电力系统仿真分析技术的发展趋势

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新能源电力系统的建模与仿真

新能源电力系统的建模与仿真

新能源电力系统的建模与仿真随着全球环保意识的增强,新能源电力系统逐渐成为未来的主流。

为了更好地研究和探索新能源电力系统,建立一个可靠、高效、精确的建模和仿真模型是必不可少的。

本文将围绕新能源电力系统建模与仿真的相关内容进行探讨,并提出一些可行的建模与仿真方法,以期为研究人员提供一些参考意见。

一、新能源电力系统的基本组成新能源电力系统主要由电力场、电力负载和能量储存系统三部分组成。

其中,电力场包括太阳能电池板、风力发电机、地热能发电机等,电力负载包括家庭、企业和大型工厂,而能量储存系统则包括电池组、超级电容器和氢燃料电池等。

由于新能源电力系统的电力负载和能量储存模式与传统能源电力系统存在巨大差异,因此其建模和仿真的模式也需要相应地进行调整和改进。

二、新能源电力系统建模的基本原则(一)系统架构模型设计原则由于新能源电力系统具有相对独立的能量生产和负载管理系统,因此其系统架构模型应该按照这一特点进行构建。

通过考虑电力场、负载和能量储存等要素,建立一个相对完整、全面的系统架构,以便于理解和研究新能源电力系统的工作机制。

(二)电力场建模原则对于太阳能电池板、风力发电机、地热能发电机等电力场,需要考虑其特性曲线、变化规律等相关参数,以便能够更准确地计算其产生的能量。

(三)电力负载模型设计原则电力负载模型的设计应该考虑电力负载的类型、用电量和电力负载的变化规律等因素。

此外,还需要考虑电力负载的优化调度,实现对能源的有效利用和管理。

(四)能量储存模型建立原则能量储存模型的建立应该考虑电池组、超级电容器和氢燃料电池等能量储存系统的参数和特性曲线。

此外,还需要考虑储能系统的容量、充放电效率以及损耗等因素。

三、新能源电力系统仿真的基本步骤新能源电力系统的仿真模型应该包括系统架构模型、电力场模型、电力负载模型和能量储存模型等模型。

其仿真步骤如下:(一)系统初始化:定义新能源电力系统的基本参数,包括电力场、电力负载和能量储存系统等参数。

电力系统建模与仿真技术研究

电力系统建模与仿真技术研究

电力系统建模与仿真技术研究一、引言电力系统是现代社会中不可或缺的一部分,它为人们的生活、生产提供了必要的能源支撑。

在电力系统的设计和运行管理中,建模和仿真技术一直是电力系统领域中非常重要的技术手段。

电力系统的建模和仿真技术可以帮助电力工程师更好地理解和掌握电力系统的特性,并针对实际问题进行分析和优化。

本文将介绍电力系统建模与仿真技术的研究现状和未来发展方向。

本文将按如下方式进行组织:二、电力系统建模技术电力系统建模是指将电力系统的各个部分分解为可仿真的子系统并进行各子系统间关系的描述和组合。

在电力系统建模中,应考虑电力系统的稳定性、可靠性、安全性等方面的因素。

1. 基于物理建模的技术基于物理建模的技术是电力系统建模的主要方法。

该方法需要将电力系统的各个部分分解为具有物理意义的子系统组件,并使用物理方程描述各个子系统间的相互作用关系。

基于物理建模的技术可以精确地描述电力系统的工作原理和特性。

2. 基于数据驱动建模的技术基于数据驱动建模的技术是利用大量历史数据和现场监测数据,通过数据挖掘和模式识别等技术,对电力系统进行建模。

该方法能够很好地适应不同电力系统的变化和不确定性,较为灵活。

三、电力系统仿真技术电力系统仿真是指通过模拟电力系统运行实际场景,预测电网运行情况和变化规律,探究电力系统存在问题并提出优化方案。

1. 时域仿真时域仿真是一种基于时间的仿真方法,可以模拟电力系统的瞬态过程。

该方法可以精确地模拟电力系统各个部件的动态响应过程,包括瞬态稳定、短路、过流、过电压等情况。

2. 频域仿真频域仿真是一种基于频率响应的仿真方法,可以模拟电力系统的稳定过程。

该方法可以精确地模拟电力系统的功率流和电压波动等情况,可用于分析电力系统的稳态电路、短路容限等情况。

四、电力系统建模与仿真软件电力系统建模和仿真软件是电力系统应用中不可或缺的工具。

