发布时间 : 星期四 文章电力系统电磁暂态概述更新完毕开始阅读
对地或相间突然短接等。在暂态计算中把电路中节点之间的闭合和开断用广义的开关操作来表示。因此，开关的计算模型以及正确处理开关操作所引起系统状态变化的程序方法，是电力系统电磁暂态计算的重要组成部分。
电力系统中大部分元件属于线性元件，或可以近似地认为是线性元件，但也有一些元件具有明显的非线性特性，这些特性对暂态过程产生明显的影响。典型的非线性元件有避雷器的非线性电阻，如图1-11所示；变压器或电抗器等铁磁元件因铁心饱和而形成的非线性电感；以及断路器、保护间隙的电弧电阻等。因此，在暂态计算程序中应包括计及这些非线性元件特性的数学模型，并且含有一定的求解非线性电路的数值分析方法。对工程计算来说，还希望计算模型和分析方法尽可能实用，以便在尽可能短的计算时间里，得到具有一定准确度的结果。
1000kV避雷器V-I特性1620kVmA10kA20kA
图1-11避雷器的电压-电流特性
在实际计算中，经常采用被称为分段线性化的方法来处理非线性元件，即把非线性元件的特性用几段具有不同斜率的直线线段来表示，把非线性元件局部等值为线性元件。
1.4.5元件参数的频率特性
在电力系统电磁暂态分析过程中，一个元件的特性模拟，不只是要作出正确的等值电路，还要模拟它的频率特性，因为这些频率特性有时对暂态现象有着决定性的影响。
在暂态计算中，通常需要考虑频率特性的元件是架空线路和电缆。架空线路的正序电感L1实际上是常数，在导线的趋肤效应不显著时，正序电阻R1基本上也是常数。零序电感L0和零序电阻R0则因大地回路的趋肤效应而与频率密切相关。图1-12所示为架空线路电阻和电感的频率特性。变压器参数也有频率特性，但通常没有考虑。
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图1-12架空线路电阻和电感的频率特性
1.4.6时间跨度的要求
稳态计算的对象是一个时间断面，而暂态计算要模拟一个时间过程。数字计算机不可能连续地模拟暂态现象，只能在离散的时间点(步长Δt)求解，这将会导致累积误差。如何减少这类误差的积累是暂态仿真程序的重要课题。
鉴于暂态计算的上述特点，暂态计算比稳态计算不论是程序编制还是应用难度都要大得多。 1.5电力系统数字仿真 1.5.1电力系统数字仿真的分类
根据原型系统、数学模型和数字计算机三者的特征可以把电力系统数字仿真分成各种不同的类型。
按照原型系统状态变化的时间过程，可分为连续系统仿真和离散事件系统仿真。连续系统仿真的系统状态量随时间连续变化，它的数学模型是一组方程式，包括连续模型(用微分方程描述)、离散时间模型(用差分方程描述)和连续与离散混合模型。离散事件系统仿真的系统状态量只在一些时间点上由某随机事件的驱动而发生变化，这类系统在两个事件之间其状态量保持不变，它的数学模型一般只用流程图或网络图描述。
按照仿真目的，可分为以分析研究为目的的研究用系统仿真和以培训运行人员为目的的培训用系统仿真。研究用电力系统数字仿真，如电力系统电磁暂态计算程序（EMTP），它可用于研究由开关操作、故障和雷击等引起的电磁暂态、电磁谐振和机电振荡，也可用于研究交直流换流器、控制系统和继电保护装置等的特性。除此以外，还有大量适合于专门功能的电力系统数字仿真程序，如电力
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系统综合程序（BPA）等。培训用电力系统数字仿真，如电力系统调度员培训仿真系统（DTS）、变电站培训仿真系统等，利用计算机及相关设备，将电力系统完整的模拟出来，并可以在上面进行正常操作训练及故障排除训练。培训用的仿真是为了训练系统运行、调度人员对系统环境的反应和判断能力，因此要求仿真的环境尽可能逼真，而对于仿真精度，只由培训的要求决定。
