电力系统仿真技术.ppt

电力系统仿真技术 武汉大学电气工程学院曹玉胜 电力系统仿真概述动态模拟仿真技术数模混合仿真技术全数字仿真技术机电暂态仿真软件电磁暂态仿真软件电力电子仿真工具配电网的仿真软件 内容 电力系统仿真概述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1 s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 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 电力仿真的时间尺度 10 7 10 5 10 3 10 1 101 103 105 Timescale seconds 1cycle 1sec 1min 1hr 1day Imbalance harmonics inter harmonics notching noise Voltagefluctuations Frequencyvariations Electromagnetictransientmodelingandsimulation 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 动模实验室 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 电力系统实时仿真器主要有 ADPSS ARENE DDRTS HYPERSIM RTDS RT LAB dSPACE RTDS全称为实时数字仿真仪 由加拿大曼尼托巴RTDS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TEQSIM公司开发了电力系统实时仿真系统 HYPERSIM 主要用于电力系统电磁暂态仿真 其核心软件是EMTP程序 法国电力公司 EDF 开发的ANENE实时仿真系统 其核心软件也是EMTP 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 简称DDRTS 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 1000台机 10000个节点 的全数字实时仿真装置ADPSS 大规模电力系统的实时数字仿真也得以实现 ADPSS实时仿真装置 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 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 机电暂态仿真工具 PSS E PSASP BPA Simpow Eurostag PowerWorldSimulator POWERTECHDSA CYME NEPLAN ETMSP电磁暂态仿真工具 EMTP ATP PSCAD EMTDC EmtpE混合仿真工具 NETOMAC DIgSILENT SimPowerSystems电磁场仿真工具 ANSOFT ANSYS CDEGS Infolytica IES电力电子仿真工具 PLECS PSIM SABER Caspoc配电网仿真工具 ETAP EDSA DesignBase PSS SINCAL PSS ADEPT实时物理仿真工具 ADPSS ARENE DDRTS HYPERSIM RTDS RT LAB dSPACE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 红色标注了使用频率高的软件 4 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 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 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 微分方程组的求解方法主要有隐式梯形积分法 改进尤拉法 龙格 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 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 PSASP 和中国版BPA电力系统分析程序 国际上常用的有美国PTI公司的PSS E 美国EPRI的ETMSP ABB的SIMPOW程序 德国西门子的NETOMAC 德国Powerfactory的DIgSILENT 4 1 1PSS EPSS 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 PSS E操作界面 PSS E仿真规模 PSS E仿真规模 PSS E参考文档 C ProgramFiles PTI PSSE33 DOCS PSSE33 WECC UsersGUIguide TMLC SavedCase ReleaseNotes Reference PSSPLT PSSExpress PSSEAPI POM PAG PAG V2 PAG V1 ModelLibrary GUIDEtoPP LineProp IPLAN