PSASP后台调用MATLAB引擎的联合仿真方法.pdf

本发明公开了属于电力系统仿真技术领域的一种PSASP后台调用MATLAB引擎的联合仿真方法。在PSASP中建立传统电力网络模型，在MATLAB中建立存在直流系统或电力电子设备的局部网络模型以及对仿真时间进行控制的仿真控制模型；整个联合仿真过程不出现MATLAB界面，PSASP和MATLAB以各自的步长在各自的环境中仿真的同时又借助用户程序UP进行PSASP中传统电力网络模型与MATLAB中局部网络模型之间的数据交互；实现了PSASP在后台调用MATLAB引擎的联合仿真，突破了现有的PSASP与MATLAB分离仿真的限制；通用性强、实现简单、计算精度高，有利于工程实际应用。

权利要求书
1.  一种PSASP后台调用MATLAB引擎的联合仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)在PSASP中建立传统电力网络模型，在MATLAB中建立存在直流系统或电力电子设备的局部网络模型，同时，在MATLAB中建立对仿真时间进行控制的仿真控制模型，并且列出传统电力网络模型与局部网络模型间需要交互的变量；
2)设置MATLAB的仿真步长类型为固定步长，仿真开始时间设为0，仿真结束时间设为inf；
3)采用C语言编写符合PSASP程序要求的用户程序UP，将编写好的用户程序UP使用VC的“Build”功能生成dll文件；
4)将PSASP作业定义中“用户程序调用”的路径设置为步骤3)中生成的dll文件的存放目录,并在PSASP中选择传统电力网络模型与局部网络模型之间进行交互的输入变量、输出变量和打印变量，进行暂稳计算时，将“用户程序配置”的路径同样设置为步骤3)中生成的dll文件的存放目录；
5)在PSASP作业定义中自行设定扰动方式和精度要求；
6)在PSASP中启动计算，依托用户程序UP实现PSASP和MATLAB的联合仿真。

2.  根据权利要求1所述一种PSASP后台调用MATLAB引擎的联合仿真方法，其特征在于，所述用户程序UP为传统电力网络模型与局部网络模型间用于数据交互的通道；用户程序UP的输入变量数据为F1、nf1，F1是用户程序UP的输入变量数组，nf1是用户程序UP的输入变量维数；用户程序UP的输出变量数据为F2、nf2，F2是用户程序UP的输出变量数组，nf2是用户程序UP的输出变量维数；用户程序UP的打印变量数据为F3、nf3，F3是用户程序UP的 打印变量数组，nf3是用户程序UP的打印变量维数。

说明书PSASP后台调用MATLAB引擎的联合仿真方法
技术领域
本发明属于电力系统仿真技术领域，特别涉及一种PSASP后台调用MATLAB引擎的联合仿真方法。
背景技术
目前电网的迅速发展，更多新型元件接入电网，对电力系统的仿真计算提出了更高的要求。PSASP与MATLAB联合仿真是一种PSASP在后台调用MATLAB引擎的联合仿真方法，能够解决新型元件接入电力系统所造成的仿真分析困难问题。利用PSASP提供给用户的开放性平台UPI以及MATLAB的调用引擎函数(API函数)，通过UPI调用用户程序，用户程序调用MATLAB引擎，连接PSASP与MATLAB中已建好的模型，实现PSASP与MATLAB的联合仿真。我国对PSASP与MATLAB联合仿真的研究进展较慢，但随着电力系统仿真精细化要求的快速提高，相关研究逐渐被一些大学和科研机构所重视，但目前该类研究大多集中在理论和小型实验层面，还没有投入到实际运行的电力系统中。
目前，国内外对于PSASP与MATLAB联合仿真的研究具备了一定的基础，国内外现有的关于PSASP与MATLAB仿真的研究大多是基于MATLAB所提供的实时工具包(real-time workshop，RTW)模块具备C代码的生成功能，可将SIMULINK环境中搭建的各种仿真模型生成为C语言代码，经过编译连接后，这些模型所生成的代码就可以脱离MATLAB本身运行环境，从而完成仿真。但是，该方法存在明显的不足：一方面，两个软件的仿真步长都采用PSASP的步长，这样相当于放弃了MATLAB仿真步长更加精细的优点；另一方面，脱离 MATLAB运行环境相当于放弃了MATLAB的数值计算、图形分析等其它的功能。因而，只有不脱离MATLAB环境同时充分利用PSASP强大的电网分析功能，才是两者联合仿真研究的一个重要方向。
