第一篇：電力系統(tǒng)仿真分析技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)（本站推薦）

電力系統(tǒng)仿真分析技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

0 引言

隨著化石能源逐漸枯竭，發(fā)展利用清潔能源和可再生能源成為世界各國(guó)的必然選擇，也是新能源變革的主要內(nèi)容。中國(guó)新能源變革的目標(biāo)可以歸納為：以可再生能源逐步替代化石能源，提高化石能源的清潔高效利用水平，實(shí)現(xiàn)可再生能源(水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能)和核能利用在一次能源消耗占較大份額。在新能源變革形勢(shì)下，電網(wǎng)的使命也將發(fā)生變化，智能電網(wǎng)是適應(yīng)新能源變革和承擔(dān)電網(wǎng)新使命的新一代電網(wǎng)。

中國(guó)自 21 世紀(jì)初就提出了建設(shè)特高壓電網(wǎng)的設(shè)想，并逐步加以實(shí)施，近兩年根據(jù)國(guó)際電力系統(tǒng)發(fā)展的最新動(dòng)向，又進(jìn)一步提出了建設(shè)智能電網(wǎng)的宏偉藍(lán)圖。中國(guó)的智能電網(wǎng)是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以通信信息平臺(tái)為支撐，具有信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化特征，包含電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度各個(gè)環(huán)節(jié)的現(xiàn)代電網(wǎng)。與此同時(shí)，隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，新能源、新設(shè)備的不斷加入，當(dāng)今電力系統(tǒng)已經(jīng)日益變得復(fù)雜，這使得運(yùn)行人員更加難于對(duì)其進(jìn)行監(jiān)視、分析和控制。近些年，國(guó)內(nèi)外不斷發(fā)生大規(guī)模的停電事故，這些事故都造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響，不斷地為人們敲響警鐘，也給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高的要求。

在上述的大停電事故中，電力系統(tǒng)從第一次元件故障，到整個(gè)系統(tǒng)崩潰，一般會(huì)有一個(gè)較長(zhǎng)的過程，如果這期間運(yùn)行人員能夠進(jìn)行正確的處理，大停電是可以避免的。換言之，電網(wǎng)缺乏有效的在線監(jiān)測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)，不能及時(shí)掌握實(shí)時(shí)電網(wǎng)穩(wěn)定情況并采取有效的控制措施是導(dǎo)致大停電事故發(fā)生的重要原因。

電力系統(tǒng)仿真分析是電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和調(diào)度運(yùn)行的基礎(chǔ)，涵蓋的范圍非常廣泛，包括從穩(wěn)態(tài)分析、動(dòng)態(tài)分析到暫態(tài)分析的各個(gè)方面。根據(jù)實(shí)時(shí)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程響應(yīng)時(shí)間與系統(tǒng)仿真時(shí)間的關(guān)系，可分為非實(shí)時(shí)仿真和實(shí)時(shí)仿真；根據(jù)仿真的數(shù)據(jù)來源，又可分為離線仿真、在線仿真。其中在線仿真是實(shí)現(xiàn)在線預(yù)警和決策支持的必要手段。

電力系統(tǒng)仿真分析涵蓋電力系統(tǒng)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、通信等多學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域，面對(duì)智能電網(wǎng)建設(shè)提出的要求，需要不斷地引入先進(jìn)的計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)以及數(shù)學(xué)方法等，推動(dòng)仿真分析技術(shù)在仿真的準(zhǔn)確性、快速性、靈活性等方面的發(fā)展。

具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）可實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模電網(wǎng)的仿真計(jì)算，同時(shí)仿真數(shù)據(jù)的粗細(xì)程度可根據(jù)需要自動(dòng)調(diào)整。

2）仿真計(jì)算應(yīng)具有更快的速度及更高的準(zhǔn) 確性。

3）仿真計(jì)算應(yīng)具備更多的功能，并與環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等相關(guān)領(lǐng)域相結(jié)合。4）仿真建模應(yīng)具備更大的靈活性，以適應(yīng)智能電網(wǎng)中層出不窮的新元件、新設(shè)備建模的需要。

5）需加強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)智能建模方法的應(yīng)用以及仿真結(jié)果的智能化分析。6）電網(wǎng)自愈對(duì)實(shí)時(shí)決策控制的要求。要求能實(shí)時(shí)跟蹤評(píng)價(jià)電力系統(tǒng)行為，一旦發(fā)生故障，立即進(jìn)行快速仿真并提供決策控制支持，防止大面積停電，并快速?gòu)木o急狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)。

7）仿真試驗(yàn)應(yīng)具備更大的靈活性。未來的仿真試驗(yàn)將可實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)異地試驗(yàn)設(shè)備的同步測(cè)試。

8）仿真計(jì)算應(yīng)適應(yīng)新的計(jì)算模式，如云計(jì)算、協(xié)同計(jì)算等。

9）可實(shí)現(xiàn)智能人機(jī)交互仿真，顯著提高用戶操作的便捷性和仿真系統(tǒng)的使用效率。

10）數(shù)據(jù)融合技術(shù)在仿真分析中應(yīng)用，提高對(duì)仿真分析中對(duì)多源海量數(shù)據(jù)的整合能力。

本文將依據(jù)計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信等技術(shù)當(dāng)前和未來可能的發(fā)展，探討和預(yù)測(cè)新的先進(jìn)計(jì)算技術(shù)(如云計(jì)算等)及其在電力系統(tǒng)仿真分析中的應(yīng)用。發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 電力系統(tǒng)仿真分析技術(shù)概述

如圖 1 所示，電力系統(tǒng)仿真分析技術(shù)可分為電力系統(tǒng)建模、電力系統(tǒng)數(shù)字仿真分析方法、電力系統(tǒng)在線仿真分析和電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真等4項(xiàng)技術(shù)，其中電力系統(tǒng)建模技術(shù)包括建模方法和模型研究技術(shù)，電力系統(tǒng)數(shù)字仿真分析方法主要指針對(duì)各類仿真應(yīng)用的基礎(chǔ)方法，后2種技術(shù)則分別針對(duì)在線應(yīng)用和實(shí)時(shí)應(yīng)用。其中先進(jìn)計(jì)算技術(shù)包括計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)、與電力系統(tǒng)仿真分析相關(guān)的計(jì)算數(shù)學(xué)和計(jì)算模式這3項(xiàng)技術(shù)。下文分別描述上述各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。