Installation Compatibility CLI CheatSheets PSS E功能结构图 PSS EOPF简介PSS EOPF 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 EOPF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 EOPF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 EOPF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 EOPF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 EOPF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 EOPF简介PSS EOPF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 Minimizingoperatingcosts 无功规划 Reactivepowerscheduling 电压崩溃分析 Voltagecollapseanalysis 输送能力分析 Transfercapabilityinvestigation 基于地点的边际电价分析 Locationbasedmarginalcostassessment 随时需要的辅助服务费用分析 Ancillaryserviceopportunitycostassessment 建立用作对系统影响评估的常规潮流 Impactassessmentbasecasedevelopment PSS EOPF简介PSS EOPF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 Minimizefuelcosts 使平衡母线发电机有功出力减到最小 Minimizeactivepowerslackgeneration 使平衡母线发电机无功出力减到最小 Minimizereactivepowerslackgeneration 使有功损耗减到最小 Minimizeactivepowerloss 使无功损耗减到最小 Minimizereactivepowerloss 使支路电抗调整量减到最小 Minimizeadjustablebranchreactance 使母校并联电容调整量减到最小 Minimizeadjustablebusshunts 使母线负荷调整量减到最小 Minimizeadjustablebusloads 使断面潮流减到最小 Minimizeinterfaceflows 使断面有功潮流传输最大 Maximizeinterfaceactivepowertransfer PSS EOPF简介PSS EOPF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 Busvoltagemagnitudelimits 支路潮流限制 有功 无功 视在功率 电流 Branchflowlimits MW MVar MVA Ampere 断面潮流限制 有功 无功 Interfaceflowlimits MW MVar 发电机无功容量限制 Generatorreactivepowercapabilitylimits 发电周期备用限制 Generationperiodreservelimits 发电机有功限制 Generatoractivepowerlimits 母线并联电容调整量的限制 Adjustablebusshuntlimits 支路电抗调整量的限制 Adjustablebranchreactancelimits 母线负荷调整量的限制 Adjustableloadlimits 4 1 2PSASP电力系统分析综合程序 PowerSystemAnalysisSoftwarePackage 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 PSASP功能简介主要包括如下模块 PSASP图模一体化平台PSASP潮流计算模块 LF PSASP暂态稳定计算模块 ST PSASP短路计算模块 SC PSASP最优潮流和无功优化计算模块 OPF PSASP静态安全分析模块 SA PSASP网损分析模块 NL PSASP静态和动态等值计算模块 EQ PSASP用户自定义模型和程序接口模块 UD UPI PSASP直接法稳定计算模块 DST PSASP小干扰稳定分析模块 SST PSASP电压稳定分析模块 VST PSASP继电保护整定计算模块 RPS PSASP线性 非线性参数优化模块 LPO NPO PSASP谐波分析模块 HMA PSASP分布式离线计算平台PSASP电网风险评估系统PSASP暂态稳定极限自动求解程序PSASP负荷电流防冰融冰辅助决策系统 PSASP功能结构 PSASP操作界面 4 1 3PSD BPAPSD 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 PSD总体框图 PSD BPA结构示意图 