DIgSILENT与MATLAB 接口的仿真建模

DIgSILENT与MATLAB 接口的仿真建模
袁天清;武小梅;刘国祥;欧思源;孙健
【摘要】For fully using good openness of power system simulating software DIgSILENT and strong data-handling capacity of mathematical model software package MATLAB,this paper studies technology of interface between DIgSILENT and MATLAB.It proposes to build a calling interface model in DIgSILENT and compose M document to call mdl control model of MATLAB in order to realize joint simulation
purpose.Simulation result indicates that this calling method is effective and correct which is able to supply the gap of being unable to realize great data handling under the environment of DIgSILENT.%为充分利用电力系统仿真软件DIgSILENT开放性良好与数学模型软件包 MATLAB 数据处理能力强的优点，对DIgSILENT与MATLAB之间的接口技术进行了研究。

在DIgSILENT中搭建调用接口模型并编写 M文件来调用MATLAB的mdl 控制模型，以实现联合仿真的目的。

仿真结果表明调用方法有效、正确，弥补了DIgSILENT环境下不易实现宠大数据处理的缺陷。

【期刊名称】《广东电力》
【年(卷),期】2014(000)003
【总页数】4页(P49-52)
【关键词】DIgSILENT软件;MATLAB软件;联合仿真;接口模型
【作者】袁天清;武小梅;刘国祥;欧思源;孙健
【作者单位】广东工业大学自动化学院，广东广州510006;广东工业大学自动化学院，广东广州510006;广东工业大学自动化学院，广东广州510006;广东工业大学自动化学院，广东广州510006;广东工业大学自动化学院，广东广州510006
【正文语种】中文
【中图分类】TM743;TP311.54
电力系统仿真软件被广大电力系统的科研工作者使用[1]。

其中由德国DIgSILENT GmbH公司开发的DIgSILENT仿真程序被国内外高度认可[2]，软件包括潮流计算、故障分析、动态仿真、谐波分析、可靠性计算和经济调度等功能，也可以进行短期、中期和长期暂态仿真，但随着电网节点数和复杂度的增加，容易导致其无法满足对庞大数据实时更新的需要[3]。

以数据计算及处理闻名的MATLAB软件，是美国MathWorks公司发布的主要面向科学计算、可视化以及交互式程序设计的高级计算环境，它具有数据处理能力强、兼容性强、程序语言易学、程序接口实用方便等诸多优点[4-7]，所以出现了一些MATLAB与其他电力系统软件联合仿真的研究成果[8-11]。

理论上，DIgSILENT调用MATLAB是可行的，但是没有论著对具体的实现技术进行阐述。

通过DIgSILENT与MATLAB接口，可以将MATLAB的数学和控制功能模块应用于DIgSILENT，同时还可以编制M文件来定义所需要的元件模型。

本文就具体实现方法给出详细说明。

1 DIgSILENT与 MATLAB接口原理
DIgSILENT具有强大的数据兼容能力和良好的开放性，可与PSS/E、PSS/U、Neplan等常用的电力系统仿真软件进行数据连接[3]。

用户将自定义代码添加至
DIgSILENT的方法有2种：
a) 直接嵌入。

在自定义DIgSILENT脚本定义中编制具有元件功能的DIgSILENT
仿真语言(DIgSILENT simulation language，DSL)代码，并直接嵌入到DIgSILENT主程序中。

b) 间接调用。

在自定义DIgSILENT的子系统Slot中添加对外子程序的调用声明，再由Block子系统对其进行调用，自定义元件的核心功能在外部子程序中实现。

DIgSILENT与MATLAB接口采用间接调用方式。

整个暂态仿真接口模型的运行流程如图1所示，接口模型的功能是协调DIgSILENT与MATLAB，使之协同运行及完成彼此之间的数据、控制信息的交换。

将DIgSILENT中的模型控制数据通过接
口模型传送至MATLAB进行运算，充分发挥MATLAB强大的数据处理功能，然
后将结果传送回DIgSILENT，DIgSILENT再调用MATLAB，如此反复。

