9-电力系统仿真原理与方法.
电气系统仿真的原理与方法
电气系统仿真的原理与方法电气系统仿真是指利用计算机技术对电气系统进行虚拟仿真，以模拟真实电气系统的运行过程和性能。
本文将介绍电气系统仿真的原理以及常用的方法。
一、电气系统仿真的原理电气系统仿真的原理基于电路理论和数值计算方法。
其基本思想是将电气系统转化为电路模型，通过求解电路方程来模拟电气系统的动态行为。
1.1 电路模型在进行电气系统仿真时，需要将电气系统抽象为电路模型。
电路模型通过元件和连接线来描述电气系统中各个元素之间的关系和相互作用。
常见的电路模型包括电阻、电容、电感等。
1.2 电路方程电路方程是描述电路模型中各个元件之间关系的数学方程。
通过对电路方程的求解，可以得到电路模型的动态响应。
电路方程的推导要依据电路电路理论和基本物理定律，如欧姆定律、基尔霍夫定律等。
1.3 数值计算方法电气系统仿真中常使用的数值计算方法有欧拉法、龙格-库塔法等。
这些方法通过将连续的电路模型离散化为差分方程，然后使用数值算法对差分方程进行求解，以得到电路模型的数值解。
二、电气系统仿真的方法电气系统仿真的方法有多种，根据需要选择适合的方法进行仿真。
2.1 时域仿真时域仿真是指对电气系统进行时间上的仿真。
它基于电路方程和数值计算方法，通过在一定时间范围内对电路方程进行求解，获得电路在不同时刻的电压、电流等参数。
时域仿真可以用于分析电路的时序响应，判断系统的稳定性和动态特性。
2.2 频域仿真频域仿真是指对电气系统进行频率上的仿真。
它基于电路的频域特性，通过傅里叶变换将电路方程从时域转换到频域，得到电路的幅频特性和相频特性。
频域仿真主要用于研究电路的频率响应和滤波器设计。
2.3 优化仿真优化仿真是指通过对电气系统进行多次仿真，利用优化算法寻找最优的系统配置或参数设置。
优化仿真可以应用于电气系统的设计、调试和性能优化。
2.4 参数敏感度仿真参数敏感度仿真是指通过对电气系统进行多次仿真，分析系统输出对输入参数的敏感度。
参数敏感度仿真可以用于评估不同参数变化对系统性能的影响，帮助优化系统性能。
电力系统仿真实验指导书
电力系统仿真实验指导书本指导书以电力系统仿真实验为主题，介绍了电力系统仿真实验的基本原理、实验步骤以及实验注意事项。
通过本实验的学习，能够加深对电力系统仿真的理解，掌握基本的仿真技术和方法，为后续电力系统相关实验的学习打下基础。
本实验采用仿真软件实现，所需软件主要为MATLAB和SIMULINK。
学生需要提前熟悉MATLAB和SIMULINK的基本操作和常用函数，具备一定的电力系统基础知识。
一、实验原理电力系统仿真实验是通过电力系统的模型来模拟和控制真实电力系统的运行，以实现对电力系统的研究和分析。
通过仿真实验，可以1观察和分析电力系统在不同工况下的运行特性，验证电力系统的稳定性和可靠性，优化电力系统的运行参数等。
电力系统仿真实验的基本原理是将真实电力系统抽象成数学模型，并通过计算机软件来模拟和控制这个数学模型。
模型的输入是电力系统的初始条件和外部扰动，输出是电力系统的动态响应和稳态结果。
通过对模型输入的控制和模型输出的观测，可以实现对电力系统的研究和分析。
二、实验步骤1. 确定仿真实验的目标和内容。
根据实验要求和实验目标，确定仿真实验的内容和范围。
2. 建立电力系统的数学模型。
根据实验要求和实验目标，将电力系统抽象成数学模型，并确定模型的输入和输出。
23. 编写仿真程序。
使用MATLAB和SIMULINK等软件，编写仿真程序，实现对电力系统模型的仿真和控制。
编写的程序应包括模型的输入和输出控制，仿真参数的设置，仿真结果的观测和分析等。
4. 运行仿真程序。
加载仿真程序，设置仿真参数，运行仿真程序，观察仿真结果。
5. 分析仿真结果。
根据仿真结果，分析电力系统的运行特性，验证仿真模型的准确性和有效性。
6. 优化仿真模型和参数。
根据实验结果，对仿真模型和参数进行优化，提高仿真模型的准确性和有效性。
三、实验注意事项31. 熟悉仿真软件的基本操作。
在进行电力系统仿真实验前，需要提前熟悉使用MATLAB和SIMULINK等仿真软件的基本操作和常用函数。
电力系统仿真
电力系统仿真引言：随着社会的快速发展和人民对电力供应质量的要求不断提高，电力系统的稳定性和可靠性变得尤为重要。
为了确保电力系统的正常运行，电力系统仿真成为一种重要的工具。
本文将从电力系统仿真的定义、应用、模型构建和仿真结果分析等方面进行论述。
一、电力系统仿真的定义电力系统仿真是指通过建立电力系统的动态数学模型，使用计算机软件模拟电力系统的运行状态，从而分析电力系统的稳定性和可靠性。
二、电力系统仿真的应用1.电力系统规划：通过仿真分析电力系统的运行情况，为电力系统的规划提供基础数据和决策支持。
2.电力系统运行：仿真可以模拟电力系统的运行状态，实时监控系统运行情况，预测潮流和稳定性等问题，为运营商提供决策依据。
3.电力系统调度：仿真可以模拟电力系统的负荷变化和发电机出力，帮助调度员进行优化调度，提高电力系统的运行效率。
三、电力系统仿真的模型构建1.电力系统建模：电力系统仿真需要建立电力系统的各个组成部分的模型，包括发电机、变压器、线路、负荷等。
这些模型需要准确地描述电力系统的行为规律。
2.电力系统参数估计：建立模型需要准确的参数数据，参数估计是保证模型准确性的关键环节。
需要收集实际运行数据，并进行处理和分析，估计模型中的各项参数。
3.电力系统模型验证：建立模型后，需要对模型进行验证。
