电力系统仿真技术课件

电力系统仿真技术电力系统仿真技术电力系统仿真技术1电力系统仿真概述电力系统仿真概述动态模拟仿真技术动态模拟仿真技术数模混合仿真技术数模混合仿真技术全数字仿真技术全数字仿真技术机电暂态仿真软件机电暂态仿真软件电磁暂态仿真软件电磁暂态仿真软件电力电子仿真工具电力电子仿真工具配电网的仿真软件配电网的仿真软件内容电力系统仿真概述内容电力系统仿真概述内容2一.电力系统仿真概述二.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。三.电力系统的仿真技术主要有三大类，即电力系统动态模拟仿真技术、电力系统数模混合式仿真技术以及电力系统全数字仿真技术。四.电力系统仿真概述电力系统仿真概述3电力仿真的时间尺度10-710-510-310-1101103105LightningSwitchingSubsynchronousresonanceTransientstabilityLongtermdynamicsTie-lineregulationDailyloadvariationTimescale(seconds)HVDC,FACTS,etc.GeneratorcontrolProtectionPrimemovercontrolLFCOperatoractions1 cycle1 sec1 min1 hr1 dayImpulsivetransientsOscillatorytransientsShort-durationvariationsLong-durationvariationsImbalance,harmonics,inter-harmonics,notching,noiseVoltagefluctuationsFrequencyvariationsElectromagnetic transient modeling and simulationElectromagnetic transient modeling and simulation电力仿真的时间尺度电力仿真的时间尺度10-710-510-310-1101104二.动态模拟仿真技术 电力系统动态模拟仿真技术采用物理仿真，其原理是用比原型系统在规格上缩减一定比例的方法建立物理模型系统，通过在物理模型上做试验代替在实际系统中的试验。20世纪60年代以前，电力系统仿真主要采用这种全物理的动态模拟装置。其优点是可以较真实的反映被研究系统的全动态过程，现象直观明了，物理意义明确；缺点是仿真的规模受实验室设备和场地限制，而且每一次不同类型的试验都要重新进行电气接线，耗力耗时，另外，可扩展性和兼容性差。二二.动态模拟仿真技术动态模拟仿真技术5动模实验室动模实验室动模实验室6三.数模混合仿真技术 计算机和数值计算技术的飞速发展，使得电力系统数字仿真技术得到了迅速地发展。电力系统数字仿真包括全数字仿真和电力系统数模混合仿真。电力系统数模混合仿真是仿真的时间刻度与真实物理时间进度严格同步的实时物理仿真。这样可以把仿真与现实物理系统对接起来，把纯软件仿真嵌入到真实世界中，成为在实时仿真器中运行的“虚拟电网”。混合仿真的优点在于综合了数字仿真和物理仿真优势，能够较真实地模拟一些系统电气元件，准确地反映系统的动态过程，缺点是接口环节多、试验接线工作量大和仿真规模受限。三三.数模混合仿真技术数模混合仿真技术7 电力系统实时仿真器主要有：电力系统实时仿真器主要有：电力系统实时仿真器主要有：电力系统实时仿真器主要有：ADPSSADPSSADPSSADPSS、ARENEARENEARENEARENE、DDRTSDDRTSDDRTSDDRTS、HYPERSIMHYPERSIMHYPERSIMHYPERSIM、RTDSRTDSRTDSRTDS、RT-LABRT-LABRT-LABRT-LAB、dSPACEdSPACEdSPACEdSPACE。RTDS RTDS RTDS RTDS全称为实时数字仿真仪，由加拿大曼尼托巴全称为实时数字仿真仪，由加拿大曼尼托巴全称为实时数字仿真仪，由加拿大曼尼托巴全称为实时数字仿真仪，由加拿大曼尼托巴RTDSRTDSRTDSRTDS公司开发制造，是最早设计用于研究电力系统中电磁公司开发制造，是最早设计用于研究电力系统中电磁公司开发制造，是最早设计用于研究电力系统中电磁公司开发制造，是最早设计用于研究电力系统中电磁暂态现象的装置。加拿大魁北克水电研究所的暂态现象的装置。加拿大魁北克水电研究所的暂态现象的装置。加拿大魁北克水电研究所的暂态现象的装置。加拿大魁北克水电研究所的TEQSIMTEQSIMTEQSIMTEQSIM公司公司公司公司开发了电力系统实时仿真系统（开发了电力系统实时仿真系统（开发了电力系统实时仿真系统（开发了电力系统实时仿真系统（HYPERSIMHYPERSIMHYPERSIMHYPERSIM），主要用于电），主要用于电），主要用于电），主要用于电力系统电磁暂态仿真，其核心软件是力系统电磁暂态仿真，其核心软件是力系统电磁暂态仿真，其核心软件是力系统电磁暂态仿真，其核心软件是EMTPEMTPEMTPEMTP程序。法国电力程序。法国电力程序。法国电力程序。法国电力公司（公司（公司（公司（EDFEDFEDFEDF）开发的）开发的）开发的）开发的ANENEANENEANENEANENE实时仿真系统，其核心软件也是实时仿真系统，其核心软件也是实时仿真系统，其核心软件也是实时仿真系统，其核心软件也是EMTPEMTPEMTPEMTP。