电力系统分析软件的现状与发展_韩祯祥

(美 国 PTI 公 司)、 PSAPAC 、 EU- 供灵活开放的接口 , 以提高应用的
ROSTAG 等都具有绘制系统单线图和 灵活 性 , 具 体表 现在 以 下 3 个 方
交互式输入数据的功能 。
面。
计算结果可以形象地表示在图 3 .2 .1 元件模型库的开放性
上 , 丰富的彩图加深了用户对所仿
3 软件的友好性和开放性
3 .1 友好性 用户不仅要求电力系统分析软
件有强大的分析功能和高度的计算 准确性 , 还要求其界面友好 , 容易 使用 。 3 .1 .1 友好的人机界面
随 着 X -Window s 和 M S Window s 技术的发展 , 图形用户界 面 (GUI :Graphics User Interf ace) 已成为当今软件的标准界面 , 具有 学习 容 易 、 操 作 简 单 、 可 以 定 制 (Customization) 等 优 点 。 GUI 允 许用户以图形交互方式 , 快速而方 便地设计各自的过程模型和建立新 的场景 , 实现交互式的仿真过程和 结果分析 。
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1 .2 集成软件包的功能逐渐增加 随着电力系统的发展 , 用户对
电力系统分析软件的功能要求越来 越多 , 也 越来 越 高 , 既要 求 有 潮 流 、 短路 、 暂态稳定计算等常规功 能 , 又要求能进行电压稳定和系统 特征根计算 、 仿真各种不对称故障 与操作 、 频率扫描 、 优化计算等较 复杂和极端运行条件的计算功能 。
据的合理性进行检查 :这项校验功 能 , 通常可以发现用户录入数据过 程中的疏漏, 保证原始数据的质 量 , 方便调试 , 有效地提高仿真计 算的准确率 。
○电动机启动过程动态仿真 ; 模型 (双 绕 组/ 三 绕 组/ 调 压 变 压
○谐波分析与接地计算 ;
器)、 各种输 电线模型 、 HVDC 模
○频域/ 时域模型的参数辩识 ; 型 、 非线性元 件 (如饱和电 抗器 、
○距离 保护 设计 与 选择 性分 避雷 器 、 晶 闸 管 和 GT O) 模 型 、
现代 电力 系 统 软件 包 如 NETO MAC[ 1] [ 2] 和 EU RO STAG (法 国 EDF 和 比 利 时 T ractebel 开 发)[ 3] , 只用一套程序就可以 分析 电力 系统 运 行的 全过 程 (电 磁 暂 态 、 机电暂态及 中长期稳 定)。 程 序可自动改变步长 , 实现精确的仿 真 , 应用范围非常广泛 。从机电振 荡到日常负荷的演变 ;从断开线路 到频率和电压的集中控制 ;从大面 积停电到系统的恢复过程 ;从调节 发电机的控制器到研究灵活交流输
1 超大型集成软件包
1 .1 计算容量不断增大 随着计算机硬件 、 软件技术的
迅猛发展 , 现代电力系统分析软件 的计算容量也日益增大 , 可以处理 几万个节点的大规模系统 , 能够满 足实 际电 力系 统工 程的 需 求 。 例 如 , PSAPAC (美 国 EP RI) 软 件
包中的 潮流 分析 程序 (IP FLOW) 和小干扰 稳定 程序 (SSSP) 能够 处理 的系统规模可 达 12 000 条母 线 、 60 000 条支路 、 24 000 台变压 器 、 6 000 个非线性负荷 ;SSSP 可 以分析的系统状态变量多达 22 000 个。
电力系统分析软件用数学模型 和数值方法对系统的运行特性进行 研究 , 可用来确 定规划设计方 案 、 拟定运行方式 、 整定自动装置的控 制参数 、 进行事故分析和辅助运行 人员作出正确的决策 。 此外 , 还可 用于教学和培训 。
现代化的电网迫切需要现代化 的分 析 手段 , 对 软 件的 功 能 、 精 度、 规模和速度提出了更高的要 求 , 期望充分利用计算机硬件和软 件技术的最新成就分析和处理电网 的实际问题 。
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电力系统分析软件的现状与发展