PSD PSAW系统分析集成平台 4 1 4DSATools加拿大PowertechLabsInc 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 DSATools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用户自定义模型图形编辑器 UDMEditor 电力系统稳定器PSS设计及整定 CDT 在线动态安全分析平台 DSAManager DSAToolsTM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 在线动态安全分析 On LineDSA DSA操作界面 4 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 避雷器 变压器 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 电磁暂态仿真程序目前普遍采用的是电磁暂态程序 electromagnetictransientsprogram 简称为EMTP 1987年以来 EMTP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 简称电科院 在EMTP的基础上开发了EMTPE 具有与EMTP相似功能的程序还有加拿大Manitoba直流研究中心的EMTDC PSCAD 加拿大哥伦比亚大学的MicroTran 德国西门子的NETOMAC等 4 2 1EMTP RV简介历史背景 EMTP在二十世纪六十年代后期由HermannDommel博士开发 然后将其带到了BPA BonnevillePowerAdministration 1973年 HermannDommel博士离开BPA前往UBC UniversityofBritishColumbia 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ScottMeyer博士和Tsu hueiLiu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 EMTPDevelopmentCoordinationGroup 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 ScottMeyer博士离开DCG开发并发布一个EMTP的独立版本 ATP AlternativeTransientsProgram 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 Qu bec的支持下 开始重写EMTP程序 并于2003年推出重构的版本EMTP RV EMTPWorks操作界面 ReferenceintransientssimulationSolutionforlargenetworksProvidedetailedmodelingofthenetworkcomponentincludingcontrol linearandnon linearelementsOpenarchitecturecodingthatallowsuserscustomizationandimplementationofsophisticatedmodelsNewsteady statesolutionwithharmonicsNewthree phaseload flowAutomaticinitializationfromsteady statesolutionNewcapabilityforsolvingdetailedsemiconductormodelsSimultaneousswitchingoptionsforpowerelectronicsapplications EMTP RVkeyfeatures EMTP RVApplications LightningsurgesSwitchingsurgesTemporaryovervoltagesInsulationcoordinationPowerelectronicsandFACTSGeneralcontrolsystemdesignPowerQualityissuesCapacitorbankswitchingSeriesandshuntresonances FerroresonanceMotorstartingSteady StateanalysisofunbalancedsystemDistributionnetworksandDistributedgenerationPowersystemdynamicandloadmodelingSubsynchronousresonanceandshaftstressesPowersystemprotectionissues EMTPWorks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EMTP RV计算引擎可识别的网络表 NET文件 EMTP RV计算引擎则根据读入的网络表 NET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 