由殷图科技发展有限公司、东北电力调度通信中心。由殷图科技发展有限公司、东北电力调度通信中心。由殷图科技发展有限公司、东北电力调度通信中心。由殷图科技发展有限公司、东北电力调度通信中心和清华大学联合研制、开发的数字动态实时仿真系统（简和清华大学联合研制、开发的数字动态实时仿真系统（简和清华大学联合研制、开发的数字动态实时仿真系统（简和清华大学联合研制、开发的数字动态实时仿真系统（简称称称称DDRTSDDRTSDDRTSDDRTS），是国内自主研发的实时数字仿真系统。中国），是国内自主研发的实时数字仿真系统。中国），是国内自主研发的实时数字仿真系统。中国），是国内自主研发的实时数字仿真系统。中国电力科学研究院开发了世界上首套可模拟大规模电力系统电力科学研究院开发了世界上首套可模拟大规模电力系统电力科学研究院开发了世界上首套可模拟大规模电力系统电力科学研究院开发了世界上首套可模拟大规模电力系统（1000100010001000台机、台机、台机、台机、10000100001000010000个节点）的全数字实时仿真装置个节点）的全数字实时仿真装置个节点）的全数字实时仿真装置个节点）的全数字实时仿真装置ADPSSADPSSADPSSADPSS，大规模电力系统的实时数字仿真也得以实现。，大规模电力系统的实时数字仿真也得以实现。，大规模电力系统的实时数字仿真也得以实现。，大规模电力系统的实时数字仿真也得以实现。电力系统实时仿真器主要有：电力系统实时仿真器主要有：ADPSS、ARENE8ADPSS实时仿真装置ADPSS实时仿真装置实时仿真装置9四.全数字仿真技术 随着电力系统的发展，系统规模和复杂程度的增加，采取物理模拟的方法对实际系统进行仿真受到限制。全数字仿真系统内所有元件都采用数字仿真模型。由于其具有不受原有系统规模和结构复杂性的限制、保证被研究和试验系统的安全性、具有良好的经济性和便利性、可用于对设计未来系统性能的预测等优点，现已成为分析、研究电力系统必不可少的工具。全数字仿真系统主要使用各类离线数字仿真软件实现，也能以电力系统实时仿真器纯数值计算的方式实现。四四.全数字仿真技术全数字仿真技术10主要分类 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、电磁暂态过程和中长期动态过程仿真。根据仿真研究的对象，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。主要分类主要分类11机电暂态仿真工具：机电暂态仿真工具：机电暂态仿真工具：机电暂态仿真工具：PSS/EPSS/EPSS/EPSS/E、PSASPPSASPPSASPPSASP、BPABPABPABPA、SimpowSimpowSimpowSimpow、EurostagEurostagEurostagEurostag、PowerWorldSimulatorPowerWorldSimulatorPowerWorldSimulatorPowerWorldSimulator、POWERTECHDSAPOWERTECHDSAPOWERTECHDSAPOWERTECHDSA、CYMECYMECYMECYME、NEPLANNEPLANNEPLANNEPLAN、ETMSPETMSPETMSPETMSP 电磁暂态仿真工具：电磁暂态仿真工具：电磁暂态仿真工具：电磁暂态仿真工具：EMTP/ATPEMTP/ATPEMTP/ATPEMTP/ATP、PSCAD/EMTDCPSCAD/EMTDCPSCAD/EMTDCPSCAD/EMTDC、EmtpEEmtpEEmtpEEmtpE 混合仿真工具：混合仿真工具：混合仿真工具：混合仿真工具：NETOMACNETOMACNETOMACNETOMAC、DIgSILENTDIgSILENTDIgSILENTDIgSILENT、SimPowerSystemsSimPowerSystemsSimPowerSystemsSimPowerSystems电磁场仿真工具：电磁场仿真工具：电磁场仿真工具：电磁场仿真工具：ANSOFTANSOFTANSOFTANSOFT、ANSYSANSYSANSYSANSYS、CDEGSCDEGSCDEGSCDEGS、InfolyticaInfolyticaInfolyticaInfolytica、IESIESIESIES电力电子仿真工具电力电子仿真工具电力电子仿真工具电力电子仿真工具:PLECS:PLECS:PLECS:PLECS、PSIMPSIMPSIMPSIM、SABERSABERSABERSABER、CaspocCaspocCaspocCaspoc配电网仿真工具配电网仿真工具配电网仿真工具配电网仿真工具:ETAPETAPETAPETAP、EDSA/DesignBaseEDSA/DesignBaseEDSA/DesignBaseEDSA/DesignBase、PSS/SINCALPSS/SINCALPSS/SINCALPSS/SINCAL、PSS/ADEPTPSS/ADEPTPSS/ADEPTPSS/ADEPT实时物理仿真工具实时物理仿真工具实时物理仿真工具实时物理仿真工具:ADPSSADPSSADPSSADPSS、ARENEARENEARENEARENE、DDRTSDDRTSDDRTSDDRTS、HYPERSIMHYPERSIMHYPERSIMHYPERSIM、RTDSRTDSRTDSRTDS、RT-LABRT-LABRT-LABRT-LAB、dSPACEdSPACEdSPACEdSPACE不同软件仿真的适用范围并无严格定义，通常情况下同样的问题可以选用多种不同的软件进行分析研究不同软件仿真的适用范围并无严格定义，通常情况下同样的问题可以选用多种不同的软件进行分析研究不同软件仿真的适用范围并无严格定义，通常情况下同样的问题可以选用多种不同的软件进行分析研究不同软件仿真的适用范围并无严格定义，通常情况下同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。