PSASP与MATLAB联合仿真(Co-simulation of PSASP and MATLAB)是借助于用户程序(up)这个“桥梁”连接这两个软件，实现两者的混合步长仿真。PSASP与MATLAB联合仿真方法充分利用了现有的电力系统仿真软件PSASP强大的电力系统分析功能与MATLAB强大的系统建模功能，形成优势互补，借助用户程序(up)可使两个软件中的子系统模型平滑连接，共同完成一个仿真任务。本发明针对电力系统中存在电力电子设备或者复杂的控制系统时，如果同时考虑新型元件和传统元件，应用单一的仿真软件进行系统分析就会变得十分困难的问题，提出了一种PSASP后台调用MATLAB引擎的联合仿真方法，实施简单，易于工程实现。
发明内容
本发明的目的在于提出一种PSASP后台调用MATLAB引擎的联合仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)在PSASP中建立传统电力网络模型，在MATLAB中建立存在直流系统或电力电子设备的局部网络模型，同时，在MATLAB中建立对仿真时间进行控制的仿真控制模型，并且列出传统电力网络模型与局部网络模型间需要交互的变量；
2)设置MATLAB的仿真步长类型为固定步长，仿真开始时间设为0，仿真结束时间设为inf；
3)采用C语言编写符合PSASP程序要求的用户程序UP，将编写好的用户程序UP使用VC的“Build”功能生成dll文件；
4)将PSASP作业定义中“用户程序调用”的路径设置为步骤3)中生成的dll文件的存放目录,并在PSASP中选择传统电力网络模型与局部网络模型之间进行交互的输入变量、输出变量和打印变量，进行暂稳计算时，将“用户程序配置”的路径同样设置为步骤3)中生成的dll文件的存放目录；
5)在PSASP作业定义中自行设定扰动方式和精度要求；
6)在PSASP中启动计算，依托用户程序UP实现PSASP和MATLAB的联合仿真。
所述用户程序UP为传统电力网络模型与局部网络模型间用于数据交互的通道；用户程序UP的输入变量数据为F1、nf1，F1是用户程序UP的输入变量数组，nf1是用户程序UP的输入变量维数；用户程序UP的输出变量数据为F2、nf2，F2是用户程序UP的输出变量数组，nf2是用户程序UP的输出变量维数；用户程序UP的打印变量数据为F3、nf3，F3是用户程序UP的打印变量数组，nf3是用户程序UP的打印变量维数。
本发明的有益效果是针对新型元件接入电力系统时会造成仿真分析困难的问题，提出了一种PSASP后台调用MATLAB引擎的联合仿真方法，整个联合仿真过程不出现MATLAB界面，PSASP和MATLAB以各自的步长在各自的环境中仿真的同时又借助用户程序UP进行PSASP中传统电力网络模型与MATLAB中局部网络模型之间的数据交互，实现了PSASP在后台调用MATLAB引擎的联合仿真，突破了现有的PSASP与MATLAB分离仿真的限制；通用性强、实现简单、计算精度高，有利于工程实际应用。
附图说明
图1为PSASP后台调用MATLAB引擎的联合仿真方法流程图。
图2为对仿真时间进行控制的仿真控制模型示意图。
图3为10节点的暂态稳定算例仿真结果对比图。
图中标号：1-时钟模块、2-常量模块、3-逻辑判断模块、4-中断模块。 
具体实施方式
本发明提出一种PSASP后台调用MATLAB引擎的联合仿真方法，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
图1所示为PSASP后台调用MATLAB引擎的联合仿真方法流程图，包括如下步骤：
1)在PSASP中建立传统电力网络模型，在MATLAB中建立存在直流系统或电力电子设备的局部网络模型，同时，在MATLAB中建立对仿真时间进行控制的仿真控制模型，并且列出传统电力网络模型与局部网络模型间需要交互的变量；
