电力系统仿真经典详解第二讲常用软件总体介绍

1、电力系统仿真经典详解本实验课教学目的 介绍国外各种常用电力系统分析软件的功能和作用。常用的电力系统主要分为两大类：一类：填卡式软件，比较专业，需要严格按数据格式的字段要求填卡，计算速度快，适合工程计算，特别是计算节点比较多、实时性要求比较高的机算或系统。如EMTP/ EMTPE，BPA，PSS/E 本实验课教学目的 介绍国外各种常用电力系统分析软件的功能和作用。常用的电力系统主要分为两大类：二类：图模一体化类软件，使用比较方便，专业性要求略低，数据填写更改较为方便，计算速度略差，较适合非实时研究类计算，随计算机技术的发展也成为主流。如及功能介绍：MATLAB的电力系统仿真软件包SIMULINK

2、， POWERWORLD，ATPDRAW，Etap，PSASP，CYME（PSAF模块） PSAPAC介绍 由美国EPRI开发，是一个全面分析电力系统静态和动态性能的软件工具。 功能：DYNRED（Dynamic Reduction Program）：网络化简与系统的动态等值，保留需要的节点。LOADSYN（Load Synthesis Program）：模拟静态负荷模型和动态负荷模型。IPFLOW（Interactive Power Flow Program）：采用快速分解法和牛顿拉夫逊法相结合的潮流分析方法，由电压稳态分析工具和不同负荷、事故及发电调度的潮流条件构成。TLIM（Transf

3、er Limit Program）：快速计算电力潮流和各种负荷、事故及发电调度的输电线的传输极限。PSAPAC介绍功能： DIRECT：直接法稳定分析软件弥补了传统时域仿真工作量大、费时的缺陷，并且提供了计算稳定裕度的方法，增强了时域仿真的能力。LTSP（Long Term Stability Program）：LTSP是时域仿真程序，用来模拟大型电力系统受到扰动后的长期动态过程。为了保证仿真的精确性，提供了详细的模型和方法。VSTAB（Voltage Stability Program）：该程序用来评价大型复杂电力系统的电压稳定性，给出接近于电压不稳定的信息和不稳定机理。为了估计电压不稳定状

4、态，使用了一种增强的潮流程序，提供了一种接近不稳定的模式分析方法。PSAPAC介绍功能： ETMSP（Extended Transient Midterm Stability Program）： EPRI为分析大型电力系统暂态和中期稳定性而开发的一种时域仿真程序。为了满足大型电力系统的仿真，程序采用了稀疏技术，解网络方程时为得到最合适的排 序采用了网络拓扑关系并采用了显式积分和隐式积分等数值积分法。SSSP(Smallsignal Stability Program)：该程序有助于局部电厂模式振荡和站间模式振荡的分析，由多区域小信号稳定程序(MASS)及大型系统特征值分析程序（PEALS） 两

5、个子程序组成。MASS程序采用了QR变换法计算矩阵的所有特征值，由于系统的所有模式都计算，它对控制的设计和协调是理想的工具；PEALS使用了两 种技术：AESOPS算法和改进Arnoldi方法，这两种算法高效、可靠，而且在满足大型复杂电力系统的小信号稳定性分析的要求上互为补充。 BPA介绍 中国版的BPA程序是由中国电力科学院引进、消化、吸收美国BPA程序开发而成。从1984年开始在我国推广应用以来，已在我国电力系统规划部门、调度运 行部门、试验研究部门得到了广泛的应用，成为我国电力系统分析计算的重要工具之一。程序中包括详细的发电机模型和各种励磁模型，主要由潮流和暂态稳定程序 构成，具有计算规

6、模大、计算速度快、数值稳定性好、功能强等特点。操作系统为DOS及Windows 9X/NT/2000版。 BPA介绍功能： 潮流计算：采用P-Q分解法和牛顿拉夫逊法相结合，以提高潮流计算的收敛性能，可进行交流系统潮流计算，也可进行包括双端和多端直流系统的交直流混合潮流计算自动电压控制：可对多种类型的发电机节点电压进行控制，具有自动投切电抗器和电容器电压控制、自动调节带负荷调节变压器分接头电压控制功能。联络线功率控制：通过自动发电控制（AGC）功能，自动控制联络线的功率交换为给定值BPA介绍功能：系统事故分析(N-1开断模拟)：用断线补偿法快速检查制定系统中的每个元件故障后的系统运行状态，找出系