圖1 電力系統(tǒng)仿真分析和先進(jìn)計(jì)算技術(shù)分類

2）相關(guān)計(jì)算數(shù)學(xué)。

與電網(wǎng)仿真分析相關(guān)的計(jì)算數(shù)學(xué)領(lǐng)域既有傳統(tǒng)的數(shù)值計(jì)算方法，也包括新興的人工智能、模糊數(shù)學(xué)和概率類等方法。

1.2 電力系統(tǒng)建模技術(shù)

1）建模方法。

目前，電力系統(tǒng)建模方法研究以機(jī)理分析法為主，結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)、運(yùn)籌學(xué)及人工智能等理論，又發(fā)展了數(shù)據(jù)分析法、層次分析法、智能建模法等方法。作為機(jī)理分析法的重要補(bǔ)充，模型實(shí)測(cè)是指導(dǎo)建模、進(jìn)行模型校驗(yàn)及修正的主要手段。目前，模型實(shí)測(cè)主要在發(fā)電機(jī)及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)建模、負(fù)荷建模、新能源發(fā)電建模等方面有所應(yīng)用。數(shù)據(jù)分析法主要用于建立電力系統(tǒng)可靠性分析模型及功率預(yù)測(cè)模型、電力市場(chǎng)分析模型等。層次分析法主要用于負(fù)荷預(yù)測(cè)建模等。

近年來，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，智能建模方法如專家系統(tǒng)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)法、模糊辨識(shí)法以及基于遺傳算法的非線性系統(tǒng)辨識(shí)法等，在同步機(jī)建模、負(fù)荷建模、電網(wǎng)規(guī)劃建模中得到應(yīng)用。

電力系統(tǒng)模型參數(shù)的獲取，主要采用取典型值和實(shí)際測(cè)量 2 種方法。2）模型研究。

①傳統(tǒng)發(fā)輸配用電系統(tǒng)模型

傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)模型包括同步機(jī)、勵(lì)磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(power system stabilizer，PSS)等模型，均較為成熟，全國(guó)范圍內(nèi)絕大部分機(jī)組勵(lì)磁

系統(tǒng)和 PSS 模型已采用實(shí)測(cè)參數(shù)，調(diào)速系統(tǒng)模型實(shí)測(cè)工作正在開展。

交流輸電系統(tǒng)模型以等效電路為基礎(chǔ)，根據(jù)仿真要求的不同進(jìn)行相應(yīng)處理。直流輸電系統(tǒng)模型包括主電路模型和控制系統(tǒng)模型，可分為機(jī)電暫態(tài)仿真模型和電磁暫態(tài)仿真模型，前者一般為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型。直流輸電系統(tǒng)控制系統(tǒng)模型目前大都采用典型結(jié)構(gòu)和參數(shù)，迫切需要建立與實(shí)際工程相一致的控制系統(tǒng)模型和參數(shù)。

②靈活交流輸電元件模型、新型電力系統(tǒng)元件模型。

③新能源發(fā)電系統(tǒng)、分布式電源及微電網(wǎng)模型。3）建模技術(shù)中尚待解決的問題。

①電力系統(tǒng)模型的精確度有待進(jìn)一步提高，特別是如何利用 WAMS、WASA 技術(shù)進(jìn)行模型的校驗(yàn)與修正。

②風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)等各種新元件的模型有待進(jìn)一步研究并實(shí)用化。

③智能建模方法有待進(jìn)一步發(fā)展，或與傳統(tǒng)方法相結(jié)合，提升模型的精確性和適應(yīng)性。

④目前各類仿真軟件中模型各自獨(dú)立，重復(fù)建模工作時(shí)有發(fā)生，有待建立模塊化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化程度較高的模型，實(shí)現(xiàn)模型的“即插即用”和共享。

1.3 電力系統(tǒng)數(shù)字仿真分析方法

電力系統(tǒng)數(shù)字仿真分析方法，包括穩(wěn)態(tài)分析(潮流、網(wǎng)損分析、最優(yōu)潮流、靜態(tài)安全分析、諧波潮流)、動(dòng)態(tài)和暫態(tài)分析(電磁暫態(tài)仿真、機(jī)電暫態(tài)仿真、中長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)仿真、小干擾穩(wěn)定計(jì)算、電壓穩(wěn)定計(jì)算等)等。電力系統(tǒng)潮流計(jì)算主要是非線性方程組求解問題，現(xiàn)有算法有牛頓–拉夫遜法、PQ 分解法、保留非線性潮流算法和最優(yōu)因子法等。其中，牛頓–拉夫遜法因其具有較好的收斂性和較快的收斂速度，應(yīng)用較為廣泛。為提高潮流計(jì)算的收斂性，有時(shí)將 2 種方法相結(jié)合，如 PQ 分解轉(zhuǎn)牛頓法。此外，還提出了潮流計(jì)算中的自動(dòng)調(diào)整方法、適合實(shí)時(shí)計(jì)算的直流潮流算法、考慮不確定性因素的隨機(jī)(概率)潮流方法、適合系統(tǒng)參數(shù)不對(duì)稱情況的三相潮流算法，以及應(yīng)用于電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定計(jì)算的多種病態(tài)潮流算法。