最后将仿真结果写入二进制的数据文件 mda和相关ASCII文本绘图文件 m 可视化数据处理程序ScopeView对EMTP RV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 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 EMTPWorks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 它支持以拖放 DragandDrop 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元件的图形标识 EMTPWorks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 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 EMTPWorks提供了丰富的元件库可供选择 并能按照用户需要对库中的元件进行修改 EMTPWorks提供自定义元件编辑功能 可以方便地对现有元件库进行扩展 EMTP RV核心计算引擎使用最新Fortran 95标准编写 具有非常快的运算速度和较高的存储器利用率 新的网络方程稀疏矩阵表述形式使它可以处理巨型网络 消除了对网络拓扑结构的限制 并提供对插件模型的接口功能 非线性模型求解方法的改进极大提高了计算收敛速度 同时消除对网络拓扑的限制 对同一网络模型 它提供频域 时域 稳态和统计分析四种可选计算模式 还能够自动初始化稳态求解过程 并可提供稳态模型的谐波求解 其开放的体系结构允许用户使用自定义的复杂模型 并对现有的专用工具箱进行扩展 ScopeView可视化数据处理程序能够对Matlab Comtrade和EMTP RV格式的数据文件进行处理 它提供了基本的图形缩放 叠印 多列和多页图形显示功能 能够动态跟踪显示光标所在处数据值 显示节选图形区域内的最大值 最小值 均值和有效值 内建的函数编辑器可以对数据进行后处理 实现从简单的加减乘除类算术运算到复杂的离散傅立叶变换 谐波分析等函数功能 支持线性和指数形式的坐标轴表示 并能方便地使用属性页编辑显示曲线的标题 坐标轴标签 显示线型和图例等属性 能够将当前显示模式和数据处理过程保存为模版 方便今后载入对多组数据进行处理 支持Windows剪贴板功能 能够将图形拷贝到其他程序进行处理 并可使用Matlabbinary Comtrade pdf jpg png eps等多种图形格式导出显示数据 供其他程序进一步进行处理 主要元件和模型库EMTP RV的元件分为内置元件 内置封装组件和用户自定义元件三大类型 内置元件是由EMTP RV支持的基本功能模块 它们具有独立的数学模型并可直接被EMTP识别 内置封装组件是由EMTP RV内置元件相互连接组成的子功能模块封装后形成的 它们提供了常用设备的模型表示 用户自定义元件是用户根据自己的需要用内置元件自行搭建的模型 或是直接通过动态连接库DLL提供的用户功能模块 advanced clf 提供包括STATCOM SVC 可变负荷模型等一系列电力电子设备模型 RLCbranches clf 提供电阻R 电容C 电感L和它们相互组合而成一系列RLC电力设备 control clf 包含比较器 增益 延迟 积分 微分 采样 保持 加法器等基本控制元件的元件库 controlfunctions clf 提供了对常用控制算法的支持 包含PI PID PWM PLL等控制算法实现 controlofmachies clf 这是包含多种励磁调节器和调速器在内的设备库 flipflops clf 各种D J K S R和T触发器模型库 hvdc clf 收集了常用的6脉冲和12脉冲触发高压直流应用的控制信号发生装置 lines clf 各种传输线和电缆模型的集合 machines clf 包含同步机 异步机 直流电机 永磁电机 双相感应电机在内的电机模型库 meters clf 集合了各种电压 电流和控制信号输出测量元件 metersperiodic clf 用于测量电压 电流有效值和有功 无功输出等周期量的元件集合 nonlinear clf 提供了SiC和ZnO避雷器 时变电阻 非线性电阻和电感等非线性元件 phasors clf 提供极坐标系的加减乘除 旋转 坐标变换等矢量运算功能 sources clf 各种交直流标准电流源 电压源和脉冲电流源 电压源模型库 switches clf 包含断路器 放电间隙 二极管 晶闸管等类型的开关元件库 transformations clf Park变换 谐波分析等常用数学变换库 transformers clf 包含多种类型和不同连接方式的电力变压器模型 仿真实例EMTPExamples 4 2 2PSCADDennisWoodford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真软件 PSCAD是其用户界面 PSCAD EMTDC在时间域描述和求解完整的电力系统及其控制的微分方程 包括电磁和机电两个系统 这一类的模拟工具不同于潮流和暂态的模拟工具 