使用频率高的软件。使用频率高的软件。使用频率高的软件。电力系统仿真技术课件电力系统仿真技术课件124.1 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机电暂态过程的仿真，主要研究电力系统受到大扰动后的机电暂态过程的仿真，主要研究电力系统受到大扰动后的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，是研究电力系统受到诸如短路故障，切除线路、发电机、负荷，是研究电力系统受到诸如短路故障，切除线路、发电机、负荷，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。动态行为和保持同步稳定运行的能力。动态行为和保持同步稳定运行的能力。动态行为和保持同步稳定运行的能力。电力系统机电暂态仿真的算法是联立求解电力系统微分方电力系统机电暂态仿真的算法是联立求解电力系统微分方电力系统机电暂态仿真的算法是联立求解电力系统微分方电力系统机电暂态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、龙格解方法主要有隐式梯形积分法、改进尤拉法、龙格解方法主要有隐式梯形积分法、改进尤拉法、龙格解方法主要有隐式梯形积分法、改进尤拉法、龙格-库塔法等，库塔法等，库塔法等，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。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。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。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。和联立解法。和联立解法。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目前，国内常用的机电暂态仿真程序是电力系统综合程序目前，国内常用的机电暂态仿真程序是电力系统综合程序目前，国内常用的机电暂态仿真程序是电力系统综合程序(PSASP)(PSASP)(PSASP)(PSASP)和中国版和中国版和中国版和中国版BPABPABPABPA电力系统分析程序。国际上常用的有美国电力系统分析程序。国际上常用的有美国电力系统分析程序。国际上常用的有美国电力系统分析程序。国际上常用的有美国PTIPTIPTIPTI公司的公司的公司的公司的PSSPSSPSSPSSE E E E、美国、美国、美国、美国EPRIEPRIEPRIEPRI的的的的ETMSPETMSPETMSPETMSP、ABBABBABBABB的的的的SIMPOWSIMPOWSIMPOWSIMPOW程序、德程序、德程序、德程序、德国西门子的国西门子的国西门子的国西门子的NETOMACNETOMACNETOMACNETOMAC、德国、德国、德国、德国PowerfactoryPowerfactoryPowerfactoryPowerfactory的的的的DIgSILENTDIgSILENTDIgSILENTDIgSILENT。4.1 机电暂态仿真软件机电暂态仿真软件 机电暂态过程的仿真，主要研究电机电暂态过程的仿真，主要研究电134.1.1 PSS/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：在线帮助文档多达9000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。4.1.1 PSS/E14PSS/E操作界面PSS/E操作界面操作界面15PSS/E仿真规模PSS/E仿真规模仿真规模16PSS/E仿真规模PSS/E仿真规模仿真规模17PSS/E参考文档C:Program FilesC:Program FilesPTIPSSE33DOCSPTIPSSE33DOCSPSSE33PSSE33PSSE33PSSE33WECCWECCWECCWECCUsersGUIguideUsersGUIguideUsersGUIguideUsersGUIguideTMLCTMLCTMLCTMLCSavedCaseSavedCaseSavedCaseSavedCaseReleaseNotesReleaseNotesReleaseNotesReleaseNotesReferenceReferenceReferenceReferencePSSPLTPSSPLTPSSPLTPSSPLTPSSExpressPSSExpressPSSExpressPSSExpressPSSEAPIPSSEAPIPSSEAPIPSSEAPIPOMPOMPOMPOMPAGPAGPAGPAG