通过与实际运行数据进行比对，验证模型的准确性和可靠性。
四、电力系统仿真结果分析1.电力系统稳定性分析：通过仿真可以分析电力系统的稳定性，找出系统中的潜在问题，并提出相应的解决方案。
2.电力系统可靠性分析：仿真可以对电力系统的可靠性进行评估，预测系统中可能出现的故障和异常情况，并提出相应的预防和应对措施。
3.电力系统优化分析：通过仿真可以优化电力系统的运行策略，提高系统的效率和经济性。
结论：电力系统仿真是一项重要的技术手段，可以对电力系统的稳定性和可靠性进行评估和优化。
通过合理的模型构建和仿真结果分析，可以为电力系统的规划、运行和调度提供科学的决策依据。
simulink的电力系统仿真实验原理
simulink的电力系统仿真实验原理电力系统仿真实验原理：电力系统仿真实验是利用Simulink软件对电力系统进行建模、仿真和分析的过程。
该实验主要包括如下几个步骤：1. 建立电力系统模型：在Simulink环境中，根据实际电力系统的结构和特性，利用各种电力元件如发电机、变压器、传输线路、负荷等构建电力系统模型。
可以根据具体需要设置不同的电路参数和拓扑结构，以便对各种电力系统问题进行仿真分析。
2. 设定仿真参数：根据实验要求，设定仿真的时域范围、仿真步长以及模型的输入和输出要求。
例如，可以设定仿真时间为几百毫秒或几秒钟，仿真步长为毫秒级别，以获取系统各个节点的电压、电流等参数。
3. 添加模型控制器：根据需要，可以在模型中添加各种控制器如PID控制器、调速器等，以实现对电力系统的调节和控制。
控制器的参数可以根据实验要求进行设定和调整，以达到理想的控制效果。
4. 进行仿真实验：单击Simulink软件中的"运行"按钮，系统便开始进行仿真计算。
Simulink根据所设定的仿真参数和模型的输入，采用数值计算方法对电力系统进行仿真计算，并输出各个节点的电压、电流等参数。
仿真的过程也可以通过实时仿真功能进行可视化展示。
5. 分析仿真结果：根据仿真结果，可以对电力系统的运行情况进行分析和评估。
例如，可以分析系统的稳定性、安全性、损耗情况等。
如果仿真结果与实际情况存在差异，可以进一步调整电力系统模型和仿真参数，以提高仿真的准确性。
通过Simulink软件的电力系统仿真实验，可以有效地分析和解决实际电力系统中的问题。
同时，仿真实验也为电力系统的运行和优化提供了可靠的依据，减少了实验成本和风险。
电力系统虚拟仿真系统工作原理
电力系统虚拟仿真系统是一种基于计算机技术和电力系统理论的仿真工具，可以对电力系统的运行进行模拟和分析。
它通过对电力系统的各种参数和运行状态进行数字化建模，利用数学算法和仿真技术，实现对电力系统的仿真计算，从而为电力系统的设计、运行和维护提供重要的技术支持。
虚拟仿真系统使用计算机软件模拟电力系统的运行过程，可以实现对电力系统各种运行状态的仿真计算和动态演示。
它可以模拟电力系统中各种元件（如发电机、变压器、开关等）的运行特性，以及电力系统的整体运行状态，包括电压、电流、功率、频率等参数的变化。
通过虚拟仿真系统，可以观察电力系统在各种负载条件下的运行特性，检验电力系统的稳定性、可靠性和经济性，诊断电力系统的故障和异常情况，评估电力系统的运行性能，指导电力系统的设计优化和运行管理。
虚拟仿真系统的工作原理主要包括以下几个方面：1. 电力系统建模：虚拟仿真系统首先对电力系统进行建模，将电力系统的各种元件和连接关系进行数字化描述。
电力系统的建模是虚拟仿真系统的基础，它直接影响着仿真结果的准确性和可靠性。
电力系统的建模过程包括对发电机、变压器、线路、负载等元件进行数学建模，考虑各种参数和特性的影响，以及考虑各种连接方式和运行条件的影响。
建模的过程需要考虑电力系统的实际情况，包括不同类型、规模和结构的电力系统，在建模时需要综合考虑各种因素，以保证仿真结果的真实性和可靠性。
2. 仿真算法：虚拟仿真系统利用各种仿真算法对电力系统的运行进行计算和模拟。
这些算法包括对电力系统的潮流分析、短路分析、稳定性分析、过电压分析、电磁暂态分析等，通过这些仿真算法可以模拟电力系统在各种工况下的运行特性。
这些算法需考虑电力系统的动态特性和非线性特性，需要综合考虑各种因素的作用，进行复杂的数学计算和仿真过程，以保证仿真结果的准确性和可靠性。
3. 用户界面：虚拟仿真系统为用户提供友好的界面和操作方式，方便用户进行仿真计算和分析。
用户界面包括对电力系统的输入和输出接口，以及各种参数和条件设置的功能。
电力工程仿真实验方案
电力工程仿真实验方案一、实验目的通过电力工程仿真实验，学生能够掌握电力工程的基本原理与知识，加深对电力系统的理解，同时培养学生的动手能力和创新思维，提高学生的实际操作能力。
二、实验设备与工具1. 电力仿真软件：例如MATLAB、PSCAD等；2. 个人电脑或者实验室电脑；3. 电力实验设备：例如电力供应器、电压表、电流表等。
三、实验内容1. 电力系统基本原理的仿真实验1.1 电力传输与分配仿真实验：通过仿真软件建立一个基本的电力系统模型，包括发电厂、变电站、输电线路和负荷等，模拟电力传输与分配的过程，观察各个节点的电压、电流和功率变化规律。
1.2 电力系统稳定性仿真实验：通过改变负荷大小、发电厂输出功率等参数，观察系统的稳定性变化，了解电力系统的稳定性原理和调节方法。
2. 电力设备性能仿真实验2.1 电力变压器仿真实验：建立电力变压器的等值电路模型，观察电压、电流、功率的变化规律，了解电力变压器的工作原理和性能特点。
