CN112765828B - 一种复杂电力***的实时仿真网络剖分方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复杂电力***的实时仿真网络剖分方法，1)采用深度优先搜索法对***开关元件进行遍历；2)基于开关节点转移的子***的剖分；3)基于邻近开关节点合并的子***内部子网的剖分。根据剖分过程中子***的剖分和单个子***内子网的剖分过程不同的剖分目标，进行分层次的网络剖分，解决了复杂电力***实时仿真实现困难以及传统网络剖分方法剖分效率低、盲目性强、依赖设计师建模经验的难题。

Description

一种复杂电力***的实时仿真网络剖分方法

技术领域

本发明涉及电力***实时仿真领域，具体涉及一种复杂电力***的实时仿真网络剖分方法。

背景技术

高效的实时仿真方法是实现大规模电力***实时仿真的关键。在实时仿真过程中，要实现微秒级计算步长下，百上千节点电力***网络拓扑电磁暂态实时仿真，对***网络剖分的合理性和高效性提出了严苛的要求。现有电力***中包含大量的电力电子装置，且这些电力电子设备元件分布不均匀，导致以开关元件为主要计算效率影响因素的Rt-lab实时仿真平台实时计算效率低；传统实时仿真网络剖分过程中，往往依靠设计师建模经验任意剖分，盲目性强，不同剖分步骤的剖分目标混淆，继续应用于现有复杂电力***的网络剖分将导致剖分效率低，无法确保生成剖分方案的最优性，给含大量开关元件的复杂电力***实时仿真实现带来了困难。因此，需要开拓一种新的网络剖分方法，满足该类电力***网络剖分的高效性和最优性要求。然而，在研究复杂电力***的实时仿真网络剖分方法时，存在以下三方面的难点：

1)电力电子元件种类繁多，分布不均匀。现有电力***中包含电力电子设备种类较多，电力电子元件分布无规律性，导致以开关元件为主要仿真计算效率影响因素的Rt-lab实时仿真器无法高效处理这些开关元件，实时仿真实现困难。

2)电力***网络剖分过程中，子***的剖分和单个子***内子网的剖分目标不同。实时仿真网络剖分过程中，子***的剖分目标为开关平均分布且切割支路数最少，而单个子***内子网的剖分目标为开关平均分布且状态空间节点数最少，若一概而论，将无法保证剖分方案的最优性。

3)电力***实时仿真计算精度要求高。为了准确刻画电力***内包含设备的动态特性，为设备投运和工程建设提前释放风险，需要实现高精度的全***实时运行，继而进行更加精确的***定量分析与设计。

因此，有必要提出一种网络剖分方法，合理且高效地将全***的计算内容剖分至不同的CPU内核中并行计算，实现全***的高精度实时运行。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种复杂电力***的实时仿真网络剖分方法，通过分析不同步骤的网络剖分时，需要满足的不同剖分目标，采用基于深度优先搜索结果树的分层网络剖分方法，解决了含大量开关元件的复杂电力***网络剖分效率低、高精度实时仿真实现困难的问题。

本发明提供了一种复杂电力***的实时仿真网络剖分方法，包括以下步骤：

1)采用深度优先搜索法对***开关元件进行遍历；

2)基于开关节点转移的子***的剖分；

3)基于邻近开关节点合并的子***内部子网的剖分。

进一步地，所述步骤1)的具体步骤为：

1.1)基于***连通性，对于拥有N个开关节点的电力***拓扑，选定编号为1的开关节点作为***遍历的初始状态，并给予标记号1，展开遍历，其中整体性元件簇作为单个开关节点参与遍历；

1.2)对于第M个开关节点，判断第M个开关节点相邻连接的开关节点是否被给予标记号，其中，M∈N；若全被标记，则判定第M个开关节点所有的相邻连接开关节点均标记完毕；若存在未被标记的开关节点，则将未被标记的所有开关节点中编号最小的开关节点给予未被使用过的最小连续标记号，并以被给予最小连续标记号的开关节点为起点继续搜索相邻节点；

