节点配电网的建模与仿真
大学生课外创新实验竞赛总结报告
项目简介：
在配电网的正常运行中，随着用电负荷的变化和系统运行方式的改变，网络中的损耗也将发生变化。要严格保证所有的用户在任何时刻都有额定的电压是不可能的，因此配电网的某个节点电压偏移额定值是无法避免的。为保证电力系统的正常运行，需要对各节点处的电气量进行监测。在电力系统发生故障后，各节点的电气量也会发生较大波动，也需要对各节点处的电气量进行监测。对配电网进行建模仿真，可以了解配电网各个节点的电流，电压特征，仿真结果对配电网的实际运行有着正要的实际意义。
在PSCAD/EMTDC平台上搭建13节点中性点不接地配电网的仿真模型，仿真了不同故障情况对故障点的电压，电流的幅值、相位特征的影响，并得到各节点处的节点电压和电流的波形。将各节点电压和电流的数据导入matlab中对数据进行绘图。并对数据进行频谱分析，在频域上观察电流电压数据的基本特征。
为了提取各节点处的以及故障处电流电压的特征量，基于PSCAD/EMTDC的仿真环境，搭建了13节点中性点不接地配电网的仿真模型。线路模型采用分布式参数模型进行仿真。
对于故障分析，改变故障的发生位置，故障的发生时间以及故障的类型进行仿真，观察各节点处电流、电压的仿真曲线，并对结果进行简单分析。深入研究故障对整个配电网各节点处的电流电压特征量的影响，为故障的确定以及排除提供了理论依据。
关键词：PSCAD/EMTDC matlab 潮流分析 频谱分析 Ag故障 配电网
项目创新点：
在PSCAD/EMTDC平台上搭建13节点中性点不接地配电网的仿真模型，其中输电线路采取分布式参数模型进行建模。改变故障的发生时间，发生位置以及故障类型，在PSCAD/EMTDC平台上进行仿真。将在PSCAD/EMTDC中得到的各节点电压和电流的数据导入matlab中对数据进行绘图，并对不同节点的电流电压波形进行对比，简要分析造成差异的主要原因。同时对各节点所采集的电流电压数据进行频谱分析。 目 录
第一章 绪论………………………………………………………………………1
项目背景………………………………………………………………………1
研究意义………………………………………………………………………1
第二章 PSCAD的软件介绍与潮流计算简介……………………………………2
PSCAD软件的介绍 …………………………………………………………2
潮流计算简介 ………………………………………………………………3
第三章 13节点配电网的建模…………………………………………………4
仿真模块的设计………………………………………………………………4
配电网的建模…………………………………………………………………9
第四章 仿真结果的分析………………………………………………………10
不同故障下的仿真波形……………………………………………………10
matlab绘图…………………………………………………………………16
频谱分析……………………………………………………………………18
附件……………………………………………………………………20
第一章 绪论
项目背景
配电网是由架空线路、电缆、杆塔、配电变压器、隔离开关、无功补偿电容以及一些附属设施等组成的，在电力网中起重要分配电能作用的网络。
配电网按电压等级来分类可分为高压配电网（35—110KV），中压配电网（6—10KV，苏州有20KV的），低压配电网（220/380V）；在负载率较大的特大型城市，220KV电网也有配电功能。按供电区的功能来分类可分为城市配电网，农村配电网和工厂配电网等。在城市电网系统中,主网是指110KV及其以上电压等级的电网，主要起连接区域高压（220KV及以上）电网的作用配电网是指35KV及其以下电压等级的电网，作用是给城市里各个配电站和各类用电负荷供给电源。
配电网络的拓扑分析是根据配电电气元件的连接关系，把整个配电网络看成线与点结合的拓扑图，然后根据电源结点、开关结点等进行整个网络的拓扑连线分析，它是配电网络进行状态估计、潮流计算、故障定位、隔离及供电恢复、网络重构等其它分析的基础。