7、统运行的薄弱环节，为电网运行、规划提供依据。 网络等值：可采用REI法，对指定区域进行静态等值，能保证等值网潮流结果与原始网一致灵敏度分析：能够按指定的扰动量，给出功角、电压灵敏度以及线路功率、线路损耗、网损等灵敏度分析报告节点P-V、Q-V和P-Q曲线：在系统施加一定的电压、无功或有功扰动后，程序可自动给出P-V、Q-V和P-Q变化模拟曲线BPA介绍功能：确定系统极限输送水平：可方便地使系统发电机出力和负荷成比例地增加或减少，以预测网络对负荷的适应能力负荷静特性模型：可以模拟由恒定功率、恒定电流和恒定阻抗构成的静态综合负荷模型，用来模拟电压变化对负荷的影响分析报告灵活、检错信息详细：用户可自

8、定义分析报告，程序提供900多种检错信息，便于用户根据检错信息发现和校正错。EMTP/ATP介绍 EMTP是加拿大教授首创的电磁暂态分析软件,它具有分析功能多、元件模型全和运算结果精确等优点,对于电网的稳态和暂态都可做仿真 分析，它的典型应用是预测电力系统在某个扰动（如开关投切或故障）之后感兴趣的变量随时间变化的规律，将EMTP的稳态分析和暂态分析相结合，可以作为电 力系统谐波分析的有力工具。ATP（The Alternative Transients Program）是EMTP的免费独立版本，是目前世界上电磁暂态分析程序最广泛使用的一个版本, 它可以模拟复杂网络和任意结构的控制系统，数学模型

9、广泛，除用于暂态计算，还有许多其它重要的特性。 ATP程序正式诞生于1984年，由Drs. W. Scott Meyer 和Tsu-huei Liu,所组成的世界各地的用户组不断地发展。ATP还配备有比TACS更灵活、功能更强的通用描述语言MODELS及图形输入程序ATPDraw。EMTP/ATP介绍功能： 雷电过电压研究 操作过电压和故障 系统过电压研究 接地等现象的快速暂态分析 设备建模 电机启动过程动态仿真 轴系扭振分析变压器及并联电抗器/电容器的开断EMTP/ATP介绍功能： 铁磁共振现象的研究 电力电子设备的研究断路器电弧、冲击电流FACTS （Flexible AC Transmi

10、ssion Systems）设备： STATCOM（Static Synchronous Compensator）, SVC（Static Var Compensator 静止型动态无功补偿装置）, UPFC, (统一潮流控制器Unified Power Flow Controller)，TCSC（Thyristor controlled series compensators，可控串联补偿器 ）模型谐波分析与网络共振现象保护设备的实验PSCAD/EMTDC介绍 Dennis Woodford博士于1976年在加拿大曼尼托巴水电局开发完成了EMTDC的初版，是一种世 界各国广泛使用的电力系统仿

11、真软件， PSCAD是其用户界面，PSCAD的开发成功，使得用户能更方便地使用EMTDC进行电力系统分析，使电力系统复杂部分可视化成为可能，而且软件可以作 为实时数字仿真器的前置端。可模拟任意大小的交直流系统。操作环境为：UNIX OS, Windows95, 98,NT；Fortran 编辑器；浏览器和TCP/IP协议。 PSCAD/EMTDC介绍功能：可以发现系统中断路器操作、故障及雷击时出现的过电压 可对包含复杂非线性元件（如直流输电设备）的大型电力系统进行全三相的精确模拟，其输入、输出界面非常直观、方便 进行电力系统时域或频域计算仿真 电力系统谐波分析及电力电子领域的仿真计算 实现高压