電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流計(jì)算實(shí)質(zhì)是一個(gè)非線性規(guī)劃問題，主要算法有線性規(guī)劃法、牛頓法、內(nèi)點(diǎn)法以及遺傳算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等智能算法。其中內(nèi)點(diǎn)法在可行域的內(nèi)部尋優(yōu)，收斂性好、收斂速度快，適用于大規(guī)模電網(wǎng)的優(yōu)化計(jì)算。智能算法由于具有全局收斂性和擅長(zhǎng)處理離散變量而日益得到重視，但還處在發(fā)展階段。研究小擾動(dòng)電壓穩(wěn)定問題的電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定計(jì)算方法常用的有奇異值分解法、靈敏度法、崩潰點(diǎn)法、非線性規(guī)劃法、連續(xù)潮流法、非線性動(dòng)力學(xué)方法等，其中連續(xù)潮流法應(yīng)用較多。電壓穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)分析方法，包括小干擾分析法和對(duì)大擾動(dòng)電壓穩(wěn)定的時(shí)域仿真分析法、能量函數(shù)法等。電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算需要求解系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)方程和微分方程，一般采用數(shù)值積分方法交替迭代求解，有時(shí)也采用直接法，應(yīng)用最多的直接法為擴(kuò)展等面 積準(zhǔn)則法。

電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定計(jì)算的主要方法有特征值分析法、小干擾頻域響應(yīng)分析、小干擾時(shí)域響應(yīng)分析，其中特征值分析法應(yīng)用最為廣泛。

電力系統(tǒng)中長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)過程仿真要計(jì)入在一般暫態(tài)穩(wěn)定過程仿真中不考慮的電力系統(tǒng)長(zhǎng)過程和慢速的動(dòng)態(tài)特性，采用數(shù)值積分的方法，主要有隱式梯形積分法和 Gear 類方法，為避免計(jì)算時(shí)間過長(zhǎng)，一般還采用自動(dòng)變步長(zhǎng)計(jì)算技術(shù)。電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真通常采用時(shí)域瞬時(shí)值計(jì)算，多采用隱式梯形積分法，計(jì)算規(guī)模一般不超過百余條母線，計(jì)算步長(zhǎng)通常為 20~200

s。為提高仿真精度，有學(xué)者提出了電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)混合仿真方法。近年來，隨著分網(wǎng)并行算法的提出和電磁-機(jī)電接口的完善，混合仿真已實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化。

綜上，上述針對(duì)輸電網(wǎng)的電力系統(tǒng)仿真分析方法都較為成熟，為提高仿真分析速度，近年來，并行和分布式計(jì)算方法逐漸在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算、最優(yōu)潮流、靜態(tài)安全分析、電磁暫態(tài)仿真、機(jī)電暫態(tài)仿真、小干擾穩(wěn)定計(jì)算等分析方法中得到應(yīng)用。

1.4 電力系統(tǒng)在線仿真分析

隨著電網(wǎng)大停電事故的不斷發(fā)生，各國(guó)對(duì)電網(wǎng)安全愈加重視，電力系統(tǒng)在線仿真分析也成為了研究的重點(diǎn)。2005 年的調(diào)研報(bào)告表明，當(dāng)時(shí)國(guó)際上已有 6 個(gè)電力系統(tǒng)在線軟件生產(chǎn)廠家，可以提供不同程度的在線暫態(tài)穩(wěn)定評(píng)估軟件。

國(guó)內(nèi)在智能電網(wǎng)建設(shè)的新環(huán)境下，為確保電 網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，建立和健全電網(wǎng)安全防御體系，中國(guó)電力科學(xué)研究院、國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院、清華大學(xué)等單位就在線仿真分析開展了研究與應(yīng)用工作。

1.5 電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真

電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真的發(fā)展經(jīng)歷了從物理實(shí)時(shí)仿真、數(shù)?；旌鲜綄?shí)時(shí)仿真到全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真的3個(gè)歷史階段。物理實(shí)時(shí)仿真由于其仿真規(guī)模不大和建模工作復(fù)雜，主要用于設(shè)備級(jí)的仿真和試驗(yàn)，如繼電保護(hù)裝置、安全自動(dòng)裝置、電力電子設(shè)備及新技術(shù)、新設(shè)備的基本原理驗(yàn)證和性能指標(biāo)檢驗(yàn)等。數(shù)模混合式實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)(如 HYPERSIM目前主要用于直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)試驗(yàn)。RTDS等全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真限于仿真算法和計(jì)算能力，只能進(jìn)行小規(guī)模系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真，主要用于繼電保護(hù)裝置、安全自動(dòng)裝置驗(yàn)證試驗(yàn)，近年來也有應(yīng)用于電力電子設(shè)備驗(yàn)證試驗(yàn)、直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)試驗(yàn)等方面，加拿大 Opal-RT 公司的 RT-LAB 全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真軟件在高頻電力電子的精確仿真以及分布式并行計(jì)算等方面具有優(yōu)良的性能；新近出現(xiàn)的全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置 ADPSS，因其具有大電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真的能力，因此用途較為廣泛。先進(jìn)計(jì)算技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 2.1 計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)

未來的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)將是通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步融合，朝著超高速、超小型、高性能、平行處理和智能化方向發(fā)展。發(fā)展高性能計(jì)算技術(shù)有 2 條途徑：一條是通過多核、多機(jī)并行計(jì)算或分布式計(jì)算技術(shù)來實(shí)現(xiàn)；另一條途徑是發(fā)展非傳統(tǒng)的新技術(shù)，包括超導(dǎo)計(jì)算、光計(jì)算、量子計(jì)算、生物計(jì)算與納米計(jì)算等。

2.2 相關(guān)計(jì)算數(shù)學(xué)

數(shù)值計(jì)算方法未來的發(fā)展主要集中在提高算法效率、計(jì)算結(jié)果精度和非線性方程求解的收斂性等方面。人工智能方法將與仿真環(huán)境結(jié)合得更為緊密，從而提高仿真自動(dòng)化程度和仿真精度。概率類算法在仿真計(jì)算領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，主要是增強(qiáng)各種與現(xiàn)有數(shù)值仿真計(jì)算方法相結(jié)合的衍生算法的實(shí)用性，降低對(duì)參數(shù)的要求，提高計(jì)算結(jié)果的質(zhì)量，以及計(jì)算結(jié)果的進(jìn)一步分析應(yīng)用。模糊數(shù)學(xué)將與人工智能技術(shù)的各分支進(jìn)一步結(jié)合，求解用經(jīng)典數(shù)值計(jì)算方法難以求解的問題，并進(jìn)一步實(shí)用化。