1.3)若标记号为K的开关节点判定为所有相邻连接开关节点均标记完毕，则判断标记号数值是否满足K≠N，若满足，则沿历史路径退回至标记号为K的开关节点的母节点，继续执行步骤1.2)的开关节点标记操作；若标记号K＝N，则遍历结束，得到一个标记号为1～K的深度优先搜索开关分布无向图。

进一步地，所述步骤2)的具体步骤为：

2.1)将对象***任意剖分为P个子***，设定开关分布平衡度指标α，计算子***1～P的开关分布平衡度h_i：

其中，h_i为第i个子***的开关分布平衡度；S_i为第i个子***内包含的开关元件数量；

为理想状况下，不同子***内开关平均分布时，单个子***内包含的开关元件数量，即

对F/P的结果四舍五入取整，F为***内包含开关元件的总数量，P为剖分子***的数量；

若要求包含开关数最多的子***与包含开关数最少的子***开关数量之差不超过D，则开关分布平衡度指标α取值可根据公式T₁计算得出：

2.2)确定初始子***i，令i＝1，比较子***i与***i相邻的子***j的开关分布平衡度大小，1<j≤P；

若|h_i-h_j|≤α，则判断为子***i和子***j两邻近子***开关分布平衡度满足指标要求；若|h_i-h_j|>α，则判断为子***i和子***j两邻近子***开关分布平衡度不满足指标要求；

2.3)若步骤2.2)中的两邻近子***开关分布平衡度不满足指标要求，则取两子***内开关数量多的子***，在开关数量多的子***内确定与另一子***连接支路上的连通开关节点1～c，计算开关节点1～c的切割支路数r₁～r_c，将r₁～r_c从小到大排序，取r₁～r_c中最小数值对应的开关节点执行转移操作，将r₁～r_c中最小数值对应的开关节点转移至另一子***中，直至步骤2.2)中子***i和子***j两子***的开关分布平衡度满足指标要求；

2.4)若步骤2.2)中的两邻近子***开关分布平衡度满足指标要求，则判断目前子***序列号i是否满足i＜P：若满足，令i＝i+1，继续执行步骤2.3)中的开关节点转移操作；若不满足，则判断子***1～P的开关分不平衡度h₁～h_P是否全部满足任意相邻两子***的开关分布平衡度之差的绝对值小于预设指标值α，即是否满足公式T₂：

若不满足公式T₂，则从初始子***重新执行步骤2.2)～步骤2.3)的节点转移操作；若满足公式T₂，则结束子***的剖分。

进一步地，所述步骤3)的具体步骤为：

3.1)确定单个子网内的开关数量初始值；根据状态空间方程计算复杂度和节点方程求解复杂度，估计单个子网内最佳开关数量初值；已知***内总开关数量为F，假设单个子网内开关数量为S，则子网数为[F/S]，节点方程阶数最大为[F/S]-1，则总体时间复杂度计算公式T₃为：

T₃＝2^S+([N/S]-1)³

令公式T₃取最小值，确定单个子网内开关数量初始值S₀，确定根节点，另外，令仿真步长初始值step_s＝s_r，其中，s_r根据应用需求选取为一不可接受的实时仿真步长值，用于开启剖分流程；

3.2)定义叶节点到根节点路径包含的节点数量为叶节点的长度，取子树集中长度最长的所有子树，长度为L，判断子树的叶节点包含的开关数量S_L是否满足S_L≥S₀：若满足，则将最长子树的叶节点作拆分处理，拆分为多个开关数不超过S₀的叶节点，放入子网集R中；若不满足，则判断最长子树的叶节点与最长子树叶节点的母节点合并后包含开关数是否满足S_L+S_L-1≥S₀，若满足，则不执行S_L与S_L-1的合并操作，将最长子树的叶节点直接放入子网集R；若不满足，则将最长子树的叶节点与最长子树叶节点的母节点合并；