PAG-V2 PAG-V2 PAG-V2 PAG-V2 PAG-V1 PAG-V1 PAG-V1 PAG-V1ModelLibraryModelLibraryModelLibraryModelLibraryGUIDEtoPPGUIDEtoPPGUIDEtoPPGUIDEtoPPLinePropLinePropLinePropLinePropIPLANIPLANIPLANIPLANInstallationInstallationInstallationInstallationCompatibilityCompatibilityCompatibilityCompatibilityCLICLICLICLICheatSheetsCheatSheetsCheatSheetsCheatSheetsPSS/E参考文档参考文档C:Program FilesPSSE318PSS/E功能结构图PSS/E功能结构图功能结构图19PSS/E OPF 简介 PSS/E OPF（用于电力系统工程的仿真器的优化潮流）是个功能强大，使用方便的电力网络分析工具。它突破了常规的潮流分析，为用户提供了全面优化和调整输电系统运行的能力。PSS/E OPF完全嵌入在PSS/E的潮流程序中，使得这种优化和调整更为容易。PSS/E OPF把职能融入潮流求解过程中，大大提高了分析电力系统性能的效率。常规的潮流依赖于工程师系统地研究各个解后才能找到一个满意的“良好”解，而PSS/E OPF直接改变各种控制从而迅速地确定“最优”解。几乎对于任何一个合理的初始点，OPF肯定能求得唯一的全局最优解，并同时满足系统约束，使成本减少到最小或使系统性能最佳。PSS/E OPF提供经过特殊设计的使用简单的图形断面。该断面可以帮助迅速定义和建立即使是最为复 杂的电力系统优化问题。PSS/E OPF完全集成在PSS/E的潮流程序中，可以直接从PSS/E获得所有必要的潮流数据模型，并在每次一个优化潮流求解过程完成后立即自动更新这些潮流数据。因此，这个过程非常有效。优化潮流的数据编辑器可以方便地用来输入和修改所有的约束和控制变量。整个过程的操作是通过一组完整的视窗构成的现代图形断面进行的。程序的每一个功能都可以从驱动菜单中选择。PSS/E OPF 简介简介20PSS/E OPF 简介 PSS/E OPF除了能够进行通常的优化分析外（比如使运行费用减到最小），还适用于解决与当今电力市场环境更密切相关的许多问题，这包括：运行费用减到最小（Minimizing operating costs）；无功规划（Reactive power scheduling）；电压崩溃分析（Voltage collapse analysis）；输送能力分析（Transfer capability investigation）；基于地点的边际电价分析（Location based marginal cost assessment）；随时需要的辅助服务费用分析（Ancillary service opportunity cost assessment）；建立用作对系统影响评估的常规潮流（Impact assessment base case development）。PSS/E OPF 简介简介21PSS/E OPF 简介 PSS/E OPF可以提供的目标函数为（可以同时满足一个或多个目标）：使燃料费用减到最小（Minimize fuel costs）；使平衡母线发电机有功出力减到最小（Minimize active power slack generation）；使平衡母线发电机无功出力减到最小（Minimize reactive power slack generation）；使有功损耗减到最小（Minimize active power loss）；使无功损耗减到最小（Minimize reactive power loss）；使支路电抗调整量减到最小（Minimize adjustable branch reactance）；使母校并联电容调整量减到最小（Minimize adjustable bus shunts）；使母线负荷调整量减到最小（Minimize adjustable bus loads）；使断面潮流减到最小（Minimize interface flows）；使断面有功潮流传输最大（Maximize interface active power transfer）。PSS/E OPF 简介简介22PSS/E OPF 简介 PSS/E OPF允许用户任意选择上述目标函数的组合，只要点击图形断面上的功能键就可容易实现。