2.3 計(jì)算模式

未來高性能計(jì)算的發(fā)展將呈現(xiàn)以下趨勢(shì)：一是并行計(jì)算和分布式計(jì)算 2 種

形態(tài)共存并互相結(jié)合、相互補(bǔ)充；二是從高性能計(jì)算走向高效能計(jì)算，提高計(jì)算性能、可編程性、可移植性和魯棒性，降低系統(tǒng)的開發(fā)、運(yùn)行及維護(hù)成本隨著中國(guó)智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展，分布式計(jì)算技術(shù)在仿真分析領(lǐng)域的應(yīng)用將不斷深入，分布式計(jì)算以及網(wǎng)格計(jì)算的應(yīng)用，可以有效解決電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)、復(fù)雜的計(jì)算問題。先進(jìn)計(jì)算技術(shù)在電力系統(tǒng)仿真分析中應(yīng)用預(yù)測(cè) 3.1 概述

先進(jìn)計(jì)算技術(shù)(計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算數(shù)學(xué)、計(jì)算模式)的發(fā)展和應(yīng)用，將為電力系統(tǒng)仿真分析技術(shù)帶來巨大發(fā)展變化。本節(jié)預(yù)測(cè) 2050 年電力系統(tǒng)仿真分析技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

3.2 電力系統(tǒng)建模技術(shù)

1）電力系統(tǒng)的建模方法和工具得到長(zhǎng)足發(fā)展。形成完備的混合仿真建模和智能建模理論?；赪AMS 和 WASA 數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真模型的修正成為建模的重要手段。

2）建立豐富、精確、模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化的各類元件模型。模型的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化使得系統(tǒng)建?？稍谌我环抡孳浖慕－h(huán)境下進(jìn)行，采用通用的輸入輸出格式，并可在其他仿真軟件中進(jìn)行調(diào)用，使模型具備“即插即用”的功能。3）未來的智能電力設(shè)備中可自帶標(biāo)準(zhǔn)化的模型并具備對(duì)局部模型進(jìn)行仿真的能力，其結(jié)構(gòu)和參數(shù)自行維護(hù)更新，模型可以是異地分布的。

3.3 電力系統(tǒng)數(shù)字仿真分析方法

1）電力系統(tǒng)仿真計(jì)算方法在計(jì)算的收斂性和魯棒性、結(jié)果的準(zhǔn)確性以及對(duì)最優(yōu)結(jié)果的搜索等方面都取得較大進(jìn)步。

2）建立靈活的仿真數(shù)據(jù)平臺(tái)和異地分布式仿真分析平臺(tái)，結(jié)合智能電力設(shè)備中自帶的標(biāo)準(zhǔn)化模型，模型數(shù)據(jù)的云存儲(chǔ)和標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，WAMS、WASA 等先進(jìn)測(cè)量技術(shù)，云計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)仿真數(shù)據(jù)的自動(dòng)調(diào)整和對(duì)電網(wǎng)的按需靈活仿真。根據(jù)研究目的不同，電網(wǎng)數(shù)據(jù)可以不同的精細(xì)程度自動(dòng)組合和調(diào)整，形成計(jì)算用數(shù)據(jù)，用戶無需關(guān)心具體數(shù)據(jù)的存放位置和獲取方式。

3）開辟新的仿真計(jì)算領(lǐng)域，如與環(huán)境保護(hù)、新型電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)相結(jié)合。4）建立高度智能化的面向用戶、面向問題、面向?qū)嶒?yàn)的建模與仿真環(huán)境，實(shí)現(xiàn)智能人機(jī)交互仿真和仿真結(jié)果的智能化分析。

5）不同時(shí)間尺度的混合仿真技術(shù)逐步成熟，實(shí)現(xiàn)電磁暫態(tài)–機(jī)電暫態(tài)–中長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)過程的連續(xù)仿真，可獲得系統(tǒng)從仿真開始后微秒級(jí)到分鐘級(jí)，甚至小時(shí)級(jí)時(shí)間尺度的動(dòng)態(tài)特性，仿真結(jié)果更加貼近系統(tǒng)的實(shí)際表現(xiàn)。

6）協(xié)同計(jì)算將在電力系統(tǒng)仿真分析中逐步應(yīng)用，使離線仿真分析從以往單地區(qū)單人工作的獨(dú)立模式向多人聯(lián)合協(xié)同計(jì)算模式轉(zhuǎn)變，大幅度提高工作效率。7）人工智能、概率和模糊數(shù)學(xué)方法將會(huì)被更多地引入和研究。人工智能算法是大規(guī)模非線性系統(tǒng)求解、優(yōu)化的有效方法，為電力系統(tǒng)計(jì)算分析開辟了一條新的路徑，而概率算法和模糊數(shù)學(xué)方法則可以更好地處理仿真計(jì)算中的各種隨機(jī)性和模糊性問題。

8）量子計(jì)算機(jī)具有應(yīng)用可能，仿真分析方法將發(fā)生重大變革。

3.4 電力系統(tǒng)在線仿真分析

1）建立在線仿真專家系統(tǒng)，挖掘在線數(shù)據(jù)與系統(tǒng)穩(wěn)定性之間的聯(lián)系，根據(jù)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)和電網(wǎng)運(yùn)行狀況找出薄弱環(huán)節(jié)。

2）將 WAMS 數(shù)據(jù)引入到數(shù)據(jù)整合、參數(shù)校核和辨識(shí)、動(dòng)態(tài)仿真等各個(gè)環(huán)節(jié)，以提高在線仿真結(jié)果與實(shí)際系統(tǒng)響應(yīng)的吻合程度。

3）構(gòu)建描述電網(wǎng)各類不確定性特征(如天氣，間歇性能源接入等)的系統(tǒng)模型，建立在線風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)，采用統(tǒng)一的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系，將確定性安全評(píng)價(jià)拓展到風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

4）應(yīng)用數(shù)據(jù)融合技術(shù)，提高對(duì)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、廣域量測(cè)系統(tǒng)、繼電保護(hù)穩(wěn)控系統(tǒng)、離線方式數(shù)據(jù)等多系統(tǒng)多信息的整合能力和利用水平。

