电磁暂态仿真软件PSCAD被广泛应用于交直流系统仿真和电力电子仿真及其控制^[1-4]。然而，PSCAD作为非实时电磁暂态仿真软件，大规模电力系统建模的工作量较大且仿真耗时过长，这给相关的研究工作带来了困难。

由中国电力科学研究院自主研发的电力系统仿真软件ADPSS可实现大规模交直流混合电力系统机电—电磁暂态的实时仿真，在机电—电磁暂态混合仿真的模式下，将FACTS及HVDC系统中电力电子设备用电磁暂态模型模拟，其余交流网络用机电暂态模型模拟，兼顾了机电暂态仿真的仿真规模大和电磁暂态仿真准确性高的优点^[5-6]。

PSCAD在电力系统离线仿真中应用广泛，具有精确性高和可操作性强的特点^[7]，许多电力工程已经建立了PSCAD工程模型。随着ADPSS电磁暂态仿真的日趋成熟，其应用需求不断扩大，同一电力系统同时建立PSCAD和ADPSS工程模型，已经逐渐显示出必要性^[8-9]。因此，实现PSCAD与ADPSS工程模型的自动转换，不仅能够减少工作量，还能有效避免数据的多重维护。

结合测试算例，提出一种基于解析XML文件数据的PSCAD与ADPSS工程模型转换方法（ADPSS与PSCAD X4及其后续版本均使用基于XML文件格式的数据存储方式^[10]）。转换方法如下：PSCAD（ADPSS）文件数据的读取和存储，PSCAD（ADPSS）数据向ADPSS（PSCAD）数据转换以及ADPSS（PSCAD）数据写入PSCAD（ADPSS）文件。其中，数据转换部分包括元器件参数转换和拓扑图形转换。

PSCAD文件数据以XML格式存储，其节点树如图 1所示。

图 1(Figure 1)

图 1 PSCAD文件节点树

一级子节点主要包括Paramlist（Setting）、Hierar⁃ chy、Definitions。Paramlist（Setting）定义了工程的仿真参数；Hierarchy定义了工程的图层组织大纲，包含默认存在的Station和Main图层以及Main下的用户定义的各级子图层；Definitions定义了各个图层元件信息和拓扑关系，分为Station工程站定义和User⁃ Cmp用户图层定义2种，每个Definition对应一个图层。用户图层定义中包含图层基本属性、图形定义以及电路图定义，其中电路图定义描述了该图层所有元件的位置及参数信息；图形定义描述了该模块的图形、端口、文字等显示信息。

ADPSS工程模型的数据按照XML格式组织，一个ADPSS工程模型由若干个XML格式文件组成，每个XML格式文件对应PSCAD工程模型中的一个图层。其节点树如图 2所示。

图 2(Figure 2)

图 2 ADPSS文件节点树

Components节点表示一个元件类别，Metadata节点记录了该类别元件所有参数的意义以及对应的标识符，Component节点记录了该元件的参数信息、位置信息和拓扑连接信息。

本文在Microsoft Visual Studio平台使用C++语言编写转换程序，并调用Libxml2函数库完成XML数据的解析^[11-14]，进而实现不同仿真平台电磁暂态工程模型的自动转换。具体流程如下：首先，根据两种仿真软件元件种类和文件数据结构特点，在VS2010中定义变量类以存储数据，其中PSCAD（ADPSS）类用以存储读取PSCAD（ADPSS）文件得到的数据，ADPSS（PSCAD）类用以存储从PSCAD（ADPSS）类转换而得到的数据；然后利用Libxml2编写程序读取数据并保存，并在两种仿真软件之间进行数据转换；最后，写成ADPSS（PSCAD）格式文件。

（1）元件基类：用于存储所有元件类的共有参数，如名称、类型、位置坐标等；为每类元件建立一个子类继承自基类，将其所有元件参数定义为相应的成员变量，并为之声明读入、写出的成员函数。实例化后可存储每个元件的所有信息。

（2）图层类：定义图层的基本参数信息以及所有元件类的Vector容器，实例化后可存储一个图层中所有元件的信息。

（3）文件类：定义图层类的Vector容器以及相关的读入、写出成员函数，实例化后可存储一个工程的所有信息。

读取PSCAD工程模型的Paramlist（Setting）节点时，只需要在遍历到节点名时获取节点属性，并将所需数据赋给定义的变量。读取Definition节点时，首先识别Definition中所有元件所属的图层，然后读取Definition中的元件信息，方法和读取运行信息时类似，通过识别元件名称遍历该图层中所有元件，保存元件数量、名称等属性信息，通过遍历元件的子节点获取其参数信息，并将值赋给所属图层中的变量。读取Hierarchy节点时，利用递归函数逐行读取图层信息，将图层名、所属层级等记录于相应的变量，Hierarchy节点数据读取流程见图 3。

图 3(Figure 3)

图 3 Hierarchy节点数据读取流程

读取图层信息时，最重要的是确定图层之间的隶属关系。图层隶属关系确定方法如下：设置当前图层的层级为K，如果当前图层有子图层，则设置子图层层级为K+1，同时，当前图层被标记为子图层的父图层；如果当前图层有兄弟图层，则设置兄弟图层的层级和当前图层同时为K，并且这两个图层有相同的父图层。读取时采用深度优先搜索完成图层的遍历。

