《電力系統(tǒng)仿真技術(shù).ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《電力系統(tǒng)仿真技術(shù).ppt（83頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、電力系統(tǒng)仿真技術(shù),武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院 曹玉勝,電力系統(tǒng)仿真概述 動(dòng)態(tài)模擬仿真技術(shù) 數(shù)模混合仿真技術(shù) 全數(shù)字仿真技術(shù) 機(jī)電暫態(tài)仿真軟件 電磁暫態(tài)仿真軟件 電力電子仿真工具 配電網(wǎng)的仿真軟件,內(nèi)容,電力系統(tǒng)仿真概述 現(xiàn)代電力系統(tǒng)是集發(fā)電、輸電、配電和用電為一體的復(fù)雜非線性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。對(duì)其物理本質(zhì)的研究涉及到短至1s到長(zhǎng)至1h的動(dòng)態(tài)過(guò)程。為了保證實(shí)際運(yùn)行的電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，不便采用在線物理試驗(yàn)的方法對(duì)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行研究。目前主要利用電力系統(tǒng)仿真軟件離線計(jì)算的方法對(duì)電力系統(tǒng)及裝置的動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行仿真研究。 電力系統(tǒng)的仿真技術(shù)主要有三大類(lèi)，即電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬仿真技術(shù)、電力系統(tǒng)數(shù)?；旌?/p>

2、式仿真技術(shù)以及電力系統(tǒng)全數(shù)字仿真技術(shù)。,電力仿真的時(shí)間尺度,,10-7,10-5,,,,,,,,,,,,,10-3,10-1,101,103,105,,,,Timescale (seconds),1 cycle,,1 sec,1 min,1 hr,1 day,,,,,Imbalance, harmonics, inter-harmonics, notching, noise,Voltage fluctuations,Frequency variations,Electromagnetic transient modeling and simulation,二.動(dòng)態(tài)模擬仿真技術(shù) 電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模

3、擬仿真技術(shù)采用物理仿真，其原理是用比原型系統(tǒng)在規(guī)格上縮減一定比例的方法建立物理模型系統(tǒng)，通過(guò)在物理模型上做試驗(yàn)代替在實(shí)際系統(tǒng)中的試驗(yàn)。 20世紀(jì)60年代以前，電力系統(tǒng)仿真主要采用這種全物理的動(dòng)態(tài)模擬裝置。 其優(yōu)點(diǎn)是可以較真實(shí)的反映被研究系統(tǒng)的全動(dòng)態(tài)過(guò)程，現(xiàn)象直觀明了，物理意義明確； 缺點(diǎn)是仿真的規(guī)模受實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和場(chǎng)地限制，而且每一次不同類(lèi)型的試驗(yàn)都要重新進(jìn)行電氣接線，耗力耗時(shí)，另外，可擴(kuò)展性和兼容性差。,動(dòng)模實(shí)驗(yàn)室,三.數(shù)?；旌戏抡婕夹g(shù) 計(jì)算機(jī)和數(shù)值計(jì)算技術(shù)的飛速發(fā)展，使得電力系統(tǒng)數(shù)字仿真技術(shù)得到了迅速地發(fā)展。電力系統(tǒng)數(shù)字仿真包括全數(shù)字仿真和電力系統(tǒng)數(shù)模混合仿真。 電力系統(tǒng)數(shù)?；旌戏?/p>

4、真是仿真的時(shí)間刻度與真實(shí)物理時(shí)間進(jìn)度嚴(yán)格同步的實(shí)時(shí)物理仿真。這樣可以把仿真與現(xiàn)實(shí)物理系統(tǒng)對(duì)接起來(lái)，把純軟件仿真嵌入到真實(shí)世界中，成為在實(shí)時(shí)仿真器中運(yùn)行的“虛擬電網(wǎng)”。 混合仿真的優(yōu)點(diǎn)在于綜合了數(shù)字仿真和物理仿真優(yōu)勢(shì)，能夠較真實(shí)地模擬一些系統(tǒng)電氣元件，準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，缺點(diǎn)是接口環(huán)節(jié)多、試驗(yàn)接線工作量大和仿真規(guī)模受限。,電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真器主要有：ADPSS、ARENE、DDRTS、HYPERSIM、RTDS、RT-LAB、dSPACE。 RTDS全稱(chēng)為實(shí)時(shí)數(shù)字仿真儀，由加拿大曼尼托巴RTDS公司開(kāi)發(fā)制造，是最早設(shè)計(jì)用于研究電力系統(tǒng)中電磁暫態(tài)現(xiàn)象的裝置。加拿大魁北克水電研究所的TEQ

5、SIM公司開(kāi)發(fā)了電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)（HYPERSIM），主要用于電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真，其核心軟件是EMTP程序。法國(guó)電力公司（EDF）開(kāi)發(fā)的ANENE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，其核心軟件也是EMTP。由殷圖科技發(fā)展有限公司、東北電力調(diào)度通信中心和清華大學(xué)聯(lián)合研制、開(kāi)發(fā)的數(shù)字動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)DDRTS），是國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的實(shí)時(shí)數(shù)字仿真系統(tǒng)。中國(guó)電力科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)了世界上首套可模擬大規(guī)模電力系統(tǒng)（1000臺(tái)機(jī)、10000個(gè)節(jié)點(diǎn)）的全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置ADPSS，大規(guī)模電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)字仿真也得以實(shí)現(xiàn)。,,,,,,,,,ADPSS實(shí)時(shí)仿真裝置,四.全數(shù)字仿真技術(shù) 隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，系統(tǒng)規(guī)模和復(fù)雜程度的增

6、加，采取物理模擬的方法對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行仿真受到限制。全數(shù)字仿真系統(tǒng)內(nèi)所有元件都采用數(shù)字仿真模型。由于其具有不受原有系統(tǒng)規(guī)模和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的限制、保證被研究和試驗(yàn)系統(tǒng)的安全性、具有良好的經(jīng)濟(jì)性和便利性、可用于對(duì)設(shè)計(jì)未來(lái)系統(tǒng)性能的預(yù)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為分析、研究電力系統(tǒng)必不可少的工具。 全數(shù)字仿真系統(tǒng)主要使用各類(lèi)離線數(shù)字仿真軟件實(shí)現(xiàn)，也能以電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真器純數(shù)值計(jì)算的方式實(shí)現(xiàn)。,主要分類(lèi) 根據(jù)需要研究的動(dòng)態(tài)過(guò)程的作用時(shí)間長(zhǎng)短，電力系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程分為機(jī)電暫態(tài)過(guò)程、電磁暫態(tài)過(guò)程和中長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)過(guò)程仿真 。 根據(jù)仿真研究的對(duì)象，分為輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)仿真。 根據(jù)對(duì)元件描述的精細(xì)程度，分為集總元件仿真和分布參數(shù)

7、電磁場(chǎng)仿真。,機(jī)電暫態(tài)仿真工具： PSS/E 、 PSASP 、BPA 、Simpow、Eurostag、PowerWorld Simulator、POWERTECH DSA、CYME、NEPLAN、ETMSP 電磁暫態(tài)仿真工具： EMTP/ATP、PSCAD/EMTDC 、EmtpE 混合仿真工具： NETOMAC、DIgSILENT、SimPowerSystems 電磁場(chǎng)仿真工具： ANSOFT、ANSYS、CDEGS、Infolytica、IES 電力電子仿真工具: PLECS、PSIM 、SABER、Caspoc 配電網(wǎng)仿真工具: ETAP 、EDSA/Design