3.3)判断子树长度L是否满足L>1，若满足，则令L＝L-1，继续对其他子树执行步骤3.2)中的邻近开关节点合并操作；若不满足，则判定为所有子树均合并处理完毕；

3.4)对形成的子网集R以开关分布平衡度最小为目标进行微调，并进行实时仿真测试，记录该情况下能够达到的最小仿真步长step_s；

3.5)判断此时能够达到的最小仿真步长step_s是否开始增大，若没有开始增大，则令S＝S₀-1或S＝S₀+1，单个子网内开关数量S从减小和增大两个方向重复执行步骤3.2)～步骤3.4)中的邻近开关节点合并操作步骤；若开始增大，则选择能达到的最小仿真步长对应的剖分方案，并确定为最佳剖分方案，结束单个子***内部子网的剖分。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明复杂电力***的实时仿真网络剖分方法，有效解决了因***内电力电子设备元件种类多、分布不均匀以及传统网络剖分方法剖分效率低导致的电力***实时仿真实现困难的问题，实现了全***在给定仿真资源下的高精度实时运行；

2、在子***的剖分步骤，考虑了开关分布平衡度和切割支路数两个剖分目标，形成了开关分布均匀且通讯量较少的子***剖分方法；在单个子***内部子网络的剖分步骤，考虑了开关分布平衡度和节点数量两个剖分目标，形成了开关分布均匀且SSN节点方程阶数较低的子网剖分方法；

3、该方法规避了传统方法依赖于设计师建模经验的弊端，实现了整个操作过程自动化执行；构建了一套完整的复杂电力***实时仿真网络剖分方法体系，为***精确定量分析与设计提供了技术支撑。

附图说明

图1是本发明流程示意图；

图2是分层网络剖分方法中子***的剖分方法流程图；

图3是分层网络剖分方法中单个子***内子网的剖分流程图；

图4是对中压直流综合电力***算例***模型进行深度优先搜索的结果图；

图5是将中压直流综合电力***任意剖分为8个子***的结果图；

图6是经过开关节点转移的子***剖分结果图；

图7是不同子***内部经过邻近开关节点合并的子网剖分结果图；

图8是区配空载，多相感应电机转速指令值从200rpm降至20rpm又立即从20rpm升至200rpm时变频器的输入电流仿真图；

图9是区配空载，多相感应电机转速指令值从200rpm降至20rpm又立即从20rpm升至200rpm时感应电机的转速变化曲线仿真图；

图10是多相感应电机转速维持200rpm，逆变器所带负载从空载突增至40％负载时逆变器的输出电压仿真图；

图11是多相感应电机转速维持200rpm，逆变器所带负载从空载突增至40％负载时逆变器的输出电流仿真图；

图12是多相感应电机转速维持200rpm，逆变器所带负载从满载突卸至空载时逆变器的输出电压仿真图；

图13是多相感应电机转速维持200rpm，逆变器所带负载从满载突卸至空载时逆变器的输出电流仿真图；

图14是采用本发明进行网络剖分后的实时仿真器资源消耗情况。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

如图1、2、3所示复杂电力***的实时仿真网络剖分方法包括以下步骤：

1)采用深度优先搜索法对***开关元件进行遍历

1.1)基于***连通性，对于拥有N个开关节点的电力***拓扑，选定编号为1的开关节点作为***遍历的初始状态，并给予标记号1，展开遍历，其中整体性元件簇作为单个开关节点参与遍历；

1.2)对于第M个开关节点，判断第M个开关节点相邻连接的开关节点是否被给予标记号，其中，M∈N；若全被标记，则判定第M个开关节点所有的相邻连接开关节点均标记完毕；若存在未被标记的开关节点，则将未被标记的所有开关节点中编号最小的开关节点给予未被使用过的最小连续标记号，并以被给予最小连续标记号的开关节点为起点继续搜索相邻节点；

1.3)若标记号为K的开关节点判定为所有相邻连接开关节点均标记完毕，则判断标记号数值是否满足K≠N，若满足，则沿历史路径退回至标记号为K的开关节点的母节点，继续执行步骤1.2)的开关节点标记操作；若标记号K＝N，则遍历结束，得到一个标记号为1～K的深度优先搜索开关分布无向图；

