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1、电力系统仿真软件综述,武汉大学电气工程学院 曹玉胜,内部交流 谢绝公开,2,电力系统仿真概述 机电暂态仿真软件 电磁暂态仿真软件 电力电子仿真工具 配电网仿真软件,内容,一. 电力系统仿真概述 现代电力系统是集发电、输电、配电和用电为一体的复杂非线性网络系统。对其物理本质的研究涉及到短至1s到长至1h的动态过程。为了保证实际运行的电力系统的安全稳定性，不便采用在线物理试验的方法对电力系统的动态行为进行研究。目前主要利用电力系统仿真软件离线计算的方法对电力系统及装置的动态行为进行仿真研究。 根据需要研究的动态过程的作用时间长短，电力系统暂态过程分为机电暂态过程和电磁暂态过程两大类。 根据仿真研究
2、的对象，分为输电网和配电网仿真。 根据对元件描述的精细程度，分为集总元件仿真和分布参数电磁场仿真。,4,电力仿真的时间尺度,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,5,机电暂态仿真
3、工具： PSS/E 、 PSASP 、BPA 、Simpow、Eurostag、PowerWorld Simulator、POWERTECH DSA、CYME、NEPLAN、ETMSP 电磁暂态仿真工具： EMTP/ATP、PSCAD/EMTDC 、EmtpE 混合仿真工具： NETOMAC、DIgSILENT、SimPowerSystems 电磁场仿真工具： ANSOFT、ANSYS、CDEGS 电力电子仿真工具: PLECS、PSIM 配电网仿真工具: ETAP 、EDSA/DesignBase、 PSS/SINCAL、 PSS/ADEPT 不同软件仿真的适用范围并无严格定义，通常情况下同
4、样的问题可以选用多种不同的软件进行分析研究, 但选取适合的软件工具能够减少不必要的工作量。红色标注了使用频率高的软件。,6,我收集整理的常用电力仿真软件 名称 版本 PSS/E v28、v29、v30、v31、v32、v33 PSS/SINCAL v5.2、v5.3、v5.4、v6.5 PSS/ADEPT v5.2 PSCAD v3.8、v4.2、v4.2.1、v4.3.1、v4.4 EMTPRV v2.02、v2.1、v2.2 EMTPE v1.0 NETOMAC v7.52、v33、v34 CDEGS v8.1、v12、v13 DSATools v4、v5、v6、v7、v9、v11 POW
5、ERWORLD v8、v10 Eurostag v4.2、v4.4 Simpow v10 Liveware v2.3 TPLAN v8.2、v8.5 E-TRAN v1 BPA v3.0、v4.0 PSASP v6.0、v6.13、v6.22、v6.24、v6.25、v6.26、v7.0 PLECS v1.52、v1.60、v1.61、v1.62、v2.x、v3.2 Digsilent v13.1、v13.2、v14.x ETAP v4.0、v5.5、v6.0、v7.x EDSA v2005、v3.0、v4.0 Sigra v4 WASP v9.x、v10.x CYME v4.x HyBrid
6、 v2.x NEPLAN v5.1、v5.2 Windpower v30.2 PSIM v6.0 PSS/Viper v3.0 PLS_CADD v11.1 TOMLAB v7.7 版权归各软件开发商，仅供学习科研提供参考。 PowerDoc 3卷1.5G, 汇集了20092011年更新的软件说明文档。,7,二. 机电暂态仿真软件,机电暂态过程的仿真，主要研究电力系统受到大扰动后的暂态稳定和受到小扰动后的静态稳定性能。其中暂态稳定分析是研究电力系统受到诸如短路故障，切除线路、发电机、负荷，发电机失去励磁或者冲击性负荷等大扰动作用下，电力系统的动态行为和保持同步稳定运行的能力。 电力系统机电暂态
7、仿真的算法是联立求解电力系统微分方程组和代数方程组，以获得物理量的时域解。微分方程组的求解方法主要有隐式梯形积分法、改进尤拉法、龙格-库塔法等，其中隐式梯形积分法由于数值稳定性好而得到越来越多的应用。代数方程组的求解方法主要采用适于求解非线性代数方程组的牛顿法。按照微分方程和代数方程的求解顺序可分为交替解法和联立解法。 目前，国内常用的机电暂态仿真程序是电力系统综合程序(PSASP)和中国版BPA电力系统分析程序。国际上常用的有美国PTI公司的PSSE、美国EPRI的ETMSP、ABB的SIMPOW程序、德国西门子的NETOMAC、德国Powerfactory的DIgSILENT。,8,1.P
8、SS/E PSS/E是美国PTI电力技术咨询公司专门为输电系统分析而设计的综合仿真软件包，是世界电力工业最广泛应用的电力系统分析软件之一，用来研究电力传输系统和发电机的稳态和动态功能，能处理潮流计算、故障分析、网络等值、动态仿真和安全运行优化等问题。 PSS/E由于其高度模块化的结构使得它能完成很多功能，同时它还鼓励工程人员在标准的计算程序不能满足要求时，可以引入自己的子程序来解决特定的问题。PSS/E具有强大的计算能力，目前PSS/E33版本处理的电力网络的最大规模为15万条母线、30万条线路、30万个负荷以及3.3万台发电机。 PSS/E提供了丰富的文档和培训来帮助使用者理解其丰富的功能：