8、Base、 PSS/SINCAL、 PSS/ADEPT 實(shí)時(shí)物理仿真工具: ADPSS、ARENE、DDRTS 、 HYPERSIM、RTDS、RT-LAB、dSPACE 不同軟件仿真的適用范圍并無(wú)嚴(yán)格定義，通常情況下同樣的問(wèn)題可以選用多種不同的軟件進(jìn)行分析研究, 但選取適合的軟件工具能夠減少不必要的工作量。紅色標(biāo)注了使用頻率高的軟件。,4.1 機(jī)電暫態(tài)仿真軟件,機(jī)電暫態(tài)過(guò)程的仿真，主要研究電力系統(tǒng)受到大擾動(dòng)后的暫態(tài)穩(wěn)定和受到小擾動(dòng)后的靜態(tài)穩(wěn)定性能。其中暫態(tài)穩(wěn)定分析是研究電力系統(tǒng)受到諸如短路故障，切除線路、發(fā)電機(jī)、負(fù)荷，發(fā)電機(jī)失去勵(lì)磁或者沖擊性負(fù)荷等大擾動(dòng)作用下，電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為和

9、保持同步穩(wěn)定運(yùn)行的能力。 電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)仿真的算法是聯(lián)立求解電力系統(tǒng)微分方程組和代數(shù)方程組，以獲得物理量的時(shí)域解。微分方程組的求解方法主要有隱式梯形積分法、改進(jìn)尤拉法、龍格-庫(kù)塔法等，其中隱式梯形積分法由于數(shù)值穩(wěn)定性好而得到越來(lái)越多的應(yīng)用。代數(shù)方程組的求解方法主要采用適于求解非線性代數(shù)方程組的牛頓法。按照微分方程和代數(shù)方程的求解順序可分為交替解法和聯(lián)立解法。 目前，國(guó)內(nèi)常用的機(jī)電暫態(tài)仿真程序是電力系統(tǒng)綜合程序(PSASP)和中國(guó)版BPA電力系統(tǒng)分析程序。國(guó)際上常用的有美國(guó)PTI公司的PSSE、美國(guó)EPRI的ETMSP、ABB的SIMPOW程序、德國(guó)西門(mén)子的NETOMAC、德國(guó)Powerf

10、actory的DIgSILENT。,4.1.1 PSS/E PSS/E是美國(guó)PTI電力技術(shù)咨詢(xún)公司專(zhuān)門(mén)為輸電系統(tǒng)分析而設(shè)計(jì)的綜合仿真軟件包，是世界電力工業(yè)最廣泛應(yīng)用的電力系統(tǒng)分析軟件之一，用來(lái)研究電力傳輸系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)功能，能處理潮流計(jì)算、故障分析、網(wǎng)絡(luò)等值、動(dòng)態(tài)仿真和安全運(yùn)行優(yōu)化等問(wèn)題。 PSS/E由于其高度模塊化的結(jié)構(gòu)使得它能完成很多功能，同時(shí)它還鼓勵(lì)工程人員在標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算程序不能滿足要求時(shí)，可以引入自己的子程序來(lái)解決特定的問(wèn)題。PSS/E具有強(qiáng)大的計(jì)算能力，目前PSS/E33版本處理的電力網(wǎng)絡(luò)的最大規(guī)模為15萬(wàn)條母線、30萬(wàn)條線路、30萬(wàn)個(gè)負(fù)荷以及3.3萬(wàn)臺(tái)發(fā)電機(jī)。 P

11、SS/E提供了豐富的文檔和培訓(xùn)來(lái)幫助使用者理解其豐富的功能：在線幫助文檔多達(dá)9000多頁(yè)，另外還有大量的輔助教程可供參考；每年在世界各地舉辦培訓(xùn)班、研討會(huì)，交流用戶(hù)使用經(jīng)驗(yàn)。,PSS/E操作界面,PSS/E仿真規(guī)模,PSS/E仿真規(guī)模,PSS/E參考文檔,C:Program Files PTIPSSE33DOCS,PSSE33 WECC UsersGUIguide TMLC SavedCase ReleaseNotes Reference PSSPLT PSSExpress PSSEAPI POM PAG PAG-V2 PAG-V1 ModelLibrary GUIDEtoPP LinePro

12、p IPLAN Installation Compatibility CLI CheatSheets,PSS/E功能結(jié)構(gòu)圖,PSS/E OPF 簡(jiǎn)介 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(hù)提供了全面優(yōu)化和調(diào)整輸電系統(tǒng)運(yùn)行的能力。PSS/E OPF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/E OPF把職能融入潮流求解過(guò)程中，大大提高了分析電力系統(tǒng)性能的效率。常規(guī)的潮流依賴(lài)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

13、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/E OPF提供經(jīng)過(guò)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(wèn)題。PSS/E OPF完全集成在PSS/E的潮流程序中，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(guò)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(guò)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(lái)輸入和修改所有的約束和控制變量。整個(gè)過(guò)程的操作是通過(guò)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)

14、動(dòng)菜單中選擇。,PSS/E OPF 簡(jiǎn)介 PSS/E OPF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?。?，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(wèn)題，這包括： 運(yùn)行費(fèi)用減到最?。∕inimizing operating costs）； 無(wú)功規(guī)劃（Reactive power scheduling）； 電壓崩潰分析（Voltage collapse analysis）； 輸送能力分析（Transfer capability investigation）； 基于地點(diǎn)的邊際電價(jià)分析（Location based marginal cost assessment）； 隨時(shí)需要的

15、輔助服務(wù)費(fèi)用分析（Ancillary service opportunity cost assessment）； 建立用作對(duì)系統(tǒng)影響評(píng)估的常規(guī)潮流（Impact assessment base case development）。,PSS/E OPF 簡(jiǎn)介 PSS/E OPF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?。∕inimize active power slack generation）； 使平衡母線發(fā)電機(jī)無(wú)功出力減到最?。∕inimize reactive power s

16、lack generation）； 使有功損耗減到最小（Minimize active power loss）； 使無(wú)功損耗減到最?。∕inimize reactive power loss）； 使支路電抗調(diào)整量減到最?。∕inimize adjustable branch reactance）； 使母校并聯(lián)電容調(diào)整量減到最?。∕inimize adjustable bus shunts）； 使母線負(fù)荷調(diào)整量減到最?。∕inimize adjustable bus loads）； 使斷面潮流減到最?。∕inimize interface flows）； 使斷面有功潮流傳輸最大（Maximize

17、 interface active power transfer）。,PSS/E OPF 簡(jiǎn)介 PSS/E OPF允許用戶(hù)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(wèn)題的陳述是通過(guò)將目標(biāo)函數(shù)與任意數(shù)目的約束和控制結(jié)合起來(lái)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(wú)功、視在功率、電流）（Branch flow limits (MW, MVar, MVA, Ampere)）； 斷面潮流限制（有功、無(wú)功）（Interface flow limits (MW, MVar

18、)）； 發(fā)電機(jī)無(wú)功容量限制（Generator reactive power capability limits）； 發(fā)電周期備用限制（Generation period reserve limits）； 發(fā)電機(jī)有功限制（Generator active power limits）； 母線并聯(lián)電容調(diào)整量的限制（Adjustable bus shunt limits）； 支路電抗調(diào)整量的限制（Adjustable branch reactance limits）； 母線負(fù)荷調(diào)整量的限制（Adjustable load limits）。,4.1.2 PSASP 電力系統(tǒng)分析綜合程序（Powe

