电力系统分析软件介绍

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一、PSAPAC

简介: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。

二、EMTP/ATP

简介:

EMTP是加拿大H.W.Dommel教授首创的电磁暂态分析软件,它具有分析功能多、元件模型全和运算结果精确等优点,对于电网的稳态和暂态都可做仿真分析，它的典型应用是预测电力系统在某个扰动（如开关投切或故障）之后感兴趣的变量随时间变化的规律，将EMTP的稳态分析和暂态分析相结合，可以作为电力系统谐波分析的有力工具。

ATP（The Alternative Transients Program）是EMTP的免费独立版本，是目前世界上电磁暂态分析程序最广泛使用的一个版本, 它可以模拟复杂网络和任意结构的控制系统，数学模型广泛，除用于暂态计算，还有许多其它重要的特性。ATP程序正式诞生于1984年，由Drs. W. Scott Meyer 和Tsu-huei Liu,所组成的世界各地的用户组不断地发展。

ATP还配备有比TACS更灵活、功能更强的通用描述语言MODELS及图形输入程序ATPDraw。功能：

雷电过电压研究

操作过电压和故障

系统过电压研究

接地等现象的快速暂态分析

设备建模

电机启动过程动态仿真

轴系扭振分析

变压器及并联电抗器/电容器的开断

铁磁共振现象的研究

电力电子设备的研究

断路器电弧、冲击电流

FACTS设备：STATCOM, SVC, UPFC, TCSC模型

谐波分析与网络共振现象

保护设备的实验

三、PSCAD/EMTDC

Dennis Woodford博士于1976年在加拿大曼尼托巴水电局开发完成了EMTDC的初版，是一种世界各国广泛使用的电力系统仿真软件，PSCAD是其用户界面，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。操作环境为：UNIX OS, W indows95, 98,NT；Fortran 编辑器；浏览器和TCP/IP协议。

功能：

·可以发现系统中断路器操作、故障及雷击时出现的过电压

·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

·进行电力系统时域或频域计算仿真

·电力系统谐波分析及电力电子领域的仿真计算

·实现高压直流输电、FACTS控制器的设计

四、电力系统分析软件BPA

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。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。操作系统为DOS及Windows 9X/NT/2000版。

功能：

·潮流计算：采用P-Q分解法和牛顿－拉夫逊法相结合，以提高潮流计算的收敛性能，可进行交流系统潮流计算，也可进行包括双端和多端直流系统的交直流混合潮流计算

·自动电压控制：可对多种类型的发电机节点电压进行控制，具有自动投切电抗器和电容器电压控制、自动调节带负荷调节变压器分接头电压控制功能。

·联络线功率控制：通过自动发电控制（AGC）功能，自动控制联络线的功率交换为给定值

·系统事故分析(N-1开断模拟)：用断线补偿法快速检查制定系统中的每个元件故障

后的系统运行状态，找出系统运行的薄弱环节，为电网运行、规划提供依据

·网络等值：可采用REI法，对指定区域进行静态等值，能保证等值网潮流结果与原始网一致·灵敏度分析：能够按指定的扰动量，给出功角、电压灵敏度以及线路功率、线路损耗、网损等灵敏度分析报告

·节点P-V、Q-V和P-Q曲线：在系统施加一定的电压、无功或有功扰动后，程序可自动给出P-V、Q-V和P-Q变化模拟曲线

·确定系统极限输送水平：可方便地使系统发电机出力和负荷成比例地增加或减少，以预测网络对负荷的适应能力

·负荷静特性模型：可以模拟由恒定功率、恒定电流和恒定阻抗构成的静态综合负荷模型，用来模拟电压变化对负荷的影响

·分析报告灵活、检错信息详细：用户可自定义分析报告，程序提供900多种检错信息，便于用户根据检错信息发现和校正错。

五、电力系统分析软件NETOMAC

简介:

德国西门子公司在上个世纪70年代开发的电力系统分析软件，经过多年的发展，该软件不断完善，功能日益强大，具有良好的开放性，可嵌入用户自行编制的FORTRAN语言子程序、数学表达式等，用户遍及世界各地。该软件元件模型全，仿真频带宽，运行与Windows环境下。

功能：

·潮流计算：可进行单相、三相潮流计算，计算时可以考虑负荷电压特性、变压器分接头、HVD C及SVC；也可进行电感、电容耦合的多相线路潮流计算，得到分布式多相线路上的电压随距离的变化曲线

·暂态计算：分为电磁暂态计算和机电暂态计算。电磁暂态部分采用差分导纳法、变积分步长等方法和技巧有效地处理了开关操作产生间断点、非线性连接等问题；机电暂态部分可用自定义地负荷模型考虑频率、电压特性，自定义的继电保护断开线路仿真。在暂态计算中不同的时段可采用不同的数学模型，可变积分步长

·参数辨识和优化：在频域或时域内使用Quas－Newton，Modified Powell或最小二乘法进行辨识；能在等式、不等式约束条件下对用户自定义的目标函数进行优化；能对发电机电压调节器的参数进行优化甚至可以解决一些较难优化的数学问题

·频率响应：计算网络和电机的频率特性以便于为发电机励磁等的参数设计提供依据、计算无源网络的谐波分布、分析网络中出现的周期性干扰、研究与频率和电压有关的负荷的影响等