配电网络的结构庞大且复杂，网络结构由于故障或负荷转移操作中开关的开合，经常发生变化。作为配电网络分析的基础，网络拓扑计算需要进一步提高，因此迫切需要一个好的网络拓扑算法。好的网络拓扑算法应该有效且直观，它不仅能满足配电网自动化中的不同高级功能的要求，还应能实现配电网络连通性的快速跟踪和识别，适应事件变化。同时还应节省存储空间和其他高级计算功能的时间。目前国内外在这方面现有的研究有关联表矩阵表示法、网基矩阵表示法、结点消去法、树搜索表示法、离散处理法等。
研究意义
电力系统的出现，使高效，无污染，使用方便，易于控制的电能得到广泛应用，推动了社会生产各个领域的发展，开创了电力时代，发生了第二次技术革命。潮流计算是电力系统最基本最常用的计算。根据系统给定的运行条件，网络接线及元件参数，通过潮流计算可以确定各母线的电压幅值和相角，各元件流过的功率，整个系统的功率损耗。潮流计算是实现电力系统安全经济发供电的必要手段和重要工作环节。因此，潮流计算在电力系统的规划计算，生产运行，调度管理及科学计算中都有着广泛的应用。对于正在规划的电力系统，通过潮流计算，可以为选择电网供电方案和电气设备提供依据。潮流计算还可以为继电保护和自动装置定整计算、电力系统故障计算和稳定计算等提供原始数据。
第二章 PSCAD软件的介绍与潮流计算简介
PSCAD软件的介绍
PSCAD是一种有效的用户图形界面,能够显著地提高电力系统电磁瞬时模拟研究的效率。利用PSCAD家族的软件工具,使得电力系统工程师能够充分利用现代微机工作站的资源,
更为有效地使用马尼托巴高压直流研究中心的EMTDC瞬时模拟软件。该族软件还可作为该中心的实时数字模拟器（RTDS)的用户界面。
PSCAD 由下述软件模块构成:档管理系统、建模(DRAFT)模块、架空线(T-LINE)和电缆(CABLE)模块、运行(RUN TIME)模块、单曲线绘图(UNIPLOT)和多曲线绘图(MULTIPLOT)模块。PSCAD/EMTDC在时间域描述和求解完整的电力系统及其控制的微分方程(包括电磁和机电两个系统)。这一类的模拟工具不同于潮流和暂态视定的模拟工具。后者是用稳态解去描述电路(即电磁过程)。但是在解电机的机械动态(即转动惯量)微分方程。PSCAD/EMTDC的结果是作为时间的即时值被求解。但通过内置的转换器和测量功能(象实有效值表计或者快速育里叶变换频谱分析等)。这些结果能被转换为矢量的幅值和相角。 实际系统的测量能够通过很多途径来完成。由于潮流和稳定的程序是通过稳定方程来代表它们只能基频段幅值和相位。因此PSCAD的模拟结果能够产生电力系统所有频率的相应限制仅在于用户自己选择的时间步长。这种时间步长可以在毫秒到秒之间变化。
基于以上简单说明我们可以了解到PSCAD是电力专业十分有用的仿真软件。我们组的课题系统节点较多，传统的手工计算显然不切实际。于是要寻找一种简单科学的计算方法来替代传统的手工计算，从而提高计算效率。因此利用PSCAD仿真运行出结果就成了本次课程设计最为关键的一个环节。利用PSCAD对13节点的配电网进行的仿真可以快速准确得出各母线上的潮流分布及系统的其他运行状态输出显示快速、明了。
1) PSCAD/EMTDC开发背景
最初EMTDC代表直流暂态。最初的EMTDC代码由丹尼斯.伍德福德在1975年开始编写。编写这个程序的原因是因为当时现存的研究工具不能够曼尼托巴电力局对尼尔逊河高压直流工程进行强有力和灵活的研究的要求。自此之后程序被不断开发，至今已被广泛地应用在电力系统许多类型的模拟研究，其中包括交流研究，雷电过电压和电力电子学研究。EMTDC开始时在大型计算机上使用。然后在1986年被移植到Unix系统和以后的PC机上。
PSCAD代表电力系统计算机辅助设计，并且是EMTDC的图形用户接口。PSCAD V11988年首先在阿波罗工作站上使用，然后大约在1995年PSCAD V2开始应用。(至今PSCAD V2仍然广泛地应用于Unix系统上。)PSCAD V3以PC Windows作为平台，在1999年面世。PSCAD V3的Unix版本尚未完成。
2) PSCAD/EMTDC应用范围
PSCAD/EMTDC在时间域描述和求解完整的电力系统及其控制的微分方程(包括电磁和机电两个系统)。这一类的模拟工具不同于潮流和暂态视定的模拟工具。后者是用稳态解去描述电路(即电磁过程)。但是在解电机的机械动态(即转动惯量)微分方程。PSCAD/EMTDC的结果是作为时间的即时值被求解。但通过内置的转换器和测量功能(象实有效值表计，或者快速育里叶变换频谱分析等)。这些结果能被转换为矢量的幅值和相角。
