电力系统仿真技术

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、PowerWorld Simulator、POWERTECH DSA、CYME、NEPLAN、ETMSP
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7 Timescale 5(seconds)
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101
3
1 cycle 1 1 sec
1 min
103 1 hr
105 1 day
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。
的研究涉及到短至1μs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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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
电力仿真的时间尺度
Electromagnetic transient modeling and simulation
Operator actions LFC
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。
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
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。
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:
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。
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；
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。
电力系统仿真技术
内容
➢ 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
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
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
电力系统实时仿真器主要有：ADPSS、ARENE、DDRTS、 HYPERSIM、RTDS、RT-LAB、dSPACE。
Prime mover control
Protection
Generator control
HVDC, FACTS, etc.
Frequency variations
Daily load variation
Tie-line regulation
Long term dynamics Long-duration variations
Transient stability Short-duration variations
Subsynchronous resonance
Oscillatory transients
Switching
Voltage fluctuations
Impulsive transients
Lightning
Imbalance, harmonics, inter-harmonics, notching, noise