目前,国内外市场上具有代表性的电力系统建模与仿真软件主要有PSSE、PSCAD、EMTP、MATLAB等。

电气工程中的电力系统建模与仿真技术

电气工程中的电力系统建模与仿真技术

电气工程中的电力系统建模与仿真技术电力系统建模与仿真技术在电气工程领域中扮演着重要的角色。

通过建立电力系统的数学模型和进行仿真分析,工程师们能够有效评估和优化电力系统的性能,提高电力系统的可靠性和效率。

本文将介绍电力系统建模与仿真技术的背景、应用以及未来发展趋势。

一、电力系统建模与仿真技术的背景电力系统建模与仿真技术是一种通过数学模型和仿真软件对电力系统进行分析和优化的方法。

随着电力系统规模的不断扩大和复杂性的增加,传统的试错方法已经无法满足对电力系统的全面评估和优化需求。

因此,电力系统建模与仿真技术应运而生。

其中,电力系统建模是指根据电力系统的物理特性和运行规律,通过数学方法将电力系统抽象成为一组方程和公式,以描述电力系统的动态行为和特性。

电力系统仿真则是利用电力系统建模的结果,通过计算机软件对电力系统进行模拟和分析,以便评估电力系统的性能、优化操作方案和应对异常情况。

二、电力系统建模与仿真技术的应用1. 电力系统规划和设计:通过电力系统建模与仿真技术,可以对电力系统进行规划和设计。

工程师们可以通过建立电力系统的数学模型,预测电力系统未来的负荷需求,优化电力系统的结构和参数,确保电力系统在满足负荷需求的同时保持其稳定性和可靠性。

2. 电力系统运行与控制:电力系统建模与仿真技术对电力系统的运行和控制具有重要作用。

通过建立电力系统的动态模型,工程师们可以模拟电力系统在不同负荷和运行状态下的行为,研究电力系统的稳定性和响应能力,制定合理的运行和控制策略,提高电力系统的运行效率和可靠性。

3. 电力系统故障分析与优化:电力系统建模与仿真技术对电力系统故障分析和优化具有重要意义。

通过建立电力系统的故障模型,工程师们可以模拟电力系统在不同故障情况下的响应和行为,进行故障诊断和定位,设计合理的故障处理方案,最大限度地减少故障对电力系统的影响。

三、电力系统建模与仿真技术的发展趋势1. 多学科建模与仿真:未来的电力系统建模与仿真技术将更加注重多学科的综合应用。

电力系统电磁暂态仿真与分析技术研究

电力系统电磁暂态仿真与分析技术研究

电力系统电磁暂态仿真与分析技术研究电力系统是现代社会运转的重要基础设施之一,而电磁暂态是电力系统中不可忽视的重要问题之一。

电磁暂态是指电力系统中由于突发故障、开关操作或其他原因所引起的瞬时电流和电压的变化,这会对电力设备和电力系统产生巨大的挑战。

电力系统电磁暂态仿真与分析技术的研究旨在探索如何有效地分析和解决电磁暂态问题,提升电力系统的稳定性、可靠性和安全性。

本文将深入探讨电力系统电磁暂态仿真与分析技术的研究现状和未来发展方向。

首先,电力系统电磁暂态仿真技术是研究电力系统电磁暂态问题的重要手段之一。

仿真技术可以对电磁暂态进行数字模拟,以便帮助研究人员更好地理解和分析电磁暂态问题。

电力系统电磁暂态仿真技术主要包括建立电力系统模型、选择合适的仿真方法和算法以及验证仿真结果的准确性等方面。

近年来,随着计算机硬件和软件的不断发展,电力系统电磁暂态仿真技术得到了快速的发展,为电力系统的运行和维护提供了重要的参考依据。

其次,电力系统电磁暂态分析技术是电磁暂态仿真技术的重要应用领域之一。

电磁暂态分析技术主要通过分析电磁暂态过程中的电流和电压波形,评估电力设备和电力系统的性能和可靠性。

电力系统电磁暂态分析技术一般包括建立正确的电力系统模型、选择合适的分析方法和工具、进行仿真计算和结果分析等步骤。

通过电磁暂态分析,研究人员可以了解电力系统中暂态过程中出现的过电压、过电流等问题,预测电力设备的损坏情况并提出相应的改进措施。

另外,电力系统电磁暂态仿真与分析技术在电力系统规划和设计中也起着重要的作用。

电力系统的规划和设计是保障电力系统安全运行的重要环节,而电磁暂态问题也必须在规划和设计阶段加以考虑。

电力系统规划和设计中常用的仿真和分析软件包括POWERFACTORY、PSCAD/EMTDC等,它们能够模拟电力系统中各种电磁暂态问题,并且能够输出仿真结果以供评估和决策。

