发布时间 : 星期六 文章电力系统电磁暂态概述更新完毕开始阅读
1.5.3电力系统数字仿真软件
世界各国的电力系统数字仿真软件众多，目前国内外获得广泛应用的电力系统仿真软件主要有3大类：
基于瞬时值计算的离线仿真软件，如EMTP、PSCAD/EMTDC、PSAPAC等；
基于有效值计算的离线仿真软件，如BPA（包括中国版BPA）、PSASP、PSS/E、NETOMAC等；
基于瞬时值计算的实时仿真软件，如RTDS、HYPERSIM。 1. 电磁暂态分析程序（EMTP）
电磁暂态分析程序EMTP（Electro-Magnetic Transients Program）是国际公认的电力系统电磁暂态分析的标准程序，其创始人是加拿大UBC大学任教的Dommel教授，目前EMTP有三个版本，即BPA-EMTP、ATP-EMTP和DCG-EMTP。BPA-EMTP是最早由美国邦纳维尔电力局（Bonneville Power Adminstration，BPA）无偿提供的EMTP版本，其用户现在大多已转用ATP-EMTP。ATP-EMTP是BPA的Scott-Meyer以自己的业余时间和资金开发的BPA-EMTP的替代程序，ATP-EMTP坚持无偿提供的原则，在全世界拥有最多的用户，是目前国际上主流版本的EMTP程序。DCG-EMTP是1981年成立的DCG（EMTP合作开发组织）开发的EMTP版本，需有偿使用。
EMTP具有分析功能多和元件模型全等优点，可以用于电力系统的稳态和暂态仿真分析，系统可由集中参数、分布参数元件、线性与非线性元件、具有频率相关参数的线路、各种类型开关、电力电子元件、变压器及电机、多种类型电源、控制电路的任意组合构成，只要是电路计算的范畴，对研究对象几乎没有限制。EMTP的计算精度经过了IEEE和CIGRE等国际权威组织的认定，因此计算结果的可信性很高。
实际上，EMTP是开发其他的电磁暂态程序，如EMTDC、RTDS、HYPERSIM的基础。
2．直流电磁暂态程序（PSCAD/EMTDC）
Dennis Woodford博士于1976年在加拿大曼尼托巴直流研究中心开发完成了EMTDC（Electro-Magnetic Transients in DC System）的初版，它既可以研究交直流电力系统问题，又能完成电力电子仿真及其非线性控制，是一个离线仿真的
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电磁暂态计算程序，它有精确的直流元件模型、方便的数据输入方式以及强大的数据分析功能，是进行直流系统分析和工程研究的有力工具。事实上，EMTP程序所采用的电力系统模型和技术都可以应用于EMTDC中。PSCAD（Power System Computer Aided Design）是其图形用户界面，PSCAD的开发成功，使得用户能更方便地使用EMTDC进行电力系统分析，使电力系统复杂部分可视化成为可能，而且软件可以作为实时数字仿真器的前置端。可模拟任意大小的交直流系统，在对直流系统电磁暂态仿真方面有绝对优势。操作环境为：UNIX OS, Windows95, 98,NT；Fortran 编辑器；浏览器和TCP/IP协议。主要功能如下：
（1）可以分析系统中断路器操作、故障及雷击时出现的过电压； （2）可对包含复杂非线性元件（如直流输电设备）的大型电力系统进行全三相的精确模拟，其输入、输出界面非常直观、方便；
（3）进行电力系统时域或频域计算仿真；
（4）电力系统谐波分析及电力电子领域的仿真计算； （5）实现高压直流输电、FACTS控制器的设计。 3．PSAPAC程序
PSAPAC由美国EPRI开发，是一个全面分析电力系统静态和动态性能的软件工具。功能：
DYNRED（Dynamic Reduction Program）：网络化简与系统的动态等值，保留需要的节点。
LOADSYN（Load Synthesis Program）：模拟静态负荷模型和动态负荷模型。 IPFLOW（Interactive Power Flow Program）：采用快速分解法和牛顿－拉夫逊法相结合的潮流分析方法，由电压稳态分析工具和不同负荷、事故及发电调度的潮流条件构成。
TLIM（Transfer Limit Program）：快速计算电力潮流和各种负荷、事故及发电调度的输电线的传输极限。
DIRECT：直接法稳定分析软件弥补了传统时域仿真工作量大、费时的缺陷，并且提供了计算稳定裕度的方法，增强了时域仿真的能力。
LTSP（Long Term Stability Program）：LTSP是时域仿真程序，用来模拟大型电力系统受到扰动后的长期动态过程。为了保证仿真的精确性，提供了详细的模
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型和方法。
