電力系統(tǒng)仿真軟件介紹

1、電力系統(tǒng)仿真軟件的分類較為復(fù)雜，按照不同標(biāo)準(zhǔn)可分為：實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)，短時(shí)與長時(shí)間等不同種類，而各個(gè)仿真軟件在功能上都具有綜合性，只是側(cè)重點(diǎn)有所不同，在報(bào)告的最后有各類仿真軟件功能的比較，以下為較著名的仿真軟件的介紹。1 EMTDC/PSCADEMTDC是一種世界各國廣泛使用的電力系統(tǒng)仿真軟件，PSCAD是其用戶界面，一般直接將其稱為PSCAD。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。PSCAD/EMTDC基于dommel電磁暫態(tài)計(jì)算理論，適用于電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真。EMTDC(ElectroMagneticTransientinDCSystem)即可以

2、研究交直流電力系統(tǒng)問題，又能完成電力電子仿真及其非線性控制的多功能工具。PSCAD由ManitobaHVDCresearchcenter開發(fā)。2 PSAPACPSAPAC由美國EPRI開發(fā)，是一個(gè)全面分析電力系統(tǒng)靜態(tài)和動態(tài)性能的軟件工具。其包含多個(gè)模塊，其中部分模塊可以單獨(dú)使用。模塊和功能如下：DYNRED(DynamicReductionProgram)：網(wǎng)絡(luò)化簡與系統(tǒng)的動態(tài)等值，保留需要的節(jié)點(diǎn)。LOADSYN(LoadSynthesisProgram):模擬靜態(tài)負(fù)荷模型和動態(tài)負(fù)荷模型。IPFLOW(InteractivePowerFlowProgram):采用快速分解法和牛頓拉夫遜法相結(jié)合

3、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(TransferLimitProgram):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(LongTermStabilityProgram)：LTSP是時(shí)域仿真程序，用來模擬大型電力系統(tǒng)受到擾動后的長期動態(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(VoltageStabilityProgram)：該程序用來評價(jià)大型復(fù)雜電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，

4、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，提供了一種接近不穩(wěn)定的模式分析方法。ETMSP(ExtendedTransientMidtermStabilityProgram):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(SmallsignalStabilityProgram):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)域小信號穩(wěn)定程序(MASS)及大型系統(tǒng)特征值分析程

5、序(PEALS)兩個(gè)子程序組成。MASS程序采用了QR變換法計(jì)算矩陣的所有特征值，由于系統(tǒng)的所有模式都計(jì)算，它對控制的設(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)的小信號穩(wěn)定性分析的要求上互為補(bǔ)充。3PSASPPSASP由中國電力科學(xué)研究院開發(fā)。PSASP的功能主要有穩(wěn)態(tài)分析、故障分析和機(jī)電暫態(tài)分析。穩(wěn)態(tài)分析包括潮流分析、網(wǎng)損分析、最優(yōu)潮流和無功優(yōu)化、靜態(tài)安全分析、諧波分析和靜態(tài)等值等。故障分析包括短路計(jì)算、復(fù)雜故障計(jì)算及繼電保護(hù)整定計(jì)算。機(jī)電暫態(tài)分析包括暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算、電壓穩(wěn)定計(jì)算、控制參數(shù)優(yōu)化等。

6、4SYMPOWABB公司的SYMPOW是機(jī)電暫態(tài)仿真程序。5RTDSRTDS由加拿大RTDS公司出品，一個(gè)CPU模擬一個(gè)電力系統(tǒng)元器件，CPU間的通訊，采用并行-串行-并行的方式。RTDS具有仿真的實(shí)時(shí)性，主要用于電磁暫態(tài)仿真。目前RTDS應(yīng)用規(guī)模最大的是韓國電力公司(KEPCO)的裝置，有26個(gè)RACK,可以模擬400多個(gè)三相結(jié)點(diǎn)。RTDS仿真的規(guī)模受到用戶所購買設(shè)備(RACK)數(shù)的限制。這種開發(fā)模式不利于硬件的升級換代，與其它全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置相比可擴(kuò)展性較差。由于每個(gè)RACK的造價(jià)很高，超過30萬美元，因此仿真規(guī)模一般不大。基于上述原因，RTDS目前主要用于繼電保護(hù)試驗(yàn)和小系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真。