除了以上提到的仿真和分析技术,近年来,电力系统电磁暂态仿真与分析技术还涌现出一些新的研究方向和技术。

电力系统稳定性分析与仿真

电力系统稳定性分析与仿真

电力系统稳定性分析与仿真电力系统作为现代社会中不可或缺的基础设施,其稳定性是保障能源的可靠供应和经济运营的重要指标。

在电力系统运行过程中,不可避免地会面临各种挑战,如负荷波动、电网故障等。

为了确保电力系统的安全可靠运行,需要对其稳定性进行分析和仿真研究。

一、电力系统稳定性分析1.稳定性定义电力系统稳定性是指电力系统在发生扰动时,能够快速地恢复到原有状态,并保持一段时间的稳定运行状态。

2.稳定性分类a) 静态稳定性:指电力系统在静态负荷情况下,能够保持电压、频率等变量的稳定性。

b) 动态稳定性:指电力系统在扰动作用下,能够快速地恢复到原有状态,并保持一段时间的稳定运行状态。

3.稳定性评估指标a) 暂态稳定指标:指电力系统在电力故障扰动作用下,可恢复到原有状态的能力,如暂态稳定裕度。

b) 频率稳定指标:指电力系统在负荷波动等情况下,能否保持恒定的电力品质,如频率稳定裕度。

c) 持续稳定指标:指电力系统在经过一定时间后,能否继续保持稳定运行状态,如持续稳定裕度。

二、电力系统稳定性仿真电力系统稳定性仿真是指利用计算机软件模拟电力系统运行过程,对电力系统的稳定性进行分析和评估的一种方法。

常用的电力系统仿真工具有PSSE、MATLAB/Simulink等。

1.仿真模型电力系统的仿真模型需要包括电力设备、电力网络和电力负荷等要素。

通常使用等效电路模型或者状态空间模型进行建模,以保证仿真结果的准确性。

2.仿真技术a) 简化模型:为了提高仿真速度,可以对电力系统模型进行精简。

但需要注意不能过度简化,否则将影响仿真结果的准确性。

b) 增加扰动:为了考虑电力系统运行中可能遇到的各种扰动情况,可以增加扰动条件进行仿真。

c) 仿真结果分析:仿真后得到的结果需要进行分析和综合评估。

可以通过对仿真结果的可视化呈现、曲线对比等方法进行分析。

3.仿真应用a) 电力系统规划方案的评估和优化。

b) 电力系统运行中的故障诊断和处理。

c) 电力系统监测和诊断的兴隆,如智能电网等。

智能电网中的电力系统仿真技术综述

智能电网中的电力系统仿真技术综述

智能电网中的电力系统仿真技术综述智能电网是一种基于信息技术和数学模型的先进电力系统,它融合了传统电力系统与现代通信网络和控制技术,提高了电网的可靠性、可持续性和经济性。

