电力系统仿真软件综述
电力系统仿真计算软件介绍
电力系统仿真计算软件介绍钱鑫，李琥，施围(西安交通大学电气工程学院，陕西西安710049)摘要：以电力系统仿真软件EMTP为例对其历史、计算原理及程序的功能做了较为全面的描述，另外，文中列举当前几种较为流行的电力系统仿真软件及其特点，对于提高电力工作者的工作效率有一定帮助。
关键词：仿真软件；EMTP1引言电力系统仿真就是通过建立适当的数学模型来模拟实际电路的一种研究方法，随着电力系统的不断扩大和网络化，实际电力网络拓扑系统变得越来越复杂，而这时候掌握高效的模拟仿真计算软件也变得越来越重要，随着计算机技术的不断发展，电力系统仿真软件已成为电力系统工作者进行电力系统规划、保护、调度及故障研究的重要工具。
为使读者对于电力系统仿真软件有一个全面、清晰的了解，下面以在电力系统应用最为广泛的EMTP为例，介绍其历史、计算原理及程序功能，并介绍当今流行仿真软件的各自特点。
2EMTP介绍2.1EMTP的历史与现状电力系统分析程序EMTP是目前国际通用的一种数字程序。
它规模大、功能强，最初由加拿大不列颠哥伦比亚大学(UBC)的H.W.Dommel教授创立，又经过很多专家的共同努力而不断完善。
美国邦纳维尔电力局(BPA)对程序的开发做了很大的贡献。
近年来成立的包括美国、加拿大、日本及欧洲一些国家在内的EMTP联合发展中心(DCG)和在欧洲成立的另一个EMTP用户协会(LEC)，都还在为该程序的改进提高和推广进行着大量的工作。
EMTP 的UBC版本、BPA版本、DCG版本分别为以上机构各自开发的产品［1］。
EMTP发展经历了几十年时间才日趋完整。
首先，1960～1963年H.W.Dommel在德国慕尼黑进行电磁暂态分析程序的研究工作，并对单相回路，含元件R、L、C无损线路，一个开关，一个电源，集中参数用梯形积分法，输电线路采用贝杰龙法(即特性线法)等建立相应模型算法。
而后到1969年，一些组织和个人的不断介入使程序功能不断得到完善，又建立了多相π输电线路、多相分布参数(包括不同换位情况)和随频率变化特性模型。
电力系统仿真软件综述
电力系统仿真软件综述李广凯,李庚银(华北电力大学 电气系统保护与动态安全监控教育部重点实验室,河北保定071003)摘 要:随着现代电力系统网络规模的不断扩大和电网电压等级的不断升高,电力系统规划、运行和控制的复杂性亦日益增加,因此在电力系统的生产和研究中仿真软件的应用越来越广泛。
重点分析了BPA、E M T P、PSCAD E M TDC、N ETOM A C和PSA SP等几种主要的电力系统仿真分析软件的结构、功能特点和应用情况,综合比较了它们的优势,并简要介绍了M A TLAB、PSP I CE、PSS E、ETM SP、SY M POW和ED SA等仿真软件,最后展望了电力系统仿真软件的未来发展方向。
关键词:电力系统仿真软件;BPA;E M T P;PSCAD E M TDC;PSA SP中图分类号:TM743 文献标识码:A 文章编号:1008-0686(2005)03-0061-05 The Su mmary of Power System Si m ula tion Sof twareL I Guang-ka i,L I Geng-y i n(K ey L abora tory of P o w er S y ste m P rotection and Dy nam ic S ecu rity M on itoring and Con trol und er M in istry of E d uca tion,N orth Ch ina E lectric P o w er U n iversity,B aod ing071003,Ch ina)Abstract:B ecau se the m odern pow er system scale is larger and larger and the vo ltage rank is h igher and h igher,the com p lex ity of layou t,op erati on and con tro l fo r pow er system is enhanced increasingly.T he app licati on s of pow er system si m u lati on softw are are w idely and w idely in the p roducti on and research of pow er system.T he structu re,functi on,characteristics and app licati on s of som e k inds of m ain ly pow er system si m u lati on softw are are discu ssed in th is pap er such as B PA,E M T P,PSCAD E M TDC,N E2 TOM A C and PSA SP.T he advan tages of them are com pared.Som e k inds of si m u lati on softw are are in tro2 duced si m p ly such as M A TLAB,PSP I CE,PSS E,ETM SP,SY M POW and ED SA.F inally the develop2 m en t directi on of pow er system si m u lati on softw are is p ro spected.Keywords:pow er system si m u lati on softw are;B PA;E M T P;PSCAD E M TDC;PSA SP0 引言电力系统是一个大规模、时变的复杂系统,而且在国民经济中有非常重要的作用,电力系统数字仿真已成为电力系统研究、规划和设计的重要手段。