Present Status and Future of Electric Power System Analysis Software Packages
【摘要】作为电力系统规划 、设计 、运行和管理过程中不可缺少的重要工具 , 电力系统分析软件的发展必 须适应现代化电网发展的需要 。 本文探讨了电力系统分析软件的现状与发展 , 认为新一代的电力系统 分析软件应该是一个功能完备的集成软件包 , 它应具有大规模的计算容量 、完整而准确的元件模型库 、 稳定高效的计算内核 、友好统一的用户界面和良好的开放性等特点 。 【关键词】电力系统 分析 软件 趋势
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表 1 国际上的几种电力系 统分析软件包
软件包名称
PSAPAC BPA PSS/ E NETOMAC EUROSTAG CALPOS DIGSILENT EMT96 ATP EMTDC PSASP
开发者
美国 EPRI 美国邦维尔 (Bonneville) 电力局 美国 PTI 公司 德国西门子公司 法国 EDF 和比利时 Tractebel ABB 公司 德国 国际合作开发 国际合作开发 加拿大 Manitoba 高压直流研究中心 中国电力科学研究院
电 (FACTS ) 或 高 压 直 流 输 电 步/ 异 步 电 机 模 型 、 励 磁 调 节 器
(HVDC)用的电力电子设备 。
(包 括 数字 励磁) 和调 速 器模 型 、
除用于常规的分析计算外 , 还 原动机 模型 、 锅炉 和 再热 器等 模
可以实现下述分析功能 :
型 、 饱 和/ 非饱 和情况下的 变压器
2 .2 计算方法 电力系统计算方法的发展与应
用数学方法的发展是密不 可分的 。 成功应用的各种数学方法包括 :稀 疏矩阵技 术 、 代数 方程求解 方法 、 微分方程组的数值积分解法 、 大规 模矩阵的特征值计算方法和线性规
划 , 内点法等优化方法 。 这些先进 的数学方法大大提高了计 算效率 ,
国际电力 1999 年第 1 期
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适应处理大规模实际电力系统的需 要。
现代电力系统分析软件运用连 续自动变步长的积分技术 , 可仅用 一套程序实现从电磁暂态到中长期 动态过程的宽频带时域仿真 , 模拟 从 10-2Hz 频率的汽轮发电机原动 机的蒸气调节过程 , 到 106Hz 的雷 电波过程等各种电气过程 。该算法 鲁棒性强 , 能根据仿真过程的演变 而修改步长 , 在不改变程序和模型 的情况下连续仿真快速的和慢速的 电气现象 , 有效地克服系统时间常 数相差较大的困难 。可以预料 , 随 着数学方法的进步 , 必将促进计算 方法的发展 。
用户的使用 。例如考虑用户经常使 统分析软件允许用户自定义或修改
用的操作而增加了自动计算临界切 元件模型 。用特别开发的仿真语言
除时间 (CCT)、 n -1 静态安全分 作为用 户自 定义 新模 型的 支 持语
析等实用功能 。批处理功能把用户 言 。 程序能自动生成相应的公式并
的一系列操作记录下来 , 以简化重 插入程序 , 省去了编程和可能出现
目前 , 国际上有多种电力系统 分析软件包 , 在各国电力系统的实 践和研究中发挥了很大的作用 。 这 些软 件包 可 以运 行在 工 作站 (如 HP 、 SUN)和 PC 机 等 硬件 平 台
国际电力 1999 年第 1 期
上 , 支持 UNIX 和 Window s 95 等 操作系统 。 目前在我国应用较为普 遍的电力系统分析软件包是由电力 科学研究院开发的电力系统综合分 析程序 (PSASP) 和引进后改进的 BPA 程序 (邦 维尔 电力局 开发)。 在总结上述软件包特 点的基础上 , 本文探讨了现代电力系统分析软件 的发展趋势 。
复的工作 。
的错误 。
值得一 提 的是 数 据预 处 理模 块 , 它提供了多种输入数据的校验 功能 , 对输入数据文件中系统的拓
用户也可藉助人机交互图形界 面 , 方便而清楚地组合各种基本功 能模块 (放大 、 微分等), 自行组