电力系统仿真技术在智能电网的设计、规划和运行中发挥着重要的作用。

本文将对智能电网中的电力系统仿真技术进行综述,包括仿真的概念、方法、应用和未来的发展方向。

1. 电力系统仿真的概念电力系统仿真是利用计算机对电力系统进行数学建模和仿真,以分析电力系统的性能、评估系统的稳定性和可靠性,并优化系统的运行。

电力系统的仿真可以分为静态仿真和动态仿真两种类型。

静态仿真主要用于电力系统的稳态分析,而动态仿真则用于考虑系统的时序性质和非线性特征。

2. 电力系统仿真的方法电力系统仿真的方法包括潮流计算、短路计算、稳定性分析和可靠性评估等。

潮流计算是电力系统仿真中最基本的方法之一,用于求解系统的电压幅值和相位角等参数。

短路计算则用于分析系统的短路电流和短路电压等参数,以评估系统的安全性。

稳定性分析可以分为动态稳定性分析和静态稳定性分析两种类型,用于评估系统的动态响应和稳态特性。

可靠性评估则用于分析电力系统的可靠性指标,如失电率和平均停电时间等。

3. 电力系统仿真的应用电力系统仿真在智能电网中的应用十分广泛。

首先,仿真技术可以用于电力系统的规划和设计。

通过仿真分析,可以评估电力系统的稳定性和可靠性,并优化系统的结构和配置。

其次,仿真技术可以用于电力系统的运行和控制。

通过仿真模拟,可以预测系统的运行情况,进行故障分析和故障恢复,并实现对系统的远程监控和自动调整。

此外,仿真技术还可以用于新能源的集成和并网。

通过仿真模拟,可以评估新能源的发电能力和电网的接入能力,优化电力系统的运行策略。

4. 电力系统仿真技术的未来发展方向随着智能电网的不断发展,电力系统仿真技术也面临着新的挑战和机遇。

未来的发展方向主要包括以下几个方面。

首先,随着智能电表和智能电器的广泛应用,仿真技术需要与智能设备进行融合,提高系统的仿真精度和实时性。

电力系统仿真软件的运用与比较

电力系统仿真软件的运用与比较

电力系统仿真软件的运用与比较电力系统仿真软件在电力系统的规划、设计和运行中具有重要意义。

通过对电力系统的仿真模拟,我们可以预测和评估各种电力系统配置的性能表现,优化系统设计,提高系统稳定性与可靠性。

本文将介绍常用的电力系统仿真软件,分析其优缺点,并比较其在不同运用场景下的表现。

PSS/E:PSS/E是一款功能强大的电力系统仿真软件,由美国电力科学研究院开发。

它支持多种仿真模型,如发电机、变压器、负荷等,可以模拟复杂的电力系统稳态和动态行为。

PSS/E的优点是精度高、速度快、稳定性好,缺点是价格昂贵,且对用户的要求较高。

MATLAB/Simulink:MATLAB/Simulink是MathWorks公司开发的著名仿真软件,可以用于各种动态系统的建模与仿真。

它支持自定义模型库,用户可以根据需要创建自己的模型。

MATLAB/Simulink的优点是易学易用、模块丰富、功能强大,缺点是对于某些特定领域的模型库支持不够完善。

ETAP:ETAP是一款广受欢迎的电力系统仿真软件,由美国ETAP公司开发。

它支持电力系统的稳态和暂态仿真,具有强大的分析功能和广泛的设备模型库。

ETAP的优点是界面友好、操作简单、支持广泛,缺点是价格较高,且可能存在一定的学习曲线。

电力系统仿真软件在以下几个方面有广泛运用:动态模拟:通过对电力系统的动态模拟,我们可以研究不同运行条件下的系统性能,如故障恢复、负荷波动等。

稳态分析:稳态分析有助于我们了解电力系统的长期运行状态,优化系统配置,提高电力系统的稳定性。

电机启动:电机启动过程中可能会对电力系统产生较大冲击,通过仿真软件可以预测和评估不同启动方案对系统的影响。

我们将使用不同仿真软件对同一电力系统进行仿真,并对结果进行比较。

在动态模拟方面,PSS/E和MATLAB/Simulink均表现出较高的精度和速度,而ETAP在这方面略逊一筹。

在稳态分析方面,PSS/E和ETAP的结果相近,但MATLAB/Simulink在一些关键参数的模拟上存在一定误差。

系统仿真在电力系统中的应用及优势

系统仿真在电力系统中的应用及优势

系统仿真在电力系统中的应用及优势近年来,随着科技的快速发展,系统仿真已经成为电力行业中不可或缺的工具。

系统仿真通过模拟电力系统运行过程,能够对系统进行全面、准确的分析和评估。

本文将探讨系统仿真在电力系统中的应用,并重点介绍其带来的优势。