优化潮流问题的陈述是通过将目标函数与任意数目的约束和控制结合起来而形成的，这些约束和控制可以是：母线电压幅值限制（Bus voltage magnitude limits）；支路潮流限制（有功、无功、视在功率、电流）（Branch flow limits(MW,MVar,MVA,Ampere)）；断面潮流限制（有功、无功）（Interface flow limits(MW,MVar)）；发电机无功容量限制（Generator reactive power capability limits）；发电周期备用限制（Generation period reserve limits）；发电机有功限制（Generator active power limits）；母线并联电容调整量的限制（Adjustable bus shunt limits）；支路电抗调整量的限制（Adjustable branch reactance limits）；母线负荷调整量的限制（Adjustable load limits）。PSS/E OPF 简介简介234.1.2 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(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。4.1.2 PSASP24PSASP功能简介主要包括如下模块：PSASPPSASP图模一体化平台图模一体化平台 PSASPPSASP潮流计算模块（潮流计算模块（LFLF）PSASPPSASP暂态稳定计算模块（暂态稳定计算模块（STST）PSASPPSASP短路计算模块（短路计算模块（SCSC）PSASPPSASP最优潮流和无功优化计算模块（最优潮流和无功优化计算模块（OPFOPF）PSASPPSASP静态安全分析模块（静态安全分析模块（SASA）PSASPPSASP网损分析模块（网损分析模块（NLNL）PSASPPSASP静态和动态等值计算模块（静态和动态等值计算模块（EQEQ）PSASPPSASP用户自定义模型和程序接口模块（用户自定义模型和程序接口模块（UD/UPIUD/UPI）PSASPPSASP直接法稳定计算模块（直接法稳定计算模块（DSTDST）PSASPPSASP小干扰稳定分析模块（小干扰稳定分析模块（SSTSST）PSASPPSASP电压稳定分析模块（电压稳定分析模块（VSTVST）PSASPPSASP继电保护整定计算模块（继电保护整定计算模块（RPSRPS）PSASPPSASP线性线性/非线性参数优化模块（非线性参数优化模块（LPO/NPOLPO/NPO）PSASPPSASP谐波分析模块（谐波分析模块（HMAHMA）PSASPPSASP分布式离线计算平台分布式离线计算平台 PSASPPSASP电网风险评估系统电网风险评估系统 PSASPPSASP暂态稳定极限自动求解程序暂态稳定极限自动求解程序 PSASPPSASP负荷电流防冰融冰辅助决策系统负荷电流防冰融冰辅助决策系统 PSASP功能简介功能简介PSASP图模一体化平台图模一体化平台 25PSASP功能结构PSASP功能结构功能结构26PSASP操作界面PSASP操作界面操作界面274.1.3 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）4.1.3 PSD-BPA28PSD 总体框图PSD 总体框图总体框图29PSD-BPA 结构示意图PSD-BPA 结构示意图结构示意图30PSD-PSAW系统分析集成平台PSD-PSAW系统分析集成平台系统分析集成平台314.1.4 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。4.1.4 DSATools32DSATools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&Short-circuit Analysis Tool)；电压安全分析程序 VSAT (Voltage Security Assessment Tool)；暂态安全分析程序 TSAT (Transient Security Assessment Tool)；小干扰稳定分析程序 SSAT (Small Signal Analysis Tool);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)。DSATools组成模块组成模块33DSAToolsTM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 特殊稳控问题的分析 各类电力设备的建模及分析 各种控制器及稳控措施设计及分析 事故的仿真复现及分析 科研及教学 DSAToolsTM主要应用领域主要应用领域34在线动态安全分析（On-Line DSA）在线动态安全分析（在线动态安全分析（On-Line DSA）35DSA操作界面DSA操作界面操作界面364.2 电磁暂态仿真软件 电磁暂态过程数字仿真是用数值计算方法对电力系统中从数微秒至数秒之间的电磁暂态过程数字仿真是用数值计算方法对电力系统中从数微秒至数秒之间的电磁暂态过程数字仿真是用数值计算方法对电力系统中从数微秒至数秒之间的电磁暂态过程数字仿真是用数值计算方法对电力系统中从数微秒至数秒之间的电磁暂态过程进行仿真模拟。电磁暂态过程仿真必须考虑输电线路分布参数特性和电磁暂态过程进行仿真模拟。电磁暂态过程仿真必须考虑输电线路分布参数特性和电磁暂态过程进行仿真模拟。电磁暂态过程仿真必须考虑输电线路分布参数特性和电磁暂态过程进行仿真模拟。