19、r System Analysis Software Package）簡(jiǎn)稱(chēng)PSASP。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(kāi)放的大型軟件包。 PSASP基于電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、固定模型庫(kù)以及用戶(hù)自定義模型庫(kù)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。 開(kāi)發(fā)歷史： 自1973年開(kāi)始開(kāi)發(fā) 1973-1980 早期的機(jī)器指令版 1980-1986 大中型機(jī) FORTRAN 語(yǔ)言版 1986-1995 微機(jī) DOS 版 1995至今 微機(jī) Windows 版 全國(guó)各省市、香港地區(qū)電力

20、規(guī)劃設(shè)計(jì)、生產(chǎn)調(diào)度運(yùn)行、科研教育等超過(guò)400家用戶(hù) ，應(yīng)用于多項(xiàng)大型電力系統(tǒng)工程計(jì)算分析 ，應(yīng)用于多所大學(xué)作為科研和教學(xué)的有力工具 。1985年榮獲首屆國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。,PSASP功能簡(jiǎn)介 主要包括如下模塊：,PSASP圖模一體化平臺(tái) PSASP潮流計(jì)算模塊（LF） PSASP暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算模塊（ST） PSASP短路計(jì)算模塊（SC） PSASP最優(yōu)潮流和無(wú)功優(yōu)化計(jì)算模塊（OPF） PSASP靜態(tài)安全分析模塊（SA） PSASP網(wǎng)損分析模塊（NL） PSASP靜態(tài)和動(dòng)態(tài)等值計(jì)算模塊（EQ） PSASP用戶(hù)自定義模型和程序接口模塊（UD/UPI） PSASP直接法穩(wěn)定計(jì)算模塊（DST） PSA

21、SP小干擾穩(wěn)定分析模塊（SST） PSASP電壓穩(wěn)定分析模塊（VST） PSASP繼電保護(hù)整定計(jì)算模塊（RPS） PSASP線性/非線性參數(shù)優(yōu)化模塊（LPO/NPO） PSASP諧波分析模塊（HMA） PSASP分布式離線計(jì)算平臺(tái) PSASP電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng) PSASP暫態(tài)穩(wěn)定極限自動(dòng)求解程序 PSASP負(fù)荷電流防冰融冰輔助決策系統(tǒng),PSASP功能結(jié)構(gòu),PSASP操作界面,4.1.3 PSD-BPA PSD-BPA是一個(gè)大型電力系統(tǒng)分析軟件包，是中國(guó)電力科學(xué)研究院系統(tǒng)所電力系統(tǒng)分析軟件包的統(tǒng)一標(biāo)志，簡(jiǎn)稱(chēng)PSD 軟件或PSD 程序，PSD 是電力系統(tǒng)研究所的英文縮寫(xiě)，PSD 軟件主體由下述

22、程序組成： （1） PSD-BPA 潮流及暫態(tài)穩(wěn)定程序（原中國(guó)版BPA 程序）； （2） PSD-PSDB 電網(wǎng)計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)； （3） EMTPE 電力電子與電磁暫態(tài)仿真程序； （4） PSD-FDS 電力系統(tǒng)全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真程序； （5） PSD-SCCP 電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算程序； （6） PSD-DEQU 電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)等值程序； （7） PSD-SSAP 電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性分析程序； （8） PSD-OPF 無(wú)功優(yōu)化程序； （9） PSD-VSAP 電壓穩(wěn)定分析程序； （10）PSD-NET 電力系統(tǒng)快速分布式統(tǒng)一計(jì)算平臺(tái) （11）PSD 軟件輔助分析工具系統(tǒng)： PSD-PCS

23、 電力系統(tǒng)數(shù)字平臺(tái)； PSD-Clique 地理接線圖格式潮流圖繪制程序； PSD-Joy 單線圖格式潮流圖繪制程序； PSD-CurveMaker 曲線繪制工具； PSD 數(shù)據(jù)編輯器（PSD-PSAW 系統(tǒng)分析集成平臺(tái)、PSD-TextEdit）,PSD 總體框圖,PSD-BPA 結(jié)構(gòu)示意圖,PSD-PSAW系統(tǒng)分析集成平臺(tái),4.1.4 DSATools 加拿大Powertech Labs Inc.的電力系統(tǒng)安全分析軟件包(DSAToolsTM)是分析研究現(xiàn)代大規(guī)模互聯(lián)電力系統(tǒng)的理想工具。從最基本的潮流短路分析，電網(wǎng)電壓水平，元件熱過(guò)載計(jì)算到復(fù)雜電力系統(tǒng)暫

24、態(tài)穩(wěn)定，中短期動(dòng)態(tài)穩(wěn)定，小干擾穩(wěn)定與電壓穩(wěn)定分析，直至各種電力系統(tǒng)控制器和穩(wěn)控裝置的設(shè)計(jì)，調(diào)制等，DSATools 可以滿足現(xiàn)代電網(wǎng)規(guī)劃，運(yùn)行以及控制等各方面的要求。 先進(jìn)的仿真計(jì)算技術(shù)與強(qiáng)大的模型解算能力，賦予DSATools 具有分析研究當(dāng)今世界任何規(guī)?；ヂ?lián)電網(wǎng)的能力。強(qiáng)大的用戶(hù)圖形界面和計(jì)算結(jié)果分析處理功能更使得DSATools的運(yùn)行操作以及研究報(bào)告的制作輕松，容易。,DSATools組成模塊 Powertech的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)安全綜合分析軟件包DSATools 目前包括下列功能模塊： 潮流及短路分析程序PSAT (Powerflow 用戶(hù)自定義模型圖形編輯器(UDM Edito

25、r)； 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS設(shè)計(jì)及整定(CDT)； 在線動(dòng)態(tài)安全分析平臺(tái)(DSA Manager)。,,DSAToolsTM主要應(yīng)用領(lǐng)域 電力系統(tǒng)中長(zhǎng)期規(guī)劃 電源（包括新能源）接入分析 電力系統(tǒng)運(yùn)行方式分析 電力系統(tǒng)在線安全分析，包括系統(tǒng)安全穩(wěn)定預(yù)警，調(diào)度輔助決策，穩(wěn)控系統(tǒng)決策表在線更新及驗(yàn)證等 風(fēng)電等新能源的實(shí)時(shí)安全運(yùn)行分析 特殊穩(wěn)控問(wèn)題的分析 各類(lèi)電力設(shè)備的建模及分析 各種控制器及穩(wěn)控措施設(shè)計(jì)及分析 事故的仿真復(fù)現(xiàn)及分析 科研及教學(xué),在線動(dòng)態(tài)安全分析（On-Line DSA）,DSA操作界面,4.2 電磁暫態(tài)仿真軟件,電磁暫態(tài)過(guò)程數(shù)字仿真是用數(shù)值計(jì)算方法對(duì)電力系統(tǒng)中從數(shù)微秒至數(shù)秒之間的電磁

26、暫態(tài)過(guò)程進(jìn)行仿真模擬。電磁暫態(tài)過(guò)程仿真必須考慮輸電線路分布參數(shù)特性和參數(shù)的頻率特性、發(fā)電機(jī)的電磁和機(jī)電暫態(tài)過(guò)程以及一系列元件(避雷器、變壓器、電抗器等)的非線性特性。因此，電磁暫態(tài)仿真的數(shù)學(xué)模型必須建立這些元件和系統(tǒng)的代數(shù)或微分、偏微分方程。一般采用的數(shù)值積分方法為隱式積分法。 由于電磁暫態(tài)仿真不僅要求對(duì)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)元件采用詳細(xì)的非線性模型，還要計(jì)及網(wǎng)絡(luò)的暫態(tài)過(guò)程，也需采用微分方程描述，使得電磁暫態(tài)仿真程序的仿真規(guī)模受到了限制。一般進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真時(shí)，都要對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行等值化簡(jiǎn)。 電磁暫態(tài)仿真程序目前普遍采用的是電磁暫態(tài)程序(electromagnetic transients pro

