電力系統(tǒng)仿真軟件介紹

1、電力系統(tǒng)仿真軟件電力系統(tǒng)仿真軟件簡(jiǎn)介一、PSAPAC簡(jiǎn)介：由美國(guó)EPRI開發(fā)，是一個(gè)全面分析電力系統(tǒng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能的軟件工具。功能：DYNRED ( Dynamic Reduction Program ):網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)與系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)等值，保留需要的節(jié)點(diǎn)。LOADSYN ( Load Synthesis Program ):模擬靜態(tài)負(fù)荷模型和動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型。IPFLOW (In teractive Power Flow Program ):采用快速分解法和牛頓一拉夫遜法相結(jié)合的潮流分析方法，由電壓穩(wěn)態(tài)分析工具和不同負(fù)荷、事故及發(fā)電調(diào)度的潮流條件構(gòu)成。TLIM (Transfer Limit Progra

2、m ):快速計(jì)算電力潮流和各種負(fù)荷、事故及發(fā)電調(diào)度的輸電線的傳輸極限。DIRECT :直接法穩(wěn)定分析軟件彌補(bǔ)了傳統(tǒng)時(shí)域仿真工作量大、費(fèi)時(shí)的缺陷，并且提供了計(jì)算穩(wěn)定裕度的方法，增強(qiáng)了時(shí)域仿真的能力。LTSP (Long Term Stability Program ): LTSP是時(shí)域仿真程序，用來模擬大型電力系統(tǒng)受到擾動(dòng)后的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)過程。為了保證仿真的精確性，提供了詳細(xì)的模型和方法。VSTAB (Voltage Stability Program ):該程序用來評(píng)價(jià)大型復(fù)雜電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，給出接近于電壓不穩(wěn)定的信息和不穩(wěn)定機(jī)理。為了估計(jì)電壓不穩(wěn)定狀態(tài)，使用了一種增強(qiáng) 的潮流程序，提供了一

3、種接近不穩(wěn)定的模式分析方法。ETMSP ( ExtendedTransient midterm Stability Program): EPRI 為分析大型電力系統(tǒng)暫態(tài)和中期穩(wěn)定性而開發(fā)的一種時(shí)域仿真程序。為了滿足大型電力系統(tǒng)的仿真，程序采用了稀疏技術(shù)，解網(wǎng)絡(luò)方程時(shí)為得到最合適的排序采用了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系并采用了顯式積分和隱式積分等數(shù)值積分法。SSSP(Small signal Stability Program):該程序有助于局部電廠模式振蕩和站間模式振蕩的分析，由多區(qū)域小信號(hào)穩(wěn)定程序(MASS)及大型系統(tǒng)特征值分析程序(PEALS )兩個(gè)子程序組成。MASS程序采用了 QR變換法計(jì)算矩陣的所有

4、特征值，由于系統(tǒng)的所有模式都計(jì)算，它對(duì)控制的設(shè)計(jì)和協(xié)調(diào)是理想的工具；PEALS使用了兩種技術(shù)：AESOPS算法和改進(jìn)Arnoldi方法，這兩種算法高效、可靠，而且在滿足大型復(fù)雜電力系統(tǒng)的小信號(hào)穩(wěn)定性分析的要求上互為補(bǔ)充。二、EMTP/ATP簡(jiǎn)介:EMTP是加拿大H.W.Dommel教授首創(chuàng)的電磁暫態(tài)分析軟件，它具有分析功能多、元件模型全和運(yùn)算結(jié)果精確等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)都可做仿真分析，它的典型應(yīng)用是預(yù)測(cè)電力系統(tǒng)在某個(gè)擾動(dòng)(如開關(guān)投切或故障)之后感興趣的變量隨時(shí)間變化的規(guī)律，將EMTP的穩(wěn)態(tài)分析和暫態(tài)分析相結(jié)合，可以作為電力系統(tǒng)諧波分析的有力工具。ATP (The alternative

5、 Transients Program )是EMTP的免費(fèi)獨(dú)立版本，是目前世界上電磁暫 態(tài)分析 程序最廣泛使用的一個(gè)版本，它可以模擬復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和任意結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)，數(shù)學(xué)模型廣泛，除用于暫態(tài)計(jì)算，還有許多其它重要的特性。ATP程序正式誕生于1984年，由Drs. W. Scott Meyer和Tsu-huei Liu,所組成的世界各地的用戶組不斷地發(fā)展。ATP還配備有比TACS更靈活、功能更強(qiáng)的通用描述語言MODELS及圖形輸入程序ATPDraw。功能：雷電過電壓研究操作過電壓和故障系統(tǒng)過電壓研究接地等現(xiàn)象的快速暫態(tài)分析設(shè)備建模電機(jī)啟動(dòng)過程動(dòng)態(tài)仿真軸系扭振分析變壓器及并聯(lián)電抗器/電容器的開斷鐵磁共

