电力系统仿真概述

– 从1984年开始在我国推广应用以来，已在我国电力系统规 划部门、调度运行部门、试验研究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。 – 程序中包括详细的发电机模型和各种励磁模型，主要由潮 流和暂态稳定程序构成，具有计算规模大、计算速度快、 数值稳定性好、功能强等特点。
电磁暂态程序 (Electromagnetic Transients Program EMTP)
具有发电、变电、输电、用电的功能 动力系统是电力系统＋动力部分(锅炉、汽轮机、水 轮机、大坝等）
电力网络＝变压器＋输电线路
发电厂 水轮机 发电机 水库 G ~
变电所 升压变压器
输电线路
变电所 降压变压器
用户 用电设备
电力网 电力系统
M ~
M ~
动力系统
电力系统运行的特点
发供用点的连续性 与国民经济各部门关系密切 过渡过程的短暂性
电力系统暂态仿真
• 电磁暂态(Electromagnetic Transient) • 机电暂态(Electromechanical Transient)
Leabharlann Baidu
机电暂态仿真
• 电力系统在正常运行点受到大扰动或小扰 动后机械转矩和电磁转矩(或功率)之间的不 平衡而引起的动态过程。 • 在仿真时，步长一般为毫秒级，可以仿真 较长的时段。
BPA程序
• BPA程序是美国联邦政府能源部下属邦纳维尔电力局 (Bonneville Power Administration，BPA)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。
• 该程序采用稀疏矩阵技巧的牛顿—拉夫逊法，并将梯形积
分法运用于暂态稳定的计算，形成较为稳定的数值解。
• BPA程序的结构分为潮流程序和稳定程序两部分，主要用
来计算潮流和暂态稳定。
• BPA软件
– The Bonneville Power Administration, headquartered in Portland, Oregon, is a federal agency under the U.S. Department of Energy. – 中国版的BPA程序是由中国电力科学院引进、消化、吸收 美国BPA程序开发而成。
• EMTP是目前国际通用的一种数字程序。它规模大、功能强，最初由 加拿大不列颠哥伦比亚大学(UBC)的H.W.Dommel教授创立，又经过 很多专家的共同努力而不断完善。
• 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。
• ATP程序(The Alternative Transients Program)是目前世界上电磁暂 态分析程序(EMTP)最广泛使用的一个版本。
电力仿真新技术
• • • • • 图形建模技术 数字实时仿真 模型自动修正 多媒体仿真 虚拟DPU技术
电力系统仿真软件
• 电力系统仿真软件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。 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 ） PSS®NETOMAC ,PSCAD/EMTDC PSSE ( Power System Simulator for Engineering) SIMPOW，MATLAB分析设计软件包等。
对电力系统的基本要求
保证可靠持续供电 保证良好的电能质量 保证电力系统运行的经济性
大系统的优点
提高了供电可靠性 提高了电能质量 减少系统备用容量，提高设备利用率 便于安装大机组，技术经济效益好 合理利用动力资源，提高系统运行的经济性
电力系统仿真的必要性
• 由于电力系统是个复杂的系统，运行方式 也十分复杂，因此采用传统的方式进行仿 真计算工作量大，也不直观。
电磁暂态仿真
• 电力系统电磁运动过程，即电场和磁场能 量相互转换的过程，其表现为电压、电流 的变化过程。 • 电磁暂态过程很快，需要计及电压、电流 等变量的瞬时变化(毫秒级以内)及其丰富的 频谱，所以采取的仿真步长非常小，一般 为微秒。
并行仿真和混合仿真
• (1) 并行仿真 • (2) 混合仿真
12脉冲HVDC换流站模拟
EMTP-ATP （Alternative Transients Program） 系统原理
电力系统仿真的发展过程
• 物理仿真 • 数字仿真
电力系统数字仿真建模
(1) 元件级建模
• 元件级的模型包括电感、电容、电阻等常规元件和电力电 子开关器件等。
(2) 装置级建模
• 电力电子装置(FACTS装置)、发电机、变压器、开关、负 荷、分布参数线路等。
(3) 系统级建模
• 电力系统装置和与之相连的电网的相互作用
(1) 并行仿真
• 为了提高仿真算法的计算速度，利用电力 系统区域特性，对网络进行分块，有效的 降低网络方程的维数，加快仿真速度。
(2) 混合仿真
• 把大规模电力系统分为需要进行电磁暂态 仿真的子系统和进行机电暂态仿真的子系 统 • 对机电暂态过程有重要影响的快速暂态过 程和非线性的元件采用电磁暂态仿真 • 对传统的交流系统采用机电暂态仿真 • 在各子系统的交界处进行电磁暂态仿真和 机电暂态仿真的交接
1. 电力系统仿真概述
定义
仿真是对实际系统或者过程的模拟。
电力系统仿真就是根据原始电力系统或
者过程建立模型进行模拟。是通过在数字计
算机上建立适当的数学模型，来模拟电力系
统物理过程的一种研究方法。
电力系统(power system)
发电机(generator) 变压器(transformer) 输电线路(transmission line) 负荷(load)
• ATP-EMTP主要用于电力系统电磁暂态计算、谐振过电压计算和机
电暂态计算。
EMTP-ATP （Alternative Transients Program）
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。 ATP可模拟任意结构的复杂电力网络及其控制系统。 ATP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。