12、直流输电、FACTS控制器的设计 适合少节点系统、教学研究用NETOMAC介绍 德国西门子公司在上个世纪70年代开发的电力系统分析软件，经过多年的发展，该软件不断完善，功能日益强大，具有良好的开放性，可嵌入用户自行编制的 FORTRAN语言子程序、数学表达式等，用户遍及世界各地。该软件元件模型全，仿真频带宽，运行与Windows环境下。 NETOMAC介绍功能潮流计算：可进行单相、三相潮流计算，计算时可以考虑负荷电压特性、变压器分接头、HVDC及SVC；也可进行电感、电容耦合的多相线路潮流计算，得到分布式多相线路上的电压随距离的变化曲线暂态计算：分为电磁暂态计算和机电暂态计算。电磁暂态部分采用

13、差分导纳法、变积分步长等方法和技巧有效地处理了开关操作产生间断点、非线性连接等问题；机 电暂态部分可用自定义地负荷模型考虑频率、电压特性，自定义的继电保护断开线路仿真。在暂态计算中不同的时段可采用不同的数学模型，可变积分步长。NETOMAC介绍功能参数辨识和优化：在频域或时域内使用QuasNewton，Modified Powell或最小二乘法进行辨识；能在等式、不等式约束条件下对用户自定义的目标函数进行优化；能对发电机电压调节器的参数进行优化甚至可以解决一些较难优化的数学问题。频率响应：计算网络和电机的频率特性以便于为发电机励磁等的参数设计提供依据、计算无源网络的谐波分布、分析网络中出现的周

14、期性干扰、研究与频率和电压有关的负荷的影响等。NETOMAC介绍功能 动态稳定性分析：应用收敛性较好的QR算法求出全部特征值，来判断系统在小扰动下的动态稳定性；若考虑发电机轴系方程后，也可进行次同步振荡的研究。面向模块的仿真语言：采用模块化语言来模拟发电机励磁，原动机调速器、汽轮机等。具有80多种模块，其中有积分、惯性等基本积分环节，也有较大的组合模块。PSS/E 介绍 电力系统仿真器（Power System Simulator/Engineering, PSS/E）是美国电力技术公司（Power Technology Inc., PTI）于1976年推出的电力系统仿真计算的综合性软件。20

15、多年来，该软件追随电力系统技术的发展不断更新、升级，现今已推出版本。由于其强劲的计算功能，到目前为止，世界上已有超过600家不同的公司和组织、100多个国家使用该软件，是应用最为广泛的电力系统分析程序。PSS/E 介绍PSS/E包含了电力系统机电暂态分析计算的常见模块。其最大优点在于：（1）所允许的仿真规模非常大，利于超大规模系统计算；（2）灵活的模型自定义。它是第一含有用户自定义动态模型功能的商业化程序。对模型的复杂性没有任何限制，可以适用于暂态及“长过程”稳定计算中；（3）用户可参与的强劲的交互式计算过程控制。用户可以根据需要随时随地观测或修改仿真计算中的各变量。PSS/E功能（1）潮流计

16、算（load flow）（2）优化潮流（optimal power flow）（3）短路（short circuit）（4）暂态及动态稳定（transient and dynamic stability）（5）负荷建模（load modeling）（6）电压稳定（voltage stability）PSS/E功能（7）传送能力（transfer capability）（8）甩负荷（load rejection）（9）交直流输电（ac and dc transmission）（10）柔性电力系统技术（FACTS technology, Flexible AC Transmission Syste

17、ms）（11）次同步谐振（sub-synchronous resonance）（12）损耗评价（loss evaluation）（13）继电保护（relay protection）PSS/E功能（14）串联及并联补偿（series and shunt compensation）（15）静止无功负荷器（SVC application）（16）互连运行（interconnected operations）（17）低频振荡计算（low frequency oscillations）（18）内过电压，潜供电流及恢复电压计算（19）三相和单相重合闸的应用对大容量汽轮发电机的影响及其计算（shaft to