6、振現(xiàn)象的研究電力電子設(shè)備的研究斷路器電弧、沖擊電流FACTS 設(shè)備： STATCOM, SVC, UPFC, TCSC 模型諧波分析與網(wǎng)絡(luò)共振現(xiàn)象保護(hù)設(shè)備的實(shí)驗(yàn)三、PSCAD/EMTDCDenn is Woodford 博士于1976年在加拿大曼尼托巴水電局開發(fā)完成了EMTDC的初版，是一種世 界各國(guó)廣泛使用的電力系統(tǒng)仿真軟件，PSCAD是其用戶界面，PSCAD的開發(fā)成功，使得用戶能更方便地使用EMTDC進(jìn)行電力系統(tǒng)分析，使電力系統(tǒng)復(fù)雜部分可視化成為可能，而且軟件可以作為實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的前置端?？赡M任意大小的交直流系統(tǒng)。操作環(huán)境為：UNIX OS, Windows95, 98,NT ; Fo

7、rtran編輯器；瀏覽器和 TCP/IP協(xié)議。功能：可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中斷路器操作、故障及雷擊時(shí)出現(xiàn)的過電壓?可對(duì)包含復(fù)雜非線性元件（如直流輸電設(shè)備）的大型電力系統(tǒng)進(jìn)行全三相的精確模擬，其輸入、輸出界面非常直觀、方便?進(jìn)行電力系統(tǒng)時(shí)域或頻域計(jì)算仿真?電力系統(tǒng)諧波分析及電力電子領(lǐng)域的仿真計(jì)算?實(shí)現(xiàn)高壓直流輸電、FACTS控制器的設(shè)計(jì)四、電力系統(tǒng)分析軟件 BPA中國(guó)版的BPA程序是由中國(guó)電力科學(xué)院引進(jìn)、消化、吸收美國(guó)BPA程序開發(fā)而成。從1984年開始在我國(guó)推廣應(yīng)用以來，已在我國(guó)電力系統(tǒng)規(guī)劃部門、調(diào)度運(yùn)行部門、試驗(yàn)研究部門得到了廣泛的應(yīng)用，成為我國(guó)電力系統(tǒng)分析計(jì)算的重要工具之一。程序中包括詳細(xì)的發(fā)電機(jī)模

8、型和各種勵(lì)磁模型，主要由潮流和暫態(tài)穩(wěn)定程序構(gòu)成，具有計(jì)算規(guī)模大、計(jì)算速度快、數(shù)值穩(wěn)定性好、功能強(qiáng)等特點(diǎn)。操作系統(tǒng)為DOS及Windows 9X/NT/2000 版。功能：?潮流計(jì)算：采用P-Q分解法和牛頓-拉夫遜法相結(jié)合，以提高潮流計(jì)算的收斂性能，可進(jìn)行交流系統(tǒng)潮流計(jì)算，也可進(jìn)行包括雙端和多端直流系統(tǒng)的交直流混合潮流計(jì)算?自動(dòng)電壓控制：可對(duì)多種類型的發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)電壓進(jìn)行控制，具有自動(dòng)投切電抗器和電容 器電壓控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)帶負(fù)荷調(diào)節(jié)變壓器分接頭電壓控制功能。?聯(lián)絡(luò)線功率控制：通過自動(dòng)發(fā)電控制（AGC ）功能，自動(dòng)控制聯(lián)絡(luò)線的功率交換為給定值?系統(tǒng)事故分析（N-1開斷模擬）：用斷線補(bǔ)償法快速檢查制定

9、系統(tǒng)中的每個(gè)元件故障后的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，找出系統(tǒng)運(yùn)行的薄弱環(huán)節(jié)，為電網(wǎng)運(yùn)行、規(guī)劃提供依據(jù)-網(wǎng)絡(luò)等值：可采用 REI法，對(duì)指定區(qū)域進(jìn)行靜態(tài)等值，能保證等值網(wǎng)潮流結(jié)果與原始網(wǎng)一致?靈敏度分析：能夠按指定的擾動(dòng)量，給出功角、電壓靈敏度以及線路功率、線路損耗、網(wǎng)損等靈敏度分析報(bào)告?節(jié)點(diǎn)P-V、Q-V和P-Q曲線：在系統(tǒng)施加一定的電壓、無功或有功擾動(dòng)后，程序可自動(dòng)給出P-V、Q-V和P-Q變化模擬曲線?確定系統(tǒng)極限輸送水平：可方便地使系統(tǒng)發(fā)電機(jī)出力和負(fù)荷成比例地增加或減少，以預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)負(fù)荷的適應(yīng)能力?負(fù)荷靜特性模型：可以模擬由恒定功率、恒定電流和恒定阻抗構(gòu)成的靜態(tài)綜合負(fù)荷模型，用來模擬電壓變化對(duì)負(fù)荷的影響