7、6ARENE法國電力公司(EDF)開發(fā)的全數(shù)字仿真系統(tǒng)ARENE,有實(shí)時(shí)仿真和非實(shí)時(shí)仿真版本。實(shí)時(shí)版本有：(1) RTP版本，硬件為HP公司基于HP-CONVE工作站的多CPU并行處理計(jì)算機(jī)，該并行處理計(jì)算機(jī)的最大CPU數(shù)量已達(dá)32個(gè)，可以用于較大規(guī)模系統(tǒng)電磁暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真；(2) URT版本，HP-Unix工作站，用于中小規(guī)模系統(tǒng)電磁暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真；(3) PCRT版本，PC-Linux工作站，用于中小規(guī)模系統(tǒng)電磁暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真。ARENE實(shí)時(shí)仿真器可以進(jìn)行如下物理裝置測試：繼電保護(hù)，自動裝置，HVDC和FACTS控制器，可以用50微秒步長進(jìn)行閉環(huán)電磁暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真。ARENE不作機(jī)電暫態(tài)仿真。采用

8、基于HP工作站的并行處理計(jì)算機(jī)，其軟硬件擴(kuò)展也受到計(jì)算機(jī)型號的制約。目前國內(nèi)沒有單位引進(jìn)該系統(tǒng)，因此該系統(tǒng)的投資情況并不清楚。7HYPERSIM該系統(tǒng)是由加拿大魁北克TEQSIM公司開發(fā)的電力系統(tǒng)數(shù)字實(shí)時(shí)仿真產(chǎn)品，可用于機(jī)電暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真和電磁暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真，但目前還不能進(jìn)行電磁暫態(tài)和機(jī)電暫態(tài)混合仿真。8DDRTS深圳殷圖科技發(fā)展有限公司開發(fā)的數(shù)字動態(tài)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)DDRTS,基于高速PC機(jī)，是全數(shù)字化的動態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)及測試系統(tǒng)。DDRTS是基于微機(jī)開放式的體系結(jié)構(gòu)和自主開發(fā)的全中文圖形化電力系統(tǒng)仿真軟件，用于模擬電力系統(tǒng)的電磁暫態(tài)和機(jī)電暫態(tài)過程以及對裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)閉環(huán)測試。DDRTS系統(tǒng)包含了發(fā)電機(jī)、

9、發(fā)電機(jī)的勵磁調(diào)節(jié)器和調(diào)速器、PSS、電動機(jī)、變壓器、輸電線、斷路器、電抗器、CT、PT、CVT、負(fù)荷和各種無源元件，還有包括飽和電抗器等非線性元件，但由于DDRTS系統(tǒng)的直流系統(tǒng)模型和FACTS模型幾乎空白，所以DDRTS系統(tǒng)只應(yīng)用在交流系統(tǒng)仿真中。9ADPSS中國電力科學(xué)研究院開發(fā)的電力系統(tǒng)全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置ADPSS是世界上首套可模擬大規(guī)模電力系統(tǒng)（1000臺機(jī)、10000個(gè)節(jié)點(diǎn)）的全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置。該仿真裝置基于高性能機(jī)群服務(wù)器，采用網(wǎng)絡(luò)并行計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模復(fù)雜交直流電力系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真和機(jī)電、電磁暫態(tài)混合實(shí)時(shí)仿真以及外接物理裝置試驗(yàn)。該裝置可與調(diào)度自動化系統(tǒng)相連接取得在線數(shù)

10、據(jù)進(jìn)行仿真，可進(jìn)行繼電保護(hù)、安全自動裝置、FACTS控制裝置和直流輸電控制裝置的閉環(huán)仿真試驗(yàn)。PSS?已經(jīng)成為了西門子公司系列產(chǎn)品名稱前綴，以下為其產(chǎn)品列表及相關(guān)軟件系列說明:WiththePowerSystemSimulator(PSS?)productsuite,SiemensPTIprovidesarangeofanalysistools,includingourpremierproductPSS?Eforelectricaltransmissionplanning,whichhasbeensignificantlyupgradedwithmoderngraphics,eg