VSTAB（Voltage Stability Program）：该程序用来评价大型复杂电力系统的电压稳定性，给出接近于电压不稳定的信息和不稳定机理。为了估计电压不稳定状态，使用了一种增强的潮流程序，提供了一种接近不稳定的模式分析方法。
ETMSP（Extended Transient Midterm Stability Program）： EPRI为分析大型电力系统暂态和中期稳定性而开发的一种时域仿真程序。为了满足大型电力系统的仿真，程序采用了稀疏技术，解网络方程时为得到最合适的排序采用了网络拓扑关系并采用了显式积分和隐式积分等数值积分法。
SSSP(Small－signal Stability Program)：该程序有助于局部电厂模式振荡和站间模式振荡的分析，由多区域小信号稳定程序(MASS)及大型系统特征值分析程序（PEALS）两个子程序组成。MASS程序采用了QR变换法计算矩阵的所有特征值，由于系统的所有模式都计算，它对控制的设计和协调是理想的工具；PEALS使用了两种技术：AESOPS算法和改进Arnoldi方法，这两种算法高效、可靠，而且在满足大型复杂电力系统的小信号稳定性分析的要求上互为补充。
4．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计算方法开发组自20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。
BPA潮流程序主要用来计算电力系统潮流。该程序中的负荷模型包含恒定功率负荷、恒定电流负荷和恒定阻抗负荷模型。可以根据某节点上P和Q的扰动量，计算系统中各节点灵敏度、线路灵敏度和网损灵敏度值。程序的输出具有内容详细和格式灵活的特点，既可以有选择地列表输出原始数据、计算结果和潮流分析报告，也可以应用单线图格式潮流图形程序及地理接线图格式潮流图形程序输出。
BPA稳定程序含有9种传统励磁模型和1981年IEEE提出的11种新励磁模型，可模拟多种类型的直流型励磁机、交流型励磁机及静态型励磁机，可以进行多端直流的模拟。程序可以在屏幕上输出最大摇摆角，还可以给出对应的两台发电机名。
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BPA程序的主要功能是进行大型交直流混合电力系统潮流和暂态稳定计算，同时还能进行短路电流计算和电网静态等值分析等。BPA配备有较完善的辅助工具，包括单线图和地理接线图格式潮流图程序、稳定曲线作图工具。具有计算规模大、计算速度快、数据稳定性好、功能强等特点。BPA稳定程序中包括详细的发电机和各种励磁系统模型，但没有提供用户自定义功能，程序中HVDC、FACTS元件及其控制模型不够完善。另外，BPA的数据格式要求比较严格，与一些国际上通用的机电暂态仿真程序之间的数据互换比较困难。
中国版BPA程序是由中国电力科学院引进、消化、吸收美国BPA程序1983年9月版本的基础上开发而成。从1984年开始在我国推广应用以来，已在我国电力系统规划设计、调度运行和试验研究等各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。
5．电力系统分析综合程序（PSASP）
电力系统分析综合程序(Power System Analysis Software Package，PSASP)是中国电力科学研究院开发的一套具有高度集成性、开放性的大型软件包。PSASP与Execl、AutoCAD、MATLAB等通用的软件包分析工具有方便的接口，可充分利用其它软件包的资源。该软件在我国高校研究人员和电力系统现场都有广泛应用。
PSASP结构分为三层，第一层是公用数据和模型的资源库，其中包括:电网基础库、固定模型库、用户自定义模型库和用户程序库等。第二层是基于资源库的应用程序包，包括稳态分析、故障分析、机电暂态分析和暂态稳定计算。第三层是计算结果库和分析工具，软件进行各种分析计算后，生成的结果数据以多种形式输出或转换为Excel、AutoCAD、MATLAB等其他数据格式。
PSASP的功能主要有稳态分析、故障分析和机电暂态分析。稳态分析包括潮流分析、网损分析、最优潮流和无功优化、静态安全分析、谐波分析和静态等值等。故障分析包括短路计算、复杂故障计算及继电保护整定计算。机电暂态分析包括暂态稳定计算、电压稳定计算、控制参数优化等。
6. PSS/E软件
电力系统仿真软件PSS/E（Power System Simulator for Engineering）是由美国电力技术公司（PTI）开发的商业软件，主要用于电力系统仿真和计算。PSS/E
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