一、系统仿真在电力系统规划与设计中的应用1. 电力系统规模扩展分析系统仿真可以帮助分析规模扩展对电力系统的影响。

它可以模拟电力负荷的增长趋势,并预测系统未来的负荷需求。

基于这些数据,规划者可以制定合理的电力系统规划方案,确保系统能够满足未来的需求。

2. 发电机组优化配置通过系统仿真,可以对不同发电机组的性能进行模拟和比较。

规划者可以根据仿真结果选择最合适的发电机组配置方案,以提高电力系统的效率和可靠性。

3. 输电线路最优布置系统仿真可以模拟不同输电线路的电流负荷和电压损耗情况。

通过分析这些数据,规划者可以制定最优的输电线路布置方案,以降低能源损耗,并提高输电效率。

二、系统仿真在电力系统运行与维护中的应用1. 发电机组载荷均衡系统仿真可以模拟不同发电机组的负荷均衡情况。

通过优化负荷分配,可以减少发电机组之间的不平衡,提高系统的稳定性和可靠性。

2. 电网故障分析系统仿真可以模拟电力系统中的各种故障情况,如线路短路、设备损坏等。

通过分析仿真结果,运维人员可以快速定位故障点,并采取相应的措施进行修复,以避免电力系统的连锁故障。

3. 风电、光伏等新能源接入分析系统仿真可以帮助评估新能源接入电力系统的影响。

通过模拟新能源的发电情况和对系统的影响,可以确定最佳的新能源接入方案,以平衡供需关系,降低系统运行成本。

三、系统仿真在电力系统规划与运维中的优势1. 模拟准确性高系统仿真可以对电力系统进行全面、准确的模拟和评估。

它能够参考大量真实数据,并考虑多种因素的综合影响,使得仿真结果更加可靠。

2. 成本效益显著与传统的试验方法相比,系统仿真更加经济高效。

它可以节省大量的时间和资源,避免了实际试验中的风险和成本,同时提供了更广泛的分析和评估。

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电力系统仿真分析技术的发展趋势精选文档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8-电力系统仿真分析技术的发展趋势0 引言随着化石能源逐渐枯竭,发展利用清洁能源和可再生能源成为世界各国的必然选择,也是新能源变革的主要内容。

中国新能源变革的目标可以归纳为:以可再生能源逐步替代化石能源,提高化石能源的清洁高效利用水平,实现可再生能源(水能、风能、太阳能、地热能、生物质能)和核能利用在一次能源消耗占较大份额。

在新能源变革形势下,电网的使命也将发生变化,智能电网是适应新能源变革和承担电网新使命的新一代电网。

中国自 21 世纪初就提出了建设特高压电网的设想,并逐步加以实施,近两年根据国际电力系统发展的最新动向,又进一步提出了建设智能电网的宏伟蓝图。

中国的智能电网是以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强网架为基础,以通信信息平台为支撑,具有信息化、自动化、互动化特征,包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节的现代电网。

与此同时,随着电网规模的不断扩大,新能源、新设备的不断加入,当今电力系统已经日益变得复杂,这使得运行人员更加难于对其进行监视、分析和控制。

近些年,国内外不断发生大规模的停电事故,这些事故都造成了很大的经济损失和社会影响,不断地为人们敲响警钟,也给电网的安全稳定运行提出了更高的要求。

在上述的大停电事故中,电力系统从第一次元件故障,到整个系统崩溃,一般会有一个较长的过程,如果这期间运行人员能够进行正确的处理,大停电是可以避免的。

换言之,电网缺乏有效的在线监测和预警系统,不能及时掌握实时电网稳定情况并采取有效的控制措施是导致大停电事故发生的重要原因。

电力系统仿真分析是电力系统规划设计和调度运行的基础,涵盖的范围非常广泛,包括从稳态分析、动态分析到暂态分析的各个方面。

根据实时电力系统动态过程响应时间与系统仿真时间的关系,可分为非实时仿真和实时仿真;根据仿真的数据来源,又可分为离线仿真、在线仿真。

其中在线仿真是实现在线预警和决策支持的必要手段。

电力系统仿真分析涵盖电力系统、数学、计算机、通信等多学科技术领域,面对智能电网建设提出的要求,需要不断地引入先进的计算机和通信技术以及数学方法等,推动仿真分析技术在仿真的准确性、快速性、灵活性等方面的发展。