后者是用稳态解去描述电路 即电磁过程 但是在解电机的机械动态 即转动惯量 微分方程 PSCAD EMTDC的结果是作为时间的即时值被求解 但通过内置的转换器和测量功能 象实有效值表计 或者快速傅里叶变换频谱分析等 这些结果能被转换为矢量的幅值和相角 应用范围研究电力系统中由于故障或开关操作引起的过电压 它也能模拟变压器的非线性 即饱和 这一决定性因素 多运行工具 Multiplerunfacilities 经常用来进行数以百计的模拟从而在下列不同情况下发生故障时最坏的情况 故障发生在波形的不同位置 故障的类型不同 故障点不同 在电力系统中找出由于雷击发生的过电压 这种模拟必须用非常小的时间步长来进行 毫微秒级 研究电力系统由于SVC 高压直流接入 STATCOM 机械驱动 事实上任何电力电子装置 所引起的谐波 这里需要详细的可控硅 GTO IGBT 二极管等的模型以及相关的控制系统模型 模拟量的和数字量的二种类型 对给定的扰动 找出避雷中最大能量 调整和设计控制系统以达到最好的性能 多重运行工具常被用来同时自动调整增益和时间常数 当一个大型涡轮发电机系统与串联补偿的线路或电力电子设备互相作用时 研究次同步谐振的影响 STATCOM或电压源转换器的建模 以及它们相关控制的详细建模 研究SVCHVDC和其它非线性设备之间的相互作用 研究在谐波谐振 控制 交互作用等引起的不稳定性 研究柴油机和风力发电机对电力网的冲击影响 绝缘配合 各种类型可变速装置的研究 包括双向离子变频器 运输和船舶装置 工业系统的研究 包括补偿控制 驱动 电炉 滤波器等 对孤立负荷的供电 PSCAD操作界面 PSCADX4新特性 NewFileFormats Theextensionsarenow pslxand pscxforlibraryandcaseprojectsrespectively Componentdefinitionfileextensionshavebeenchangedfrom cmpto psdx UpwardsCompatibility PSCADX4supportstheimportof pscand pslfileformatsthathavebeengeneratedbyPSCADv4 1orv4 2only DownwardsCompatibility ThePSCADX4releaseisnotbackwardscompatible Thatis X4formatprojectfiles pscxand pslx cannotbeconvertedbackto pscor pslformat NewLookandFeel RibbonControlBar Theribboncontrolbarisfeaturedprominentlyacrossthetopoftheapplicationenvironment TabbedDocumentInterface TDI Amodernworkingenvironmentincludingcustomizabledockedwindowsandwindowpinningandhidinghasbeenadded NewComponentWizard Newcomponents bothnativeandmodule transmissionlinesandcablesmaybecreatedfromthisutility NewSearch Query Utility Functioninginternallyinasimilarmannertotheolderversion thenewutilitypossessesadifferentinterfaceonthesurface TemporaryDirectories Theoldtemporarydirectory emt namingconventionisobsolete AuniquetemporarydirectoryisnowcreateddependingontheFortrancompilerusedtobuildtheprojectThetemporarydirectoryextensionsareasfollows GFortran gf42CompaqVisualFortran6 cf6IntelVisualFortran9to11 if9IntelVisualFortranComposerXE2011 if12ActiveProjectConceptisObsolete Inpreviousversionsofthesoftwareitwasnecessarytosetan active projectforcompilingandrunningthesimulations Duetorecentchangesinthewaythesoftwarenavigatesanddisplaysstatusinformation theconceptofan active projectisnolongernecessary Itisnowpossibletorunmultiplecasesintheenvironmentsimultaneously