研究用电力系统数字仿真又可分为系统稳态计算和暂态计算两大类。当需要研究电力系统处于相对平衡状态的运动特性时，采用系统稳态仿真；当研究系统处于受扰动状态的运动特性时，则采用系统暂态仿真。两者的数学模型不同，仿真方法也不相同。稳态仿真中有潮流计算、故障计算，以及稳定计算和电压稳定计算中的静稳定计算。暂态仿真中有过电压计算、次同步振荡（SSR）计算、暂态恢复电压（TRV）计算、高次谐波计算，及稳定计算和电压稳定计算中的暂态稳定性计算。电力系统数字仿真按照研究电力系统运行状态的分类如图1-13所示。
稳态计算有效值范畴潮流、故障及系统稳定和电压稳定的静稳定计算等电力系统数字仿真有效值范畴暂态计算过电压、SSR、TRV、变压器涌流、高次谐波及保护控制计算等系统稳定和电压稳定的动稳定计算瞬时值范畴 图1-13电力系统数字仿真按照研究电力系统运行的状态的分类示意图
按照计算方法，电力系统数字仿真又可以分成有效值计算和瞬时值计算两大类。有效值计算用于大规模系统的比较长时间的状态模拟，而瞬时值计算用于局部系统的短时间的暂态模拟。有效值计算通常只使用正序回路，而瞬时值计算需要使用三相回路。但是，在包含电力电子设备的情况，如高压直流系统，由于晶闸管等开关的频繁动作，即使是长时间模拟也需要采用瞬时值计算。另一方面，由于硬件设备和计算技术的进步，大规模系统的瞬时值在线(实时)计算也成为可能了。稳态计算和暂态计算中的动稳定计算属于有效值计算范畴，其它的暂态计算都属于瞬时值范畴。
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1.5.2电力系统数字仿真的优点
数字仿真在电力系统研究中得到快速的发展，除了计算机技术和软件技术的飞速发展外，电力系统数字仿真的独特优点是促使其快速发展的重要因素，这些优点有：
（1）数字仿真不受被研究电力系统的规模和复杂性的限制。世界各国都在不断扩大电力系统的规模，大多数工业发达国家都建立了自己的全国统一电力系统，有些相邻国家间还建立了跨国联合电力系统。我国已实现跨区域电力系统的互联，依托三峡工程，实现以长江三峡为中心的全国统一电力系统。随着规模的增大，电力系统的结构也变得更加复杂。这些规模庞大和结构复杂的大系统，试验和研究的现场实测方法已很难进行。在电力系统动态模拟上做几十台发电机、几十条输电线路的电力系统暂态过程试验也是相当困难，而采用电力系统数字仿真就不存在这些困难，可以进行数百台发电机和上千条输电线路的大型电力系统数字仿真。
（2）保证被研究系统的安全性。电力系统的故障试验、稳定性破坏试验、核电站控制试验等，直接在原型系统上做实验有很大的危险性，甚至是不允许的，这时，用电力系统数字仿真的方法是唯一可行的途径。
（3）提高系统试验的经济性。在实际电力系统上做试验要暂停部分用户供电，需要配备各种测量设备、测量通道、通信工具，要求很多运行、调度人员和测试人员密切配合，花费大量人力、物力和财力，因此这种试验很难实现。如果用数字仿真做试验，所需费用要少得多。而且，数字仿真试验的设备一般都可重复使用，只需少数计算人员参加，试验时间很短。
（4）增强对电力系统发展的预测性。需要对未来电力系统的特性做预测性的分析和研究，这些工作在实际电力系统中难以实现，而系统数字仿真可以对设计方案进行大量试验和计算，进行经济技术比较和优化，还可以对未来系统的假设条件的合理性进行验证。电力系统规划的方案是靠仿真得到的；新元件的接入、运行方式的确定是用仿真结果作为依据的；新方法研究、新装置设计、参数确定是用仿真来确认的。电力系统仿真软件试验已经成为电力系统设计、规划和运行阶段不可或缺的部分。
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