2)基于开关节点转移的子***的剖分；

2.1)将对象***任意剖分为P个子***，设定开关分布平衡度指标α，计算子***1～P的开关分布平衡度h_i：

其中，h_i为第i个子***的开关分布平衡度；S_i为第i个子***内包含的开关元件数量；

为理想状况下，不同子***内开关平均分布时，单个子***内包含的开关元件数量，即

对F/P的结果四舍五入取整，F为***内包含开关元件的总数量，P为剖分子***的数量；

若要求包含开关数最多的子***与包含开关数最少的子***开关数量之差不超过D，则开关分布平衡度指标α取值可根据公式T₁计算得出：

2.2)确定初始子***i，令i＝1，比较子***i与***i相邻的子***j的开关分布平衡度大小，1<j≤P；

若|h_i-h_j|≤α，则判断为子***i和子***j两邻近子***开关分布平衡度满足指标要求；若|h_i-h_j|>α，则判断为子***i和子***j两邻近子***开关分布平衡度不满足指标要求；

2.3)若步骤2.2)中的两邻近子***开关分布平衡度不满足指标要求，则取两子***内开关数量多的子***，在开关数量多的子***内确定与另一子***连接支路上的连通开关节点1～c，计算开关节点1～c的切割支路数r₁～r_c，将r₁～r_c从小到大排序，取r₁～r_c中最小数值对应的开关节点执行转移操作，将r₁～r_c中最小数值对应的开关节点转移至另一子***中，直至步骤2.2)中子***i和子***j两子***的开关分布平衡度满足指标要求；

2.4)若步骤2.2)中的两邻近子***开关分布平衡度满足指标要求，则判断目前子***序列号i是否满足i＜P：若满足，令i＝i+1，继续执行步骤2.3)中的开关节点转移操作；若不满足，则判断子***1～P的开关分不平衡度h₁～h_P是否全部满足任意相邻两子***的开关分布平衡度之差的绝对值小于预设指标值α，即是否满足公式T₂：

若不满足公式T₂，则从初始子***重新执行步骤2.2)～步骤2.3)的节点转移操作；若满足公式T₂，则结束子***的剖分。

3)基于邻近开关节点合并的子***内部子网的剖分；

3.1)确定单个子网内的开关数量初始值；根据状态空间方程计算复杂度和节点方程求解复杂度，估计单个子网内最佳开关数量初值；已知***内总开关数量为F，假设单个子网内开关数量为S，则子网数为[F/S]，节点方程阶数最大为[F/S]-1，则总体时间复杂度计算公式T₃为：

T₃＝2^S+([N/S]-1)³

令公式T₃取最小值，确定单个子网内开关数量初始值S₀，确定根节点，另外，令仿真步长初始值step_s＝s_r，其中，s_r根据应用需求选取为一不可接受的实时仿真步长值，用于开启剖分流程；

3.2)定义叶节点到根节点路径包含的节点数量为叶节点的长度，取子树集中长度最长的所有子树，长度为L，判断子树的叶节点包含的开关数量S_L是否满足S_L≥S₀：若满足，则将最长子树的叶节点作拆分处理，拆分为多个开关数不超过S₀的叶节点，放入子网集R中；若不满足，则判断最长子树的叶节点与最长子树叶节点的母节点合并后包含开关数是否满足S_L+S_L-1≥S₀，若满足，则不执行S_L与S_L-1的合并操作，将最长子树的叶节点直接放入子网集R；若不满足，则将最长子树的叶节点与最长子树叶节点的母节点合并；

3.3)判断子树长度L是否满足L>1，若满足，则令L＝L-1，继续对其他子树执行步骤3.2)中的邻近开关节点合并操作；若不满足，则判定为所有子树均合并处理完毕；

3.4)对形成的子网集R以开关分布平衡度最小为目标进行微调，并进行实时仿真测试，记录该情况下能够达到的最小仿真步长step_s；

3.5)判断此时能够达到的最小仿真步长step_s是否开始增大，若没有开始增大，则令S＝S₀-1或S＝S₀+1，单个子网内开关数量S从减小和增大两个方向重复执行步骤3.2)～步骤3.4)中的邻近开关节点合并操作步骤；若开始增大，则选择能达到的最小仿真步长对应的剖分方案，并确定为最佳剖分方案，结束单个子***内部子网的剖分；

