电力系统分析软件.docx

电力系统分析软件电气0902班2009302540036谢文潇 现代科技日新月异，现代电力系统的运行与控制离不开对系统的准确全面分析，而这就需要借助到各类电力系统分析软件。了解和熟悉主要的几种电力系统分析软件将有助于我们今后的学习和工作。现在国内外电力系统常用软件主要有：PSASP (Power System Analysis Software Package)；EMTP-ATP（Alternative Transients Program）；PSSNETOMAC ,PSCAD/EMTDC；PSSE ( Power System Simulator for Engineering)；IMPOW，MATLAB分析设计软件包，CYME等。一、PSASP（电力系统分析综合程序 ）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。 交直流混合电力系统 ，固定模型库和用户自定义模型库支持，提供用户程序接口，实现与用户程序联合运行，文本和图形两种运行模式及多种形式的结果输出 。自1973年开始的长期开发应用历史；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 PSASP拥有基于公用数据和模型的三层体系结构：第一层：公用数据和摸型的的资源库；第二层：基于资源库的应用程序包；第三层：计算结果库和分析工具。这造就了其极大地资源共享，高度集成和开放等优点。其主要有以下几个模块：（1）文本和图形两种录入编辑方式的电网基础数据库：1）是支持 PSASP 各种计算的公用数据 2）包含发电机、变压器、交流线、负荷、直流线、静止无功补偿器 等电网基本元件 3）有文本和图形两种数据录入编辑方式 4）可提供各种分析计算的基本数据支持 5）可按地区、年度、运行方式从中抽取计算的基本数据 （2）直观方便、功能强大的用户自定义模型方法 1）可自由建立任何元件的模型（电源、负荷、各种控制保护装置、FACTS元件等），作为各种计算的模型库 2）直观方便的文本和图形两种模型编辑方式 3）调用简单，计算快速（3）基于公用资源的交直流电力系统分析程序包：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、最优潮流和无功优化、参数优化协调、继电保护整定与仿真。二、EMTP-ATP （Alternative Transients Program）EMTP-ATP广泛应用于开关和雷电冲击分析、绝缘配合和轴系扭振研究、继电保护模拟、谐波和电能质量研究以及HVDC和FACTS装置的模拟。ATP是一个模拟电力系统电磁暂态和机电暂态特性的数字仿真软件包，可模拟任意结构的复杂电力网络及其控制系统，具有很强的扩展能力，除暂态计算之外，还有其它一些重要的特性。TACS为进行控制系统时域分析的模块。最初开发TACS是为了模拟HVDC换流器的控制系统。TACS采用控制系统的结构图表示法。电网与TACS之间的接口是通过信号量的交互：如节点电压、支路电流、开关状态、时变电阻、电压源和电流源等。TACS可用于模拟： 1）HVDC换流器的控制系统 2）同步发电机的励磁系统 3）电力电子及其驱动 4）电弧（断路器和故障电弧）三、PSSNETOMAC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。（1）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。（2）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。（2）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。（3）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期性干扰、研究与频率和电压有关的负荷的影响等。（4）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。四、PSSEPSSE是西门子PTI（Siemens Power Technologies International）公司提供的软件产品，是一个完整的电力系统分析软件工具库。该软件提供了一个非常优越的潮流计算，短路故障分析和动态仿真的环境.PSSE采用最新的计算机技术和数值计算方法，提供与电力系统技术发展同步的元件模型，如传统和新型高压直流（HVDC）模型、灵活交流输电系统（FACTS）模型等，并提供用户可自定义的模型和用户可编程的计算过程等功能。（1）输入数据方式及与其他程序数据文件共享的方便性；（2）程序缺省模型包括发电机模型、励磁系统模型、调速器模型、HVDC 模型、FACTS 模型、负荷模型等的完整性；（3）用户自定义模型功能和程序接口功能；（4）用户自定义计算顺序与用户自定义计算功能；（5）分析计算功能的多样性；（6）计算方法的透明性与文档的完整性；（7）国际交流的方便性。 五、SIMPOW典型模块与典型研究：（1）电力系统潮流分析模块（Power-flow analysis module）电力系统潮流模块基于频率，电压和电流，对于稳态对称的电路进行仿真。系统中采用动态算法或者牛顿-拉夫逊（Newton-Raphson）法进行潮流计算，并且针对变量设定了各种各样的约束条件。（2）动态仿真模块（Dynamic simulation module）在SIMPOW软件中包含两种动态模型：暂态稳定和瞬时值模型。每种模型都能模拟稳态，对称和不对称电力网络。暂态稳定模型通过交流系统相量和直流系统电压电流进行计算，输出正序，负序，零序分量。瞬时值模型计算瞬时电压和电流，输出dqo分量。SIMPOW软件提供了完整的动态仿真模块库，包含HVDC 和SVC 系统。（3）故障分析模块（Fault analysis module）故障分析模块用于仿真分析稳态对称和不对称故障，计算短路电流，序分量，节点短路阻抗等。（4）频域分析模块（Frequency domain analysis）SIMPOW可用以频域特征值计算和频域响应计算，这对于电机的小信号稳定和自动控制系统方面的研究将有莫大的帮助。六、MATLABMatlab由美国MathWorks软件公司于1984年推向市场，历经十几年的发展和竞争，现在己经成为(IEEE评述)国际公认的最优秀的科技应用软件之一。该软件有三大特点:一功能强大;二.界面友好、语言自然;三.开放性强(仅MathWorks软件公司就推出30多个应用工具箱)，已成为应用科学计算机辅助分析、设计、仿真、教学乃至科技文字处理不可缺少的基础。Matlab含有多个专业性的工具箱，其中主要用于电力系统分析的有EST(Educational Simulation Tool )，MatEMTP，Matpower，PST (Power System Toolbox)，PAT（Power Analysis Toolbox），SPS（Sim Power Systems），VST（Voltage Stability Toolbox），PSAT（Power System Analysis Toolbox）等工具箱，而且工具箱还在不断增加，这些工具箱给电力系统的研究和工程应用提供了有力的工具。对于上述主要介绍的几种软件，总结如下：1、EMTP和PSSNETOMAC都是世界范围通用的电力系统仿真软件，其