电力系统仿真软件综述
电力系统仿真软件综述电力系统仿真软件综述随着电力系统规模不断扩大和复杂性增加，对于电力系统的仿真和分析工作变得越来越重要。
电力系统仿真软件被广泛应用于电力系统规划、运行和维护等领域，为电力行业提供了强大的工具和支撑。
本文将综述当前市场上常见的电力系统仿真软件，并对其特点和优势进行分析。
1. PSS/EPSS/E 是一款功能强大的电力系统仿真软件，广泛应用于电气工程领域。
它具有强大的建模、仿真和分析能力，可以模拟复杂的电力系统网络，包括传输线路、变压器、发电机、电容器等设备。
PSS/E 提供了多种仿真分析功能，包括电压稳定性分析、动态稳定分析、短路分析等，可以帮助工程师进行电力系统规划和故障诊断。
2. DIgSILENT PowerFactoryDIgSILENT PowerFactory 是一款领先的电力系统仿真软件，具有广泛的应用场景和强大的建模和仿真功能。
它可以模拟各种电力系统网络，包括输电网、配电网和微电网等。
DIgSILENT PowerFactory 提供了多种分析模块，包括稳态分析、暂态分析、谐波分析等，可以帮助工程师进行电网规划和运行分析。
同时，DIgSILENT PowerFactory 还支持与其他软件的接口对接，方便系统集成和数据交换。
3. EMTP-RVEMTP-RV 是一款专业的电磁暂态仿真软件，主要用于对高压和超高压电力系统进行分析。
它具有高精度的仿真能力，可以模拟各种暂态现象，包括开关操作、故障和雷电等。
EMTP-RV 提供了丰富的元件和模型库，使得建模过程更加简便和准确。
此外，EMTP-RV 还支持并行计算和分布式仿真，提高了仿真效率。
4. PSATPSAT 是一款免费开源的电力系统分析软件，主要用于稳态和暂态分析。
它提供了多种建模元件和模型，可以模拟各种电力设备和控制装置。
PSAT 支持稳态潮流分析、动态模拟和谐波分析等多种分析功能，为电力系统设计和运行提供了强大的工具和支持。
电力系统仿真软件综述
机电暂态仿真工具： PSS/E 、 PSASP 、BPA 、Simpow、Eurostag、 PowerWorld Simulator 、 POWERTECH DSA 、 CYME、NEPLAN、ETMSP 电磁暂态仿真工具： EMTP/ATP、PSCAD/EMTDC 、EmtpE 混合仿真工具： NETOMAC、DIgSILENT、SimPowerSystems 电磁场仿真工具： ANSOFT、ANSYS、CDEGS 电力电子仿真工具: PLECS、PSIM 配电网仿真工具: ETAP 、EDSA/DesignBase、 PSS/SINCAL、 PSS/ADEPT
DSATools组成模块
Powertech的电力系统动态安全综合分析软件包 DSATools 目前包括下列功能模块： 潮流及短路分析程序PSAT (Powerflow & Short-circuit Analysis Tool)； 电压安全分析程序 VSAT (Voltage Security Assessment Tool)； 暂态安全分析程序 TSAT (Transient Security Assessment Tool)； 小干扰稳定分析程序 SSAT (Small Signal Analysis Tool); 用户自定义模型图形编辑器(UDM Editor)； 电力系统稳定器PSS设计及整定(CDT)； 在线动态安全分析平台(DSA Manager)。
电力系统仿真软件综述
武汉大学电气工程学院 曹玉胜
内部交流 谢绝公开
内容
电力系统仿真概述
机电暂态仿真软件
电磁暂态仿真软件
电力电子仿真工具 配电网仿真软件
一. 电力系统仿真概述
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。
电力系统仿真软件综述
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, Windows95, 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
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
电力系统仿真计算软件介绍
" 引言
电力系统仿真就是通过建立适当的数学模型来 模拟实际电路的一种研究方法， 随着电力系统的不 断扩大和网络化， 实际电力网络拓扑系统变得越来 越复杂， 而这时候掌握高效的模拟仿真计算软件也 变得越来越重要， 随着计算机技术的不断发展， 电力 系统仿真软件已成为电力系统工作者进行电力系统 规划、 保护、 调度及故障研究的重要工具。为使读者 对于电力系统仿真软件有一个全面、 清晰的了解， 下 介绍 面以在电力系统应用最为广泛的 &’() 为例， 其历史、 计算原理及程序功能， 并介绍当今流行仿真 软件的各自特点。图& Nhomakorabea节点网络图
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Operator
actions LFC
Prime mover control
Protection
Generator control HVDC, FACTS,
etc.