27、gram，簡(jiǎn)稱(chēng)為EMTP)，1987年以來(lái)，EMTP的版本更新工作在多國(guó)合作的基礎(chǔ)上繼續(xù)發(fā)展，中國(guó)電力科學(xué)研究院(簡(jiǎn)稱(chēng)電科院)在EMTP的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了EMTPE。具有與EMTP相似功能的程序還有加拿大Manitoba直流研究中心的EMTDCPSCAD、加拿大哥倫比亞大學(xué)的MicroTran、德國(guó)西門(mén)子的NETOMAC等。,4.2.1 EMTP-RV簡(jiǎn)介 歷史背景。 EMTP在二十世紀(jì)六十年代后期由 Hermann Dommel 博士開(kāi)發(fā)，然后將其帶到了 BPA（Bonneville Power Administration）。1973年，Hermann Dommel 博士離開(kāi)BPA前往UB

28、C（University of British Columbia ）。自此，EMTP的兩種版本開(kāi)始形成。一是UBC版，主要用于模型開(kāi)發(fā)；一是BPA版，成為業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)工具。 BPA版是BPA的 Scott Meyer 博士和 Tsu-huei Liu 博士以及北美電力業(yè)許多工作人員的共同努力的成果。為了使軟件的開(kāi)發(fā)更加合理以吸收更多資金，DCG（EMTP Development Coordination Group）于1984年成立。隨著DCG的成立，EMTP的開(kāi)發(fā)團(tuán)體發(fā)生了一系列變化。 1986年，出于意識(shí)形態(tài)上的分歧，Scott Meyer 博士離開(kāi)DCG開(kāi)發(fā)并發(fā)布一個(gè)EMTP的獨(dú)立版本A

29、TP（Alternative Transients Program）。它是免費(fèi)的，并由使用者自行開(kāi)發(fā)維護(hù)。 1989年，UBC進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了EMTP的原始版本，并以MicroTran的品牌名稱(chēng)出售。 1998年，DCG在Hydro-Qubec的支持下，開(kāi)始重寫(xiě)EMTP程序，并于2003年推出重構(gòu)的版本EMTP-RV。,EMTPWorks操作界面,Reference in transients simulation Solution for large networks Provide detailed modeling of the network component including c

30、ontrol, linear and non-linear elements Open architecture coding that allows users customization and implementation of sophisticated models New steady-state solution with harmonics New three-phase load-flow Automatic initialization from steady-state solution New capability for solving detailed semico

31、nductor models Simultaneous switching options for power electronics applications,EMTP-RV key features:,EMTP-RV Applications:,Lightning surges Switching surges Temporary overvoltages Insulation coordination Power electronics and FACTS General control system design Power Quality issues Capacitor bank

32、switching Series and shunt resonances,Ferroresonance Motor starting Steady-State analysis of unbalanced system Distribution networks and Distributed generation Power system dynamic and load modeling Subsynchronous resonance and shaft stresses Power system protection issues,EMTPWorks的基本原理 EMTP-RV使用

33、面向?qū)ο蟮木幊棠Ｊ剑鶕?jù)所處理對(duì)象的不同分為 EMTP-RV 核心數(shù)據(jù)處理引擎、EMTPWorks圖形化編輯界面和ScopeView可視化數(shù)據(jù)處理程序三個(gè)不同的部分。,,EMTP-RV組織結(jié)構(gòu)圖,EMTPWorks提供給用戶(hù)一個(gè)圖形化的建模環(huán)境，它將使用者用圖形模塊搭建的系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)換為EMTP-RV計(jì)算引擎可識(shí)別的網(wǎng)絡(luò)表*.NET 文件。 EMTP-RV計(jì)算引擎則根據(jù)讀入的網(wǎng)絡(luò)表*.NET文件，分析網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，解析元器件模型，構(gòu)成系統(tǒng)計(jì)算矩陣并按給定的條件進(jìn)行仿真，最后將仿真結(jié)果寫(xiě)入二進(jìn)制的數(shù)據(jù)文件*.mda和相關(guān)ASCII文本繪圖文件*.m。 可視化數(shù)據(jù)處理程序ScopeView對(duì)EM

34、TP-RV計(jì)算引擎輸出的數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的加工處理，最終以多組彩色曲線圖的形式顯示仿真結(jié)果。 這三個(gè)組成部分為用戶(hù)提供了一個(gè)完善的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，同時(shí)，各部分又有其相對(duì)獨(dú)立的不同特征。,EMTPWorks為創(chuàng)建復(fù)雜電網(wǎng)絡(luò)模型提供了一個(gè)直觀且功能強(qiáng)大的圖形化編輯界面。它支持以拖放（Drag and Drop）方式添加電氣元件；元件連接可選單相或三相信號(hào)連線的方式；元件和信號(hào)均被視為具有屬性的對(duì)象，可隨時(shí)對(duì)其特征屬性進(jìn)行編輯；內(nèi)置的符號(hào)編輯器可用于編輯元件的圖形標(biāo)識(shí)。EMTPWorks提供無(wú)限層次子網(wǎng)絡(luò)的封裝功能：用戶(hù)可將一部分子電路封裝起來(lái)，用特定的符號(hào)表示，并以子模塊嵌套的方式構(gòu)建大規(guī)模的電網(wǎng)絡(luò)模

35、型。對(duì)于常用的電氣設(shè)備模型，EMTPWorks提供了豐富的元件庫(kù)可供選擇，并能按照用戶(hù)需要對(duì)庫(kù)中的元件進(jìn)行修改；EMTPWorks提供自定義元件編輯功能，可以方便地對(duì)現(xiàn)有元件庫(kù)進(jìn)行擴(kuò)展。,EMTP-RV 核心計(jì)算引擎使用最新Fortran-95標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)，具有非?？斓倪\(yùn)算速度和較高的存儲(chǔ)器利用率。新的網(wǎng)絡(luò)方程稀疏矩陣表述形式使它可以處理巨型網(wǎng)絡(luò)，消除了對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的限制，并提供對(duì)插件模型的接口功能；非線性模型求解方法的改進(jìn)極大提高了計(jì)算收斂速度，同時(shí)消除對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞南拗?。?duì)同一網(wǎng)絡(luò)模型，它提供頻域、時(shí)域、穩(wěn)態(tài)和統(tǒng)計(jì)分析四種可選計(jì)算模式；還能夠自動(dòng)初始化穩(wěn)態(tài)求解過(guò)程，并可提供穩(wěn)態(tài)模型的諧波求解。

36、其開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)允許用戶(hù)使用自定義的復(fù)雜模型，并對(duì)現(xiàn)有的專(zhuān)用工具箱進(jìn)行擴(kuò)展。,ScopeView可視化數(shù)據(jù)處理程序能夠?qū)atlab、Comtrade和EMTP-RV格式的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行處理。它提供了基本的圖形縮放、疊印、多列和多頁(yè)圖形顯示功能；能夠動(dòng)態(tài)跟蹤顯示光標(biāo)所在處數(shù)據(jù)值，顯示節(jié)選圖形區(qū)域內(nèi)的最大值、最小值、均值和有效值。內(nèi)建的函數(shù)編輯器可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理，實(shí)現(xiàn)從簡(jiǎn)單的加減乘除類(lèi)算術(shù)運(yùn)算到復(fù)雜的離散傅立葉變換、諧波分析等函數(shù)功能。支持線性和指數(shù)形式的坐標(biāo)軸表示，并能方便地使用屬性頁(yè)編輯顯示曲線的標(biāo)題、坐標(biāo)軸標(biāo)簽、顯示線型和圖例等屬性。能夠?qū)?dāng)前顯示模式和數(shù)據(jù)處理過(guò)程保存為模版，方便今后載