11、rationwithmodelingtools.Sincethemid1980swehavealsosuppliedutilityandindustryplanningsoftwareandcurrentlyofferPSS?SINCAIasourstrategicproductinthisfield.Besideselectricalnetworks,PSS?SINCAIalsoiscapableofdealingwithgas,wateranddistrictheatingsystemplanningtasks.SiemensPTIhasalsodevelopedtoolsformaint

12、ainingandintegratingtransmissionoperationswithtransmissionplanningincludingtheintegrationofreal-timeinformationtoourPSS?ODMSperationalDatabaseManagementSystemsoftwarethatisfullyCIM(CommonInformationModel)compliant.Softwareproducts: PSS?E-transmissionsystemplanning PSS?SINCAIutilityandindustrysystema

13、nalysis PSSNETOMAQynamicsystemanalysis,PSS?ODMSbperationaldatamanagement PSS?MUSTtransmissionsystemanalysis MOD?modelondemand10、NETOMAC簡介德國西門子公司在上個(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、

14、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，可變積分步長參數(shù)辨識和優(yōu)化：在頻域或時(shí)域內(nèi)使用QuasiNewton,ModifiedPowell或最小二乘法進(jìn)行辨識；能在等式、不等式約束條件下對用戶自定義的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；能對發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化甚至

15、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)勵磁等的參數(shù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)、計(jì)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)荷的影響等動態(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)在小擾動下的動態(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：采用模塊化語言來模擬發(fā)電機(jī)勵磁，原動機(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11、PSS/sincal不單單針對電力系統(tǒng)的分析，同樣適用于是PSS/E和NETOMAC的最新合成版，兼有機(jī)電和電磁仿真的功能

16、。同樣為西門子公司開發(fā)。此軟件我們也是第一次聽說，具體的比較僅就有英文官方網(wǎng)站上的簡介，同時(shí)我們在相關(guān)論壇是下載到了其中文詳盡說明書，但對其學(xué)術(shù)方面的概括未能發(fā)現(xiàn)，這應(yīng)該同該軟件破解版本難以找到相關(guān)。目前可以確定的是，其兼具PSS和NETOMAC的功能，功能強(qiáng)大。12、PSD電力系統(tǒng)分析軟件工具概況：PSD電力系統(tǒng)分析軟件工具用于大規(guī)模電力系統(tǒng)的多時(shí)標(biāo)和全過程仿真計(jì)算分析。結(jié)構(gòu)：主要支撐環(huán)境包括：電網(wǎng)計(jì)算數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)字平臺、集成數(shù)據(jù)編輯系統(tǒng)潮流計(jì)算、靈敏度分析、靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析、網(wǎng)損分析、最優(yōu)潮流和無功優(yōu)化計(jì)算、諧波分析；（2）暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算分析：暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算分析、穩(wěn)定極限求??；（3）全過程計(jì)算

17、分析：電力系統(tǒng)電磁、機(jī)電暫態(tài)及中長期的全過程動態(tài)仿真（4）故障計(jì)算：短路電流計(jì)算、小干擾穩(wěn)定分析、電壓穩(wěn)定分析。技術(shù)特點(diǎn)軟件包穩(wěn)定性好、適應(yīng)面廣、滿足大網(wǎng)工程計(jì)算的需求、適用于中國電網(wǎng)工程應(yīng)用；電力系統(tǒng)模型豐富：1）具有多種火電、水電以及風(fēng)電機(jī)組模型；2）勵磁系統(tǒng)基于現(xiàn)場實(shí)測隨時(shí)擴(kuò)充更新；|3）具有采用統(tǒng)計(jì)綜合法、總體辨測法、故障擬合法等多項(xiàng)技術(shù)提出的SLM綜合負(fù)荷模型；全過程動態(tài)仿真程序，包含多種中長期元件模型，準(zhǔn)確仿真大電網(wǎng)機(jī)電暫態(tài)以及中長期過程及系統(tǒng)響應(yīng)；電力系統(tǒng)機(jī)電/電磁暫態(tài)混合仿真程序，具備國內(nèi)外主要直流廠家的詳細(xì)控制系統(tǒng)模型，可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)對稱及不對稱故障條件下的直流和FACTS的電磁