2.2 电力传动设备仿真实验：通过建立电动机等传动设备的数学模型，观察各个参数的变化，了解电力传动设备的运行特性和性能。
3. 电力系统故障仿真实验3.1 短路故障仿真实验：在模拟的电力系统中引入短路故障，观察各个节点的电压、电流的变化，了解短路故障对电力系统的影响和分析方法。
3.2 过载故障仿真实验：在模拟的电力系统中引入过载故障，观察系统的稳定性变化，了解过载故障对电力系统的影响和分析方法。
四、实验步骤1. 准备工作：将电脑打开，启动仿真软件，准备实验所需的电力系统模型和参数设置。
2. 连接设备：将电力仿真软件与电力实验设备连接，通过接口设置参数。
3. 实验操作：进行各项仿真实验，观察数据变化，记录实验数据。
4. 数据处理：对实验数据进行分析和处理，得出实验结果。
5. 结果分析：分析实验结果，总结电力系统的特点和规律。
五、实验要求1. 熟悉电力仿真软件的基本操作方法；2. 理解电力系统的基本原理与知识；3. 能够独立完成实验操作，获取实验数据；4. 能够分析实验数据，得出结论并进行总结。
电力系统稳定性分析与仿真
电力系统稳定性分析
电力系统稳定性问题的分类： 美国国际电气与电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineering,
IEEE）把电力系统稳定性问题分为暂态稳定性（Transient Stability）和静态稳定性 （Steady-state Stability）两大类。
现主要围绕电力系统暂态稳定问题进行论述。
电力系统暂态稳定性是指系统突然经受大干扰后，各个同步电机能 否继续保持同步运行的能力。通常所考虑的扰动包括发生各种短路故 障、切除大容量发电机或输电设备以及某些负荷的突然变化等。
电力系统 稳定性分析
根据在扰动后的不同时间里系统各部分的反应不同，在分析暂态稳定时往往分为以下三个阶 段： 起始阶段：即故障后约一秒钟内的时间段。在这期间系统中的保护和自 动装置有一系列的动作， 例如切除故障线路和重合闸，切除发电机等。在这个时间段中发电机的调节系统还来不及起到明 显的作用。 中间阶段：在起始阶段后，大约持续5秒钟的时间段。在此期间发电机的调节系统将发挥作用。 后期阶段：在故障后几分钟内。这时热力设备（如锅炉等）将影响到电力系统的暂态过程，另 外系统中还将发生由于频率的下降自动切除部分负荷等操作。
统
的应用范围主要在以下几方面：
数
字
仿
1)应用于系统规划、设计与试验；
真 2)应用于系统动态特性分析与研究；
3)应用于辅助决策、管理与控制；
4)应用于人员的教学培训。
仿真系统模型
电
力
本文采用230kV的四机两区域系统以及华东电网为研究模型，研究平台为
系
PSS/E30。
统
本算例采用负荷模型为恒阻抗特性。以下是该系统的数据说明。
电力系统分析仿真实验报告
电力系统分析仿真实验报告一、实验目的通过电力系统仿真，分析电力系统的稳定性和可靠性，对电力系统进行故障分析。
二、实验器材和条件1.电力系统仿真软件2.电力系统仿真实验模型3.稳定性和可靠性测试数据三、实验原理电力系统的稳定性是指系统在受到扰动或故障的情况下，能够迅速恢复到新的稳定工作点的能力。
电力系统的可靠性是指系统在正常运行和故障恢复状态下，能够保持稳定供电的能力。
四、实验步骤1.稳态分析：通过电力系统仿真软件，建立电力系统的稳态模型，并进行负荷流、电压稳定度和功率因数分析，以评估系统的稳态性能。
2.扰动分析：在稳态模型基础上，通过改变电力系统的节点负载和故障情况，引入扰动，并观察系统在扰动下的响应过程。
3.稳定性分析：根据扰动分析结果，通过故障恢复实验，研究系统的稳定性能，包括暂态稳定性和稳定控制方法。
4.可靠性分析：通过故障恢复实验和设备可用性分析来评估系统的可靠性，了解系统在发生故障时的可靠供电能力。
五、实验结果与分析1.稳态分析结果显示，电力系统的负荷流较大，但在正常运行范围内，电压稳定度和功率因数也较好。
2.扰动分析结果显示，在节点负载突然减少或故障发生时，系统的电压和频率会出现短时波动，但能够迅速恢复到新的稳态工作点。
3.稳定性分析结果显示，在故障发生后，系统能够通过自动稳定控制方法，有效恢复到正常工作状态，并保持稳定供电。
4.可靠性分析结果显示，系统在发生故障时仍能保持稳定供电，设备的可用性较高，但仍有少量设备故障需要及时维修或更换。
六、实验结论通过电力系统仿真实验，分析了电力系统的稳定性和可靠性。
实验结果表明，电力系统具有较好的稳态和暂态稳定性能，在故障发生后能够迅速恢复到正常工作状态，保持稳定供电。
但仍需加强设备维护和更换，提高电力系统的可靠性。
七、实验总结通过本次电力系统分析仿真实验，加深了对电力系统稳定性和可靠性的理解，掌握了利用电力系统仿真软件进行系统分析和故障恢复的方法。
电力系统分析仿真实验报告
电力系统分析仿真实验报告电力系统分析仿真实验报告一、实验目的本次实验的目的是通过使用电力系统仿真软件进行电力系统模拟分析，掌握电力系统运行特点及原因、掌握电力系统基本传输线路的参数，以及了解电力系统的潮流分布计算和短路分析流程。
二、实验原理电力系统仿真软件是针对电力系统运行及其各种故障情况下的仿真软件。
仿真软件将电力系统进行模拟分析，可以让使用者对电力系统进行检测修正，达到保证电网质量的目的。
仿真软件主要采用数学模型进行计算，本次实验中使用的仿真软件为PSASP。
第一，电力系统线路模型：电力系统线路模型是电力系统分析的核心内容，此模型通过研究电力线路本身的运行特点，为电力系统计算和仿真打下基础。