37、入對(duì)多組數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。支持Windows剪貼板功能，能夠?qū)D形拷貝到其他程序進(jìn)行處理；并可使用Matlab binary、Comtrade、pdf、jpg、png、eps等多種圖形格式導(dǎo)出顯示數(shù)據(jù)，供其他程序進(jìn)一步進(jìn)行處理。,主要元件和模型庫(kù) EMTP-RV的元件分為內(nèi)置元件、內(nèi)置封裝組件和用戶(hù)自定義元件三大類(lèi)型。 內(nèi)置元件是由 EMTP-RV支持的基本功能模塊，它們具有獨(dú)立的數(shù)學(xué)模型并可直接被EMTP識(shí)別 。 內(nèi)置封裝組件是由EMTP-RV內(nèi)置元件相互連接組成的子功能模塊封裝后形成的，它們提供了常用設(shè)備的模型表示。 用戶(hù)自定義元件是用戶(hù)根據(jù)自己的需要用內(nèi)置元件自行搭建的模型，或是直

38、接通過(guò)動(dòng)態(tài)連接庫(kù)DLL提供的用戶(hù)功能模塊。,advanced.clf：提供包括STATCOM、SVC、可變負(fù)荷模型等一系列電力電子設(shè)備模型 。 RLC branches.clf：提供電阻R、電容C、電感L和它們相互組合而成一系列RLC電力設(shè)備。 control.clf：包含比較器、增益、延遲、積分、微分、采樣、保持、加法器等基本控制元件的元件庫(kù)。 control functions.clf：提供了對(duì)常用控制算法的支持，包含PI、PID、PWM、PLL等控制算法實(shí)現(xiàn)。 control of machies.clf：這是包含多種勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和調(diào)速器在內(nèi)的設(shè)備庫(kù)。 flip flops.clf：各種D

39、、J-K、S-R和T觸發(fā)器模型庫(kù)。 hvdc.clf：收集了常用的6脈沖和12脈沖觸發(fā)高壓直流應(yīng)用的控制信號(hào)發(fā)生裝置。 lines.clf：各種傳輸線和電纜模型的集合。 machines.clf：包含同步機(jī)、異步機(jī)、直流電機(jī)、永磁電機(jī)、雙相感應(yīng)電機(jī)在內(nèi)的電機(jī)模型庫(kù)。,meters.clf：集合了各種電壓、電流和控制信號(hào)輸出測(cè)量元件。 meters periodic.clf：用于測(cè)量電壓、電流有效值和有功、無(wú)功輸出等周期量的元件集合。 nonlinear.clf：提供了SiC和ZnO避雷器、時(shí)變電阻、非線性電阻和電感等非線性元件。 phasors.clf：提供極坐標(biāo)系的加減乘除、旋轉(zhuǎn)、坐標(biāo)變換等

40、矢量運(yùn)算功能。 sources.clf：各種交直流標(biāo)準(zhǔn)電流源、電壓源和脈沖電流源、電壓源模型庫(kù)。 switches.clf：包含斷路器、放電間隙、二極管、晶閘管等類(lèi)型的開(kāi)關(guān)元件庫(kù)。 transformations.clf：Park變換、諧波分析等常用數(shù)學(xué)變換庫(kù)。 transformers.clf：包含多種類(lèi)型和不同連接方式的電力變壓器模型。,仿真實(shí)例 EMTP Examples。,4.2.2 PSCAD Dennis Woodford博士于1976年在加拿大曼尼托巴水電局開(kāi)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(hù)界面。 PSCAD/EMT

41、DC在時(shí)間域描述和求解完整的電力系統(tǒng)及其控制的微分方程(包括電磁和機(jī)電兩個(gè)系統(tǒng))。這一類(lèi)的模擬工具不同于潮流和暫態(tài)的模擬工具。后者是用穩(wěn)態(tài)解去描述電路(即電磁過(guò)程)。但是在解電機(jī)的機(jī)械動(dòng)態(tài)(即轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)微分方程。PSCAD/EMTDC的結(jié)果是作為時(shí)間的即時(shí)值被求解。但通過(guò)內(nèi)置的轉(zhuǎn)換器和測(cè)量功能(象實(shí)有效值表計(jì)，或者快速傅里葉變換頻譜分析等)。這些結(jié)果能被轉(zhuǎn)換為矢量的幅值和相角。,應(yīng)用范圍 研究電力系統(tǒng)中由于故障或開(kāi)關(guān)操作引起的過(guò)電壓。它也能模擬變壓器的非線性(即飽和)這一決定性因素。 多運(yùn)行工具(Multiple run facilities)經(jīng)常用來(lái)進(jìn)行數(shù)以百計(jì)的模擬從而在下 列不同情況下發(fā)

42、生故障時(shí)最壞的情況。故障發(fā)生在波形的不同位置，故障的類(lèi)型不同，故障點(diǎn)不同。 在電力系統(tǒng)中找出由于雷擊發(fā)生的過(guò)電壓。這種模擬必須用非常小的時(shí)間步長(zhǎng)來(lái)進(jìn)行。(毫微秒級(jí)) 研究電力系統(tǒng)由于SVC，高壓直流接入，STATCOM，機(jī)械驅(qū)動(dòng)(事實(shí)上任何電力電子裝置)所引起的諧波。這里需要詳細(xì)的可控硅，GTO，IGBT，二極管等的模型以及相關(guān)的控制系統(tǒng)模型(模擬量的和數(shù)字量的二種類(lèi)型)。 對(duì)給定的擾動(dòng)，找出避雷中最大能量。 調(diào)整和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)以達(dá)到最好的性能；多重運(yùn)行工具常被用來(lái)同時(shí)自動(dòng)調(diào)整增益和時(shí)間常數(shù)。 當(dāng)一個(gè)大型渦輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)與串聯(lián)補(bǔ)償?shù)木€路或電力電子設(shè)備互相作用時(shí)，研究次同步諧振的影響。 STATC

43、OM或電壓源轉(zhuǎn)換器的建模，(以及它們相關(guān)控制的詳細(xì)建模)。 研究SVC HVDC和其它非線性設(shè)備之間的相互作用； 研究在諧波諧振，控制，交互作用等引起的不穩(wěn)定性； 研究柴油機(jī)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)對(duì)電力網(wǎng)的沖擊影響； 絕緣配合； 各種類(lèi)型可變速裝置的研究，包括雙向離子變頻器，運(yùn)輸和船舶裝置； 工業(yè)系統(tǒng)的研究，包括補(bǔ)償控制，驅(qū)動(dòng)，電爐，濾波器等； 對(duì)孤立負(fù)荷的供電；,PSCAD 操作界面,PSCAD X4新特性,New File Formats: The extensions are now *.pslx and *.pscx for library and case projects respectiv

44、ely. Component definition file extensions have been changed from *.cmp to *.psdx. Upwards Compatibility: PSCAD X4 supports the import of *.psc and *.psl file formats that have been generated by PSCAD v4.1 or v4.2 only. Downwards Compatibility: The PSCAD X4 release is not backwards compatible. That i