10、?分析報(bào)告靈活、檢錯(cuò)信息詳細(xì)：用戶可自定義分析報(bào)告，程序提供900多種檢錯(cuò)信息，便于用戶根據(jù)檢錯(cuò)信息發(fā)現(xiàn)和校正錯(cuò)。五、電力系統(tǒng)分析軟件 NETOMAC簡(jiǎn)介：德國(guó)西門子公司在上個(gè)世紀(jì) 70年代開發(fā)的電力系統(tǒng)分析軟件，經(jīng)過多年的發(fā)展，該軟件不斷完善，功能日益強(qiáng)大，具有良好的開放性，可嵌入用戶自行編制的FORTRAN語言子程序、數(shù)學(xué)表達(dá)式等，用戶遍及世界各地。該軟件元件模型全，仿真頻帶寬，運(yùn)行與Windows環(huán)境下。功能：?潮流計(jì)算：可進(jìn)行單相、三相潮流計(jì)算，計(jì)算時(shí)可以考慮負(fù)荷電壓特性、變壓器分接頭、HVDC及SVC;也可進(jìn)行電感、電容耦合的多相線路潮流計(jì)算，得到分布式多相線路上的電壓隨距離的變化曲

11、線?暫態(tài)計(jì)算：分為電磁暫態(tài)計(jì)算和機(jī)電暫態(tài)計(jì)算。電磁暫態(tài)部分采用差分導(dǎo)納法、變積分步長(zhǎng)等方法和技巧有效地處理了開關(guān)操作產(chǎn)生間斷點(diǎn)、非線性連接等問題；機(jī)電暫態(tài)部分可用自定義地負(fù)荷模型考慮頻率、電壓特性，自定義的繼電保護(hù)斷開線路仿真。在暫態(tài)計(jì)算中不同的時(shí)段可采用不同的數(shù)學(xué)模型，可變積分步長(zhǎng)?參數(shù)辨識(shí)和優(yōu)化：在頻域或時(shí)域內(nèi)使用Quas Newt on , Modified Powell或最小二乘法進(jìn)行辨識(shí)；能在等式、不等式約束條件下對(duì)用戶自定義的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；能對(duì)發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化甚至可以解決一些較難優(yōu)化的數(shù)學(xué)問題?頻率響應(yīng)：計(jì)算網(wǎng)絡(luò)和電機(jī)的頻率特性以便于為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁等的參數(shù)設(shè)計(jì)提供依

12、據(jù)、計(jì)影響等算無源網(wǎng)絡(luò)的諧波分布、分析網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的周期性干擾、研究與頻率和電壓有關(guān)的負(fù)荷的?動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析：應(yīng)用收斂性較好的QR算法求出全部特征值，來判斷系統(tǒng)在小擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性；若考慮發(fā)電機(jī)軸系方程后，也可進(jìn)行次同步振蕩的研究?面向模塊的仿真語言：米用模塊化語言來模擬發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，原動(dòng)機(jī)調(diào)速器、汽輪機(jī)等。具有80多種模塊，其中有積分、慣性等基本積分環(huán)節(jié)，也有較大的組合模塊韓禎祥？張琦？徐政?一個(gè)大型集成化的電力系統(tǒng)仿真計(jì)算軟件一一 NETOMAC，電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1997.9六、PSASP電力系統(tǒng)分析綜合程序（Power SystemA nalysis Software Package,PS

13、ASP是一套歷史長(zhǎng)久、功能強(qiáng)大、使用方便的電力系統(tǒng)分析程序,它具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，是資源共享，使用方便，高度集成和開放的大型軟件包PSASP是電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)人員確定經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的重要工具；是運(yùn)行調(diào)度人員確定系統(tǒng)運(yùn)行方式、分析系統(tǒng)事故、尋求反事故措施的有效手段；是科研人員研究新設(shè)備、新元件投入系統(tǒng)等新問題的得力助手；是高等院校用于教學(xué)和研究的軟件設(shè)施。PSASP基于電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、固定模型庫以及用戶自定義模型庫的支持，可進(jìn)行電力系統(tǒng)（輸電、供電和配電系統(tǒng)）的各種計(jì)算分析。計(jì)算程序模塊潮流暫態(tài)穩(wěn)定短路電流網(wǎng)損分析電壓穩(wěn)定靜態(tài)安全分析靜態(tài)和動(dòng)態(tài)等值直接法暫態(tài)穩(wěn)定小干擾穩(wěn)定最優(yōu)