电力系统线路模型假设电力系统线路为非常规线路，包括零序电感和阻抗、平衡、非平衡模型的相间电路等，具体包括电感、电容、电阻三部分。
第二，电力系统模拟分析：电力系统的仿真分析，就是对电力系统进行计算、仿真，从而得出电力系统的各种参数或特性。
模拟分析主要包括电力系统的潮流计算、电力系统的短路分析等两个方面。
（1）电力系统潮流计算：电力系统潮流计算是指通过对电力系统进行数学建模，来分析电力系统中电流、电压等各种状态量的分布规律。
具体的计算过程采用功率系统仿真软件进行计算。
（2）电力系统短路分析：电力系统短路分析是针对电力系统在遭受外部灾害时计算其在各种短路状态下的可能损伤程度，在电力系统建设过程中非常重要。
同时也是保障电网电力质量安全的必要手段。
三、实验内容实验的主要内容分为两个部分，第一部分是电力系统潮流计算实验，第二部分是电力系统短路分析实验。
（1）潮流计算实验这部分实验的主要内容是计算电力系统的电流分布以及电压分布等参数，实验过程如下：1. 打开PSASP软件，新建项目档案。
根据实际需求设置主进程，建立相应关系文件，并完成电力系统初始化操作。
2. 添加仿真数据。
根据实验要求，添加相应的电力系统数据。
其中包括节点数据、主变和传输线路数据、变压器等数据。
电力系统仿真技术
电力系统仿真技术电力系统是现代社会不可或缺的基础设施，而如何实时、准确地对电力系统进行仿真分析成为了电力行业中的重要课题。
随着计算机技术的快速发展，电力系统仿真技术应运而生，并得到了广泛应用。
本文将着重介绍电力系统仿真技术的原理、应用以及未来发展趋势。
一、电力系统仿真技术的基本原理电力系统仿真技术是通过电力系统模型的构建，运用计算机对电力系统的运行状态进行模拟和仿真，从而实现对电力系统各种运行情况的分析与评估。
电力系统仿真技术的基本原理包括以下几个方面：1.1 电力系统模型的构建电力系统模型是电力系统仿真的基础，主要包括传输线路、发电机、变压器、负载等元件的数学描述以及它们之间的相互关系。
电力系统模型的构建需要考虑电力系统的实际情况，并根据实际数据进行参数设置。
常用的电力系统模型包括潮流模型、稳定模型、暂态模型等。
1.2 仿真算法与计算方法仿真算法和计算方法是电力系统仿真技术的核心内容，它们的选择直接影响到仿真结果的准确性和计算效率。
常用的仿真算法包括潮流计算算法、短路计算算法、暂态稳定计算算法等。
计算方法主要有直接法、迭代法、潮流潮流交互迭代法等。
1.3 结果分析与评估仿真结果的分析与评估是对电力系统仿真技术应用的最终目标，通过对仿真结果的分析可以评估电力系统的稳定性、可靠性以及各种故障情况下的应对措施。
结果分析与评估可以为电力系统规划、运维工作提供科学依据。
二、电力系统仿真技术的应用2.1 电力系统规划电力系统仿真技术在电力系统规划中发挥着重要作用。
通过对电力系统未来的需求进行仿真和预测，可以为电力系统规划提供决策依据。
例如，可以通过仿真分析评估新增发电机组的容量和位置，优化输电线路的布置等，并帮助制定合理的电力系统发展规划。
2.2 电力系统运行与维护电力系统的运行与维护需要实时监测和灵活应对各种故障和异常情况。
电力系统仿真技术可以对电力系统的各个环节进行建模和仿真，通过对各种运行状态的分析，提前发现系统潜在的问题，并制定相应的运维策略。
电力系统分析仿真实验报告
电力系统分析仿真实验报告一、实验目的本实验的目的是通过电力系统分析仿真来研究电力系统的稳态和暂态运行特性，并通过实验结果分析电力系统中存在的问题和改进方案。
二、实验原理1.电力系统稳态分析电力系统稳态分析是指在电力系统稳定运行条件下，对电力系统进行负荷流量和节点电压的计算和分析。
稳态分析的目的是确定电力系统的潮流分布、负荷特性和节点电压，从而评估系统的稳定性和能量传输效率。
2.电力系统暂态分析电力系统暂态分析是指在电力系统出现故障或突发负荷变化时，对系统暂时的电压、电流和功率进行计算和分析。
暂态分析的目的是研究系统在故障或负荷突变时的动态响应和稳定性，以便采取相应措施保障系统的安全稳定运行。
三、实验过程1.电力系统稳态分析实验（1）建立电力系统模型：根据实际情况，建立包含发电机、变电站、输电线路和负荷的电力系统模型。
（2）潮流计算：通过潮流计算方法，对电力系统的负荷流量、节点电压和功率分布进行计算。
（3）结果分析：分析潮流计算结果，评估系统的稳定性和能量传输效率，检查是否存在过负荷或电压偏差等问题。
2.电力系统暂态分析实验（1）建立电力系统模型：在稳态模型的基础上，引入系统故障或负荷突变事件，如短路故障、突发负荷增加等。
（2）暂态计算：通过暂态计算方法，对系统的电压、电流和功率在故障或负荷突变时的动态变化进行计算。
（3）结果分析：分析暂态计算结果，评估系统在故障或负荷突变时的动态响应和稳定性，检查是否存在电压暂降或过载等问题。
四、实验结果与分析1.电力系统稳态分析结果分析：根据潮流计算结果，评估系统的稳定性和能量传输效率，检查系统是否存在过负荷或电压偏差等问题。
如果存在问题，可以通过调整发电机发电功率、变压器变比或线路容量来改善系统运行状况。
2.电力系统暂态分析结果分析：根据暂态计算结果，评估系统在故障或负荷突变时的动态响应和稳定性，检查是否存在电压暂降或过载等问题。
如果存在问题，可以通过引入自动重启装置、电力调度系统等措施来提高系统的恢复能力和稳定性。
9-电力系统仿真原理与方法汇总
Hunan University