45、s, X4 format project files (*.pscx and *.pslx) cannot be converted back to *.psc or *.psl format. New Look and Feel: Ribbon Control Bar: The ribbon control bar is featured prominently across the top of the application environment. Tabbed Document Interface (TDI): A modern working environment includi

46、ng customizable docked windows and window pinning and hiding has been added. New Component Wizard: New components (both native and module), transmission lines and cables may be created from this utility. New Search (Query) Utility: Functioning internally in a similar manner to the older version, the

47、 new utility possesses a different interface on the surface. Temporary Directories: The old temporary directory (*.emt) naming convention is obsolete. A unique temporary directory is now created depending on the Fortran compiler used to build the project The temporary directory extensions are as f

48、ollows: GFortran: *.gf42 Compaq Visual Fortran 6: *.cf6 Intel Visual Fortran 9 to 11: *.if9 Intel Visual Fortran Composer XE 2011: *.if12 Active Project Concept is Obsolete: In previous versions of the software it was necessary to set an active project for compiling and running the simulations. Due

49、to recent changes in the way the software navigates and displays status information, the concept of an active project is no longer necessary. It is now possible to run multiple cases in the environment simultaneously. All ribbon control buttons and status bar messages are based on the project curren

50、tly in focus,4.3 電磁場(chǎng)仿真工具,與使用集總元件常規(guī)電力系統(tǒng)仿真軟件不同，電磁場(chǎng)仿真工具通過(guò)建立元件的分布參數(shù)模型，采用有限元法求解特定尺寸形狀的器件的電場(chǎng)、磁場(chǎng)、熱場(chǎng)的2維/3維瞬態(tài)分布。 使用電磁場(chǎng)仿真工具，可以精細(xì)模擬發(fā)電機(jī)、變壓器、高壓開(kāi)關(guān)、接地網(wǎng)等器件的精確電磁瞬態(tài)過(guò)程，為提高設(shè)備轉(zhuǎn)換效率、減小電磁干擾提供設(shè)計(jì)依據(jù)。缺點(diǎn)是需要求解場(chǎng)方程，計(jì)算時(shí)間很長(zhǎng)，對(duì)計(jì)算機(jī)的配置要求高。 常用電磁場(chǎng)仿真工具主要有ANSOFT、ANSYS、CDEGS、Infolytica、IES。,4.3.1 CDEGS CDEGS軟件包(Current Distribution, Elect

51、romagnetic Fields, Grounding and Soil Structure Analysis)(電流分布、電磁場(chǎng)、接地、土壤結(jié)構(gòu)分析)是一套功能強(qiáng)大的集成軟件工具，用來(lái)精確分析接地、電磁場(chǎng)、電磁干擾（包括降低交流/直流干擾、陰極保護(hù)和陽(yáng)極床分析）等問(wèn)題。 CDEGS可計(jì)算由埋設(shè)或地面以上的帶電導(dǎo)體組成的任意網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在正常、故障、閃電等暫態(tài)條件下的電流和電磁場(chǎng)。CDEGS能模擬簡(jiǎn)單導(dǎo)體和復(fù)合導(dǎo)體，如裸線、有涂層的管道或者埋設(shè)在復(fù)雜土壤結(jié)構(gòu)中的管裝電光纜系統(tǒng)。CDEGS可以提供從簡(jiǎn)單的接地網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)到由閃電等引發(fā)的埋設(shè)系統(tǒng)或地面系統(tǒng)的復(fù)雜問(wèn)題的解決方案。 CDEGS具有功能強(qiáng)

52、大的作圖工具，可以和AutoCAD等支持DXF文件的軟件交換作圖數(shù)據(jù)。因此數(shù)據(jù)輸入對(duì)CDEGS用戶(hù)并不是一件冗長(zhǎng)乏味之過(guò)程。,應(yīng)用范圍 土壤阻抗分析和土壤結(jié)構(gòu)分析。 任意土壤結(jié)構(gòu)，任意頻率和暫態(tài)下的接地分析。 架空和埋設(shè)的導(dǎo)體線路或者復(fù)雜的管裝電纜結(jié)構(gòu)的參數(shù)計(jì)算。 正常負(fù)荷、故障和暫態(tài)狀態(tài)的電流分布（中性線或屏敝線等）。 復(fù)雜埋設(shè)網(wǎng)絡(luò)的陰極保護(hù)分析。 共用走廊中的感應(yīng)、傳導(dǎo)和電容干擾。 任意帶電導(dǎo)體網(wǎng)絡(luò)（變電站、傳輸和配電線路、工廠等）產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的頻域分析和時(shí)域分析。,組成模塊 RESAP: 土壤電阻率分析和土壤結(jié)構(gòu)分析 MALT: 任意土壤結(jié)構(gòu)的低頻接地分析 MALZ: 任意土壤結(jié)構(gòu)的頻域

53、接地分析; 復(fù)雜埋設(shè)網(wǎng)絡(luò)的陰極保護(hù)分析 TRALIN: 架空和埋設(shè)的導(dǎo)體線路或復(fù)雜的管裝電纜結(jié)構(gòu)的參數(shù)計(jì)算 SPLITS: 負(fù)載和故障電流分布; 共用走廊中的感應(yīng)和電容干擾 HIFREQ: 任意帶電導(dǎo)體網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的頻域分析 FFTSES: 快速付里葉變換；和HIFREQ、 MALZ 或SPLITS一起可用于時(shí)域分析 FCDIST: 故障電流分布 SESCAD-- 繪圖實(shí)用程序，以繪圖方式生成各種導(dǎo)體網(wǎng)絡(luò)。 GRSERVER-- 具有輸入處理能力的高級(jí)圖形和報(bào)告輸出處理器。 GRAREP-- 用于顯示和打印已有圖形、報(bào)告或文本文件的處理器。 GRSplits-- 電網(wǎng)線路繪圖處理器。用于顯

54、示SPLITS和FCDIST工程模塊輸入/輸出文件所表示的電路模型。 Ampacity-- 電流容量計(jì)算實(shí)用程序。計(jì)算導(dǎo)體的電流容量，最小導(dǎo)體截面和故障短路過(guò)程的導(dǎo)體溫升。 SESBatch-- 批處理實(shí)用程序。 CAD輸入/輸出 -- DXF輸入/輸出工具。用來(lái)與其它基于CAD的軟件，如AutoCAD、MicroStation等，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換/轉(zhuǎn)換。 SESGSE-- 簡(jiǎn)易的和快速的接地系統(tǒng)估算程序。 SESPlot -- 用于生成圖形的簡(jiǎn)單繪圖工具。,CDEGS界面,4.4 電力電子仿真工具,隨著電力電子器件以及相關(guān)控制技術(shù)的發(fā)展完善，利用電力電子裝置對(duì)電能實(shí)施變換，改進(jìn)電力系統(tǒng)運(yùn)行性能的

55、方法逐步得到推廣應(yīng)用。 HVDC和FACTS是電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的典型應(yīng)用。 電力電子涉及由半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)啟動(dòng)裝置進(jìn)行電源的控制與轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，重點(diǎn)研究使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。 常用電力電子仿真軟件有PSIM，PLECS，SABER等，能夠完成從器件到裝置再到回路的仿真過(guò)程，甚至還能提供器件的熱分析。,4.4.1 PLECS簡(jiǎn)介 PLECS是一個(gè)運(yùn)行于Simulink環(huán)境下的工具箱，適用于電氣系統(tǒng)的仿真。當(dāng)被仿真的系統(tǒng)既含有電路部分，又含有復(fù)雜的控制方案時(shí)，PLECS提供了一個(gè)簡(jiǎn)便的仿真手段 。 PLECS工具箱擴(kuò)充了Simulink的功能，使我們可以在Simul