5）實(shí)現(xiàn)基于超實(shí)時(shí)仿真的在線控制和云控制，利用大規(guī)模電力系統(tǒng)的超實(shí)時(shí)仿真技術(shù)，在故障發(fā)生后快速判別系統(tǒng)穩(wěn)定性，并給出控制措施，解決連鎖故障期間電網(wǎng)運(yùn)行狀況瞬息變化導(dǎo)致控制措施失效的問題。云控制是云計(jì)算技術(shù)與基于超實(shí)時(shí)仿真的在線控制技術(shù)的完美結(jié)合，是未來在線控制技術(shù)的發(fā)展方向。

3.5 電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真

1）采用新的并行仿真方法或?qū)扔蟹椒ㄟM(jìn)行改進(jìn)，結(jié)合計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、電壓源直流輸電、新型 FACTS、儲(chǔ)能等新能源新設(shè)備的電磁暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真。

2）實(shí)現(xiàn)機(jī)電暫態(tài)–電磁暫態(tài)–中長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)一體化實(shí)時(shí)仿真，建立超大規(guī)模電力系統(tǒng)數(shù)?；旌蠈?shí)時(shí)仿真平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模電力系統(tǒng)與數(shù)十條直流輸電、電力電子裝置、新能源新設(shè)備等的物理仿真設(shè) 備或物理設(shè)備的聯(lián)合實(shí)時(shí)仿真。

3）建立電網(wǎng)–電廠–變電站聯(lián)合實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)，可靈活接入實(shí)際的電網(wǎng)二次設(shè)備、電廠和變電站監(jiān) 控設(shè)備進(jìn)行仿真試驗(yàn)分析。

4）分布式實(shí)時(shí)仿真全面應(yīng)用，開展遠(yuǎn)程試驗(yàn)。通過異地多個(gè)實(shí)時(shí)仿真裝置的配合和高速的通信網(wǎng)絡(luò)支持，實(shí)現(xiàn)多個(gè)物理裝置的分布式仿真試驗(yàn)，解決帶通道保護(hù)的繼電保護(hù)裝置、多個(gè) HVDC 或FACTS 控制器等異地試驗(yàn)設(shè)備的同步測(cè)試和控制器協(xié)調(diào)問題。遠(yuǎn)程試驗(yàn)是分布式實(shí)時(shí)仿真的特殊應(yīng)用模式，即大電網(wǎng)的實(shí)時(shí)仿真在異地高性能服務(wù)器上進(jìn)行，而現(xiàn)場(chǎng)僅需要配備與物理待測(cè)設(shè)備的輸入輸出接口，需要高速的通信網(wǎng)絡(luò)支持。

5）建立真實(shí)電力系統(tǒng)的影子系統(tǒng)——大電網(wǎng)在線實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，通過實(shí)時(shí)信息采集與傳遞系統(tǒng)，實(shí)時(shí)接受電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)仿真模型能夠及時(shí)跟蹤大電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)特別是災(zāi)害情況下的迅速變化。結(jié)束語(yǔ)

隨著化石能源逐漸枯竭，發(fā)展利用清潔能源和可再生能源成為世界各國(guó)的必然選擇，也是新能源變革的主要內(nèi)容。在新能源變革形勢(shì)下，電網(wǎng)的使命也將發(fā)生變化，智能電網(wǎng)是適應(yīng)新能源變革和承擔(dān)電網(wǎng)新使命的新一代電網(wǎng)。為適應(yīng)智能電網(wǎng)的發(fā)展，未來的電力系統(tǒng)仿真分析技術(shù)在準(zhǔn)確性、快速性、靈活性等方面將得到極大發(fā)展。本文依據(jù)計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信等技術(shù)當(dāng)前和未來可能的發(fā)展，探討和預(yù)測(cè)了新的先進(jìn)計(jì)算技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，以及新的先進(jìn)計(jì)算技術(shù)在電力系統(tǒng)仿真分析中的應(yīng)用趨勢(shì)。

第二篇：電力系統(tǒng)仿真

1、潮流計(jì)算

電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算，是指在給定電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，元件參數(shù)和發(fā)電負(fù)荷參量條件下，計(jì)算有功功率、無功功率及電壓在電力網(wǎng)中的分布。通常給定的運(yùn)行條件有系統(tǒng)中各電源和負(fù)荷點(diǎn)的功率、樞紐點(diǎn)電壓、平衡點(diǎn)的電壓和相位角，待求的運(yùn)行參量包括網(wǎng)絡(luò)中各母線節(jié)點(diǎn)的電壓幅值和相角，以及各支路的功率分布、網(wǎng)絡(luò)的功率損耗等。

2、潮流計(jì)算的目的

電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的最主要目的是為了讓電力系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)做到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，為電力資源的調(diào)度，電網(wǎng)的規(guī)劃，電力系統(tǒng)的可靠性分析提供支撐。

具體表現(xiàn)：（1）、在電網(wǎng)規(guī)劃階段，通過潮流計(jì)算，合理規(guī)劃電源容量及接入點(diǎn)，合理規(guī)劃網(wǎng)架，選擇無功補(bǔ)償方案，滿足規(guī)劃水平的大小方式下潮流交換控制、調(diào)峰、調(diào)相、調(diào)壓的要求。（2）、在編年運(yùn)行方式時(shí)，在預(yù)計(jì)負(fù)荷增長(zhǎng)及新設(shè)備投入運(yùn)行基礎(chǔ)上，選擇典型方式進(jìn)行潮流計(jì)算，發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)中的薄弱環(huán)節(jié)，供調(diào)度人員日常調(diào)度控制參考，并對(duì)規(guī)劃、基建部門提出改進(jìn)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，加快基建進(jìn)度的建議。（3）、正常檢修及特殊運(yùn)行方式下的潮流計(jì)算，用于日常運(yùn)行方式的編制，指導(dǎo)發(fā)電廠開機(jī)方式，有功、無功調(diào)整方案及負(fù)荷調(diào)整方案，滿足線路、變壓器熱穩(wěn)定要求及電壓質(zhì)量要求。（4）、預(yù)想事故、設(shè)備退出對(duì)靜態(tài)完全的影響分析及作出預(yù)想的運(yùn)行方式調(diào)整方案。