实际系统的测量能够通过很多途径来完成。由于潮流和稳定的程序是通过稳定方程来代表，它们只能基频段幅值和相位。因此PSCAD的模拟结果能够产生电力系统所有频率的相应，限制仅在于用户自己选择的时间步长。这种时间步长可以在毫秒到秒之间变化。典型的研究包括：
研究电力系统中由于故障或开关操作引起的过电压。它也能模拟变压器的非线性(即饱和)这一决定性因素。
多运行工具(Mnltiple mnfacilities)经常用来进行数以百计的模拟从而在下 列不同情况下发生故障时最坏的情况。故障发生在波形的不同位置，故障的类型不同，故障点不同。
潮流计算简介
潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，指在给定电力系统网络拓扑、元件参数和发电、负荷参量条件下，计算有功功率、无功功率及电压在电力网中的分布。潮流计算是根据给定的电网结构、参数和发电机、负荷等元件的运行条件，确定电力系统各部分稳态运行状态参数的计算。通常给定的运行条件有系统中各电源和负荷点的功率、枢纽点电压、衡点的电压和相位角。待求的运行状态参量包括电网各母线节点的电压幅值和相角，以及各支路的功率分布、网络的功率损耗等。在电力系统运行和规划中，都需要研究电力系统稳定运行情况，确定电力系统的稳态运行状态。给定电力系统的网络结构、参数和决定电力系统运行状况的边界条件，确定电力系统运行的方法之一是朝流计算。
从数学上说：朝流计算是要求解一组有潮流方程描述的非线性方程组。电力系统潮流计算是电力系统分析中最重要最基本的计算，是电力运行、规划以及安全性、可靠性分析和优化的基础，也是各种电磁暂态和机电暂态分析的基础和出发点。电力系统潮流计算是电力系统最基本的计算，也是最重要的计算。所谓潮流计算，就是已知电网的接线方式与参数及运行条件，计算电力系统稳态运行各母线电压、个支路电流与功率及网损。对于正在运行的电力系统，通过潮流计算可以判断电网母线电压、支路电流和功率是否越限，如果有越限，就应采取措施，调整运行方式。对于正在规划的电力系统，通过潮流计算，可以为选择电网供电方案和电气设备提供依据。潮流计算还可以为继电保护和自动装置定整计算、电力系统故障计算和稳定计算等提供原始数据。此外，在进行电力系统稳态及暂态稳定计算时，要利用潮流计算的结果作为其计算的基础；一些故障分析以及优化计算也需要有相应的潮流计算作配合；潮流计算往往成为上述计算程序的一个重要组成部分。以上这些，主要是在系统规划设计及运行方式安排中的应用，属于离线计算范畴。随着现代化的调度中心的建立，为了对电力系统进行实时安全监控，需要根据实时数据库所提供的信息。
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/E
PSS/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 PowerFactory
DIgSILENT 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-RV
EMTP-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. PSAT
PSAT 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。
新型电力仿真软件GridLAB-D的研究应用
新型电力仿真软件GridLAB-D的研究应用
摘要：本文以新型电力仿真软件GridLAB-D为基础，深入研究GridLAB-D的工作原理、使用范围、模块的内部构造、功能、模块间相互连接的方式以及建模所用语言。利用上述研究成果建立了小型配电电力系统的实际模型，对该模型进行了仿真得出系统中各节点的相关电气量随时间变化的曲线。
关键词：电力系统 GridLAB-D 仿真 潮流 模块
1 GridLAB-D的研究背景
现代电网的两个建设目标是“加快电网现代化建设”和“大力支持现代电网一体化基础性关键技术的模拟”,而实现这些技术的关键在于“智能电网技术”的有效执行。然而目前最大的困难是无法估算在本地区内的电力基础设施的规模。鉴于此,GridLAB-D便是一个可以给电网设计和运行人员提供有价值的数据的配电网仿真及分析软件,它是由美国北太平洋国家实验室能源局与工业界、学术界共同开发的。GridLAB-D可以为那些希望利用新能源技术的公司提供服务。该软件集成了先进的模块技术和能够交付最新终端模块技术的高性能算法。GRIDLAB-D为用户提供了电能分配自动化模块和具有许多电力系统分析手段的软件集成工具。