18、暫態(tài)仿真；電網(wǎng)計(jì)算數(shù)據(jù)庫提供電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)權(quán)威性好、準(zhǔn)確度高，在中國網(wǎng)省公司及地區(qū)級電網(wǎng)大規(guī)模應(yīng)用；軟件版權(quán)中國電力科學(xué)研究院擁有PSD軟件合法版權(quán)。PSD電力系統(tǒng)分析軟件V1.0（簡稱：PSD）于2006年6月13日獲得中華人民共和國國家版權(quán)局授予的計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)登記證書（軟著登字第BJ2389號）。13、PSASP(PowerSystemAnalysisSoftwarePackage)概要電力系統(tǒng)分析綜合程序（PSASP）是中國電力科學(xué)研究院開發(fā)的電力系統(tǒng)分析工具，具備自主知識產(chǎn)權(quán)。功能（1）穩(wěn)態(tài)分析：潮流計(jì)算、網(wǎng)損分析、最優(yōu)潮流和無功優(yōu)化、靜態(tài)安全分析、諧波分析、靜態(tài)等值；（2）故

19、障分析：短路計(jì)算、繼電保護(hù)整定計(jì)算；（3）暫態(tài)和動態(tài)分析：暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算、直接法暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算、電壓穩(wěn)定計(jì)算、小干擾穩(wěn)定計(jì)算、控制系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化。技術(shù)特點(diǎn)體系結(jié)構(gòu)集成、共享；人機(jī)界面友好、方便；單線圖、地理圖、廠站圖支持的圖模一體化平臺；用戶自定義（UD）和用戶程序接口（UPI）開放接口；具備與SCADA/EMS在線數(shù)據(jù)的通信接口，具備離線計(jì)算轉(zhuǎn)為在線分析功能具備與Excel、AutoCAD>Matlab等軟件通信的接口。應(yīng)用情況和主要業(yè)績1973年開始長期開發(fā)應(yīng)用；1985年榮獲首屆國家科技進(jìn)步一等獎；中國國家重大電力系統(tǒng)工程計(jì)算分析，例：4）中國第一條500千伏（東北元錦遼）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)

20、行方案5）中國華中電網(wǎng)-華東電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行方案；中國各網(wǎng)、省、地、縣的運(yùn)行、設(shè)計(jì)及科研單位和大型企業(yè)等600家用戶購買；國內(nèi)外70余所大學(xué)購買14、ATP-EMTP（免費(fèi)電磁暫態(tài)分析程序）概況ATP程序（TheAlternativeTransientsProgram）是目前世界電磁暫態(tài)分析程序（EMTP）最廣泛使用的一個(gè)版本，ATP-EMTP程序幾乎可為世界上的每一個(gè)人所免費(fèi)使用，并可在大多數(shù)類型的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。功能EMTP程序的基本功能是進(jìn)行電力系統(tǒng)仿真計(jì)算。典型應(yīng)用：預(yù)測電力系統(tǒng)在某個(gè)擾動（如開關(guān)投切或故障）之后所關(guān)心的變量隨時(shí)間變化的規(guī)律；EMTP的穩(wěn)態(tài)分析和電磁暫態(tài)分析相結(jié)合，常用來作為電力系統(tǒng)諧波分析的工具。EMTP程序同時(shí)廣泛應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域的仿真計(jì)算。版權(quán)ATP-EMTP不是公共域內(nèi)免費(fèi)軟件。ATP的版權(quán)屬于加拿大/美國EMTP用戶協(xié)會，獲取和使用ATP程序必須通過授權(quán)。各類仿真軟件比較