次同步諧振的機電聯(lián)合仿真方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種次同步諧振的機電聯(lián)合仿真方法及系統(tǒng)，其中，方法包括以下步驟：獲取電力系統(tǒng)的建模參數(shù)，在PSCAD軟件中建立電氣模型；獲取汽輪發(fā)電機組軸系的建模參數(shù)，在ANSYS軟件中建立連續(xù)質塊軸系模型；設置狀態(tài)文件與數(shù)據(jù)文件；建立數(shù)據(jù)通信接口；在接收啟動信號之后，通過電氣模型和連續(xù)質塊軸系模型實現(xiàn)PSCAD軟件和ANSYS軟件的聯(lián)合仿真。本發(fā)明實施例的方法通過PSCAD軟件與ANSYS軟件的聯(lián)合計算，將復雜的機械軸系應用于時域仿真分析，從而能直接獲取軸系各部位詳細的扭矩變化，為后續(xù)的疲勞分析奠定了基礎，實現(xiàn)更加完整的機電耦合動態(tài)分析，提高分析的準確度。
【專利說明】次同步諧振的機電聯(lián)合仿真方法及系統(tǒng)

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)【技術領域】，特別涉及一種次同步諧振的機電聯(lián)合仿真方法及 系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002] SSR(SubSynchrousResonance,次同步諧振）問題的分析中常常使用時域仿真法， 即利用PSCAD/EMTDC等電磁暫態(tài)仿真軟件對電力系統(tǒng)及其微分方程進行建模與求解。在應 用該方法分析SSR時，相應的各系統(tǒng)部件及其整體需要采用電磁暫態(tài)模型。而其中，發(fā)電機 組的軸系機械系統(tǒng)的模型是不可或缺的。
[0003] 相關技術中，例如在PSCAD(PowerSystemsComputerAidedDesign，電磁暫態(tài)仿 真軟件）/EMTDC(ElectromagneticTransientsincludingDC，仿真計算核心）這樣的機網(wǎng) 耦合仿真軟件中，多采用簡單分段集中質塊-彈簧模型，它一方面由于較好地保留了機組 次同步扭振模式的動態(tài)特性，因而可以用于分析SSR的穩(wěn)定性與機網(wǎng)之間的次同步能量交 換過程，另一方面由于階數(shù)較低，便于快速計算，節(jié)省時域仿真時間。然而，相比多段和連續(xù) 質塊模型，簡單模型不考慮軸系的具體結構，因而無法對機網(wǎng)相互作用中軸系特定軸段的 動態(tài)過程進行分析。
[0004] 并且，在實際工程中，疲勞分析往往是次同步分析的關鍵，而軸系各部位詳細的扭 矩變化情況則是疲勞分析的基礎和前提。由于簡化軸系模型的缺陷，傳統(tǒng)的SSR分析無法 得到軸系詳細的扭矩參數(shù)，因而不能用于疲勞分析，得到的SSR分析結果是不完整的。
[0005] 進一步地，常見的變通做法是先采用等效的簡化質塊模型與電網(wǎng)迭代求解，然后 將得到的電磁扭矩作為激勵作用于ANSYS中的復雜軸系模型，或是分別施加各階頻率的扭 矩激勵，來觀察軸系更詳細的響應，如應力和形變特性等。然而，這種機電分離的分析方式 在理論上存在瑕疵，得到的分析結果也會有較大的偏差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述相關技術中的技術問題之一。
[0007] 為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種能提高分析的準確度的，簡單方便的次同 步諧振的機電聯(lián)合仿真方法。
[0008] 本發(fā)明的另一個目的在于提出一種次同步諧振的機電聯(lián)合仿真系統(tǒng)。
[0009] 為達到上述目的，本發(fā)明一方面實施例提出了一種次同步諧振的機電聯(lián)合仿真方 法，包括以下步驟：獲取電力系統(tǒng)的第一建模參數(shù)，并根據(jù)所述第一建模參數(shù)在電磁暫態(tài)仿 真PSCAD軟件中建立電氣模型；獲取汽輪發(fā)電機組軸系的第二建模參數(shù)，并根據(jù)所述第二 建模參數(shù)在ANSYS軟件中建立連續(xù)質塊軸系模型；分別設置所述PSCAD軟件和所述ANSYS 軟件對應的狀態(tài)文件與數(shù)據(jù)文件，其中，狀態(tài)文件用于表示所述PSCAD軟件和ANSYS軟件 是否已經(jīng)完成當前步長的運算，數(shù)據(jù)文件用于存儲轉速、電磁和機械轉矩；建立數(shù)據(jù)通信 接口，以通過所述數(shù)據(jù)通信接口進行所述PSCAD軟件和ANSYS軟件之間的數(shù)據(jù)通信；以及 在接收啟動信號之后，通過所述電氣模型和所述連續(xù)質塊軸系模型實現(xiàn)所述PSCAD軟件和ANSYS軟件的聯(lián)合仿真。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明實施例提出的次同步諧振的機電聯(lián)合仿真方法，通過PSCAD軟件與 ANSYS軟件的聯(lián)合計算，將復雜的機械軸系應用于時域仿真分析，從而能直接獲取軸系各部 位詳細的扭矩變化，為后續(xù)的疲勞分析奠定了基礎，實現(xiàn)更加完整的機電耦合動態(tài)分析，提 高分析的準確度。
[0011] 另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的次同步諧振的機電聯(lián)合仿真方法還可以具有如下 附加的技術特征：