一般而言，仿真模型是在DIgSILENT中搭建的，而大量的计算工作则在MATLAB中进行。

图1 接口软件的运行流程
DIgSILENT内嵌一个Block子系统，通过它可以调用外部程序。

该程序可以调用MATLAB数据引擎，同时，含有MATLAB命令的M文件也将传送到MATLAB
数据引擎中，使DIgSILENT与MATLAB紧密结合，用户可以根据需要编写M文件，实现联合仿真。

当启动DIgSILENT程序时，M文件将计算结果通过接口元件返回给DIgSILENT，以实现DIgSILENT与MATLAB的数据互联。

本文仿真所用的DIgSILENT 14.0.514及MATLAB 2010b均运行在Windows XP 英文版操作系统上。

2 具体的实现方法
用户可根据自己的需要在DIgSILENT中调用MATLAB/Simulink自带的mdl控制模型，也可以调用用户自己建立的模型。

调用模型的步骤主要有3方面，即Composite Frame组合模型框的创建、控制模块参数设置及状态变量初始化、M
文件的程序编辑。

在DIgSILENT软件中创建一个Composite Frame组合模型，其步骤是：建立Slot子系统，对内嵌的Block子系统进行定义并建立与 MATLAB M文件的接口位置，设置包括M文件的路径、输入变量、输出变量、状量变量和控制变量等参数，根据用户控制模型的需要，连接Composite Frame模型下Slot控制变量的输入和输出。

在DIgSILENT中创建公共模型时，已对M文件中调用的mdl模型进行了参数设置，因此没必要在MATLAB/Simulink中再对mdl模型进行参数设置。

在DIgSILENT中通过DSL编辑附加方程，对mdl控制模型进行状态变量初始化。

一般情况下，状态变量初始化的原则是令状态变量的导数为零，在此基础上计算输入变量的初始值。

在DIgSILENT中进行暂态仿真初始化时，如无错误，命令行会出现绿色的初始化成功信息，且弹出“MATLAB Command Window”的窗口，这说明DIgSILENT与MATLAB实现了数据通信。

实现DIgSILENT与MATLAB联合仿真的关键在于在M文件中按照所调用的mdl 模型写出相应的编程语言[12]。

3 仿真实例
为了验证该方法的有效性，本文通过在DIgSILENT中搭建IEEE 9标准系统[13]，来验证两种软件联合仿真的可行性。

仿真模型由同步发电机、变压器、输电线路、负荷和控制组合模型构成，其中控制组合模型由电力系统稳定器(power system stabilizer，PSS)、功率控制器(priority control unit，PCU)和电压控制振荡器(voltage controlled oscillator，VCO)组成(如图2所示)。

负荷参数设置为：负荷A额定功率125 MW，额定无功功率50 Mvar；负荷B额定功率90 MW，额定无功功率30 Mvar；负荷C额定功率100 MW，额定无功功率35 Mvar。

系统的频率为50 Hz。

图2 控制组合模型
系统运行0.2 s后，负荷A的功率以20%的速度增长，仿真结果如图3所示，其
中功率的基准值是100 MW。

图3 负荷A的暂态仿真结果
由图3可知，DIgSILENT与MATLAB的曲线不完全吻合，这是两个软件的算法不同所导致的。

所以在进行仿真计算前，两种软件的算法和步长应选择一致。

4 结论
仿真结果表明：该方法实现了DIgSILENT与MATLAB联合进行电力系统仿真研
究的目的，它结合两者的优点，弥补了DIgSILENT环境下不易实现宠大数据处理
的缺陷；该方法行之有效，便于读者操作。

但是，DIgSILENT接口的存在使中央
处理器需要更多的处理时间，可以在计算误差允许的范围内采用增加时间步长的方法来提高仿真速度。

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