Allribboncontrolbuttonsandstatusbarmessagesarebasedontheprojectcurrentlyinfocus 4 3电磁场仿真工具 与使用集总元件常规电力系统仿真软件不同 电磁场仿真工具通过建立元件的分布参数模型 采用有限元法求解特定尺寸形状的器件的电场 磁场 热场的2维 3维瞬态分布 使用电磁场仿真工具 可以精细模拟发电机 变压器 高压开关 接地网等器件的精确电磁瞬态过程 为提高设备转换效率 减小电磁干扰提供设计依据 缺点是需要求解场方程 计算时间很长 对计算机的配置要求高 常用电磁场仿真工具主要有ANSOFT ANSYS CDEGS Infolytica IES 4 3 1CDEGSCDEGS软件包 CurrentDistribution ElectromagneticFields GroundingandSoilStructureAnalysis 电流分布 电磁场 接地 土壤结构分析 是一套功能强大的集成软件工具 用来精确分析接地 电磁场 电磁干扰 包括降低交流 直流干扰 阴极保护和阳极床分析 等问题 CDEGS可计算由埋设或地面以上的带电导体组成的任意网络结构在正常 故障 闪电等暂态条件下的电流和电磁场 CDEGS能模拟简单导体和复合导体 如裸线 有涂层的管道或者埋设在复杂土壤结构中的管装电光缆系统 CDEGS可以提供从简单的接地网络设计到由闪电等引发的埋设系统或地面系统的复杂问题的解决方案 CDEGS具有功能强大的作图工具 可以和AutoCAD等支持DXF文件的软件交换作图数据 因此数据输入对CDEGS用户并不是一件冗长乏味之过程 应用范围土壤阻抗分析和土壤结构分析 任意土壤结构 任意频率和暂态下的接地分析 架空和埋设的导体线路或者复杂的管装电缆结构的参数计算 正常负荷 故障和暂态状态的电流分布 中性线或屏敝线等 复杂埋设网络的阴极保护分析 共用走廊中的感应 传导和电容干扰 任意带电导体网络 变电站 传输和配电线路 工厂等 产生的电磁场的频域分析和时域分析 组成模块RESAP 土壤电阻率分析和土壤结构分析MALT 任意土壤结构的低频接地分析MALZ 任意土壤结构的频域接地分析 复杂埋设网络的阴极保护分析TRALIN 架空和埋设的导体线路或复杂的管装电缆结构的参数计算SPLITS 负载和故障电流分布 共用走廊中的感应和电容干扰HIFREQ 任意带电导体网络产生的电磁场的频域分析FFTSES 快速付里叶变换 和HIFREQ MALZ或SPLITS一起可用于时域分析FCDIST 故障电流分布SESCAD 绘图实用程序 以绘图方式生成各种导体网络 GRSERVER 具有输入处理能力的高级图形和报告输出处理器 GRAREP 用于显示和打印已有图形 报告或文本文件的处理器 GRSplits 电网线路绘图处理器 用于显示SPLITS和FCDIST工程模块输入 输出文件所表示的电路模型 Ampacity 电流容量计算实用程序 计算导体的电流容量 最小导体截面和故障短路过程的导体温升 SESBatch 批处理实用程序 CAD输入 输出 DXF输入 输出工具 用来与其它基于CAD的软件 如AutoCAD MicroStation等 进行数据交换 转换 SESGSE 简易的和快速的接地系统估算程序 SESPlot 用于生成图形的简单绘图工具 CDEGS界面 4 4电力电子仿真工具 随着电力电子器件以及相关控制技术的发展完善 利用电力电子装置对电能实施变换 改进电力系统运行性能的方法逐步得到推广应用 HVDC和FACTS是电力电子技术在电力系统中的典型应用 电力电子涉及由半导体开关启动装置进行电源的控制与转换领域 重点研究使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术 常用电力电子仿真软件有PSIM PLECS SABER等 能够完成从器件到装置再到回路的仿真过程 甚至还能提供器件的热分析 4 4 1PLECS简介PLECS是一个运行于Simulink环境下的工具箱 适用于电气系统的仿真 当被仿真的系统既含有电路部分 又含有复杂的控制方案时 PLECS提供了一个简便的仿真手段 PLECS工具箱扩充了Simulink的功能 使我们可以在Simulink的环境中以网络表的形式建立电路部分的模型 建模后的电路模型将以子系统的形式呈现在Simulink中 系统中控制部分的建模可以通过调用Simulink中的各种工具箱来完成 PLECS工具箱运行的基本原理PLECS工具箱的算法是基于状态空间的 当电路中只包含线性元件时 从数学的角度 这个电路就可以用相应的微分方程来描述 主要元件和模型库PLECS提供了涵盖了电路 电力电子 电气传动等电气系统中常见的基本元件和仿真模型 主要由两大部分组成 内建元件和库元件 内建元件包括 电阻 电感 电容 电流源 电压源 变压器 安培表 伏特表 开关等元件 库元件则主要有 IGBT GTO 晶闸管 二极管 双路开关 三路开关 异步电机等的仿真模型 用户也可以根据自己的需求用内建元件来构建所需的电路元件 PLECS界面 4 5配电网仿真软件 为了适应工厂自动化 铁路牵引站 城市电力供给等复杂配电网负荷的发展 开发出多种综合仿真工具 如ETAP EDSA SINCAL ADEPT等 其特点是能够对配电网多种复杂类型的负荷进行仿真 