2)设置MATLAB的仿真步长类型为固定步长，仿真开始时间设为0，仿真结束时间设为inf；
3)采用C语言编写符合PSASP程序要求的用户程序UP，将编写好的用户程序UP使用VC的“Build”功能生成dll文件；
4)将PSASP作业定义中“用户程序调用”的路径设置为步骤3)中生成的dll文件的存放目录,并在PSASP中选择传统电力网络模型与局部网络模型之间进行交互的输入变量、输出变量和打印变量，进行暂稳计算时，将“用户程序配置”的路径同样设置为步骤3)中生成的dll文件的存放目录；
5)在PSASP作业定义中自行设定扰动方式和精度要求；
6)在PSASP中启动计算，依托用户程序UP实现PSASP和MATLAB的联合仿真。
其中，用户程序UP为传统电力网络模型与局部网络模型间用于数据交互的 通道；用户程序UP的输入变量数据为F1、nf1，F1是用户程序UP的输入变量数组，nf1是用户程序UP的输入变量维数；用户程序UP的输出变量数据为F2、nf2，F2是用户程序UP的输出变量数组，nf2是用户程序UP的输出变量维数；用户程序UP的打印变量数据为F3、nf3，F3是用户程序UP的打印变量数组，nf3是用户程序UP的打印变量维数。
其中，在PSASP中启动计算，当PSASP程序进行到t时刻时，将计算得到的中间变量先传给用户程序UP，在用户程序UP中经过数据转换后传给MATLAB仿真程序，而此时PSASP处于停滞状态，等待MATLAB计算值的返回；在MATLAB接收到传递的计算值时，会进行多步的迭代计算，n步计算结束后，将计算值先返回给用户程序UP，在用户程序UP中经过数据转换后传给等待状态中的PSASP，PSASP则继续进行t+dt时刻的计算，从而实现了PSASP和MATLAB的联合仿真。
在MATLAB中搭建励磁调节器的模型，并搭建对仿真时间进行控制的仿真控制模型，如图2所示，对仿真时间进行控制的仿真控制模型包含时钟模块、常量模块、逻辑判断模块、中断模块；其中，时钟模块用于记录MATLAB的仿真时间；常量模块用于记录从用户程序UP中传来的时间数据；逻辑判断模块用于触发中断模块；中断模块用于中断仿真的进行。在PSASP中搭建一个10节点的暂态稳定算例，励磁调节器模型是发电机G1的励磁系统；设置系统扰动为母线B2切负荷20％，仿真精度设为0.001；三个输入变量分别是发电机母线电压Vt、母线电压初值Vt0、励磁电压参考值EFD0；输出变量是励磁调节器的励磁电压EFD；打印变量是发电机G1的母线电压Vg1。将写好的用户程序编译为dll文件；设置MATLAB的仿真步长类型为固定步长，仿真开始时间设为0，结束时间设为inf；将PSASP作业定义中“用户程序调用”的路径设置为上述dll 文件的存放目录,传统电力网络模型与局部网络模型之间进行交互的输入变量选择为发电机母线电压Vt、母线电压初值Vt0、励磁电压参考值EFD0，输出变量选择为励磁调节器的励磁电压EFD，打印变量选择为发电机G1的母线电压Vg1，进行暂稳计算时，将“用户程序配置”的路径同样选择为上述dll文件存放目录。分别进行PSASP后台调用MATLAB引擎的联合仿真与PSASP单独仿真，仿真结果对比图如图3所示，对比用户程序UP接入MATLAB励磁调节器前后的计算结果，可以看出：采用联合仿真调用MATLAB励磁调节器模型的仿真结果与PSASP软件单独仿真的结果差别很小，两条曲线中的发电机母线电压仅有微小的偏差；仿真结果验证了PSASP后台调用MATLAB引擎的联合仿真方法的可行性与正确性。
本发明从PSASP的用户程序接口UPI和MATLAB引擎函数出发，借助用户程序UP这个“桥梁”连接PSASP和MATLAB这两个软件，实现PSASP后台调用MATLAB引擎的联合仿真；PSASP后台调用MATLAB引擎的联合仿真方法，充分利用现有的电力系统仿真软件PSASP强大的电力系统分析功能与MATLAB强大的系统建模功能，形成优势互补，借助用户程序UP使PSASP中传统电力网络模型和MATLAB中局部网络模型平滑连接，共同完成一个仿真任务。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。