4)实时性验证。

基于Rt-lab实时仿真平台，将步骤1)～步骤3)分层网络剖分方案形成的不同子***对应于仿真器不同的CPU内核，根据仿真器的特点，将开关总数量较多的子***对应于次子***，将开关总数量最少的子***对应于主子***，进行实时性验证。从而得到一套完整的应对大规模复杂电力***实时仿真的自动分层剖分方法，可用于包含大量开关元件的电力***的实时仿真网络剖分。

本发明复杂电力***的实时仿真网络剖分方法，有效解决了因***内电力电子设备元件种类多、分布不均匀以及传统网络剖分方法剖分效率低导致的电力***实时仿真实现困难的问题，实现了全***在给定仿真资源下的高精度实时运行；在子***的剖分步骤，考虑了开关分布平衡度和切割支路数两个剖分目标，形成了开关分布均匀且通讯量较少的子***剖分方法；在单个子***内部子网络的剖分步骤，考虑了开关分布平衡度和节点数量两个剖分目标，形成了开关分布均匀且SSN节点方程阶数较低的子网剖分方法；同时，该方法规避了传统方法依赖于设计师建模经验的弊端，实现了整个操作过程自动化执行；最终，构建了一套完整的复杂电力***实时仿真网络剖分方法体系，为***精确定量分析与设计提供了技术支撑。

如图4所示，根据上述网络剖分步骤，可得到图6、7所示的中压直流综合电力***不同剖分步骤的剖分结果。

十二相同步整流发电机(等效为4台三相同步发电机)的参数为：定子电阻0.003pu，定子漏抗0.147pu，定子d轴电枢反应电抗1.26pu，励磁电阻0.001pu，励磁漏抗0.182pu，d轴阻尼绕组电阻0.01pu，d轴阻尼绕组电抗0.057pu，定子q轴电枢反应电抗1.262pu，q轴阻尼绕组电阻0.003pu，q轴阻尼绕组漏抗0.218pu；

十五相感应电动机(等效为五相感应电机)参数：定子电阻0.104pu，转子等效基波电阻0.019pu，单个五相绕组自身基波互漏抗0.01pu，基波励磁电抗0.057pu，相邻两个五相绕组间基波互漏抗-0.001pu；

DC/DC变流器参数：LCL滤波器滤波电感L_DC1＝250微亨，滤波电容C_DC＝5毫法，滤波电容L_DC2＝50微亨，电压外环控制器比例环节K_DCpp＝23、电压外环控制器积分环节K_DCpi＝600、电流内环控制器比例环节K_DCip＝0.01、电流内环控制器积分环节K_DCii＝34；

DC/AC逆变器参数：LCL滤波器滤波电阻R_AC1＝0.002欧姆，滤波电感L_AC1＝125微亨，滤波电容C_AC＝630微法，滤波电阻R_AC2＝0.0005欧姆，滤波电感L_AC2＝38微亨，电压外环控制器比例环节K_ACpp＝0.2、电压外环控制器积分环节K_ACpi＝300、电流内环控制器比例环节K_ACip＝1、电流内环控制器积分环节K_ACii＝5；

算例***参数：发电机到配电板线缆长度为50米，线路电阻R_L1＝0.0004欧姆，线路电感L_L1＝15微亨；跨接屏线缆长度为100米，电路电阻R_L2＝0.0014欧姆，线路电感L_L2＝15微亨；配电板到十五相感应电动机线缆长度为50米，线路电阻R_L3＝0.0004欧姆，线路电感L_L3＝15微亨；配电板到DC/DC变流器线缆长度为50米，线路电阻R_L4＝0.0003欧姆，线路电感L_L4＝20微亨；DC/DC变流器到母联屏线缆长度为30米，线路电阻R_L5＝0.0007欧姆，线路电感L_L5＝20微亨；母联屏到DC/AC逆变器线缆长度为30米，线路电阻R_L6＝0.0014欧姆，线路电感L_L6＝15微亨；区配部分负载分别配置为6个370千瓦阻感负载和6个630千瓦阻感负载，功率因数均为0.8；