9、在线帮助文档多达7000多页，另外还有大量的辅助教程可供参考；每年在世界各地举办培训班、研讨会，交流用户使用经验（2011年度PSS/E中国用户会议将于2011年11月11日在浙江大学召开，会议的主题是学习PSS/E最新版（33版）的新增功能，交流PSS/E的使用心得）。,9,PSS/E操作界面,10,PSS/E仿真规模,11,PSS/E仿真规模,12,PSS/E参考文档,C:Program Files PTIPSSE33DOCS,PSSE33 WECC UsersGUIguide TMLC SavedCase ReleaseNotes Reference PSSPLT PSSExpress
10、PSSEAPI POM PAG PAG-V2 PAG-V1 ModelLibrary GUIDEtoPP LineProp IPLAN Installation Compatibility CLI CheatSheets,13,PSS/E功能结构图,14,2.PSASP 电力系统分析综合程序（Power System Analysis Software Package）简称PSASP。是一套历史长久、功能强大、使用方便的电力系统分析程序，它具有我国自主知识产权，是资源共享，使用方便，高度集成和开放的大型软件包。 PSASP基于电网基础数据库、固定模型库以及用户自定义模型库的支持，可进行电力系统
11、(输电、供电和配电系统)的各种计算分析。 开发历史： 自1973年开始开发 1973-1980 早期的机器指令版 1980-1986 大中型机 FORTRAN 语言版 1986-1995 微机 DOS 版 1995至今 微机 Windows 版 全国各省市、香港地区电力规划设计、生产调度运行、科研教育等超过400家用户 ，应用于多项大型电力系统工程计算分析 ，应用于多所大学作为科研和教学的有力工具 。1985年荣获首届国家科技进步一等奖。,15,PSASP功能简介 主要包括如下模块：,PSASP图模一体化平台 PSASP潮流计算模块（LF） PSASP暂态稳定计算模块（ST） PSASP短路计
12、算模块（SC） PSASP最优潮流和无功优化计算模块（OPF） PSASP静态安全分析模块（SA） PSASP网损分析模块（NL） PSASP静态和动态等值计算模块（EQ） PSASP用户自定义模型和程序接口模块（UD/UPI） PSASP直接法稳定计算模块（DST） PSASP小干扰稳定分析模块（SST） PSASP电压稳定分析模块（VST） PSASP继电保护整定计算模块（RPS） PSASP线性/非线性参数优化模块（LPO/NPO） PSASP谐波分析模块（HMA） PSASP分布式离线计算平台 PSASP电网风险评估系统 PSASP暂态稳定极限自动求解程序 PSASP负荷电流防冰融冰辅
13、助决策系统,16,PSASP功能结构,17,PSASP操作界面,18,3.PSD-BPA PSD-BPA是一个大型电力系统分析软件包，是中国电力科学研究院系统所电力系统分析软件包的统一标志，简称PSD 软件或PSD 程序，PSD 是电力系统研究所的英文缩写，PSD 软件主体由下述程序组成： （1） PSD-BPA 潮流及暂态稳定程序（原中国版BPA 程序）； （2） PSD-PSDB 电网计算数据库系统； （3） EMTPE 电力电子与电磁暂态仿真程序； （4） PSD-FDS 电力系统全过程动态仿真程序； （5） PSD-SCCP 电力系统短路电流计算程序； （6） PSD-DEQU 电力系
14、统动态等值程序； （7） PSD-SSAP 电力系统小干扰稳定性分析程序； （8） PSD-OPF 无功优化程序； （9） PSD-VSAP 电压稳定分析程序； （10）PSD-NET 电力系统快速分布式统一计算平台 （11）PSD 软件辅助分析工具系统： PSD-PCS 电力系统数字平台； PSD-Clique 地理接线图格式潮流图绘制程序； PSD-Joy 单线图格式潮流图绘制程序； PSD-CurveMaker 曲线绘制工具； PSD 数据编辑器（PSD-PSAW 系统分析集成平台、PSD-TextEdit）,19,PSD 总体框图,20,PSD-BPA 结构示意图,21,PSD-PSA
15、W系统分析集成平台,22,4.DSATools 加拿大Powertech Labs Inc.的电力系统安全分析软件包(DSAToolsTM)是分析研究现代大规模互联电力系统的理想工具。从最基本的潮流短路分析，电网电压水平，元件热过载计算到复杂电力系统暂态稳定，中短期动态稳定，小干扰稳定与电压稳定分析，直至各种电力系统控制器和稳控装置的设计，调制等，DSATools 可以满足现代电网规划，运行以及控制等各方面的要求。 先进的仿真计算技术与强大的模型解算能力，赋予DSATools 具有分析研究当今世界任何规模互联电网的能力。强大的用户图形界面和计算结果分析处理功能更使得DSATools的运行操作以及研究报告的制作轻松，容易。,23,DSATools组成模块 Powertech的电力系统动态安全综合分析软件包DSATools 目前包括下列功能模块： 潮流及短路分析程序PSAT (Powerflow 用户自定义模型图形编辑器(UDM Editor)； 电力系统稳定器PSS设计及整定(CDT)； 在线动态安全分析平台(DSA Manager)。,24,DSAToolsTM主要应用领域 电力系统中长期规划 电源（包括新能源）接入分析 电力系统运行方式分析 电力系统在线安全分析，包括系统安全稳定预警，调度辅助决策，稳控系统决策表在线更新及验证等 风电等新能源的实时安全运行分析