2 GridLAB-D软件概述 2.1 GridLAB-D的功能及应用
GRIDLAB-D V2.0版包括:
结合Powerflow模块进行工作。完成配电系统的故障检测报告。检测报告是以IEEE1366-2003为标准。可靠性模块的输出为:
记录事件(如指定地点和时间)-系统中断时间平均指数:
SAIFI-系统平均中断频率索引;
CAIDI中断期间,顾客平均指数;
CAIFI-用户平均中断频率索引;
CTAIDI-用户总平均中断的频率索引
MAIFI-瞬间的平均指数(在这个时间不计算中断频率);
ASAI-平均可用的服务。
3.3 市场模块(market module)
市场模块的作用是将卖方或买方的价格整合,并调整到供求平衡,使电力公司与用户基本达到各自预期价格。提供基本的投标服务和进入电力市场服务。
配电网CIM综合模型的构建与应用
第３４卷第１０期 ６０ ２００６年５月１６日 继电器 ＲＥＬＡＹ Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．１０ Ｍａｙ１６，２００６
配电网ＣＩＭ综合模型的构建与应用
朱见伟，丁巧林，杨宏，王晶
（华北电力大学，河北保定０７１００３）
摘要：根据配电网拓扑结构特点和各应用系统对配电网模型的要求，从计算分析和管理需求两方面出发，运
用面向对象技术的ＣＩＭ模型对电力系统资源的通用描述，提出了建立配电网ＣＩＭ模型的三步建模方法，以完
整描述配电网各设备属性和连接关系，从该模型可以得配网计算和设备管理维护所需的信息。最后建立了一
个典型馈线系统的ＣＩＭ标准模型，基于此模型进行了线损计算。
关键词：公共信息模型； 配电网； 面向对象；馈线系统； 线损计算
中图分类号：ＴＭ７３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３－４８９７（２００６）１０－００６０－０４
０ 引言 １ 配电网常用建模方法
电力系统出于经济、安全等考虑，常常需要对多
个系统模型进行交互操作，比如大电网联合仿真、配
电网潮流计算等。而控制中心的不同应用功能是由
不同厂家提供的，数据模式不尽一致，这给互操作带
来了困难…。为此，需要在各系统之间定义转换接
口，如果没有一个通用转换接口，Ⅳ个应用所需要的
接口转换程序数量为Ｎ （Ｎ一１）／２。
国际电工技术委员会制定的一个“即插即用”
应用程序接口（ＡＰＩ）一一ＩＥＣ６１９７０，其核心部分是
控制中心接口的公用信息模型（ｃｃＡＰＩ—ＣＩＭ）。
ＣＩＭ Ｌ２ 描述了电力系统中的绝大多数对象实体，文
献［３］对ＣＩＭ包作了详细介绍。ＣＩＭ／ＸＭＬ为各种
应用平台的交互提供了一个通用转换接口，逐渐成
为电力系统模型转换和信息交互的公共语言。
ＩＥＣ６１９７０尚处于研究和完善阶段，目前，国外与国
内分别进行了５次互操作实验Ｌ４ Ｊ，ＣＩＭ针对不同
应用还需要做扩展与修改，文献［６，７］为建立配电
网模型和电力设备故障诊断与维护对ＣＩＭ进行了
基于DIgSILENT的继电保护建模仿真分析
第３５卷第７期２０１９年７月电力科学与工程ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ３５ꎬＮｏ７
Ｊｕｌ.ꎬ２０１９
收稿日期:２０１９－０３－０６基金项目:河南省科技攻关项目(１８２１０２２１０３３５)作者简介:阿旺多杰(１９９１—)ꎬ男ꎬ硕士研究生ꎬ主要研究方向为分布式发电技术ꎻ熊军华(１９７３—)ꎬ女ꎬ教授ꎬ主要研究方向为电力系统规划与安全运行ꎻ姜耀鹏(１９９４—)ꎬ男ꎬ硕士研究生ꎬ主要研究方向为分布式发电技术ꎻ史宏杰(１９９５—)ꎬ男ꎬ硕士研究生ꎬ主要研究方向为电力系统运行ꎮｄｏｉ:１０３９６９/ｊＩＳＳＮ１６７２－０７９２２０１９０７０１２
基于ＤＩｇＳＩＬＥＮＴ的继电保护建模仿真分析
阿旺多杰１ꎬ２ꎬ熊军华１ꎬ姜耀鹏１ꎬ史宏杰１
(１.华北水利水电大学电力学院ꎬ河南郑州４５００４５ꎻ２.西藏职业技术学院ꎬ西藏拉萨８５０００)
摘 要:ＤＩｇＳＩＬＥＮＴ(ＤｉｇｉｔａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋｓ)是一款专门用于电力系统的集成分