具体体现在以下几个方面:1)可实现更大规模电网的仿真计算,同时仿真数据的粗细程度可根据需要自动调整。

2)仿真计算应具有更快的速度及更高的准确性。

3)仿真计算应具备更多的功能,并与环境、经济等相关领域相结合。

4)仿真建模应具备更大的灵活性,以适应智能电网中层出不穷的新元件、新设备建模的需要。

5)需加强对电力系统智能建模方法的应用以及仿真结果的智能化分析。

6)电网自愈对实时决策控制的要求。

要求能实时跟踪评价电力系统行为,一旦发生故障,立即进行快速仿真并提供决策控制支持,防止大面积停电,并快速从紧急状态恢复到正常状态。

7)仿真试验应具备更大的灵活性。

未来的仿真试验将可实现对多个异地试验设备的同步测试。

8)仿真计算应适应新的计算模式,如云计算、协同计算等。

9)可实现智能人机交互仿真,显着提高用户操作的便捷性和仿真系统的使用效率。

10)数据融合技术在仿真分析中应用,提高对仿真分析中对多源海量数据的整合能力。

本文将依据计算机、网络、通信等技术当前和未来可能的发展,探讨和预测新的先进计算技术(如云计算等)及其在电力系统仿真分析中的应用。

1 发展现状电力系统仿真分析技术概述如图 1 所示,电力系统仿真分析技术可分为电力系统建模、电力系统数字仿真分析方法、电力系统在线仿真分析和电力系统实时仿真等4项技术,其中电力系统建模技术包括建模方法和模型研究技术,电力系统数字仿真分析方法主要指针对各类仿真应用的基础方法,后2种技术则分别针对在线应用和实时应用。

其中先进计算技术包括计算机及网络、与电力系统仿真分析相关的计算数学和计算模式这3项技术。

下文分别描述上述各项技术的发展现状。

图1 电力系统仿真分析和先进计算技术分类2)相关计算数学。

与电网仿真分析相关的计算数学领域既有传统的数值计算方法,也包括新兴的人工智能、模糊数学和概率类等方法。

电力系统建模技术1)建模方法。

目前,电力系统建模方法研究以机理分析法为主,结合统计学、运筹学及人工智能等理论,又发展了数据分析法、层次分析法、智能建模法等方法。

作为机理分析法的重要补充,模型实测是指导建模、进行模型校验及修正的主要手段。

目前,模型实测主要在发电机及其调节系统建模、负荷建模、新能源发电建模等方面有所应用。

数据分析法主要用于建立电力系统可靠性分析模型及功率预测模型、电力市场分析模型等。

层次分析法主要用于负荷预测建模等。

近年来,随着人工智能技术的发展,智能建模方法如专家系统法、神经网络系统法、模糊辨识法以及基于遗传算法的非线性系统辨识法等,在同步机建模、负荷建模、电网规划建模中得到应用。

电力系统模型参数的获取,主要采用取典型值和实际测量 2 种方法。

2)模型研究。

①传统发输配用电系统模型传统发电系统模型包括同步机、励磁系统、调速系统、电力系统稳定器(power system stabilizer,PSS)等模型,均较为成熟,全国范围内绝大部分机组励磁系统和 PSS 模型已采用实测参数,调速系统模型实测工作正在开展。

交流输电系统模型以等效电路为基础,根据仿真要求的不同进行相应处理。

直流输电系统模型包括主电路模型和控制系统模型,可分为机电暂态仿真模型和电磁暂态仿真模型,前者一般为准稳态模型。

直流输电系统控制系统模型目前大都采用典型结构和参数,迫切需要建立与实际工程相一致的控制系统模型和参数。

②灵活交流输电元件模型、新型电力系统元件模型。

③新能源发电系统、分布式电源及微电网模型。

3)建模技术中尚待解决的问题。

①电力系统模型的精确度有待进一步提高,特别是如何利用 WAMS、WASA 技术进行模型的校验与修正。

②风光发电系统、储能系统等各种新元件的模型有待进一步研究并实用化。

③智能建模方法有待进一步发展,或与传统方法相结合,提升模型的精确性和适应性。

④目前各类仿真软件中模型各自独立,重复建模工作时有发生,有待建立模块化、通用化、标准化程度较高的模型,实现模型的“即插即用”和共享。

电力系统数字仿真分析方法电力系统数字仿真分析方法,包括稳态分析(潮流、网损分析、最优潮流、静态安全分析、谐波潮流)、动态和暂态分析(电磁暂态仿真、机电暂态仿真、中长期动态仿真、小干扰稳定计算、电压稳定计算等)等。

电力系统潮流计算主要是非线性方程组求解问题,现有算法有牛顿–拉夫逊法、PQ 分解法、保留非线性潮流算法和最优因子法等。

其中,牛顿–拉夫逊法因其具有较好的收敛性和较快的收敛速度,应用较为广泛。

为提高潮流计算的收敛性,有时将 2 种方法相结合,如 PQ 分解转牛顿法。

此外,还提出了潮流计算中的自动调整方法、适合实时计算的直流潮流算法、考虑不确定性因素的随机(概率)潮流方法、适合系统参数不对称情况的三相潮流算法,以及应用于电力系统电压稳定计算的多种病态潮流算法。