Frequency variations
Tie-line regulation
Daily load variation
Long term dynamicsLong-duration
目前，国内常用的机电暂态仿真程序是电力系统综合程序(PSASP)和中国版BPA 电力系统分析程序。国际上常用的有美国PTI公司的PSS／E、美国EPRI的ETMSP 、ABB的SIMPOW程序、德国西门子的NETOMAC、德国Powerfactory的 DIgSILENT。
1.PSS/E
电力系统仿真软件综述
内 容
电力系统仿真概述 机电暂态仿真软件 电磁暂态仿真软件 电力电子仿真工具 配电网的仿真软件 实时物理仿真工具
一. 电力系统仿真概述
现代电力系统是集发电、输电、配电和用电为一体的复 杂非线性网络系统。对其物理本质的研究涉及到短至1μs 到长至1h的动态过程。为了保证实际运行的电力系统的 安全稳定性，不便采用在线物理试验的方法对电力系统的 动态行为进行研究。目前主要利用电力系统仿真软件离线 计算的方法对电力系统及装置的动态行为进行仿真研究。
根据需要研究的动态过程的作用时间长短，电力系统暂 态过程分为机电暂态过程和电磁暂态过程两大类。
根据仿真研究的对象，分为输电网和配电网仿真。
根据对元件描述的精细程度，分为集总元件仿真和分布 参数电磁场仿真。
电力仿真的时间尺
度
Electromagnetic transient modeling and simulation
电力系统机电暂态仿真的算法是联立求解电力系统微分方程组和代数方程组，以 获得物理量的时域解。微分方程组的求解方法主要有隐式梯形积分法、改进尤拉法 、龙格-库塔法等，其中隐式梯形积分法由于数值稳定性好而得到越来越多的应用。 代数方程组的求解方法主要采用适于求解非线性代数方程组的牛顿法。按照微分方 程和代数方程的求解顺序可分为交替解法和联立解法。
v2009
•
RT-LAB
v10.4
•
DDRTS
v7.0
•
ADPSS
v2.0
•
dSPACE
v7.0
版权归各软件开发商，仅供学习科研提供参考。 PowerDoc 4卷2.06G, 汇集了2009～2012年更新的软件说明文档。
二. 机电暂态仿真软件
机电暂态过程的仿真，主要研究电力系统受到大扰动后的暂态稳定和受到小扰动 后的静态稳定性能。其中暂态稳定分析是研究电力系统受到诸如短路故障，切除线 路、发电机、负荷，发电机失去励磁或者冲击性负荷等大扰动作用下，电力系统的 动态行为和保持同步稳定运行的能力。
ETAP 、EDSA/DesignBase、 PSS/SINCAL、 PSS/ADEPT 实时物理仿真工具:
ADPSS、ARENE、DDRTS 、 HYPERSIM、RTDS、 RT-LAB、dSPACE
不同软件仿真的适用范围并无严格定义，通常情况下同样的问题可以选用多种不同的软件进 行分析研究, 但选取适合的软件工具能够减少不必要的工作量。红色标注了使用频率高的软件。
PowerWorld Simulator 、 POWERTECH DSA 、 CYME、NEPLAN、ETMSP 电磁暂态仿真工具：
EMTP/ATP、PSCAD/EMTDC 、EmtpE 混合仿真工具：
NETOMAC、DIgSILENT、SimPowerSystems 电磁场仿真工具：
ANSOFT、ANSYS、CDEGS 电力电子仿真工具: PLECS、PSIM 、SABER、Caspoc 配电网仿真工具:
•
EDSA
v2005、v3.0、v4.0、v4.2
•
Sigra
v4
•
WASP
v9.x、v10.x
•
CYME
v4.x
•
HyBrid
v2.x
•
NEPLAN
v5.1、v5.2
•
Windpower
v30.2
•
PSIM
v6.0
•
PSS/Viper
v3.0
•
PLS_CADD
v11.1
•
TOMLAB
v7.7
•
Caspoc
•
EMTPE
v1.0
•
NETOMAC
v7.52、v33、v34
•
CDEGS
v8.1、v12、v13
•
DSATools
v4、v5、v6、v7、v9、v11
•
POWERWORLD v8、v10
•
Eurostag
v4.2、v4.4
•
Simpow
v10
•
Liveware
v2.3
•
TPLAN
v8.2、v8.5
Imbalance, harmonics, inter-harmonics, notching,
Lightning
noise
10-
10-
10-
10-
101
103
105
7
T5imescale
3
1 cycle 1 1 sec
1 min
1 hr 1 day
(seconds)
机电暂态仿真工具： PSS/E 、 PSASP 、BPA 、Simpow、Eurostag、
我收集整理的常用电力仿真软件
•
名称
版本
•
PSS/E
v28、v29、v30、v31、v32、v33
•
PSS/SINCAL
v5.2、v5.3、v5.4、v6.5
•
PSS/ADEPT
v5.2
•
PSCAD
v3.8、v4.2、v4.2.1、v4.3.1、v4.41 、v4.5
•
EMTP－RVቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
v2.02、v2.1、v2.2 、v2.3 、v2.4
Transient stability Short-duration variations
variations
Subsynchronous resonance
Oscillatory transients
Switching
Voltage fluctuations
Impulsive transients
•
E-TRAN
v1
•
BPA
v3.0、v4.0
•
PSASP
v6.0、v6.13、v6.22、v6.24、v6.25、v6.26、v7.0
•
PLECS
v1.52、v1.6x、v2.x、v3.2 、v3.3
•
Digsilent
v13.1、v13.2、v14.x
•
ETAP
v4.0、v5.5、v6.0、v7.x、v11.1