18、rsional analysis ）。ETAP介绍ETAPPowerStation是由OperationTechnologyInc.所设计的Windows应用软件。ETAP是ElectricalTransientAnalysisProgram电力瞬时分析软件的简称。本软件已获得ISO9001认证，及合乎一般电厂U.S.Title10CFR50、ANSI/IEEE及核能电厂U.S.Title10CFR21标准。 ETAP介绍功能可达2,000Bus短路电流(ShortCircuit)负载潮流(LoadFlow)马达起动(MotorStarting)瞬时稳定分析(TransientStabilit

19、y)谐波分析(HarmonicAnalysis)接地系统设计(GroundGridDesign)ETAP介绍功能最优潮流(OptimalPowerFlow)直流系统分析(DCSystem)设备保护协调(ETAPStar)电厂并联启动运转(GeneratorStart-Up)电厂管理自动化(PowerStationManagerSystemPSMS)等等。 CYME介绍CYME为一套专业电力工程软件，它以个人计算机及微软窗口(MicrosoftWindows操作平台，具便利性及亲和力，它结合优异之分析能力与先进之界面技术，是当前多电力工程软件中，被公认具有高质量及高信赖的电力工程软件，它被许多电

20、力公司、工业组识、顾问公司、研究机构及学校等选电力系统仿真之标准软件。 CYME介绍CYMTCC (ProtectiveDeviceCoordination)保护装置协调的分析与研究CYMGRD (SubstationGrounding) 变电所接地网 ( substation grounding grid)设计与分析CYMDIST (DistributionSystemAnalysis)分析平衡或不平衡一次配电系统CYMCAP被设计用来仿真电力电缆安置的热反应(thermalbehavior) PSAF介绍PSAF (Power Systems Analysis Framework) 是一个

21、新的整合性电力系统分析软体系列，它的基本架构系独立於模拟模组的型态与数量， 这些家族成员 ( 模拟模组 ) 都共用一个整合的电网设备资料库。PSAF介绍功能PSAF 可执行广泛的电力系统分析工作如，电力潮流分析、紧急事故分析、电动机启动分析、短路故障分析、暂态稳定度分析、谐波分析等。PSAF-HARMO(谐波源)提供完备的电力系统元件(谐波源)资料库，並可透过图形化之介面应用至状況分析及影响改善工作上，且具备解析三项及单相谐坡影响之功能，也可提供完整之IEEE谐波限制标准，利于状況改善及相关策略拟定之参考。PSAF介绍PSAF 配备有多个模拟模组，可从事广泛的电力系统分析工作。目前提供的模组有

22、PSAF-FLOW ：分析三相电网的电力潮流PSAF-MOTORSTART ：分析三相电网中大型感应电动机啟动时对系统的影响，是评估大型感应电动机启动时的加速时间 (acceleration times) 及所造成的电压突降 (voltage dips) ，非常可靠且容易使用的工具。PSAF-FAULT ：分析三相电网的短路故障 (short-circuit fault) ，分析依据可弹性选择适用於各种工业界接受的标准。PSAF介绍PSAF-FAULT ：分析三相电网的短路故障 (short-circuit fault) ，分析依据可弹性选择适用於各种工业界接受的标准。PSAF-STAB ：分

23、析三相电网的暂态稳定度 (transient stability) ，配备有广泛的电力设备及控制器的资料库，也允许使用者自订控制器，且可有效地处理较脆弱电力系统的暂态稳定度问题。PSAF-HARMO ：可执行电力系统的谐波侵入分析。PSAF-LINE( 单线图绘制 ) ：是 PSAF 分析软体与 AutoCAD 的介面工具。 PSASP介绍电力系统分析综合程序(Power System Analysis Software Package,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是电力系统规划设计人员确定经济合理、技术可行的规划设计方案的重要工具；是运行调度人员确定系统运行方式、分析系统事故、寻求反事故措施的有效手段；是科研人员研究新设备、新元件投入系统等新问题的得力助手；是高等院校用于教学和研究的软件设施。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(输电、供电和配电系统)的各种计算分析。 PSASP介绍潮流暂态稳定短路电流网损分析电压稳定静态安全分析静态和动态等值直接法暂态稳定小干扰稳定最优潮流和无