成熟的元件模型：发电机、变压器模型、线路模型 亟待完善的模型：综合负荷模型、二次系统模型 ——准确的元件模型和参数是决定仿真结果可信度的关键和基础 B）数值计算方法——计算效率、收敛速度 C）计算机技术——硬件支持
D）编程技术——面向对象、可视化
电力系统数字仿真的基本原理与方法 1、电力系统数字仿真的基本概念
2、电力元件模型的数学模型
3、电力系统仿真工具（简介） 4、电力系统数字仿真技术展望
电力系统数字仿真的基本原理与方法 2、 电力元件模型—— I 电力线路模型
1) 稳态（准稳态）模型
Hunan University
应用：稳态计算（潮流计算、短路电流计算）、（机电）暂态稳定计算
a) 一般线路——集中参数模型：π等值模型 b) 长线路——分布参数模型：集中参数等值电路，修正模型参数
X
' d
'' Xd
6 阶模型：
在5阶模型基础上，计及转子 g 绕组的暂态 (δ、ω、Ed′、Eq′、 Eq 〞、 Ed〞、) 7 阶模型：机械动态 + 励磁暂态 + 阻尼暂态 + 定子暂态
( δ、ω、Eq′、Eq〞、Ed〞、id、iq(ψd、ψq) ）
电力系统数字仿真的基本原理与方法
2、电力元件模型——IV 同步发电机的
（3）电力系统数字仿真的目的与意义
Hunan University
目的：通过仿真计算，确定系统运行状态。具体目的与应用背景有关 意义：为电力系统运行状态分析、控制提供科学依据，应用非常广泛 ——大规模的电力系统试验只有通过数字仿真才能实现。
1）动模试验规模很小。 2）实际电力系统试验可行 a)电网的安全稳定运行不允许； b)实验耗费的人力、物力、财力、时间巨大； c)某一次无法获得具有推广意义的结果（结论），但又不可在实际系统中进行 频繁的试验。
电力系统暂态稳定分析的时域仿真法
引言暂态能量函数法是基于一个古典的力学概念发展而来的，该概念中指出：“对于一个自由的(无外力作用的)动态系统，若系统的总能量V (V (X )>0，X 为系统状态量)随时间变化率恒为负，则系统总能量不断减少，直至最终达到一个最小值，即平衡状态，则此系统是稳定的”。
图9-1 滚球系统稳定原理图9-1所示的滚球系统在无扰动时，球位于稳定平衡点(stable equilibrium point ，SEP)；受扰后，小球在扰动结束时位于高度h 处 (以SEP 为参考点)，并具有速度v 。
该质量为m 的小球，总能量V 由动能221mv 及势能mgh (g 为重力加速度)的和组成，即0212>+=mgh mv V 若小球与壁有摩擦力，则受扰后能量在摩擦力作用下逐步减少；设小球所在容器的壁高为H (以SEP 为参考点)，当小球位于壁沿上，且速度为零时(即处于不稳定平衡状态)，相应的势能为mgH ，称此位置为不稳定平衡点(unstable equilibrium point ，UEP)，相应的势能为系统临界能量cr V ，即mgH V cr =根据运动原理，我们知道，若忽略容器壁摩擦，在扰动结束时小球总能量V 大于临界能量cr V 时，则小球最终将滚出容器，而失去稳定性；反之cr V V <，则小球将在摩擦力作用下，能量逐步减少，最终静止于SEP 。
而cr V V =为临界状态，显然可根据)(V V cr -判别稳定裕度。
对于一个实际系统要解决两个关键问题：一是对于一个实际系统如何构造(定义)一个合理的暂态能量函数，它的大小应能正确地反映系统失去稳定的严重性；二是如何确定和系统临界稳定相对应的函数值，即临界能量，从而可通过对扰动结束时暂态能量函数值 (即上例中的mgh mv +221)和临界值(即上例中的mgH )的比较来判别稳定性或确定稳定域。
这种判别稳定的方法统称为暂态能量函数法(transient energy function ，TEF 法)。
电力系统仿真资料
电力系统仿真资料电力系统仿真是指利用计算机软件模拟电力系统运行状态，以及分析系统运行中的各种问题和故障。
仿真资料是进行电力系统仿真所需的各种数据和参数，包括系统拓扑结构、设备参数、负荷数据等。
一、系统拓扑结构系统拓扑结构是电力系统的网络结构图，它描述了系统中各个电力设备之间的连接关系。
系统拓扑结构是进行电力系统仿真的基础，准确的拓扑结构对于仿真结果的准确性具有重要影响。
在编制系统拓扑结构时，需要考虑到电力系统的实际情况，包括各个电力设备的位置、连接线路的长度、变电站的布置等。
同时，还需要根据实际的变电站配置、开关状态等信息确定系统拓扑结构。
二、设备参数设备参数是指电力系统中各种电力设备的技术指标和性能参数。
这些参数包括发电机的额定容量、发电机的励磁方式、输电线路的阻抗和导纳等。
设备参数的准确性对于仿真结果的准确性具有重要影响。
因此，在进行电力系统仿真之前，需要对各个设备的参数进行准确的测量和测试，确保参数的真实性和可靠性。
三、负荷数据负荷数据是指电力系统中各个负荷节点的负荷大小和负荷类型。
负荷数据的准确性对于仿真结果的准确性具有重要影响。
负荷数据的获取方式有多种，可以通过实际测量负荷大小，也可以通过历史负荷数据进行估算。
在进行电力系统仿真时，需要根据负荷数据对系统进行负荷平衡分析和控制。
四、故障数据故障数据是指电力系统中的各种故障情况，例如短路故障、接地故障等。
故障数据的准确性对于仿真结果的准确性具有重要影响。
故障数据的获取方式有多种，可以通过实际的故障记录和检修报告，也可以通过历史数据进行估算。
在进行电力系统仿真时，需要根据故障数据对系统进行故障分析和保护动作的仿真。