14、潮流和無功優(yōu) 化 參數(shù)優(yōu)化協(xié)調(diào) 繼電保護(hù)整定與仿真 主要特點(diǎn)：交直流混合電力系統(tǒng) 固定模型庫和用戶自定義模 型庫支持 提供用戶程序接口，實(shí)現(xiàn)與用戶程序聯(lián)合運(yùn)行文本和圖形兩種運(yùn)行模式及多種形式的結(jié)果輸出七、PSS/EOPF簡(jiǎn)介PIT美國(guó)電力技術(shù)咨詢公司在電力系統(tǒng)分析領(lǐng)域居世界之首，其PSS/E OPF (用于電力系統(tǒng)工程的仿真器的優(yōu)化潮流)是個(gè)功能強(qiáng)大，使用方便的電力網(wǎng)絡(luò)分析工具。它突破了常規(guī)的潮流分析，為用戶提供了全面優(yōu)化和調(diào)整輸電系統(tǒng)運(yùn)行的能力。PSS/EOPF完全嵌入在PSS/E的潮流程序中，使得這種優(yōu)化和調(diào)整更為容易。PSS/EOPF把職能融入潮流求解過程中，大大提高了分析電力系統(tǒng)性能的

15、效率。常規(guī)的潮流依賴于工程師系統(tǒng)地研究各個(gè)解后才能找到一個(gè)滿意的良好”解，而PSS/E OPF直接改變各種控制從而迅速地確定最優(yōu)”解。幾乎對(duì)于任何一個(gè)合理的初始點(diǎn)，OPF肯定能求得唯一的全局最優(yōu)解，并同時(shí)滿足系統(tǒng)約束，使成本減少到最小或使系統(tǒng)性能最佳。PSS/EOPF除了能夠進(jìn)行通常的優(yōu)化分析外(比如使運(yùn)行費(fèi)用減到最小)，還適用于解決與當(dāng)今電力市場(chǎng)環(huán)境更密切相關(guān)的許多問題，這包括：運(yùn)行費(fèi)用減到最小(Minimizing operatingcosts)；無功規(guī)戈V ( Reactive power scheduli ng )；電壓崩潰分析 ( Voltage collapse analysis

16、)；輸送能力分析(Transfer capability investigation )；基于地點(diǎn)的邊際電價(jià)分析 (Locati on basedmarg in al cost assessme n )；隨時(shí)需要的輔助服務(wù)費(fèi)用分析 (An cillary service opportu nity cost assessme nt;建立用作對(duì)系統(tǒng)影響評(píng)估的常規(guī)潮流(Impact assessmentbasecasedevelopment)。PSS/EOPF提供經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的使用簡(jiǎn)單的圖形斷面。該斷面可以幫助迅速定義和建立即使是最為復(fù)雜的電力系統(tǒng)優(yōu)化問題。PSS/E OPF完全集成在PSS/E的潮

17、流程序中，可以直接從PSS/E獲得所有必要的潮流數(shù)據(jù)模型，并在每次一個(gè)優(yōu)化潮流求解過程完成后立即自動(dòng)更新這些潮流數(shù)據(jù)。因此，這個(gè)過程非常有效。優(yōu)化潮流的數(shù)據(jù)編輯器可以方便地用來輸入和修改所有的約束和控制變量。整個(gè)過程的操作是通過一組完整的視窗構(gòu)成的現(xiàn)代圖形斷面進(jìn)行的。程序的每一個(gè)功能都可以從驅(qū)動(dòng)菜單中選擇。PSS/EOPF可以提供的目標(biāo)函數(shù)為(可以同時(shí)滿足一個(gè)或多個(gè)目標(biāo))：使燃料費(fèi)用減到最小(Minimize fuel costs )；使平衡母線發(fā)電機(jī)有功出力減到最小(Mi ni mize active power slack gen eration)；使平衡母線發(fā)電機(jī)無功出力減到最小(Mi

18、ni mize reactive power slackgeneration )；使有功損耗減到最小(Minimize active power loss )； 使無功損耗減到最小(Minimize reactive power loss)； 使支路電抗調(diào)整量減到最小 (Mi nimize adjustable bra nchreacta nee ); 使母校并聯(lián)電容調(diào) 整量減至U最小 (Minimize adjustable bus shunts) ;使母線負(fù)荷調(diào)整量減到最小 (Minimize adjustable busloads )； 使斷面潮流減到最小(Mi nimize in terface flows )； 使斷面有功潮流傳輸最大 ( Maximize in terface active power tran sfer )。PSS/EOPF允許用戶任意選擇上述目標(biāo)函數(shù)的組合，只要點(diǎn)擊圖形斷面上的功能鍵就可容易實(shí)現(xiàn)。優(yōu)化潮流問題的陳述是通過將目標(biāo)函數(shù)與任意數(shù)目的約束和控制結(jié)合起來而形成的，這些約束和控制可以是：母線電壓幅值限制(Bus voltage magnitude limits);支路潮流限制(有功、無功、視在功率、電流)(Bran ch flow limits (MW, MVar,MV A, Ampere)；斷面潮流限制(有功、無功)(