电磁暂态过程仿真必须考虑输电线路分布参数特性和参数的频率特性、发电机的电磁和机电暂态过程以及一系列元件参数的频率特性、发电机的电磁和机电暂态过程以及一系列元件参数的频率特性、发电机的电磁和机电暂态过程以及一系列元件参数的频率特性、发电机的电磁和机电暂态过程以及一系列元件(避雷器、变压器、避雷器、变压器、避雷器、变压器、避雷器、变压器、电抗器等电抗器等电抗器等电抗器等)的非线性特性。因此，电磁暂态仿真的数学模型必须建立这些元件和系统的非线性特性。因此，电磁暂态仿真的数学模型必须建立这些元件和系统的非线性特性。因此，电磁暂态仿真的数学模型必须建立这些元件和系统的非线性特性。因此，电磁暂态仿真的数学模型必须建立这些元件和系统的代数或微分、偏微分方程。一般采用的数值积分方法为隐式积分法。的代数或微分、偏微分方程。一般采用的数值积分方法为隐式积分法。的代数或微分、偏微分方程。一般采用的数值积分方法为隐式积分法。的代数或微分、偏微分方程。一般采用的数值积分方法为隐式积分法。由于电磁暂态仿真不仅要求对电力系统的动态元件采用详细的非线性模型，还由于电磁暂态仿真不仅要求对电力系统的动态元件采用详细的非线性模型，还由于电磁暂态仿真不仅要求对电力系统的动态元件采用详细的非线性模型，还由于电磁暂态仿真不仅要求对电力系统的动态元件采用详细的非线性模型，还要计及网络的暂态过程，也需采用微分方程描述，使得电磁暂态仿真程序的仿真规要计及网络的暂态过程，也需采用微分方程描述，使得电磁暂态仿真程序的仿真规要计及网络的暂态过程，也需采用微分方程描述，使得电磁暂态仿真程序的仿真规要计及网络的暂态过程，也需采用微分方程描述，使得电磁暂态仿真程序的仿真规模受到了限制。一般进行电磁暂态仿真时，都要对电力系统进行等值化简。模受到了限制。一般进行电磁暂态仿真时，都要对电力系统进行等值化简。模受到了限制。一般进行电磁暂态仿真时，都要对电力系统进行等值化简。模受到了限制。一般进行电磁暂态仿真时，都要对电力系统进行等值化简。电磁暂态仿真程序目前普遍采用的是电磁暂态程序电磁暂态仿真程序目前普遍采用的是电磁暂态程序电磁暂态仿真程序目前普遍采用的是电磁暂态程序电磁暂态仿真程序目前普遍采用的是电磁暂态程序(electromagnetic(electromagnetic(electromagnetic(electromagnetic transients programtransients programtransients programtransients program，简称为，简称为，简称为，简称为EMTP)EMTP)EMTP)EMTP)，1987198719871987年以来，年以来，年以来，年以来，EMTPEMTPEMTPEMTP的版本更新工作在多国合作的版本更新工作在多国合作的版本更新工作在多国合作的版本更新工作在多国合作的基础上继续发展，中国电力科学研究院的基础上继续发展，中国电力科学研究院的基础上继续发展，中国电力科学研究院的基础上继续发展，中国电力科学研究院(简称电科院简称电科院简称电科院简称电科院)在在在在EMTPEMTPEMTPEMTP的基础上开发了的基础上开发了的基础上开发了的基础上开发了EMTPEEMTPEEMTPEEMTPE。具有与。具有与。具有与。具有与EMTPEMTPEMTPEMTP相似功能的程序还有加拿大相似功能的程序还有加拿大相似功能的程序还有加拿大相似功能的程序还有加拿大ManitobaManitobaManitobaManitoba直流研究中心的直流研究中心的直流研究中心的直流研究中心的EMTDCEMTDCEMTDCEMTDCPSCADPSCADPSCADPSCAD、加拿大哥伦比亚大学的、加拿大哥伦比亚大学的、加拿大哥伦比亚大学的、加拿大哥伦比亚大学的MicroTranMicroTranMicroTranMicroTran、德国西门子的、德国西门子的、德国西门子的、德国西门子的NETOMACNETOMACNETOMACNETOMAC等。等。等。等。4.2 电磁暂态仿真软件电磁暂态仿真软件 电磁暂态过程数字仿真是用数值电磁暂态过程数字仿真是用数值374.2.1 EMTP-RV简介 历史背景。EMTP在二十世纪六十年代后期由 Hermann Dommel 博士开发，然后将其带到了 BPA（Bonneville Power Administration）。1973年，Hermann Dommel 博士离开BPA前往UBC（University of British Columbia）。自此，EMTP的两种版本开始形成。一是UBC版，主要用于模型开发；一是BPA版，成为业界标准工具。BPA版是BPA的 Scott Meyer 博士和 Tsu-huei Liu 博士以及北美电力业许多工作人员的共同努力的成果。为了使软件的开发更加合理以吸收更多资金，DCG（EMTP Development Coordination Group）于1984年成立。随着DCG的成立，EMTP的开发团体发生了一系列变化。1986年，出于意识形态上的分歧，Scott Meyer 博士离开DCG开发并发布一个EMTP的独立版本ATP（Alternative Transients Program）。它是免费的，并由使用者自行开发维护。1989年，UBC进一步开发了EMTP的原始版本，并以MicroTran的品牌名称出售。1998年，DCG在Hydro-Qubec的支持下，开始重写EMTP程序，并于2003年推出重构的版本EMTP-RV。