分层网络剖分方法参数设定：剖分子***数量P＝8，要求开关数最多的子网与开关数最少的子网的开关数相差不超过20个，实时仿真目标计算步长step_t≤50μs；

以下给出本发明的具体实施例：

复杂电力***的实时仿真网络剖分方法

1)采用深度优先搜索法对***内开关元件进行遍历

1.1)基于***连通性，***内开关元件节点编号为1～148，共148个开关节点，从编号为1的开关节点开始遍历，并给予标记号1；

1.2)查看编号为1的开关节点存在未被标记的开关节点，即编号为2的开关节点，给予该节点未被使用过的最小连续标记号2；以标记号为2的节点为新的起点，继续寻找标记号为2的开关节点存在未被标记的开关节点，即编号为3和4的开关节点，此时给予编号数值最小的节点3未被使用的最小连续标记号3，重复上述操作；

1.3)经过不断重复寻找未被标记的开关节点和回退操作，最终给予编号为12的开关节点以标记号148，此时判定标记号为148的节点所有相邻连接节点均标记完毕，且标记号K＝148，***内总开关节点数N＝148，两者相等，遍历结束，得到一个标记号为1～148的开关分布无向图；

图4给出了采用深度优先搜索法遍历的中压直流综合电力***结果图

2)基于节点转移的子***的剖分

2.1)将中压直流综合电力***拓扑任意剖分为8个子***，不同子***内包含开关数分别为：S₁＝81，S₂＝86，S₃＝80，S₄＝98，S₅＝63，S₆＝59，S₇＝59，S₈＝62，共588个开关元件，理想状况下，不同子***内开关平均分布时，单个子***内包含开关元件数量

计算不同子***的开关分布平衡度分别为h₁＝0.095，h₂＝0.162，h₃＝0.081，h₄＝0.324，h₅＝0.149，h₆＝0.203，h₇＝0.203，h₈＝0.162；

根据已知条件，由公式T₁计算开关分布平衡度指标α为：

可取α≥0.02。

图5给出了将中压直流综合电力***任意剖分为8个子***的结果。

2.2)以#1子***和#2子***的剖分为例

确定初始子***为编号为子***1，令i＝1，比较#1子***和#2子***的开关分布平衡度，且|h₁-h₂|＝0.067>α＝0.02，判断为该两邻近子***开关分布平衡度不满足指标要求；

2.3)取开关数量较多的#2子***，确定#2子***内与#1子***的连接支路上的连通节点，计算连通节点的切割支路数，可知#2子***中的连通节点为标记号为7和18的节点，若将节点7转移至#1区域，则连接支路数减少1，若将节点18转移至#1区域，则连接支路数增加1，故标记号为7的节点切割支路数小于标记号为18的节点，此时对标记号为7的开关节点执行节点转移操作。重复此步骤，直至|h₁-h₂|≤α；

2.4)对#1～#8子***均执行上述开关节点转移操作后，此时i＝8，最终可得#1～#8子***中开关数分别为：S₁＝82，S₂＝82，S₃＝81，S₄＝80，S₅＝67，S₆＝66，S₇＝65，S₈＝65，各子***的开关分布平衡度分别为：h₁＝0.108，h₂＝0.108，h₃＝0.095，h₄＝0.081，h₅＝0.095，h₆＝0.108，h₇＝0.122，h₈＝0.122，任意两相邻子***的开关分布平衡度满足指标要求，即公式T₂：