析软件ꎬ继电保护仿真功能是该软件众多功能中的一项辅助功能ꎮ电力系统故障仿真可有效预
判大面积的停电事故ꎬ能够最大程度的降低风险ꎬ提高电力系统运行的可靠性和安全性ꎮ以过
流保护、双电源保护和距离保护为例ꎬ介绍了ＤＩｇＳＩＬＥＮＴ平台下继电保护建模原理和具体过程ꎬ
并通过仿真验证了该平台上进行继电保护仿真的有效性ꎮ
关键词:ＤＩｇＳＩＬＥＮＴꎻ继电保护ꎻ过流保护ꎻ距离保护ꎻ双电源保护ꎻ仿真模型
中图分类号:ＴＭ７４３ꎻＧ４３４ꎻ 文献标识码:Ａ 文章编号:１６７２－０７９２(２０１９)０７－００７４－０５
Ｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｒｅｌａｙｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ
ｂａｓｅｄｏｎＤＩｇＳＩＬＥＮＴ
ＡＷＡＮＧＤｕｏ￣ｊｉｅ１ꎬ２ꎬＸＩＯＮＧＪｕｎｈｕａ１ꎬＪＩＡＮＧＹａｏｐｅｎｇ１ꎬＳＨＩＨｏｎｇｊｉｅ１
配电网检修计划仿真系统研究与应用
第驯Ｉ第６期 中国电力 ．３９，Ｎｏ．６
２ＯＯ６年６月 ＥＩ ＥＣＴＲＩＣ Ｐ０ＷＥＲ ｄｕｎ．２ＯＯ６ 鲴 艇
糙 滞蜘衡 黍 赫
黄弦超，张粒子，陶文斌，舒隽
（华北电力大学电力工程系，北京 １０２２０６）
摘要：随着电力企业信息化进程的不断深入和发展，电网公司的检修计划制定工作日益从传统的电话、
书面申请审批过渡到网上作业方式。但是这种简单的工作方式的变化，并没有从根本上改变检修计划的制 定过度依赖于检修专工的工作经验的弊病，而且所制定出的检修计划对电网所造成的影响也仍然只是停留
在定性分析上，因此现场工作人员迫切需要一种便捷的工具，量化设备检修对电网所造成的影响，以辅助
检修专工制定出更加合理的检修计划。配电网检修计划仿真系统采用公共信息模型对配电网进行建模，通
过图形化的操作界面，自动维护配电网的拓扑关系。在检修专工制定检修计划时，通过对设备检修方式的 模拟，系统将根据模拟后的网络结构进行潮流计算，对网络进行动态着色，并突出显示越限设备，以辅助
检修专工进行相应调整。现场运行结果表明，配电网检修计划仿真系统具有良好的可操作性和实用性。
关键词：配电网；检修计划；仿真系统；公共信息模型 中图分类号：ＴＭ７６９；ＴＭ７７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４．９６４９（２００６）０６．００６１．０４
０引言
随着电力企业信息化进程的深入和发展，检修
计划的制定工作也已经由传统的电话或书面的申请 和审批转变到网上工作方式，从而大大提高了检修
计划制定工作的效率。但是，这种简单的工作方式的
转变，并不能提供给检修专工充分的信息，因此检修 专工在制定计划的过程中依然需要面对许多未知的
信息，依靠自己的经验进行定性的处理，这样在实际 工作中不可避免地会造成失误。
对于配电网检修计划问题的研究，国内外尚处
于初级阶段。文献［１］、［２］针对配电网检修工作的特
点，提出了相应的优化模型。因为国外的配电网网络
基于EPOCHS平台的智能配电网通信系统仿真
DOI:10.7500/AEPS201204151
基于EPOCHS平台的智能配电网通信系统仿真
黄暋飞,王晓茹,董雪源,王暋睿
(西南交通大学电气工程学院,四川省成都市610031)
摘要:快速、可靠、集成的通信系统是实现智能配电网的关键环节。在当前配电自动化通信系统分
析的基础上,对智能配电网通信需求及其业务流量建模,提出了基于IP通信网络的智能配电网通
信体系结构。在电力和通信同步仿真(EPOCHS)平台上建立了智能配电网通信仿真模型,仿真研
究了多种数据流业务背景下一种基于通用面向对象变电站事件(GOOSE)的馈线自动化算法通信
交互过程,仿真结果表明所提通信体系结构能够满足智能配电网的通信需求。
关键词:智能配电网;通信网络;电力和通信同步仿真(EPOCHS)平台;馈线自动化;通用面向对
象变电站事件(GOOSE)
收稿日期:2012灢04灢17;修回日期:2013灢03灢03。
中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(SWJTU09ZT10)。0暋引言
智能配电网作为智能电网的主要组成部分,被
赋予了自愈、互动、安全、兼容和经济等特征[1]。大