满足用户对供电可靠性和电能质量等方面的需求 4 5 1ETAPETAP是用于发电 配电和工业电力系统设计 模拟 运行的最全面的分析平台 ETAP是在既定的质量保证程序下开发的 也是世界上最有影响力的电力软件之一 作为完全集成化的企业解决方案 ETAP扩展为实时智能电力管理系统 用来监测 控制 模拟系统运行 使系统自动化和最优化 ETAP软件是世界上功能最全面的电力系统分析平台 拥有超过100个国家50000多个许可证持有者的ETAP 已被应用于电力系统的各个阶段 从发电 到输电和配电到使用 在美国 85 以上的核电站使用ETAP ETAP是美国唯一可用于高危险行业的电气工程软件 它广泛地遵守了已经公认的和稳固确定的质量标准和规范 功能模块 内嵌的分析模块电缆载流量电缆尺寸传输线常数导体和接地线库内置结构 水平 垂直等通用模型 X Y Z坐标多线路相互耦合相和序阻抗矩阵换相和非换相线路短线路 长线路模型多层土壤模型计算或用户定义阻抗 单线图嵌入的智能化图形网络嵌套集成的单相 三相和直流系统集成的交流 直流和接地系统多个发电机和等效电网接线在单线图上显示结果自定义字体 式样和颜色自定义显示额定值和结果图形化显示设备接地图形化显示过载设备和报警隐藏和显示保护设备和接地系统带有状态和电压颜色控制的主题管理器单线图模板传递标称电压和额定电压传递相连接方式用动态连通性检查自动显示带电和不带电元件动态链接到特性的文本编辑器智能化文本箱和超链接书签通过水晶报告自定义输出报告视图控制打印设置的批打印友好的绘图界面 报告管理器定制的输出报告和画图输入 结果 报警和总结报告通过水晶报告阅读器报告PDF Word Access和Excel格式的报告元件名称和文本搜索功能多种语言报告 功能模块 系统元件不受限制的交流 单相和三相 和直流元件不受限制的母线 在运行时根据许可证决定嵌套的视图 复合网络和电动机控制中心 等效电网 同步和感应发电机电动机驱动阀门 同步和感应电动机励磁器 调速器和稳定器基于电压和频率的等效负荷电缆 传输线 电抗器和阻抗支路带电压调节器的双绕组和三绕组变压器远程连接器谐波滤波器和静态无功补偿器互感器保护设备和仪表单向和双向开关蓄电池 直流电动机 负荷和支路充电器 逆变器 不间断电源和直流变换器ANSI IEC或带旋转和多种尺寸的用户自定义元件 数据库全面的数据库 ANSI IEC设备经检验和验证 V V 的数据库数据经校验和验证 V V 的锁定数据添加 复制 合并和删除功能用户自定义和控制的数据库用户访问控制和安全有日期标记的编辑和核对用户可控的数据库合并工程管理向导方案和宏管理的分析根据分析设置记录方案宏控制的方案执行多维数据正交多维数据库不受限制的独立的图形化视图不受限制的状态配置不受限制的特性的修订版本多种负荷和发电条件实时运行数据不受限制的分析解决方案 配置管理器列表和控制不同状态的配置比较电源 负荷和开关设备状态以核对员功能标记变化的数据复制 合并 导出 导入和打印 功能模块 输出报告比较器内置输出报告比较工具一次计算中可以比较数百种案例报告与基准报告对比校验案例结果网络模拟不受限制的母线 根据许可证类型 和元件环形和放射系统自动错误检查所有网络分析模块的用户界面定制的ETAP功能特性多级用户访问管理内嵌计算器MVA MW Mvar kV Amp和PF之间的换算电动机铭牌和动态参数数据发电机铭牌电网短路阻抗电动机和发电机惯量数据交换导出WMF EMF DXF PDF文件导入RAW IEEE CSV文件以DXF格式导出单线图从AutoCAD导入接地网平面图 短路计算1 短路计算 ANSI IEEEANSI IEEEC37标准IEEE141和399标准UL489标准与保护设备配合相结合三相 单相和配电板系统的自动设备评估发电机断路器评估相移变压器负荷终端短路计算2 短路计算 IECIEC标准 60909 60282 60781 60947 暂态故障分析 IEC61363标准 与保护设备配合相结合三相 单相和配电板系统的自动设备评估用户自定义电压C因子负荷终端短路计算 功能模块 弧闪分析IEEE1584a2004标准IEEE15842002标准NFPA70E2000 2004和2009标准CSAZ4622008标准ASTMD120 02a标准OSHA29CFR1910标准NEC110 6标准NESC标准嵌入短路计算嵌入保护设备配合密封和开放空间报告和标签生成维护模式切换继电器动作负荷终端故障配电板和单相系统多报告结果分析器工作许可和数据表格 潮流分析潮流需求负荷电压降功率因数校正自动设备评估自动温度校正双绕组和三绕组变压器LTC 校正器动作有功和无功损耗详尽的越限报警多报告结果分析器电动机加速分析动态电动机加速电压扰动电动机和负荷动态模型静态电动机起动电动机分组起动常规的和软起动设备负荷和发电跃迁电动机驱动阀门模拟全面的报警和警告 保护设备配合 选择和动作序列1 配合和选择交流 直流配合图形化调整设备设置全面的设备库 经校验和验证的 嵌入短路分析嵌入电动机加速分析集成单线图多轴的时间电流曲线全面的画图选项可调节的视图缩放功能时间差值计算器多功能继电器设备设置报告2 动作序列图形化查看设备的动作序列保护设备失败和后备保护动作顺序查看器标准的 可移动的 曲线电流总和继电器动作 27 49 50 51 51V 59 67 79 8