·动态稳定性分析：应用收敛性较好的QR算法求出全部特征值，来判断系统在小扰动下的动态稳定性；若考虑发电机轴系方程后，也可进行次同步振荡的研究

·面向模块的仿真语言：采用模块化语言来模拟发电机励磁，原动机调速器、汽轮机等。具有80多种模块，其中有积分、惯性等基本积分环节，也有较大的组合模块

韩祯祥.张琦.徐政.一个大型集成化的电力系统仿真计算软件――NETOMAC，电力系统自动化，1 997.9

六、PSASP

《电力系统分析综合程序》(Power System Analysis Software Package,PSASP)是一套历史长久、功能强大、使用方便的电力系统分析程序,它具有我国自主知识产权，是资源共享，使用方便，高度集成和开放的大型软件包

PSASP是电力系统规划设计人员确定经济合理、技术可行的规划设计方案的重要工具；是运行调度人员确定系统运行方式、分析系统事故、寻求反事故措施的有效手段；是科研人员研究新设备、新元件投入系统等新问题的得力助手；是高等院校用于教学和研究的软件设施。

PSASP基于电网基础数据库、固定模型库以及用户自定义模型库的支持，可进行电力系统(输电、供电和配电系统)的各种计算分析。

计算程序模块

潮流

暂态稳定

短路电流

网损分析

电压稳定

静态安全分析

静态和动态等值

直接法暂态稳定

小干扰稳定

最优潮流和无功优化

参数优化协调

继电保护整定与仿真

主要特点:

交直流混合电力系统

固定模型库和用户自定义模型库支持

提供用户程序接口，实现与用户程序联合运行

文本和图形两种运行模式及多种形式的结果输出

七、PSS/E OPF 简介

PIT美国电力技术咨询公司在电力系统分析领域居世界之首，其PSS/E OPF（用于电力系统工程的仿真器的优化潮流）是个功能强大，使用方便的电力网络分析工具。它突破了常规的潮流分析，为用户提供了全面优化和调整输电系统运行的能力。PSS/E OPF完全嵌入在PSS/E的潮流程序中，使得这种优化和调整更为容易。

PSS/E OPF把职能融入潮流求解过程中，大大提高了分析电力系统性能的效率。常规的潮流依赖于工程师系统地研究各个解后才能找到一个满意的“良好”解，而PSS/E OPF直接改变各种控制从而迅速地确定“最优”解。几乎对于任何一个合理的初始点，OPF肯定能求得唯一的全局最优解，并同时满足系统约束，使成本减少到最小或使系统性能最佳。

PSS/E OPF除了能够进行通常的优化分析外（比如使运行费用减到最小），还适用于解决与当今电力市场环境更密切相关的许多问题，这包括：

运行费用减到最小（Minimizing operating costs）；

无功规划（Reactive power scheduling）；

电压崩溃分析（Voltage collapse analysis）；

输送能力分析（Transfer capability investigation）；

基于地点的边际电价分析（Location based marginal cost assessment）；

随时需要的辅助服务费用分析（Ancillary service opportunity cost assessment）；

建立用作对系统影响评估的常规潮流（Impact assessment base case development）。PSS/E OPF提供经过特殊设计的使用简单的图形断面。该断面可以帮助迅速定义和建立即使是最为复杂的电力系统优化问题。PSS/E OPF完全集成在PSS/E的潮流程序中，可以直接从PSS /E获得所有必要的潮流数据模型，并在每次一个优化潮流求解过程完成后立即自动更新这些潮流数据。因此，这个过程非常有效。优化潮流的数据编辑器可以方便地用来输入和修改所有的约束和控制变量。整个过程的操作是通过一组完整的视窗构成的现代图形断面进行的。程序的每一个功能都可以从驱动菜单中选择。

PSS/E OPF可以提供的目标函数为（可以同时满足一个或多个目标）：

使燃料费用减到最小（Minimize fuel costs）；

使平衡母线发电机有功出力减到最小（Minimize active power slack generation）；

使平衡母线发电机无功出力减到最小（Minimize reactive power slack

generation）；

使有功损耗减到最小（Minimize active power loss）；

使无功损耗减到最小（Minimize reactive power loss）；

使支路电抗调整量减到最小（Minimize adjustable branch reactance）；

使母校并联电容调整量减到最小（Minimize adjustable bus shunts）；

使母线负荷调整量减到最小（Minimize adjustable bus loads）；

使断面潮流减到最小（Minimize interface flows）；

使断面有功潮流传输最大（Maximize interface active power transfer）。

PSS/E OPF允许用户任意选择上述目标函数的组合，只要点击图形断面上的功能键就可容易实现。优化潮流问题的陈述是通过将目标函数与任意数目的约束和控制结合起来而形成的，这些约束和控制可以是：

母线电压幅值限制（Bus voltage magnitude limits）；

支路潮流限制（有功、无功、视在功率、电流）（Branch flow limits (MW, MVar,

MVA, Ampere)）；

断面潮流限制（有功、无功）（Interface flow limits (MW, MVar)）；

发电机无功容量限制（Generator reactive power capability limits）；

发电周期备用限制（Generation period reserve limits）；

发电机有功限制（Generator active power limits）；

母线并联电容调整量的限制（Adjustable bus shunt limits）；

支路电抗调整量的限制（Adjustable branch reactance limits）；

母线负荷调整量的限制（Adjustable load limits）。