量分布式电源的出现、规模化电动汽车的接入以及
用户对电能质量的更高要求给配电网的运行与控制
带来了巨大挑战,而智能配电网的提出为这些问题
的解决创造了条件,为配电网的技术发展指明了
方向[2]。
一直以来,通信网络制约着配电网技术的发展,
由于配电终端数量庞大、分布范围广,导致配电网通
信系统建设投资大、维护成本高。随着通信技术的
进步和通信设备成本的降低,以及智能配电网对信
息集成、共享的需求,迫切需要构建一个覆盖整个配
电网的IP通信网络[3]。国内外已经在智能配电网
通信方面展开了一些研究,文献[4]研究了智能配电
网信息架构的基本组成,分析了信息模型可用的国
际标准;文献[5]从多个角度阐述了信息集成的需求
和对模型的分析;文献[6]利用NS2仿真分析了有
源配电网管理系统通信网络的延时特性,但仅考虑
地区配电网数字化仿真与网络拓扑系统的研究
维普资讯 设计思想；基于平台的二次应用开
发；系统结构设计的开放性。
２．３设计目标 通过配电数字化仿真与网络拓
扑系统的建设，提供给生产管理人员
一个现实配电网的微缩化管理对象，
在可视化的地理背景下直观地进行 配电网调度、运行、检修、设备与生产
管理，实现配电网的数字化仿真，全 面提升配电网的科学管理水平。
系统以实用化为主要设计目
标，维护功能深入到班组，与调度运
行、生产管理、配电工程与设计相结
合，保证基础数据维护的准确性、完 整性和及时性，使仿真的配电网模型
与现场实际完全一致，保证网络拓扑
分析功能的实用性。
３系统体系架构与软件平台
设计
３．１系统体系架构 系统采用数据库服务器、应用服
务器、客户端３层体系结构（见图１）。
数据库服务器采用Ｏｒａｃｌｅ数据 库管理系统。空间数据库服务器安装
Ａｒｃｌｎｆ，以保存空间地理信息。
应用服务器提供对客户端的应 用服务，包括数据访问代理、文件服
务、资源服务、系统同步更新服务等，
核心的业务逻辑分析也由应用服务
器统一实现，同时承担与外部其他系
统的接口。应用服务器可采用多级代
理的方式，以适应网络的隔离方式。 客户端采用Ｃ／Ｓ方式和Ｂ／Ｓ方
式，由于采用了完整的３层体系结构 和集中式的配置管理，Ｃ／Ｓ客户端免
配置、免维护。 ３．２一体化软件平台设计
系统软件按照平台化、模块化和
工具化的设计思想构建系统，并使系统
具有强大的二次开发能力（见图２）。
５８ ・ 电力信息化 。 解决方案
以电网模型和一体化的软件平 台为基础，采用成熟的数据库技术，
将电网资源对象化、规范化设计，通 过统一的软件平台整合目前已有的
一些分散的应用系统，逐步构建一体
化安全生产管理系统。 系统软件平台由数据存贮部分、
模型部分、一体化的软件平台和应用
功能部分构成。其中，数据存贮部分 由设备属性数据、设备空间数据、基
电网电力行业的电力系统建模与仿真
电网电力行业的电力系统建模与仿真
电力系统是指由发电机组、变电站、输电线路和配电网等组成的能源供应网络。为了保证电力系统的正常运行，需要进行系统建模与仿真，以进行系统分析、优化调度和故障检测等工作。本文将介绍电网电力行业中的电力系统建模与仿真的相关内容。
1. 电力系统建模：
电力系统建模是指将电力系统抽象为数学模型，以描述系统的结构、参数和运行特性。电力系统建模可以分为以下几个方面：
（1）发电机组建模：将发电机组抽象为数学模型，描述其发电能力、燃料消耗和响应速度等特性。
（2）变电站建模：将变电站抽象为数学模型，描述变压器、电容器、电容器等设备的参数和运行状态。
（3）输电线路建模：将输电线路抽象为数学模型，描述线路的电阻、电抗和电容等参数，以及电流、电压的传输特性等。
（4）配电网建模：将配电网抽象为数学模型，描述各个节点之间的连接关系、电流分配和功率损耗等。
2. 电力系统仿真：
电力系统仿真是指利用电力系统的数学模型，通过计算机模拟系统状态的变化和运行特性，以便进行系统分析、优化调度和故障检测等工作。电力系统仿真可以分为以下几个方面： （1）稳态仿真：通过计算系统的节点电压、线路功率和电流等参数，以模拟系统的稳态运行状态。稳态仿真可以用于系统的功率分配、损耗计算和负荷预测等工作。
（2）暂态仿真：通过计算系统的节点瞬时电压、电流和功率等参数，以模拟系统的暂态运行过程。暂态仿真可以用于系统的故障分析、电力质量评估和设备保护等工作。