五、其他数据除了上述所提到的数据外，进行电力系统仿真还需要考虑其他各种数据和参数，包括电力系统的控制逻辑、变压器的变比、发电机的功率因数等。
这些数据和参数在进行电力系统仿真时都起着重要的作用，可以通过实际测量和测试获得，也可以通过历史数据进行估算。
电力系统的建模与仿真
电力系统的建模与仿真电力系统是现代社会中不可或缺的重要基础设施之一。
为了保障电力系统的运行安全与稳定，建模与仿真技术成为了不可或缺的手段。
本文将从电力系统建模与仿真的基本原理、方法与应用三个方面进行探讨。
一、基本原理电力系统建模的基本原理是建立电力系统的宏观模型，分析系统中各个部分的动态响应，并通过数学模型来计算各个参数的变化。
这一过程分为系统分析和系统建模两个部分。
系统分析是指根据电力系统的运行特点，将系统分为各个子系统，分别进行各项特性分析。
根据电力系统的运行机理，系统可以分为发电机组、输电线路、配电变压器等多个组成部分，并在此基础上分别分析各个子系统的特性、质量等，并将所得结果以数学方程的形式表示出来。
系统建模是基于系统分析，将各个子系统集成为一个整体电力系统的过程。
建模是基于系统分析和动态响应特性，建立电力系统的数学模型，用于计算与预测系统各个参数的变化规律。
采用数学模型进行电力系统建模，可以实现各种系统情景、方案以及控制策略的仿真。
二、建模方法电力系统建模方法有多种，包括机械方法、电气等效法、物理模型法、数学模型法等。
其中，数学模型法因其高效、精确等特点，成为电力系统建模的主要手段。
数学模型法基于电气逻辑、控制关系及电力系统传输线路特性，将电力系统的各个部分建立数学关系，实现电力系统的动态仿真。
常用的数学模型方法包括状态空间法、频域法、时间域法等多种方法。
状态空间法主要是建立电力系统中特定系统的模型，并通过建立的模型来计算其特征参数。
频域法主要是利用热节点法、复数方法等理论来建立电力系统的数学模型，用于控制系统稳定性、扰动分析等方面的计算。
时间域法主要是利用差分方程、微分方程等数学模型，对电力系统的动态过程进行模拟和仿真。
三、应用电力系统建模与仿真应用广泛，主要表现在以下几个方面：（1）电力系统稳定性分析，通过建立电力系统的数学模型，分析电力系统在各种扰动情况下的稳定性，以评估电力系统的动态响应特性和运行风险。
电力系统仿真技术概述
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
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
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。
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”。
电力系统继电保护-9 数字式继电保护技术基础
• 根据三角函数系在基频周期上的正交性和富里叶系数的计算方法，可 在上式中直接导出实、虚部计算式为
9.3.2 非正弦信号的特征量算法
• 取每基频周期N点采样，并用按采样时刻分段的矩形面积之和来近似积分：
•
如取K=1，则得基频分量 实部 和 虚部 为：
• • •
优点：可保留基波并完全滤除恒定直流分量及所有整次谐波分量；对非整次 谐波分量，但有很好的抑制作用，尤其对高频分量的滤波能力相当强。 缺点：易受衰减的非周期分量的影响，最严重情况计算误差可能超过10%。 克服措施：对输入信号的原始采样数据先进行差分滤波，再进行富氏计算。
• 级联滤波是一种设计数字滤波器的常用方法，它不仅可用于FIR型滤 波器的设计，而且可用于设计IIR型滤波器。
9.3 数字式保护的特征量算法
9.3.1 正弦信号的特征量算法
• 正弦信号的特征量算法——指基于正弦函数模型的特征量 算法，即假设提供给算法的电流、电压采样数据为纯正弦 函数序列。 • 以电压为例，正弦信号可表示为 • 设周期为T，每周期采样数N为常整数，则有
9.2.2 数字滤波的基本概念
• 一般地，线性数字滤波器的运算过程可用下述常系数线性差分方程来 表述：
• 有限冲激响应（FIR）数字滤波器-在式（9.6）中，若系数bi全部为0 时，称之为有限冲激响应（FIR）数字滤波器，此时，当前的输出 y(n)只是过去和当前的输入值x(n-i)的函数，而与过去的输出值y(n-i) 无关。 • 无限冲激响应（IIR）数字滤波器-若系数bi不全为0，即过去的输出对 现在的输出也有直接影响，称之为无限冲激响应（IIR）数字滤波器 。
• 时延和数据窗反映数字滤波器对输入信号的响应速度，是非常重要的 技术指标。
《电力系统仿真概述》课件
电力系统仿真是研究电力系统的一种重要方法。它通过建立模型、运行仿真 软件等手段，对电力系统在不同情况下的运行、调度、控制等问题进行全面、 深入的分析和研究。
电力系统仿真
什么是电力系统仿真？
电力系统仿真是模拟电力系统运行情况的一种工具，目的是为研究电力系统的性能和运行。
电力系统仿真的应用
非常适合工程师和科学家使用的 高级技术计算软件，可用于各种 电力系统仿真和分析应用。
电力系统仿真的展望
1 新能接入仿真
随着可再生能源的不断发 展，电力系统仿真将不断 发展，并对新能源接入、 分布式电力等方面进行仿 真和分析。
2 大规模系统仿真
电力系统规模越来越大， 因此电力系统仿真将需要 应对更复杂的问题，如大 规模系统仿真。
电力系统仿真可以用于发电厂协调控制、输电线路稳定性分析、智能电网模拟等领域。