首先采用Libxml2函数库加载PSCAD空工程文件，修改Paramlist（Setting）中的仿真参数，然后修改并添加图层信息。空文件中设有默认图层Station和Main，设置层级分别为0和1，如果转换的工程模型中多于两个图层，则分情况写入数据，如果待添加图层与当前图层层级相同，则将待添加图层写入当前图层的上一级图层，即与当前图层为兄弟图层；如果待添加图层与当前图层层级相差为1，则将待添加图层写入当前图层，即为当前图层的子图层，具体流程如图 4所示。

图 4(Figure 4)

图 4 图层数据写入流程

ADPSS工程模型为多个XML文件的组合，每个XML格式文件对应PSCAD工程模型中的一个图层，记录了本图层所有的元件信息和连接关系。写入数据时，为每个图层建立一个XML文件，仿照PSCAD数据的写入方式写入ADPSS数据；读取数据时，先确定所有图层的隶属关系，再仿照PSCAD数据的读取方式读取ADPSS数据。

PSCAD和ADPSS均具有非常完备的元件库，大部分ADPSS元件在PSCAD中可找到对应元件或者由某些元件的组合来等效。然而，由于两种仿真软件对于同一元器件的模拟并不完全一致，因此当参数转换时，需要根据转换需求得出具体元件在PSCAD与ADPSS之间的转换规则。本文针对PSCAD与ADPSS元器件上的差异，对两种软件共有的一次元件和二次元件的模型进行对比，开发了PSCAD与ADPSS元器件参数自动转换程序，进而实现参数自动转换。

PSCAD元件端口之间有效的连接方式有3种：端口直接相连、通过连接线相连以及通过母线相连，而ADPSS两个电气元件端口只能通过具有特定ID号码的母线相连。当ADPSS工程模型拓扑向PSCAD转换时，应保持对应元件的位置不变，解析ADPSS工程模型中拓扑连接关系，并以此建立PSCAD连接线，实现PSCAD工程模型的拓扑连接；当PSCAD工程模型拓扑向ADPSS转换时，则需通过解析PSCAD工程模型中元件的连接关系，筛选出PSCAD工程模型中母线的位置，分别得出工程模型一次系统与二次系统的拓扑信息，进而完成ADPSS模型的拓扑连接。

PSCAD与ADPSS之间工程模型转换是为了对大电网进行电磁暂态仿真提供数据支撑，因此必须确保转换过程中网络结构和模型的准确性。

为了验证工程模型转换前后仿真结果的正确性，本文使用广泛用于直流系统测试的CIGRE标准算例作为测试算例。测试算例在PSCAD中于整流侧与逆变侧分别添加了读取直流线路与交流线路的电压、电流显示元件。图 5与图 6分别为转换前后CIGRE标准算例主电路图。对比图 5与图 6可知，转换前后电路拓扑保持一致。

图 5(Figure 5)

图 5 PSCAD中CIGRE算例拓扑

图 6(Figure 6)

图 6 ADPSS中CIGRE算例拓扑

整流侧直流电压和直流电流波形对比如图 7和图 8所示。整流侧交流母线L1相电压波形如图 9所示，其中仿真总时间为10 s。测量误差见表 1。

图 7(Figure 7)

图 7 ADPSS与PSCAD中的整流侧直流电压波形对比

图 8(Figure 8)

图 8 ADPSS与PSCAD中的整流侧直流电流波形对比

图 9(Figure 9)

图 9 整流侧交流电压波形对比

表 1(Table 1)

表 1 PSCAD工程模型向APPSS转换前后测量误差

表 1 PSCAD工程模型向APPSS转换前后测量误差

对比主要测量波形可以看出，PSCAD与ADPSS的仿真趋势基本一致，即两个工程模型的动态响应基本一致。由测量误差可以看出，参数误差可以控制在2%以下，分析出现误差的原因在于转换得到的ADPSS工程模型中，没有体现换流器的阀参数（包括关断电阻、反向击穿电压等）和有关变压器饱和曲线的相关参数，即误差主要来源于两种仿真软件工程模型本身的差异。

将上述转换得到的CIGRE算例反向转换为PSCAD工程模型以验证ADPSS工程模型向PSCAD转换方法的正确性。图 10为转换后的PSCAD中CI⁃ GRE标准算例主电路图。对比图 10与图 6可知，转换前后电路拓扑保持一致。

图 10(Figure 10)

图 10 PSCAD中转换后的CIGRE算例拓扑

整流侧电压和电流波形对比如图 11和图 12所示。整流侧交流母线L1相电压波形如图 13所示，其中仿真总时间为10 s。测量误差见表 2。

图 11(Figure 11)

图 11 转换前后整流侧直流电压波形对比

图 12(Figure 12)

图 12 转换前后整流侧直流电流波形对比

图 13(Figure 13)

图 13 整流侧交流母线L1相电压波形对比

表 2(Table 2)

表 2 ADPSS工程模型向PSCAD转换前后测量误差

表 2 ADPSS工程模型向PSCAD转换前后测量误差

对比主要测量波形可以看出，ADPSS与PSCAD的仿真趋势基本一致，参数误差可以控制在极小的范围内，误差主要来自于两种仿真软件模型本身的差异。

本文设计了一种用于PSCAD与ADPSS之间进行电磁暂态工程模型转换的方法，选用Libxml2解析器高效准确地解析XML文件数据，实现PSCAD与ADPSS大规模电力系统模型的双向自动转换。通过CIGRE标准算例对工程模型转换方法的有效性进行验证，拓扑对比和仿真结果表明，转换前后的工程模型拓扑一致，动态仿真结果基本一致，其误差可以控制在2%以下，验证了该转换方法的正确性。