扑结构 、 母线 、 支路 、 变压器等数 建一些特殊的元件模型 , 也可根据
析;
负荷模型等 。
○优化潮流或控制器的参数 ;
随着新的调节器和控制器以及
○网络 化简 与系 统 的动 态等 FACT S 应用 , 必须扩 充原有 的模
值;
型库 , 增添新的模型 , 为推动技术
○轴系扭振分析等 。
进步提供有力的支持 。
2 模型与算法
2 .1 元件模型库 电力系统分析计算的准确性依
赖于每个系统元件模 型的准确性 , 随着研究工作的不断深入 , 电力系 统元 件的 建模 工作 也取 得巨 大进 展 。电力系统分析软件的标准模型 库中有 :饱和/ 非饱和情 况下的同
分析软件的计算速度也有很大 提高 , 当然离 “实时分析” 的要求 还有 一 定距 离 。 使用 NET OMAC (德国西门子公司开发的)计算美 国 WSCC 系统 (600 台发电机 、 21 000 条支路 、 7 500 个节点和 1 600 个 动 态 负 荷 ), 计 算 的 步 长 取 10ms , 在 HP9000 工作站上实时仿 真 1s , 需 耗 机 时 约 3 .5min , 在 PC (P 5 , 133MH z) 机 上 则 为 4 .4min 。
传统的标准模型库中各种固定
真的动态过程的理解 。 3 .1 .2 软件使用的方便性
结构和参数的典型模 型 (如 IEEE 发电机的励磁系统 , 原动机的调速
软件的 “友好” 还体现在其使 系统 、 原动机的模型等)常常不能
用的方便性 , 现代电力系统分析软 满足计算和仿真的需要 。 为提高程
件常常具有一些实用功能 , 以方便 序的适用性和灵活性 , 现代电力系
[ ABSTRACT] As important t ools of planning , design , operation and management , elect ric pow er system analysis sof tw are packages must be improved const antly according to t he need of development of modern netw orks .PSAPAC , NETOMAC , etc .are the new generation of pow er system analy sis sof tw are packages .Their structure , capacity , speed and other performances are int roduced and investigated in this paper .T he supporting technology and market of f uture pow er system analy sis sof tw are packages are also discussed at the end . [ KEY WORDS] Electric pow er sy stem Analysis Softw are Tendeucy
图形化的输入方式使人感到亲
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切直观 , 避免了可能出现的数据格式 3 .2 开放性
错误 。用户可Leabharlann Baidu通过 GUI 绘制单线
随着电力系统的互联 、 电力市
图 , 输入或修改算例系统的数据 。现 场的发 展以 及新 技术 新装 置 的应
有 的 软件 包 如 NETOMAC 、 PSS/ E 用 , 要求电力系统仿真软件能够提
新一代的电力系统分析软件应 该是一个能够实现多种应用要求的 集成化软件包 , 一方面 , 在统一的 界面和数据库条件下 , 既能进行时 域仿真 , 又能进行频域计算 , 根据 系统工作点的线性化系统的特征值 和特征向量 , 研究系统的动态稳定 性 、 可控性和可观性等 , 适用于控 制系统 的设 计和大 系 统的 行为 分 析 ;另一方面 , 还可以进行模型的 参数辩识与优化 , 根据给定的目标 函数和约束条件 , 进行优化潮流或 优化控制器的整定等 。