即電力系統(tǒng)在運(yùn)行方式和規(guī)劃方案的研究中，都需要進(jìn)行潮流計(jì)算以比較運(yùn)行方式或規(guī)劃供電方案的可行性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，為了實(shí)時(shí)監(jiān)控電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式，也需要進(jìn)行大量而快速的潮流計(jì)算。因此，潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛，最基本和最重要的一種電氣運(yùn)算，在系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和安排系統(tǒng)的運(yùn)行方式時(shí)，采用離線潮流計(jì)算，而在電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控中，采用在線潮流計(jì)算。

3、本次仿真的目的及任務(wù)

通過仿真，了解和熟悉電力系統(tǒng)潮流分析計(jì)算的軟件的使用方法，結(jié)合理論知識(shí)，熟悉計(jì)算機(jī)解潮流分布時(shí)的方法，學(xué)會(huì)分析潮流計(jì)算的結(jié)果，對(duì)功率，電壓等作出評(píng)價(jià)是否符合要求，初步能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)對(duì)一個(gè)小型電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)供電的設(shè)計(jì)。

本次仿真中設(shè)計(jì)了一個(gè)三機(jī)五節(jié)點(diǎn)的小型交流電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，主要通過MATPOWER進(jìn)行電力系統(tǒng)潮流的結(jié)算，得到每條支路上的功率流動(dòng)情況，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的損耗等，分析網(wǎng)絡(luò)中的損耗情況，損耗過大的話改進(jìn)算法重新進(jìn)行潮流的計(jì)算，得到更加合理的潮流分布。

第三篇：分析電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)

分析電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)

摘 要: 隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)溝迅猛發(fā)展,原有的電力傳動(dòng)(電子拖動(dòng))控制的概念已經(jīng)不能充分概抓現(xiàn)代生產(chǎn)自動(dòng)化系流中承擔(dān)第一線任務(wù)的全部控制設(shè)備。而且,電力拖動(dòng)控制已經(jīng)走出工廠,在交通、農(nóng)場(chǎng)、辦公室以及家用電器等領(lǐng)域獲得了廣泛運(yùn)用。它的研究對(duì)象已經(jīng)發(fā)展為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),下面僅對(duì)有關(guān)電氣自動(dòng)化技術(shù)的新發(fā)展作一些介紹。關(guān)鍵詞:電力自動(dòng)化;現(xiàn)場(chǎng)總線;無線通訊技術(shù);變頻器

1.引言

現(xiàn)今,創(chuàng)新的自動(dòng)化系統(tǒng)控制著復(fù)雜的工藝流程,并確保過程運(yùn)行的可靠及安全,為先進(jìn)的維護(hù)策略打造了相應(yīng)的基礎(chǔ)。

電力過程自動(dòng)化技術(shù)的日新月異和控制水平的不斷提高搜企網(wǎng)版權(quán)所有,為電力工業(yè)解決能源資源和環(huán)境約束的矛盾創(chuàng)造了條件。隨著社會(huì)及電力工業(yè)的發(fā)展,電力自動(dòng)化的重要性與日劇增。傳統(tǒng)的信息、通信和自動(dòng)化技術(shù)之間的障礙正在逐漸消失。最新的技術(shù),包括無線網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)總線、變頻器及人機(jī)界面、控制軟件等,大大提升了過程系統(tǒng)的效率和安全性能。

2.電力自動(dòng)化的發(fā)展

我國(guó)是從20世紀(jì)60年代開始研制變電站自動(dòng)化技術(shù)。變電站自動(dòng)化技術(shù)經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到一定的水平,在我國(guó)城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造與建設(shè)中不僅中低壓變電站采用了自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)無人值班,而且在220kV及以上的超高壓變電站建設(shè)中也大量采用自動(dòng)化新技術(shù),從而大大提高了電網(wǎng)建設(shè)的現(xiàn)代化水平,增強(qiáng)了輸配電和電網(wǎng)調(diào)度的可能性,降低了變電站建設(shè)的總造價(jià),這已經(jīng)成為不爭(zhēng)的事實(shí)。然而,技術(shù)的發(fā)展是沒有止境的,隨著智能化開關(guān)、光電式電流電壓互感器、一次運(yùn)行設(shè)備在線狀態(tài)檢測(cè)、變電站運(yùn)行操作培訓(xùn)仿真等技術(shù)日趨成熟,以及計(jì)算機(jī)高速網(wǎng)絡(luò)在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的開發(fā)應(yīng)用,勢(shì)必對(duì)已有的變電站自動(dòng)化技術(shù)產(chǎn)生深刻的影響,全數(shù)字化的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)即將出現(xiàn)。

3.電力自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)技術(shù)

現(xiàn)場(chǎng)總線(Fieldbus)被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。信息技術(shù)的飛速發(fā)展,引起了自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革,隨著工業(yè)電網(wǎng)的日益復(fù)雜工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)版權(quán)所有,人們對(duì)電網(wǎng)的安全要求也越來越高,現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)作為一門新興的控制技術(shù)必將取代過去的控制方式而應(yīng)用在電力自動(dòng)化中。

4.無線技術(shù)

無線通訊技術(shù)因其不必在廠區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行繁雜、昂貴的布線,因而有著誘人的特質(zhì)。位于現(xiàn)場(chǎng)的巡視和檢修維護(hù)人員借此可保持和集中控制室等控制管理中心的聯(lián)系,并實(shí)現(xiàn)信息共享。此外,無線技術(shù)還具有高度靈活性、易于使用、通過遠(yuǎn)程鏈接可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方設(shè)備或系統(tǒng)的可視化、參數(shù)調(diào)整和診斷等獨(dú)特功能。無線技術(shù)的出現(xiàn)及快速進(jìn)步,正在賦予電力工業(yè)領(lǐng)域以一種嶄新的視角來觀察問題,并由此在電力流程工業(yè)領(lǐng)域及資產(chǎn)管理領(lǐng)域,開創(chuàng)一個(gè)激動(dòng)人心的新紀(jì)元。