4.2.1 EMTP-RV简介简介38EMTPWorks操作界面EMTPWorks操作界面操作界面39ReferenceintransientssimulationReferenceintransientssimulationReferenceintransientssimulationReferenceintransientssimulationSolutionforlargenetworksSolutionforlargenetworksSolutionforlargenetworksSolutionforlargenetworksProvidedetailedmodelingofthenetworkProvidedetailedmodelingofthenetworkProvidedetailedmodelingofthenetworkProvidedetailedmodelingofthenetworkcomponentincludingcontrol,linearandcomponentincludingcontrol,linearandcomponentincludingcontrol,linearandcomponentincludingcontrol,linearandnon-linearelementsnon-linearelementsnon-linearelementsnon-linearelementsOpenarchitecturecodingthatallowsusersOpenarchitecturecodingthatallowsusersOpenarchitecturecodingthatallowsusersOpenarchitecturecodingthatallowsuserscustomizationandimplementationofcustomizationandimplementationofcustomizationandimplementationofcustomizationandimplementationofsophisticatedmodelssophisticatedmodelssophisticatedmodelssophisticatedmodelsNewsteady-statesolutionwithharmonicsNewsteady-statesolutionwithharmonicsNewsteady-statesolutionwithharmonicsNewsteady-statesolutionwithharmonicsNewthree-phaseload-flowNewthree-phaseload-flowNewthree-phaseload-flowNewthree-phaseload-flowAutomaticinitializationfromsteady-stateAutomaticinitializationfromsteady-stateAutomaticinitializationfromsteady-stateAutomaticinitializationfromsteady-statesolutionsolutionsolutionsolutionNewcapabilityforsolvingdetailedNewcapabilityforsolvingdetailedNewcapabilityforsolvingdetailedNewcapabilityforsolvingdetailedsemiconductormodelssemiconductormodelssemiconductormodelssemiconductormodelsSimultaneousswitchingoptionsforpowerSimultaneousswitchingoptionsforpowerSimultaneousswitchingoptionsforpowerSimultaneousswitchingoptionsforpowerelectronicsapplicationselectronicsapplicationselectronicsapplicationselectronicsapplicationsEMTP-RV key features:EMTP-RV key features:40EMTP-RV Applications:Lightning surgesSwitching surgesTemporary overvoltagesInsulation coordinationPower electronics and FACTSGeneral control system designPower Quality issuesCapacitor bank switchingSeries and shunt resonancesFerroresonanceMotor startingSteady-State analysis of unbalanced systemDistribution networks and Distributed generationPower system dynamic and load modelingSubsynchronous resonance and shaft stressesPower system protection issuesEMTP-RV Applications:Lightning41EMTPWorks的基本原理 EMTP-RV使用面向对象的编程模式，根据所处理对象的不同分为 EMTP-RV 核心数据处理引擎、EMTPWorks图形化编辑界面和ScopeView可视化数据处理程序三个不同的部分。