（3）电磁暂态仿真：通过计算系统的电磁场分布、电磁参数和耦合效应等，以模拟系统的电磁暂态行为。电磁暂态仿真可以用于系统的雷击分析、电磁干扰评估和设备抗扰性设计等工作。
（4）动态仿真：通过计算系统的节点动态响应、发电机动作和功率变化等，以模拟系统的动态运行过程。动态仿真可以用于系统的频率响应、电压稳定和系统稳定性评估等工作。
3. 电力系统建模与仿真工具：
电力系统建模与仿真工具是指利用计算机软件实现电力系统建模与仿真的工具。目前，国内外常用的电力系统建模与仿真工具有以下几种：
静止无功补偿系统的建模与仿真
静止无功补偿系统的建模与仿真
摘要：在配电网中，为了提高供电质量，减少负荷对电网的不利影响，传统的做法时在被补偿的节点上安装电容器、电抗器或者两者组合来向系统注入或吸收无功功率，这些电容器、电抗器是采用传统的机械开关来控制投入或退出的。静止无功补偿装置（SVC）是一种能够快速、可靠地控制线路电压的装置。SVC通常会在正常稳态和意外情况下将电压调节和控制到所需的设定值，从而在系统意外情况后提供动态、快速响应的无功功率。此外，SVC还可以提高输电能力，减少损耗，减轻有功功率振荡，防止失载时的过电压。
关键词：静止无功补偿，SVC，TCR、TSC
1 SVC的原理和特性
SVC的构成形式比较多样，但基本元件为晶闸管控制的电抗器（TCR）和晶闸管投切的电容器（TSC）。下图为常用SVC原理图，图中的降压变压器是为了降低SVC造假，而图中的滤波器的作用是吸收SVC装置所产生的谐波电流。
图1 SVC原理图
其中，TCR支路由电感器和两个反向并联的晶闸管串联组成；TSC支路由电容器和两个反向并联的晶闸管串联组成，晶闸管起主要的控制作用。TCR支路的等值基波电抗是晶闸管导通角β或触发延迟角α相关的函数，可以利用β和α值的变化来实现系统等值电抗的平滑调整。若L为电抗器的电感值，那么TCR吸收的无功功率可以表示为
与TCR不同，每个TSC支路在电力电子器件的控制下，只有两种运行状态：即电容器并联在系统内运行，或是电容器完全退出。TSC的优势体现在由于电容器的切投是由电力电子器件控制完成的，它比传统的机械切投的电容器相应更加迅速，其动态特性可以满足控制系统的需要。若C为电容器的电容值，当TSC支路投入到系统中后，其输入系统的无功功率可以表示为
SVC装置整体向系统输入的无功功率可以由（1）式和（2）式表示为
由此可见，当 时，连续、平滑的调节向系统输入的无功功率是可以实现的。 同时，可以通过在SVC装置中增加TSC之路的数量，从而扩大SVC的可调节范围，也兼顾了这种调节的连续性。通常做法为设定TCR的容量略大于一组TSC的容量。SVC的等值电抗为
基于MATLAB_的10_kV_配电网单相接地故障建模实践
Telecom Power Technology
101 Dec. 25, 2023, Vol.40 No.24 2023年12月25日第40卷第24期电力技术应用DOI：10.19399/ki.tpt.2023.24.033基于MATLAB的10 kV配电网单相接地故障建模实践安利民，梁 宇（1.河南省电力公司新乡供电公司，河南 新乡 453000；2河南省电力公司新乡县供电公司，河南 新乡 453000）摘要：通过分析10 kV非有效接地配网系统运行中存在的故障问题，发现该配网系统在日常运行中缺乏完善的建模方式。基于此，根据10 kV配网单相接地故障特征，构建健全的建模方法，合理优化配网系统和故障环节内容。通过MATLAB平台仿真模拟整个系统模块的运行情况，包括一次设备、电流互感器、出线、故障等方面。经过试验，这种仿真计算模型的正确性较高，可以为未来的研究提供参考和借鉴。关键词：配电网；单相接地故障；模块化建模；规律验证Modeling Practice of Single-Phase Ground Fault in 10 kV Distribution Network Based on MATLABAN Limin, LIANG Yu(1.State Grid Corporation of China Henan Xinxiang Electrics Power Company, Xinxiang 453000, China; 2.State Grid Xinxiang County Electric Power Supply Company, Xinxiang 453000, China)Abstract: By analyzing the faults existing in the operation of 10 kV non-effective grounding distribution system, it is found that the distribution system lacks perfect modeling methods in daily operation. Based on this, according to the characteristics of single-phase grounding fault in 10 kV distribution network, this paper constructs a sound modeling method and rationally optimizes the distribution system and fault links. The operation of the whole system module is simulated by MATLAB platform, including primary equipment, current transformer, outgoing line, fault and so on. Through experiments, this simulation calculation model is correct, which can provide reference for future research.Keywords: distribution network; single phase ground fault; modular modeling; rule verification0 引 言随着社会经济的不断发展，我国政府部门制定了“双碳”行动方案，通过推动分布式清洁能源接入电力系统，加强配电网系统的协调控制能力。为解决新时期背景下运行管理中存在的配网难等问题，相关企业开始注重应用故障选线装置，通过仿真研究操作，进一步完善10 kV配电网单相接地故障模型。该模型能够实现故障定位、算法验证、原因追溯等，受到研究人员的高度重视[1]。由于配电网结构过于复杂，实际运行中很难形成固定模型，对配电网建模方法的研究也存在严重不足。在模拟研究中，不同研究者使用的模型差异性很大，只有在特定变电站中才能应用相同的模型，严重影响其普适性。同时，由于缺乏配网单相接地故障模拟建模方法和模拟程序结构，降低了既有模型的代码复用率，无法实现多参数调整的扫描式仿真，解决配网环境下复杂的系统拓扑变化情况较为困难，影响现代配网仿真研究的经济性。基于此，文章通过分析配电网仿真内容，汇总现有仿真研究所使用的配电网节点设备，在保证其与实际模拟数量相同的情况下，构建完善的建模方法。1 10 kV配电网单相接地材料选择在输变电工程的岩土勘察数据中，发现在施工现场20 m范围内不存在任何地下水位，说明地下水的埋藏深度远超标准值。因此，地下水对基础设施和设计建设的影响可以忽略不计。工作人员可以将重点放在地基土对钢筋混凝土结构和混凝土结构的腐蚀性上，将场地土壤的标准冻结深度控制在0.6 m。在设计配电网单相接地的过程中，不仅要测量土壤电阻率，还要计算土壤对不同物质的影响，如钢、铜、镀锌钢等。结合预测的使用年限，综合考虑裕度系数，合理选择导线截面积，确保配电网在长期运行过程中的稳定性和可靠性。在安装配电网单相接地时，避免连接电极电位差较高的金属导体，以降低腐蚀速度。在选择接地体时，要全面对比技术经济性。目前，我国统筹采用钢和铜元素作为配电网单相接地导体材料，其中铜配电网单相接地的抗腐蚀性能远超其他材料。如果工作人员在设置配电网单相接地时采用铅材料制作的设备外壳、架构基础等零部件，其和铜结合会形成原电池，会加快材料腐蚀速度，给材料性能带来严重影响。此外，从相关人员的研究报告中可以看出，镀锌钢铁的腐蚀效率要低于铜材料，因此工作人员可将其应用于变电站配电网单相接地设计，提高配收稿日期：2023-09-05作者简介：安利民（1986—），男，河南新乡人，本科，工程师，主要研究方向为电气工程及其自动化。 2023年12月25日第40卷第24期Dec. 25, 2023, Vol.40 No.24 Telecom Power Technology