盡管目前存在多種無線技術(shù)漢陽(yáng)科技,但僅有幾種特別適用于電力流程工業(yè)。這是因?yàn)闊o線信號(hào)通過空間傳播的過程、搭載的數(shù)據(jù)容量(帶寬)、抗RFI(射頻干擾)/EMI(電磁干擾)干擾性、對(duì)物理屏障的易感性、可伸縮性、可靠性,還有成本,都因無線技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的不同而不同。因此,很多用戶都傾向于“依據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)合,來選定合適的無線技術(shù)”?？刂朴玫臒o線技術(shù)主要有GSM/GPRS(蜂窩)、9OOMHzRadios、wi-Fi(802.lla/b/g)、WIMAX(802.16)、ZigBee(802.15.4)、自組織網(wǎng)絡(luò)等,其中尤以Wi-Fi和WIMAX應(yīng)用增長(zhǎng)速度最快,這是因?yàn)槠湓趲捄桶踩阅芊矫孑^優(yōu)、在數(shù)據(jù)集中和網(wǎng)絡(luò)化方面具備卓越的安全框架、具有主機(jī)數(shù)據(jù)集成的高度靈活性、高的魯棒性及低的成本。

5.信息化技術(shù)

電力信息化包括電力生產(chǎn)、調(diào)度自動(dòng)化和管理信息化兩部分。廠站自動(dòng)化歷來是電力信息化的重點(diǎn),大部分水電廠、火力發(fā)電廠以及變電站配備了計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng);相當(dāng)一部分水電廠在進(jìn)行改造后還實(shí)現(xiàn)了無人值班、少人值守。發(fā)電生產(chǎn)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用大大提高了生產(chǎn)過程自動(dòng)化水平。電力調(diào)度的自動(dòng)化水平更是國(guó)際領(lǐng)先,目前電力調(diào)度自動(dòng)化的各種系統(tǒng),如SCADA、AGC以及EMS等已建成,省電力調(diào)度機(jī)構(gòu)全部建立了SCADA系統(tǒng),電

網(wǎng)的三級(jí)調(diào)度100%實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。華北電力調(diào)度局自動(dòng)化處處長(zhǎng)郭子明說,早在20世紀(jì)70年代華北電力調(diào)度局就用晶體管計(jì)算機(jī)調(diào)度電力,從國(guó)產(chǎn)1 2 1機(jī)到1 7 6機(jī),再到176雙機(jī),華北電力調(diào)度局全用過,到1978年已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化。

6.安全技術(shù)

電力是社會(huì)的命脈之一,當(dāng)今人類社會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的依賴已到了難以想象的程度。電力系統(tǒng)發(fā)生大災(zāi)變對(duì)于社會(huì)的影響是不可估量的,因此電力系統(tǒng)最重要的是運(yùn)行的安全性,但這個(gè)問題在全世界均未得到很好解決,電力系統(tǒng)發(fā)生大災(zāi)變的概率小但后果極其嚴(yán)重,我國(guó)電力系統(tǒng)也出現(xiàn)過穩(wěn)定破壞的重大事故。由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需求,電力工業(yè)將會(huì)繼續(xù)以空前的速度和規(guī)模發(fā)展。隨著三峽電站、西電東送、南北互供和全國(guó)聯(lián)網(wǎng)等重大工程的實(shí)施,我國(guó)必將出現(xiàn)世界上最大規(guī)模的電力系統(tǒng)。

7.傳動(dòng)技術(shù)

實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的裝置稱為變頻器。變頻器一般由整流器、濾波器、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路以及控制器(MCU/DSP)等部分組成。變頻器作為節(jié)能降耗減排的利器之一,在電力設(shè)備中的應(yīng)用已經(jīng)極為廣泛而成熟。對(duì)于變頻器廠商而言,在未來三十年,變頻器,尤其是高壓變頻器在電力節(jié)能降耗中的作用極為明顯,變頻器也成為越來越多電力行業(yè)改造技術(shù)的首選。

在業(yè)內(nèi),以ABB為首的電力自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)廠商,ABB建立了全球最大的變壓器生產(chǎn)基地及絕緣體制造中心。自1998年成立以來,公司多次參與國(guó)家重點(diǎn)電力建設(shè)項(xiàng)目,憑借安全可靠、高效節(jié)能的產(chǎn)品性能而獲得國(guó)內(nèi)外用戶的好評(píng)。其公司多種產(chǎn)品,包括:PLC、變流器、儀器儀表、機(jī)器人等產(chǎn)品都在電力行業(yè)中得到很好的應(yīng)用。

8.人機(jī)界面

發(fā)電站、變電站、直流電源屏是十分重要的設(shè)備,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,搜企網(wǎng),單片機(jī)技術(shù)的日趨完善,電力行業(yè)中對(duì)發(fā)電站、變電站設(shè)備提出了更高精密、更高質(zhì)量的要求,直流電源屏是發(fā)電站、變電站二次設(shè)備中非常重要的設(shè)備,直流電源屏承擔(dān)著向發(fā)電站、變電站提供直流控制保護(hù)電源的作用,同時(shí)提供給高壓開關(guān)及斷路器的操作電源,因此直流電源

屏的可靠性將直接關(guān)系到發(fā)電站的安全運(yùn)行,直流電源屏的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了很長(zhǎng)的時(shí)間,從早期的直流發(fā)電機(jī)、磁飽和直流充電機(jī)到集成電路可控硅控制直流充電機(jī)、單片機(jī)控制可控硅充電機(jī)、高頻開關(guān)電源充電機(jī)等,至目前直流電源屏已很成熟。直流電源屏整流充電部分仍然采用目前國(guó)際最流行的軟開關(guān)技術(shù),將工頻交流經(jīng)過多級(jí)變換,最后形成穩(wěn)定的直流輸出,直流電源屏系統(tǒng)控制的核心部件是V80系列可編程控制器PLC,它將系統(tǒng)采集的輸入輸出模擬量以及開關(guān)量經(jīng)過運(yùn)算處理,最終控制高頻開關(guān)電源模塊使其按電池曲線及有人為設(shè)置的工作要求更可靠地工作。