EMTP-RV组织结构图 EMTPWorks的基本原理的基本原理EMTP-RV组织结构图组织结构图 42EMTPWorksEMTPWorksEMTPWorksEMTPWorks提供给用户一个图形化的建模环境，它将使用者用图提供给用户一个图形化的建模环境，它将使用者用图提供给用户一个图形化的建模环境，它将使用者用图提供给用户一个图形化的建模环境，它将使用者用图形模块搭建的系统模型转换为形模块搭建的系统模型转换为形模块搭建的系统模型转换为形模块搭建的系统模型转换为EMTP-RVEMTP-RVEMTP-RVEMTP-RV计算引擎可识别的网络表计算引擎可识别的网络表计算引擎可识别的网络表计算引擎可识别的网络表*.NET*.NET*.NET*.NET文件。文件。文件。文件。EMTP-RVEMTP-RVEMTP-RVEMTP-RV计算引擎则根据读入的网络表计算引擎则根据读入的网络表计算引擎则根据读入的网络表计算引擎则根据读入的网络表*.NET*.NET*.NET*.NET文件，分析网络拓扑文件，分析网络拓扑文件，分析网络拓扑文件，分析网络拓扑结构，解析元器件模型，构成系统计算矩阵并按给定的条件进行仿真，结构，解析元器件模型，构成系统计算矩阵并按给定的条件进行仿真，结构，解析元器件模型，构成系统计算矩阵并按给定的条件进行仿真，结构，解析元器件模型，构成系统计算矩阵并按给定的条件进行仿真，最后将仿真结果写入二进制的数据文件最后将仿真结果写入二进制的数据文件最后将仿真结果写入二进制的数据文件最后将仿真结果写入二进制的数据文件*.mda*.mda*.mda*.mda和相关和相关和相关和相关ASCIIASCIIASCIIASCII文本绘图文文本绘图文文本绘图文文本绘图文件件件件*.m*.m*.m*.m。可视化数据处理程序可视化数据处理程序可视化数据处理程序可视化数据处理程序ScopeViewScopeViewScopeViewScopeView对对对对EMTP-RVEMTP-RVEMTP-RVEMTP-RV计算引擎输出的数据做计算引擎输出的数据做计算引擎输出的数据做计算引擎输出的数据做进一步的加工处理，最终以多组彩色曲线图的形式显示仿真结果。进一步的加工处理，最终以多组彩色曲线图的形式显示仿真结果。进一步的加工处理，最终以多组彩色曲线图的形式显示仿真结果。进一步的加工处理，最终以多组彩色曲线图的形式显示仿真结果。这三个组成部分为用户提供了一个完善的集成开发环境，同时，这三个组成部分为用户提供了一个完善的集成开发环境，同时，这三个组成部分为用户提供了一个完善的集成开发环境，同时，这三个组成部分为用户提供了一个完善的集成开发环境，同时，各部分又有其相对独立的不同特征。各部分又有其相对独立的不同特征。各部分又有其相对独立的不同特征。各部分又有其相对独立的不同特征。电力系统仿真技术课件电力系统仿真技术课件43EMTPWorksEMTPWorksEMTPWorksEMTPWorks为创建复杂电网络模型提供了为创建复杂电网络模型提供了为创建复杂电网络模型提供了为创建复杂电网络模型提供了一个直观且功能强大的图形化编辑界面。它支持一个直观且功能强大的图形化编辑界面。它支持一个直观且功能强大的图形化编辑界面。它支持一个直观且功能强大的图形化编辑界面。它支持以拖放（以拖放（以拖放（以拖放（DragandDropDragandDropDragandDropDragandDrop）方式添加电气元件；）方式添加电气元件；）方式添加电气元件；）方式添加电气元件；元件连接可选单相或三相信号连线的方式；元件元件连接可选单相或三相信号连线的方式；元件元件连接可选单相或三相信号连线的方式；元件元件连接可选单相或三相信号连线的方式；元件和信号均被视为具有属性的对象，可随时对其特和信号均被视为具有属性的对象，可随时对其特和信号均被视为具有属性的对象，可随时对其特和信号均被视为具有属性的对象，可随时对其特征属性进行编辑；内置的符号编辑器可用于编辑征属性进行编辑；内置的符号编辑器可用于编辑征属性进行编辑；内置的符号编辑器可用于编辑征属性进行编辑；内置的符号编辑器可用于编辑元件的图形标识。元件的图形标识。元件的图形标识。元件的图形标识。EMTPWorksEMTPWorksEMTPWorksEMTPWorks提供无限层次子网提供无限层次子网提供无限层次子网提供无限层次子网络的封装功能：用户可将一部分子电路封装起来，络的封装功能：用户可将一部分子电路封装起来，络的封装功能：用户可将一部分子电路封装起来，络的封装功能：用户可将一部分子电路封装起来，用特定的符号表示，并以子模块嵌套的方式构建用特定的符号表示，并以子模块嵌套的方式构建用特定的符号表示，并以子模块嵌套的方式构建用特定的符号表示，并以子模块嵌套的方式构建大规模的电网络模型。对于常用的电气设备模型，大规模的电网络模型。对于常用的电气设备模型，大规模的电网络模型。对于常用的电气设备模型，大规模的电网络模型。对于常用的电气设备模型，EMTPWorksEM