电力系统最优潮流计算实质是一个非线性规划问题,主要算法有线性规划法、牛顿法、内点法以及遗传算法、人工神经网络法等智能算法。

其中内点法在可行域的内部寻优,收敛性好、收敛速度快,适用于大规模电网的优化计算。

智能算法由于具有全局收敛性和擅长处理离散变量而日益得到重视,但还处在发展阶段。

研究小扰动电压稳定问题的电力系统静态电压稳定计算方法常用的有奇异值分解法、灵敏度法、崩溃点法、非线性规划法、连续潮流法、非线性动力学方法等,其中连续潮流法应用较多。

电压稳定的动态分析方法,包括小干扰分析法和对大扰动电压稳定的时域仿真分析法、能量函数法等。

电力系统暂态稳定计算需要求解系统的网络方程和微分方程,一般采用数值积分方法交替迭代求解,有时也采用直接法,应用最多的直接法为扩展等面积准则法。

电力系统小干扰稳定计算的主要方法有特征值分析法、小干扰频域响应分析、小干扰时域响应分析,其中特征值分析法应用最为广泛。

电力系统中长期动态过程仿真要计入在一般暂态稳定过程仿真中不考虑的电力系统长过程和慢速的动态特性,采用数值积分的方法,主要有隐式梯形积分法和 Gear 类方法,为避免计算时间过长,一般还采用自动变步长计算技术。

电力系统电磁暂态仿真通常采用时域瞬时值计算,多采用隐式梯形积分法,计算规模一般不超过百余条母线,计算步长通常为 20~200s。

为提高仿真精度,有学者提出了电磁暂态与机电暂态混合仿真方法。

近年来,随着分网并行算法的提出和电磁-机电接口的完善,混合仿真已实现了实用化。

综上,上述针对输电网的电力系统仿真分析方法都较为成熟,为提高仿真分析速度,近年来,并行和分布式计算方法逐渐在电力系统潮流计算、最优潮流、静态安全分析、电磁暂态仿真、机电暂态仿真、小干扰稳定计算等分析方法中得到应用。

电力系统在线仿真分析随着电网大停电事故的不断发生,各国对电网安全愈加重视,电力系统在线仿真分析也成为了研究的重点。

2005 年的调研报告表明,当时国际上已有 6 个电力系统在线软件生产厂家,可以提供不同程度的在线暂态稳定评估软件。

国内在智能电网建设的新环境下,为确保电网安全稳定运行,建立和健全电网安全防御体系,中国电力科学研究院、国网电力科学研究院、清华大学等单位就在线仿真分析开展了研究与应用工作。

电力系统实时仿真电力系统实时仿真的发展经历了从物理实时仿真、数模混合式实时仿真到全数字实时仿真的3个历史阶段。

物理实时仿真由于其仿真规模不大和建模工作复杂,主要用于设备级的仿真和试验,如继电保护装置、安全自动装置、电力电子设备及新技术、新设备的基本原理验证和性能指标检验等。

数模混合式实时仿真系统(如 HYPERSIM目前主要用于直流输电控制保护系统试验。

RTDS等全数字实时仿真限于仿真算法和计算能力,只能进行小规模系统的实时仿真,主要用于继电保护装置、安全自动装置验证试验,近年来也有应用于电力电子设备验证试验、直流输电控制保护系统试验等方面,加拿大 Opal-RT 公司的 RT-LAB 全数字实时仿真软件在高频电力电子的精确仿真以及分布式并行计算等方面具有优良的性能;新近出现的全数字实时仿真装置 ADPSS,因其具有大电网实时仿真的能力,因此用途较为广泛。

2 先进计算技术发展趋势计算机及网络未来的计算机和网络的发展趋势将是通信技术、网络与计算机技术的进一步融合,朝着超高速、超小型、高性能、平行处理和智能化方向发展。

发展高性能计算技术有 2 条途径:一条是通过多核、多机并行计算或分布式计算技术来实现;另一条途径是发展非传统的新技术,包括超导计算、光计算、量子计算、生物计算与纳米计算等。

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