可以。

[0148] 实施例三

[0149] 本发明实施例提供了一种计算机产品，例如手机、平板上的app、电脑上的安装程序等，该产品包括计算机程序/指令，所述计算机程序/指令被处理器执行时实现实施例一所述方法。可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机可执行程序的代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

[0150] 实施例四

[0151] 本发明实施例提供了一种计算机设备，本发明实施例为上述实施例一的方法的实现提供服务。该设备可以包括：存储有计算机可执行程序的存储器；与存储器耦合的处理器；处理器调用存储器中存储的计算机可执行程序，用于执行实施例一所描述的方法中的步骤。

[0152] 存储器可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(RAM)和/或高速缓存存储器。设备可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储器可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(通常称为“硬盘驱动器”)。具有一组(至少一个)程序模块的程序/实用工具，可以存储在例如存储器中，这样的程序模块包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块的计算机可执行程序通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。

[0153] 处理器通过运行存储在存储器中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明实施例一所提供的方法。

[0154] 计算机可执行程序的代码可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。

[0155] 实施例五

[0156] 本发明实施例提供了一种包含计算机可执行程序的存储介质，计算机可执行程序在由计算机处理器执行时用于执行实施例一的方法。

[0157] 本发明实施例的存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD‑ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

[0158] 当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行程序的存储介质，其计算机可执行程序不限于如上的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的方法中的相关操作。

[0159] 应当了解，以上实施例和说明书中描述的只是本发明的原理、主要特征和本发明优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明保护范围内。