56、ink的環(huán)境中以網(wǎng)絡(luò)表的形式建立電路部分的模型。建模后的電路模型將以子系統(tǒng)的形式呈現(xiàn)在Simulink中。系統(tǒng)中控制部分的建?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)用Simulink中的各種工具箱來(lái)完成。,PLECS工具箱運(yùn)行的基本原理 PLECS工具箱的算法是基于狀態(tài)空間的。當(dāng)電路中只包含線性元件時(shí)，從數(shù)學(xué)的角度，這個(gè)電路就可以用相應(yīng)的微分方程來(lái)描述。,主要元件和模型庫(kù) PLECS提供了涵蓋了電路、電力電子、電氣傳動(dòng)等電氣系統(tǒng)中常見(jiàn)的基本元件和仿真模型，主要由兩大部分組成:內(nèi)建元件和庫(kù)元件。 內(nèi)建元件包括:電阻、電感、電容、電流源、電壓源、變壓器、安培表、伏特表，開(kāi)關(guān)等元件。 庫(kù)元件則主要有:IGBT、

57、GTO、晶閘管、二極管、雙路開(kāi)關(guān)、三路開(kāi)關(guān)、異步電機(jī)等的仿真模型。 用戶(hù)也可以根據(jù)自己的需求用內(nèi)建元件來(lái)構(gòu)建所需的電路元件。,PLECS界面,4.5 配電網(wǎng)仿真軟件,為了適應(yīng)工廠自動(dòng)化、鐵路牽引站、城市電力供給等復(fù)雜配電網(wǎng)負(fù)荷的發(fā)展，開(kāi)發(fā)出多種綜合仿真工具，如ETAP、EDSA、SINCAL、ADEPT等。其特點(diǎn)是能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)多種復(fù)雜類(lèi)型的負(fù)荷進(jìn)行仿真，滿足用戶(hù)對(duì)供電可靠性和電能質(zhì)量等方面的需求。,4.5.1 ETAP ETAP是用于發(fā)電、配電和工業(yè)電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、模擬、運(yùn)行的最全面的分析平臺(tái)。ETAP是在既定的質(zhì)量保證程序下開(kāi)發(fā)的，也是世界上最有影響力的電力軟件之一。作為完全集成化的企

58、業(yè)解決方案，ETAP擴(kuò)展為實(shí)時(shí)智能電力管理系統(tǒng)，用來(lái)監(jiān)測(cè)、控制、模擬系統(tǒng)運(yùn)行，使系統(tǒng)自動(dòng)化和最優(yōu)化。 ETAP軟件是世界上功能最全面的電力系統(tǒng)分析平臺(tái)。擁有超過(guò)100個(gè)國(guó)家50000多個(gè)許可證持有者的ETAP，已被應(yīng)用于電力系統(tǒng)的各個(gè)階段，從發(fā)電，到輸電和配電到使用。在美國(guó)，85%以上的核電站使用ETAP，ETAP是美國(guó)唯一可用于高危險(xiǎn)行業(yè)的電氣工程軟件，它廣泛地遵守了已經(jīng)公認(rèn)的和穩(wěn)固確定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。,功能模塊,內(nèi)嵌的分析模塊 電纜載流量 電纜尺寸 傳輸線常數(shù) 導(dǎo)體和接地線庫(kù) 內(nèi)置結(jié)構(gòu)：水平、垂直等 通用模型：X、Y、Z坐標(biāo) 多線路相互耦合 相和序阻抗矩陣 換相和非換相線路 短線路、長(zhǎng)

59、線路模型 多層土壤模型 計(jì)算或用戶(hù)定義阻抗,單線圖 嵌入的智能化圖形 網(wǎng)絡(luò)嵌套 集成的單相、三相和直流系統(tǒng) 集成的交流、直流和接地系統(tǒng) 多個(gè)發(fā)電機(jī)和等效電網(wǎng)接線 在單線圖上顯示結(jié)果 自定義字體、式樣和顏色 自定義顯示額定值和結(jié)果 圖形化顯示設(shè)備接地 圖形化顯示過(guò)載設(shè)備和報(bào)警 隱藏和顯示保護(hù)設(shè)備和接地系統(tǒng) 帶有狀態(tài)和電壓顏色控制的主題管理器 單線圖模板 傳遞標(biāo)稱(chēng)電壓和額定電壓 傳遞相連接方式 用動(dòng)態(tài)連通性檢查自動(dòng)顯示帶電和不帶電元件 動(dòng)態(tài)鏈接到特性的文本編輯器 智能化文本箱和超鏈接書(shū)簽 通過(guò)水晶報(bào)告自定義輸出報(bào)告 視圖控制打印設(shè)置的批打印 友好的繪圖界面,報(bào)告管理器 定制的輸出報(bào)告和畫(huà)圖 輸入、

60、結(jié)果、報(bào)警和總結(jié)報(bào)告 通過(guò)水晶報(bào)告閱讀器報(bào)告 PDF、Word、Access和Excel 格式的報(bào)告 元件名稱(chēng)和文本搜索功能 多種語(yǔ)言報(bào)告,功能模塊,系統(tǒng)元件 不受限制的交流（單相和三相）和直流元件 不受限制的母線：在運(yùn)行時(shí)根據(jù)許可證決定 嵌套的視圖（復(fù)合網(wǎng)絡(luò)和電動(dòng)機(jī)控制中心） 等效電網(wǎng)、同步和感應(yīng)發(fā)電機(jī) 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)閥門(mén)、同步和感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 勵(lì)磁器、調(diào)速器和穩(wěn)定器 基于電壓和頻率的等效負(fù)荷 電纜、傳輸線、電抗器和阻抗支路 帶電壓調(diào)節(jié)器的雙繞組和三繞組變壓器 遠(yuǎn)程連接器 諧波濾波器和靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器 互感器 保護(hù)設(shè)備和儀表 單向和雙向開(kāi)關(guān) 蓄電池、直流電動(dòng)機(jī)、負(fù)荷和支路 充電器、逆變器、不間斷電源和

61、直流變換器 ANSI、IEC或帶旋轉(zhuǎn)和多種尺寸的用戶(hù)自定義元件,數(shù)據(jù)庫(kù) 全面的數(shù)據(jù)庫(kù)： ANSI & IEC設(shè)備 經(jīng)檢驗(yàn)和驗(yàn)證(V&V)的數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù) 經(jīng)校驗(yàn)和驗(yàn)證(V&V)的鎖定數(shù)據(jù) 添加、復(fù)制、合并和刪除功能 用戶(hù)自定義和控制的數(shù)據(jù)庫(kù) 用戶(hù)訪問(wèn)控制和安全 有日期標(biāo)記的編輯和核對(duì) 用戶(hù)可控的數(shù)據(jù)庫(kù)合并 工程管理向?qū)?方案和宏管理的分析 根據(jù)分析設(shè)置記錄方案 宏控制的方案執(zhí)行 多維數(shù)據(jù) 正交多維數(shù)據(jù)庫(kù) 不受限制的獨(dú)立的圖形化視圖 不受限制的狀態(tài)配置 不受限制的特性的修訂版本 多種負(fù)荷和發(fā)電條件 實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù) 不受限制的分析解決方案,配置管理器 列表和控制不同狀態(tài)的配置 比較電源、負(fù)荷和開(kāi)