电力系统仿真的关键问题
建立和标定电力系统模型、选择高效的算法，以及分析并验证仿真结果等是电力系统仿真中 的关键问题。
电力系统仿真的分类
1
静态仿真和动态仿真
静态仿真是针对电力系统的稳定状态进行仿真分析；动态仿真则是针对电力系统在小扰动下 的响应、稳定性等进行的仿真。
2
模型仿真和实验仿真
模型仿真是基于数学模型的仿真；实验仿真是通过电力系统实验室等实际装置进行仿款应用最广的电力系统稳定分 析软件，功能强大，可用于大规 模电力系统的仿真分析。
PSAT
一个用于小规模电力系统仿真和 分析的开源MATLAB仿真工具箱。
M atlab/Sim ulink
3 高性能计算在仿真中
的应用
随着高性能计算技术的日 益发展，可以预见电力系 统仿真将越来越依赖这些 先进的计算资源。
电力系统仿真PPT课件
几何上不相似的系统中的物理过程也可以相似，而 且在这个系统中的空间中每一点，都可以在另一相 似系统中找到完全一定的对应点。
13
相似理论在物理模拟中的应用
复杂的电力系统仍然是由简单元件构成的。 只要模拟系统中的每个元件与原系统的对应元
件相似，并按原系统连接起来，满足边界条件， 则整个系统就相似。 在实际电力系统中存在诸多非线性元件，只要 非线性参数相似，也能很好地模拟原系统。 以上理论是构成动模实验的基础。
14
2、同步发电机模拟
同步发电机模拟条件 同步发电机的模拟实现 模拟发电机的容量及改变容量对电机参数的影
响 模拟比的确定
能是不独立的。 如果方程式中含有非齐次函数，还应该添加上非齐
次函数的变量相等条件。 同一过程的相似判据形式可能不同。
在电力系统分析中，往往把系统的方程式写出 标幺值形式，只要模拟系统的变量和参数与原 系统的变量和参数的标幺值相等，两者就相似
10
相似第三定理
相似第一，第二定理确定了相似现象的性质 （相似必要条件），但没有指出两过程应该具 备什么条件才相似。
17
无阻尼绕组同步电机突然三相短路的物理分析
稳态运行： 转子：Vf、if 恒定，对应磁通 F ① f :与励磁绕组交链，
称为励磁绕组漏磁链。
②
f d :与定子绕组交链，称为同步发电机的工作磁链（或空载磁链）
在定子绕组中感应产生空载电势 E q
基频电流 i
在气隙中形成一个大小不变、以同步速随转子旋转的旋转磁场
L
1
M
LL2
t 1 M t t 2
则初始条件也必须相似：
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从而使得，电力系统的数字仿真成为： 电力系统规划与设计的决策基础和科学依据 电力系统运行调度与控制的决策基础和科学依据； 电力系统事故分析的科学依据 电力系统科学研究的重要手段/工具
电力系统数字仿真的基本原理与方法 1、电力系统数字仿真的基本概念
（4）电力系统的数学模型
电力系统的数学模型及其意义
Hunan University
5 阶实用模型：
机械动态 + 励磁暂态 + 阻尼暂态
(δ、ω、Eq′、 Eq 〞、 Ed 〞)
' ' '' Td' 0 pEq E f k d Eq (k d 1) Eq '' ' '' ' '' Td''0 pEq Eq Eq (Xd Xd )Id '' '' ' '' Tq''0 pEd Ed (Xq Xq )Iq T j p ( P T P e ) D ( 1) p ( 1) 2 f 0 '' '' U d Ed X q I q Ra I d '' '' U q Eq X d I d Ra I q '' kd X d X d
PG const QG const
电压源模型
由潮流计算确定
V V
PG f (V ) QG (V ) PQ节点 PG const V const
(or jxd , xd ) jxd
V V
E (or E , Eq )
PG f (V ) V const PV节点
V V V const const
应用：潮流计算
Vθ节点
应用：短路电流计算；简化模型下的 (机电)暂态稳定计算
电力系统数字仿真的基本原理与方法
2、电力元件模型——III 同步发电机模型 2) 动态模 ——（机电）暂态稳定计算
Hunan University
成熟的元件模型：发电机、变压器模型、线路模型 亟待完善的模型：综合负荷模型、二次系统模型 ——准确的元件模型和参数是决定仿真结果可信度的关键和基础 B）数值计算方法——计算效率、收敛速度 C）计算机技术——硬件支持
D）编程技术——面向对象、可视化
电力系统数字仿真的基本原理与方法 1、电力系统数字仿真的基本概念
X
' d
'' Xd
6 阶模型：
在5阶模型基础上，计及转子 g 绕组的暂态 (δ、ω、Ed′、Eq′、 Eq 〞、 Ed〞、) 7 阶模型：机械动态 + 励磁暂态 + 阻尼暂态 + 定子暂态
( δ、ω、Eq′、Eq〞、Ed〞、id、iq(ψd、ψq) ）
电力系统数字仿真的基本原理与方法
2、电力元件模型——IV 同步发电机的
I1
R jX
I2
无损 长线 稳态 模型
B tan( / 2) 2 /2
G/2
jB/2
jB/2
Байду номын сангаасV1
G/2
V2
B tan( / 2) 2 /2
= c1l1 = b1 x1
,
l l b1 x1
1 1 Ii Zl j 2 Bl 1 / Zl I j
3 阶实用模型：
机械动态 + 励磁暂态 (δ、ω、Eq′)
4阶模型：
在 3阶 模型基础上，计及转子 g 绕组暂态 (δ、ω、Eq′、Ed′) 更加适用于精确描述汽轮发电机实心转子的暂态（瞬变）过程