结束子***的剖分。

图6给出了子***的剖分结果。

3)基于邻近节点合并的单个子***内部子网的剖分

以子***1内的子网剖分为例：

3.1)确定单个子网内开关数量。

由公式T₃确定单个子网内开关数量初始值S₀，区域1内包含开关总数量F＝82，代入公式T₃，求得S₀≈8，则确定区域1内单个子网开关数量不超过8个，其他子***求解方法同子***1，同时选定节点1为根节点，令step_s＝s_r＝100，用于开启剖分流程。

3.2)该子***内存在节点12、15、18、27和6共5个叶节点，其长度分别为：11、11、9、9和6，即共5条子树，选取其中长度最长的子树：叶节点12所在子树和叶节点15所在子树，分别以叶节点12和叶节点15为起点，进行邻近节点合并，叶节点12包含开关数为3，3<6，但叶节点12的母节点为节点11，叶节点12与节点11内包含开关总数为3+4＝7>6，不对节点12和节点11执行合并操作，并将叶节点12放入子网集R，继续对其母节点11执行的邻近合并操作；同理，叶节点15也执行向上母节点的合并操作，直至节点内包含开关数量超过6个，不执行合并，并将叶节点放入子网集R。

3.3)经过对上述5条子树的邻近开关节点合并操作，此时L＝1，判定为所有子树均合并处理完毕。

3.4)对形成的子网集R以开关分布平衡度最小为目标进行微调，并进行实时仿真测试，记录该情况下能够达到的最小仿真步长step_s。

3.5)将单个子网内开关数量阈值从S₀＝8每次减一和加一，并执行上述单个子***内部子网的剖分，并记录能够达到的最小仿真步长，直至能够达到的最小仿真步长开始增大，并选择所有可以达到仿真步长中的最小值对应的剖分方案，将其确定为最优剖分方案，本案例中能够达到的最小仿真步长对应的单个子网内包含开关数量为S₀＝8，确定S₀＝8时的剖分方案为最佳剖分方案，结束单个子***内部的剖分。

图8～13给出了不同子***内部子网剖分的结果。

4)实时性验证

考虑Rt-lab实时仿真平台的特点，将#1子***与#8子***内的计算内容对调，最终实现了中压直流综合电力***在仿真步长为40μs的实时运行，40μs<step_t＝50μs，图14给出了该情况下的仿真器资源消耗情况，整个运行过程中未出现连续性超时，满足预设指标要求。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (3)

1.一种复杂电力***的实时仿真网络剖分方法，其特征在于包括以下步骤：

1)采用深度优先搜索法对***开关元件进行遍历；

2)基于开关节点转移的子***的剖分；

所述步骤2)的具体步骤为：

2.1)将对象***任意剖分为P个子***，设定开关分布平衡度指标α，计算子***1～P的开关分布平衡度h_i：

其中，h_i为第i个子***的开关分布平衡度；S_i为第i个子***内包含的开关元件数量；

为理想状况下，不同子***内开关平均分布时，单个子***内包含的开关元件数量，即

对F/P的结果四舍五入取整，F为***内包含开关元件的总数量，P为剖分子***的数量；

若要求包含开关数最多的子***与包含开关数最少的子***开关数量之差不超过D，则开关分布平衡度指标α取值可根据公式T₁计算得出：

2.2)确定初始子***i，令i＝1，比较子***i与***i相邻的子***j的开关分布平衡度大小，1<j≤P；

若|h_i-h_j|≤α，则判断为子***i和子***j两邻近子***开关分布平衡度满足指标要求；若|h_i-h_j|>α，则判断为子***i和子***j两邻近子***开关分布平衡度不满足指标要求；

2.3)若步骤2.2)中的两邻近子***开关分布平衡度不满足指标要求，则取两子***内开关数量多的子***，在开关数量多的子***内确定与另一子***连接支路上的连通开关节点1～c，计算开关节点1～c的切割支路数r₁～r_c，将r₁～r_c从小到大排序，取r₁～r_c中最小数值对应的开关节点执行转移操作，将r₁～r_c中最小数值对应的开关节点转移至另一子***中，直至步骤2.2)中子***i和子***j两子***的开关分布平衡度满足指标要求；

