电力企业常用电力系统分析软件应用.ppt

电力企业常用仿真计算 软件学习 主讲：王莉丽 电气与电子工程学院 教五楼C204 Email: 课程的意义 电力系统是一个复杂时变的系统，在国民经济中 有着极其重要的作用。 随着现代电力系统网络规模的不断扩大和电网电 压等级的不断升高, 电力系统规划、运行和控制的 复杂性亦日益增加, 因此在电力系统的生产和研究 中仿真软件的应用越来越广泛。 电力系统仿真的方法 l电力系统仿真软件以数学模型代替实际的电力系 统。 l用数值的方法对系统运行特性进行研究和测试。 l主要用来进行潮流计算、电磁暂态仿真、机电暂 态仿真、控制保护仿真等。 国内外研究现状 电力系统仿真软件的开发研究起源于上世纪五六十年代， 受到当时的计算机价格、内存容量和计算速度等多方面的 严重限制。 八十年代后，随着计算机软件和硬件的高速发展，先进数 学计算方法的引入，电力系统仿真软件取得了巨大的飞跃 ，功能日臻完善，计算效率大大提高，使用也更加方便灵 活。 目前，国际上有多种电力系统仿真软件，在世界上不同国 家和地区的各级电力企业、研究所和大学中得到了较为广 泛的应用。 常用电力系统仿真软件主要有： 邦纳维尔电力局(Bonneville Power Administration, BPA ) 开发的BPA 程序和EMTP 程序; 中国电力科学研究院开发的电力系统分系综合程序PSASP ； 由德国DigSILENT公司开发的大型集成化电力系统仿真软 件DigSILENT； 曼尼托巴高压直流输电研究中心(Manitoba HVDC Research Center ) 开发的PSCAD/EMTDC 程序； MathWorks 公司开发的科学与工程计算软件MATLAB； BPA 程序是美国联邦政府能源部下属邦纳维尔电力局计 算方法开发组自二十世纪60 年代初期开发的大型电力系 统离线分析程序。 目前电力系统多数单位所用的BPA 程序是中国电力科学 研究院在美国BPA 程序1983 年9 月版本的基础上, 经过消 化吸收, 开发而成的中国版程序,且已在我国电力系统规划 设计、调度运行和试验研究等各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。 (1) BPA 电力系统分析综合程序我国电力科学研究院自主研发的一 套具有高度集成性，开放性和自主知识产权的大型软件包 。该程序从1973年中国电科院开始开发起，不断的进行完 善和更新。具有功能强大，使用方便等特点。 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，是目前国内电网公司比较受欢迎和 广泛使用的电力系统仿真软件。 (2) PSASP （ Power System Analysis Software Package） PSASP 的体系结构分为三层: 第一层是公用数据 和模型的资源库, 其中包括: 电网基 础库、固定模型库 、用户自定义模型 库和用户程序库等 。 第二层是基于资源 库的应用程序包, 包括稳态分析、故 障分析、机电暂态 分析和暂态稳定计 算。 第三层是计算结果库和分析工具, 软件进行各种分析计算后, 生成 的结果数据以多种形式输出或转换为Excel、AutoCAD、MATLAB 等其他数据格式。 PSASP 的功能 主要有稳态分析、故障分析和机电暂态分析。 稳态分析包括潮流分析、网损分析、最优潮流和无功优 化、静态安全分析、谐波分析和静态等值等。 故障分析包括短路计算、复杂故障计算及继电保护整定 计算。 机电暂态分析包括暂态稳定计算、电压稳定计算、控制 参数优化等。 (3)DigSILENT （Digital Simulation And Electrical Network ） DigSILENT/Power Factory是由德国DigSILENT公司开发 的大型集成化电力系统仿真软件。它具有高度图形化的操 作模式和全新的数据管理观念。 软件包含了几乎常用的所有电力系统分析的功能，如潮流 、短路计算、机电暂态及电磁暂态计算、谐波分析、小干 扰稳定分析等。 拥有丰富全面的元件模型库。除了详细的系统元件模型和 控制器模型之外，还拥有风电机组电气部分的模型和多种 电力电子元件模型。 (4)PSCAD/EMTDC (Power Systems Computer Aided Design/Electromagnetic Transients Program including Direct Current) 为了研究高压直流输电系统,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, 随后在曼尼托巴大学创建高压直流输电研究中心； 既可以研究交直流电力系统问题, 又能够完成电力电子仿 真及非线性控制的多功能工具(Versatile tool)； 特别是PSCAD 图形界面(GU I) 的开发成功, 使得用户能 更方便地使用EMTDC 进行电力系统仿真计算, 而且该软 件可以作为实时数字仿真器( real time digital simulator, RTDS) 的前置(frontend) 部分。 