电力系统数字仿真的基本原理与方法
2、电力元件模型——III 同步发电机模型 2) 动态模 ——（机电）暂态稳定计算
电力负荷的特点
220kV 110kV 110kV 10kV 10kV 10kV 10kV 0.38kV
220kV母线综合 负荷
110kV母线综合 负荷
10kV
0.38kV
0.38kV
0.38kV
特点——成分复杂多样，高维、强非线性、随机时变性；
特别关注：综合负荷的构成特性——组成成分及其比例。
电力系统数字仿真的基本原理与方法
综合负荷模型、新型电力元件模型
网络模型：描述电力网络特性的数学模型
电力系统数字仿真的基本原理与方法
1、电力系统数字仿真的基本概念
（5）电力系统数字仿真的基本类型
Hunan University
稳态仿真：计算给定条件下、无扰动时的运行状态（单一 或 运行状态序列）
模型：稳态模型（代数方程），不计分布特性和非线性 算法：高阶非线性代数方程组，最基本的算法为牛顿法 应用：LF(潮流)、OPF（最优潮流）、静态电压稳定、SC（短路计算）
1 / Zl Vi 1 1 V j 2 Bl Zl j
2) 电磁暂态模型——RLC动态微分方程模型,考虑分布特性影响 应用：电磁暂态计算
电力系统数字仿真的基本原理与方法
2、电力元件模型——II 电力变压器模型
1) 稳态（准稳态）模型
Hunan University
zT
k:1
I i yT I j yT K
yT K Vi yT V j 2 K
I1
kyT (1-k)yT k( k-1) yT
V1
I2
I1
z T/k zT/(1-k) zT /k(k-1)
V2
长过程动态稳定仿真：给定初始状态和扰动条件下，考虑慢动态元件动态特性的过渡过程仿真
模型：s 级动态元件静态/动态，10s 级及以上慢动态元件用动态模型；网络稳态模型 仿真时间：数10s~数10min 或更长时间 应用：大扰动或负荷持续快速增长条件下，机电暂态仿真不能明确系统的稳定性
基本内容
1、电力系统数字仿真的基本概念
机电暂态仿真：计算给定初始状态和给定扰动条件下的 s 级的机-电暂态过程
模型：G、Load 等用动态模型，一般不计磁路饱和的非线性；网络用稳态模型 算法：高阶非线性 DAEs，通常用隐式积分法、欧拉法、龙格-库塔法等 仿真时间：数秒至数十秒（典型者如5 s ~ 30 s） 应用：小扰动功角（同步）稳定性；大扰动功角、电压暂态稳定性
2、电力元件模型——V 电力负荷模型
Hunan University
母线A
工程仿真常用的电力负荷模型的通用结构
2、电力元件模型的数学模型
3、电力系统仿真工具（简介） 4、电力系统数字仿真技术展望
电力系统数字仿真的基本原理与方法 2、 电力元件模型—— I 电力线路模型
1) 稳态（准稳态）模型
Hunan University
应用：稳态计算（潮流计算、短路电流计算）、（机电）暂态稳定计算
a) 一般线路——集中参数模型：π等值模型 b) 长线路——分布参数模型：集中参数等值电路，修正模型参数
E f Eq (Xd Xd )Id Td0 pEq T j p P T P e D ( 1) P ( 1) 2 f 0 U d X q I q Ra I d Xd I d Ra I q U q Eq
应用：稳态计算（潮流计算、 短路电流计算）、（机电） 暂态稳定计算
3) 电磁暂态模型——RLC动态微分方程模型；考虑铁芯饱和，匝间和相间分布电 容的影响。 应用：电磁暂态计算
电力系统数字仿真的基本原理与方法
2、电力元件模型——III 同步发电机模型 1) 稳态模型
Hunan University
PQ、PV、Vθ
Hunan University
等效地描述电力元件和电力系统特性的数学方程式（组）—— 电力系统模型 准确的模型是保证仿真计算结果准确、可信赖的重要基础 对数学模型的基本要求：
准确刻画元件特性；
真实准确的模型参数； 数学模型分类：
尽可能简单且物理意义清晰的模型结构；
模型的普适性。
1）按建模原理：机理模型、非机理模型 2）按是否反映对象的时变特性：静态模型、动态模型 3）按描述对象： 元件模型：同步发电机模型、电力变压器模型、电力线路模型、
Hunan University
URef ：参考电压 Ut： 发电机机端电压 US：其他信号输入(如PSS) UFP ：软负反馈电压 UA ：放大器输出电压 Eqe：励磁机空载电势 uf ：发电机励磁绕组电压
励磁系统模型
举例：IEEE-I 型 可控硅励磁调节器
KA：放大环节的放大倍数
TA：放大环节的时间常数 KE：与励磁机类型 （自励或他励等）
2 阶经典 模型：
考虑转子机械动态 ( δ 、 ω)
Hunan University
T j p P T P e D ( 1) p ( 1) 2 f 0 U d X q I q Ra I d Xd I d Ra I q U q Eq
（3）电力系统数字仿真的目的与意义
Hunan University
目的：通过仿真计算，确定系统运行状态。具体目的与应用背景有关 意义：为电力系统运行状态分析、控制提供科学依据，应用非常广泛 ——大规模的电力系统试验只有通过数字仿真才能实现。
1）动模试验规模很小。 2）实际电力系统试验可行 a)电网的安全稳定运行不允许； b)实验耗费的人力、物力、财力、时间巨大； c)某一次无法获得具有推广意义的结果（结论），但又不可在实际系统中进行 频繁的试验。