2.4)若步骤2.2)中的两邻近子***开关分布平衡度满足指标要求，则判断目前子***序列号i是否满足i＜P：若满足，令i＝i+1，继续执行步骤2.3)中的开关节点转移操作；若不满足，则判断子***1～P的开关分不平衡度h₁～h_P是否全部满足任意相邻两子***的开关分布平衡度之差的绝对值小于预设指标值α，即是否满足公式T₂：

若不满足公式T₂，则从初始子***重新执行步骤2.2)～步骤2.3)的节点转移操作；若满足公式T₂，则结束子***的剖分；

3)基于邻近开关节点合并的子***内部子网的剖分。

2.根据权利要求1所述复杂电力***的实时仿真网络剖分方法，其特征在于：所述步骤1)的具体步骤为：

1.1)基于***连通性，对于拥有N个开关节点的电力***拓扑，选定编号为1的开关节点作为***遍历的初始状态，并给予标记号1，展开遍历，其中整体性元件簇作为单个开关节点参与遍历；

1.2)对于第M个开关节点，判断第M个开关节点相邻连接的开关节点是否被给予标记号，其中，M∈N；若全被标记，则判定第M个开关节点所有的相邻连接开关节点均标记完毕；若存在未被标记的开关节点，则将未被标记的所有开关节点中编号最小的开关节点给予未被使用过的最小连续标记号，并以被给予最小连续标记号的开关节点为起点继续搜索相邻节点；

1.3)若标记号为K的开关节点判定为所有相邻连接开关节点均标记完毕，则判断标记号数值是否满足K≠N，若满足，则沿历史路径退回至标记号为K的开关节点的母节点，继续执行步骤1.2)的开关节点标记操作；若标记号K＝N，则遍历结束，得到一个标记号为1～K的深度优先搜索开关分布无向图。

3.根据权利要求1所述复杂电力***的实时仿真网络剖分方法，其特征在于：所述步骤3)的具体步骤为：

3.1)确定单个子网内的开关数量初始值；根据状态空间方程计算复杂度和节点方程求解复杂度，估计单个子网内最佳开关数量初值；已知***内总开关数量为F，假设单个子网内开关数量为S，则子网数为[F/S]，节点方程阶数最大为[F/S]-1，则总体时间复杂度计算公式T₃为：

T₃＝2^S+([N/S]-1)³

令公式T₃取最小值，确定单个子网内开关数量初始值S₀，确定根节点，另外，令仿真步长初始值step_s＝s_r，其中，s_r根据应用需求选取为一不可接受的实时仿真步长值，用于开启剖分流程；

3.2)定义叶节点到根节点路径包含的节点数量为叶节点的长度，取子树集中长度最长的所有子树，长度为L，判断子树的叶节点包含的开关数量S_L是否满足S_L≥S₀：若满足，则将最长子树的叶节点作拆分处理，拆分为多个开关数不超过S₀的叶节点，放入子网集R中；若不满足，则判断最长子树的叶节点与最长子树叶节点的母节点合并后包含开关数是否满足S_L+S_L-1≥S₀，若满足，则不执行S_L与S_L-1的合并操作，将最长子树的叶节点直接放入子网集R；若不满足，则将最长子树的叶节点与最长子树叶节点的母节点合并；

3.3)判断子树长度L是否满足L>1，若满足，则令L＝L-1，继续对其他子树执行步骤3.2)中的邻近开关节点合并操作；若不满足，则判定为所有子树均合并处理完毕；

3.4)对形成的子网集R以开关分布平衡度最小为目标进行微调，并进行实时仿真测试，记录该情况下能够达到的最小仿真步长step_s；

3.5)判断此时能够达到的最小仿真步长step_s是否开始增大，若没有开始增大，则令S＝S₀-1或S＝S₀+1，单个子网内开关数量S从减小和增大两个方向重复执行步骤3.2)～步骤3.4)中的邻近开关节点合并操作步骤；若开始增大，则选择能达到的最小仿真步长对应的剖分方案，并确定为最佳剖分方案，结束单个子***内部子网的剖分。

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