62、關(guān)設(shè)備狀態(tài) 以核對(duì)員功能標(biāo)記變化的數(shù)據(jù) 復(fù)制、合并、導(dǎo)出、導(dǎo)入和打印,功能模塊,輸出報(bào)告比較器 內(nèi)置輸出報(bào)告比較工具 一次計(jì)算中可以比較數(shù)百種案例報(bào)告 與基準(zhǔn)報(bào)告對(duì)比校驗(yàn)案例結(jié)果 網(wǎng)絡(luò)模擬 不受限制的母線（根據(jù)許可證類(lèi)型）和元件 環(huán)形和放射系統(tǒng) 自動(dòng)錯(cuò)誤檢查 所有網(wǎng)絡(luò)分析模塊的用戶(hù)界面 定制的ETAP功能特性 多級(jí)用戶(hù)訪問(wèn)管理 內(nèi)嵌計(jì)算器 MVA、MW、Mvar、kV、Amp和PF之間的換算 電動(dòng)機(jī)銘牌和動(dòng)態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù) 發(fā)電機(jī)銘牌 電網(wǎng)短路阻抗 電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)慣量 數(shù)據(jù)交換 導(dǎo)出WMF/EMF/DXF/PDF文件 導(dǎo)入RAW/IEEE/CSV文件 以DXF格式導(dǎo)出單線圖 從AutoCA

63、D導(dǎo)入接地網(wǎng)平面圖,短路計(jì)算 1) 短路計(jì)算 -ANSI/IEEE ANSI/IEEE C37標(biāo)準(zhǔn) IEEE141和399標(biāo)準(zhǔn) UL489標(biāo)準(zhǔn) 與保護(hù)設(shè)備配合相結(jié)合 三相、單相和配電板系統(tǒng)的自動(dòng)設(shè)備評(píng)估 發(fā)電機(jī)斷路器評(píng)估 相移變壓器 負(fù)荷終端短路計(jì)算 2) 短路計(jì)算 -IEC IEC標(biāo)準(zhǔn)（60909、60282、60781、60947） 暫態(tài)故障分析（IEC 61363標(biāo)準(zhǔn)） 與保護(hù)設(shè)備配合相結(jié)合 三相、單相和配電板系統(tǒng)的自動(dòng)設(shè)備評(píng)估 用戶(hù)自定義電壓C因子 負(fù)荷終端短路計(jì)算,功能模塊,弧閃分析 IEEE 1584a 2004標(biāo)準(zhǔn) IEEE 1584 2002標(biāo)準(zhǔn) NFPA 70E 2000

64、、2004和2009標(biāo)準(zhǔn) CSA Z462 2008標(biāo)準(zhǔn) ASTM D 120-02a標(biāo)準(zhǔn) OSHA 29 CFR 1910標(biāo)準(zhǔn) NEC 110.6標(biāo)準(zhǔn) NESC標(biāo)準(zhǔn) 嵌入短路計(jì)算 嵌入保護(hù)設(shè)備配合 密封和開(kāi)放空間 報(bào)告和標(biāo)簽生成 維護(hù)模式切換 繼電器動(dòng)作 負(fù)荷終端故障 配電板和單相系統(tǒng) 多報(bào)告結(jié)果分析器 工作許可和數(shù)據(jù)表格,潮流分析 潮流 需求負(fù)荷 電壓降 功率因數(shù)校正 自動(dòng)設(shè)備評(píng)估 自動(dòng)溫度校正 雙繞組和三繞組變壓器LTC/校正器動(dòng)作 有功和無(wú)功損耗 詳盡的越限報(bào)警 多報(bào)告結(jié)果分析器 電動(dòng)機(jī)加速分析 動(dòng)態(tài)電動(dòng)機(jī)加速 電壓擾動(dòng) 電動(dòng)機(jī)和負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型 靜態(tài)電動(dòng)機(jī)起動(dòng) 電動(dòng)機(jī)分組起動(dòng) 常規(guī)的

65、和軟起動(dòng)設(shè)備 負(fù)荷和發(fā)電躍遷 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)閥門(mén)模擬 全面的報(bào)警和警告,保護(hù)設(shè)備配合、選擇和動(dòng)作序列 1) 配合和選擇 交流、直流配合 圖形化調(diào)整設(shè)備設(shè)置 全面的設(shè)備庫(kù)（經(jīng)校驗(yàn)和驗(yàn)證的） 嵌入短路分析 嵌入電動(dòng)機(jī)加速分析 集成單線圖 多軸的時(shí)間電流曲線 全面的畫(huà)圖選項(xiàng) 可調(diào)節(jié)的視圖縮放功能 時(shí)間差值計(jì)算器 多功能繼電器 設(shè)備設(shè)置報(bào)告 2) 動(dòng)作序列 圖形化查看設(shè)備的動(dòng)作序列 保護(hù)設(shè)備失敗和后備保護(hù)動(dòng)作 順序查看器 標(biāo)準(zhǔn)的（可移動(dòng)的）曲線 電流總和 繼電器動(dòng)作（27,49,50,51,51V,59,67,79,87）,暫態(tài)穩(wěn)定 完整的同步和感應(yīng)電機(jī)模型 全面的勵(lì)磁系統(tǒng)模型 全面的渦輪調(diào)速器模型 P

66、SS系統(tǒng)模型 GE、Westinghouse和solar燃?xì)鉁u輪機(jī) 用戶(hù)自定義的動(dòng)態(tài)模型(UDM) 無(wú)限制的事件和動(dòng)作 典型和普通的擾動(dòng)與操作 基于繼電器設(shè)置的自動(dòng)動(dòng)作 短時(shí)間和長(zhǎng)時(shí)間模擬 可變的總的模擬時(shí)間和模擬步長(zhǎng) 三相和單相接地故障動(dòng)作 自動(dòng)同期檢測(cè)操作 內(nèi)嵌牛頓拉夫遜法初始潮流,功能模塊,保護(hù)設(shè)備配合、選擇和動(dòng)作序列 1) 配合和選擇 交流、直流配合 圖形化調(diào)整設(shè)備設(shè)置 全面的設(shè)備庫(kù)（經(jīng)校驗(yàn)和驗(yàn)證的） 嵌入短路分析 嵌入電動(dòng)機(jī)加速分析 集成單線圖 多軸的時(shí)間電流曲線 全面的畫(huà)圖選項(xiàng) 可調(diào)節(jié)的視圖縮放功能 時(shí)間差值計(jì)算器 多功能繼電器 設(shè)備設(shè)置報(bào)告 2) 動(dòng)作序列 圖形化查看設(shè)備的動(dòng)作序列 保護(hù)設(shè)備失敗和后備保護(hù)動(dòng)作 順序查看器 標(biāo)準(zhǔn)的（可移動(dòng)的）曲線 電流總和 繼電器動(dòng)作（27,49,50,51,51V,59,67,79,87）,暫態(tài)穩(wěn)定 完整的同步和感應(yīng)電機(jī)模型 全面的勵(lì)磁系統(tǒng)模型 全面的渦輪調(diào)速器模型 PSS系統(tǒng)模型 GE、Westinghouse和solar燃?xì)鉁u輪機(jī) 用戶(hù)自定義的動(dòng)態(tài)模型(UDM) 無(wú)限制的事件和動(dòng)作 典型和普通的擾動(dòng)與操作 基于繼電器設(shè)置的自動(dòng)動(dòng)作