现在新版的PSCAD/EMTDC 不但有工作站版(适用于 Unix Work stations) 而且有微机版； 因其具有大规模的计算容量、完整而准确的元件模型库 、稳定高效的计算内核、友好的界面和良好的开放性等 特点, 已经被世界各国的科研机构、学校和电力生产部 门电气工程师广泛使用。 个人版的PSCAD/EMTDC免费应用, 可在http: www. ee. umanitoba. Ca/hvdc 下载全功能的个人版 SCAD/EMTDC4.0 及相应FORTRAN编译器。 PSCAD/EMTDC 软件的主要功能是进行电力系统时域和 频域仿真, 还可以进行交流系统的谐波研究、暂态扭矩的 分析、直流系统的启动、直流系统换相方法研究、串联或 并联的多端输电系统的电磁暂态仿真、同杆架设的交直流 电路的相互影响等。 PSCAD/EMTDC 典型应用是计算电力系统遭受扰动或参 数变化时, 参数随时间变化的规律； 此外，PSCAD/EMTDC 软件广泛应用于高压直流输电、 FACTS 控制器的设计、电力系统谐波分析及电力电子领 域的仿真计算。 (5)EMTP ( Electro-Magnetic Transient Program) EMTP 程序主要用于计算电力系统中电磁暂态过程, 目前 的EMTP 程序是在原美国邦纳维尔电力局(BPA ) 编制的 电磁暂态程序基础上由W.SxottMeyer 等开发完善形成的 。 现已有许多国家使用该程序进行电力系统各种暂态过程 的研究, 其中ATP程序(Alternative Transients Program ) 是较为广泛使用的一个版本。 目前, 在世界上已形成了多个ATP-EMTP 程序的用户协 会, 这些用户协会通常按地域划分, 主要有加拿大/美国 EMTP 用户协会(CAEUG)、欧洲用户协会(EEU G)、日 本用户协会、韩国用户协会以及台湾地区的用户协会等 。 我国于1980 年初在水电部计算机办公室的领导下, 从美 国BPA 公司引进了EMTP 程序, 1988年通过电力部引进 了微机版电磁暂态计算程序ATP。 中国电力科学研究院在引进的程序基础上进行了调试、 修改以及功能二次开发, 并且在全国范围内推广使用, 完 善了中文使用说明及相关技术资料,编制了人机会话式数 据输入程序及ATP工作环境软件包, 提供了与用户友好的 人机界面。 EMTP 由电磁暂态计算程序、辅助支持子程序及绘图功 能子程序组成。该软件典型应用为计算电力系统在某个 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。 (6)Matlab 该软件是由Mathworks公司开发的商业数学软件。广泛应 用于科学研究，工程设计等众多领域中。 它是以矩阵运算为基础,把计算、可视化、程序设计融合 在一个交互的工作环境中,在此环境中可以实现工程计算 、算法研究、建模和仿真、应用程序开发等。 MATLAB 是高性能、通用的科学与工程计算软件, 它功能 强大, 在电气、化工、制造、医疗等多个行业均有应用。 MATLAB 使用方便、简单易学, 且开发出了图形建模的电 力系统模块, 因此在广大电气工程科研人员也应用甚广; MATLAB在电力系统建模和仿真的应用主要由电力系统仿 真模块(Power System Block set)来完成,PSB是由 TEQSIM公司和魁北克水电站开发的。 其他仿真软件 除了上述电力系统仿真计算软件之外，还有很多 电力系统仿真软件在国内和国际上运用比较广泛 ，比如由美国EPRI公司研发的PSAPAC，德国西 门子公司研发的NETOMAC，美国PIT电力公司开 发的PSS/E。国内各调度局，试验中心目前或拥 有上述仿真软件中的几种，或需要添置某些新的 软件，以满足现今电力系统日益发展的需要。 电力系统仿真软件应用分析 BPA 、 PSASP主要进行潮流和机电暂态数字仿真； DigSILENT主要用于新能源接入电网的研究； EMTP主要用来进行电磁暂态过程数字仿真； PSCAD/EMTDC、NETOMAC 主要进行电磁暂态和控制 环节的仿真； MATLAB 主要进行控制环节的数字仿真研究。 美国PTI的PSS/E 程序等具有长过程动态稳定计算功能。 加拿大Manitoba直流研究中心RTDS 公司的RTDS等主要 进行电力系统全数字实时仿真。 本门开放实验的内容和形式 内容：学会使用BPA和PSASP的基本操作，能够 输入电网原始数据，进行潮流计算，输出结果。 形式： 自由组合，34人一组； 查阅