[0012] 進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，所述PSCAD軟件和ANSYS軟件采用延時同步 方式啟動聯(lián)合仿真。
[0013] 進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，在所述根據(jù)所述第二建模參數(shù)在ANSYS軟 件中建立連續(xù)質塊軸系模型之前，還包括：設置所述ANSYS的瑞利阻尼參數(shù)。
[0014] 進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，通過模式阻尼根據(jù)以下公式獲取所述瑞利 阻尼參數(shù)，所述公式為：
[0015]

【權利要求】
1. 一種次同步諧振的機電聯(lián)合仿真方法，其特征在于，包括以下步驟： 獲取電力系統(tǒng)的第一建模參數(shù)，并根據(jù)所述第一建模參數(shù)在電磁暫態(tài)仿真PSCAD軟件 中建立電氣模型； 獲取汽輪發(fā)電機組軸系的第二建模參數(shù)，并根據(jù)所述第二建模參數(shù)在ANSYS軟件中建 立連續(xù)質塊軸系模型； 分別設置所述PSCAD軟件和所述ANSYS軟件對應的狀態(tài)文件與數(shù)據(jù)文件，其中，狀態(tài)文 件用于表示所述PSCAD軟件和ANSYS軟件是否已經(jīng)完成當前步長的運算，數(shù)據(jù)文件用于存 儲轉速、電磁和機械轉矩； 建立數(shù)據(jù)通信接口，以通過所述數(shù)據(jù)通信接口進行所述PSCAD軟件和ANSYS軟件之間 的數(shù)據(jù)通信；以及 在接收啟動信號之后，通過所述電氣模型和所述連續(xù)質塊軸系模型實現(xiàn)所述PSCAD軟 件和ANSYS軟件的聯(lián)合仿真。
2. 根據(jù)權利要求1所述的次同步諧振的機電聯(lián)合仿真方法，其特征在于，所述PSCAD軟 件和ANSYS軟件采用延時同步方式啟動聯(lián)合仿真。
3. 根據(jù)權利要求1所述的次同步諧振的機電聯(lián)合仿真方法，其特征在于，在所述根據(jù) 所述第二建模參數(shù)在ANSYS軟件中建立連續(xù)質塊軸系模型之前，還包括：設置所述ANSYS的 瑞利阻尼參數(shù)。
4. 根據(jù)權利要求3所述的次同步諧振的機電聯(lián)合仿真方法，其特征在于，通過模式阻 尼根據(jù)以下公式獲取所述瑞利阻尼參數(shù)，所述公式為：
其中，\和分別表示模式阻尼和對應的模式頻率，a、0分別表示所述瑞利阻尼參 數(shù)。
5. 根據(jù)權利要求3所述的次同步諧振的機電聯(lián)合仿真方法，其特征在于，在已知阻尼 矩陣的具體參數(shù)時，通過對阻尼矩陣中所有元素進行最小二乘法擬合獲取所述瑞利阻尼參 數(shù)，所述公式為：
其中，C表示阻尼矩陣，M表示質量矩陣，K表示剛度矩陣，a、P分別表示所述瑞利阻 尼的參數(shù)。
6. -種次同步諧振的機電聯(lián)合仿真系統(tǒng)，其特征在于，包括： 第一創(chuàng)建模塊，用于獲取電力系統(tǒng)的第一建模參數(shù)，并根據(jù)所述第一建模參數(shù)在電磁 暫態(tài)仿真PSCAD軟件中建立電氣模型； 第二創(chuàng)建模塊，用于獲取汽輪發(fā)電機組軸系的第二建模參數(shù)，并根據(jù)所述第二建模參 數(shù)在ANSYS軟件中建立連續(xù)質塊軸系模型； 文件設置模塊，用于分別設置所述PSCAD軟件和所述ANSYS軟件對應的狀態(tài)文件與數(shù) 據(jù)文件，其中，狀態(tài)文件用于表示所述PSCAD軟件和ANSYS軟件是否已經(jīng)完成當前步長的運 算，數(shù)據(jù)文件用于存儲轉速、電磁和機械轉矩； 建立模塊，用于建立數(shù)據(jù)通信接口，以通過所述數(shù)據(jù)通信接口進行所述PSCAD軟件和 ANSYS軟件之間的數(shù)據(jù)通信；以及 仿真模塊，用于在接收啟動信號之后，通過所述電氣模型和所述連續(xù)質塊軸系模型實 現(xiàn)所述PSCAD軟件和ANSYS軟件的聯(lián)合仿真。
7. 根據(jù)權利要求6所述的次同步諧振的機電聯(lián)合仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述PSCAD軟 件和ANSYS軟件采用延時同步方式啟動聯(lián)合仿真。
8. 根據(jù)權利要求6所述的次同步諧振的機電聯(lián)合仿真系統(tǒng)，其特征在于，還包括：參數(shù) 設置模塊，用于設置所述ANSYS的瑞利阻尼參數(shù)。
9. 根據(jù)權利要求8所述的次同步諧振的機電聯(lián)合仿真系統(tǒng)，其特征在于，通過模式阻 尼根據(jù)以下公式獲取所述瑞利阻尼參數(shù)，所述公式為：
其中，\和分別表示模式阻尼和對應的模式頻率，a、0分別表示所述瑞利阻尼參 數(shù)。
10. 根據(jù)權利要求8所述的次同步諧振的機電聯(lián)合仿真系統(tǒng)，其特征在于，在已知阻尼 矩陣的具體參數(shù)時，通過對阻尼矩陣中所有元素進行最小二乘法擬合獲取所述瑞利阻尼參 數(shù)，所述公式為：
其中，C表示阻尼矩陣，M表示質量矩陣，K表示剛度矩陣，a、P分別表示所述瑞利阻 尼的參數(shù)。
【文檔編號】G06F17/50GK104361172SQ201410653532
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月17日 優(yōu)先權日:2014年11月17日
【發(fā)明者】謝小榮, 張傳宇, 劉華坤, 蔣東翔, 劉超 申請人:清華大學