9.結(jié)束語(yǔ)

電氣自動(dòng)化技術(shù)是當(dāng)今世界最活躍、最充滿生機(jī)、最富有開發(fā)前景的綜合性學(xué)科與眾多高新技術(shù)的合成。其應(yīng)用范圍十分廣泛,幾乎滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門,隨著我國(guó)科技技術(shù)的發(fā)展,電氣自動(dòng)化技術(shù)也隨之提高。

第四篇：電力系統(tǒng)建模仿真作業(yè)

風(fēng)電并網(wǎng)后靜態(tài)電壓穩(wěn)定性分析的建模與仿真

電力系統(tǒng)經(jīng)常采用P-V曲線分析法來分析有關(guān)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的問題,P代表穿越傳輸斷面?zhèn)魉偷墓β驶蛘咭粋€(gè)區(qū)域的總負(fù)荷,V代表代表性節(jié)點(diǎn)或關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的電壓。P-V曲線分析法即是建立一個(gè)區(qū)域負(fù)荷或者傳輸界面潮流和節(jié)點(diǎn)電壓之間的關(guān)系曲線,從電力系統(tǒng)當(dāng)前的穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)開始,通過不斷增加P,使用潮流計(jì)算,描出代表節(jié)點(diǎn)的電壓變化曲線,用P-V曲線的拐點(diǎn)來表示區(qū)域負(fù)荷或者傳輸界面功率的增加導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)臨界電壓崩潰的程度,即系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定極點(diǎn)。

在把P-V曲線法用于研究風(fēng)電的接入對(duì)電壓靜態(tài)穩(wěn)定性的影響時(shí),P代表的是風(fēng)電場(chǎng)輸出的有功功率,V為機(jī)端電壓、風(fēng)電接入點(diǎn)電壓（PCC電壓）等其他需要監(jiān)測(cè)的母線電壓。

實(shí)際上，P-V曲線法是在靜態(tài)情況下,研究風(fēng)速變化導(dǎo)致的風(fēng)電場(chǎng)輸出有功功率的變化對(duì)電網(wǎng)電壓的影響。用風(fēng)電輸出的有功功率引起的電壓水平的變化及當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)到電壓崩潰點(diǎn)的“距離”,反映風(fēng)電接入的電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定裕度。

在求取風(fēng)電接入系統(tǒng)的P-V曲線時(shí) ,除了系統(tǒng)平衡節(jié)點(diǎn)外,一般不考慮網(wǎng)內(nèi)其他常規(guī)機(jī)組的有功功率的變化以及網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷的變化情況。

綜上,電網(wǎng)基于靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的風(fēng)電接納能力,即是以電網(wǎng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性作為約束條件,在保證電網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定的基礎(chǔ)上盡可能多接入風(fēng)電。通常系統(tǒng)靜態(tài)電壓越限臨界點(diǎn)所接入的風(fēng)電容量即為系統(tǒng)可接納的最大風(fēng)電并網(wǎng)容量。

1算例

本文通過IEEE14節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)作為算例，風(fēng)電場(chǎng)通過變壓器和110 kV線路接入IEEEl4節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)的14號(hào)節(jié)點(diǎn)，使用以上算法對(duì)基于靜態(tài)電壓穩(wěn)定性下的一風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)功率極限進(jìn)行計(jì)算。

風(fēng)電場(chǎng)110kv線路IEEE14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)圖2.2 風(fēng)電場(chǎng)接入IEEE14系統(tǒng)圖

圖中變壓器標(biāo)幺變比取1（在實(shí)際運(yùn)行中，可以通過改變變壓器的分接頭來調(diào)控特定節(jié)點(diǎn)的電壓），風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)的線路參數(shù)為12.6+j24.96Ω。本文基于雙饋感應(yīng)風(fēng)機(jī)的風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行電壓靜態(tài)穩(wěn)定約束下接納能力計(jì)算。1.1基于雙饋感應(yīng)風(fēng)機(jī)的風(fēng)電場(chǎng)接納能力計(jì)算 1.1.1Powerworld仿真軟件簡(jiǎn)介

Powerworld是一個(gè)面向?qū)ο蟮碾娏ο到y(tǒng)大型可視化分析和計(jì)算程序,其擁有優(yōu)異的交互性能以及友好的用戶界面。PowerWorld軟件集電力系統(tǒng)潮流計(jì)算、靜態(tài)安全分析、靈敏度分析、經(jīng)濟(jì)調(diào)度EDC/AGC、短路電流計(jì)算、,最優(yōu)潮流OPF、GIS功能、無功優(yōu)化、用戶定制模塊、電壓穩(wěn)定分析PV/QV、ATC計(jì)算、等多種龐大復(fù)雜功能于一體,并使用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大豐富的三維可視化顯示技術(shù)。

1.1.2Powerworld仿真算例

按照前文所介紹的算例，仿真系統(tǒng)單線圖如下圖所示：

圖1.1 Power World下的ieee14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)接線圖

本文在原模型中另加入15號(hào)母線，并在15號(hào)母線上添加了一臺(tái)雙饋式感應(yīng)風(fēng)機(jī)來等值一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)。

本例中雙饋異步電機(jī)風(fēng)電機(jī)組采用恒功率因數(shù)控制方式,且功率因數(shù)cosφ = l，利用Powerworld中P-V曲線繪制功能，不斷增加在15號(hào)母線處的雙饋式感應(yīng)電機(jī)的有功輸出，繪制出風(fēng)電接入處電壓隨風(fēng)機(jī)并網(wǎng)功率變化的P-V曲線圖。如下圖所示：

圖1.2 風(fēng)電接入處P-V曲線圖

大規(guī)模風(fēng)電接入后,電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性降低的原因是風(fēng)機(jī)會(huì)消耗一定的無功功率。由上圖可以看出，當(dāng)風(fēng)電輸出有功功率功率較小時(shí)，風(fēng)電接入地區(qū)的電壓有所上升，這是因?yàn)轱L(fēng)電的接入為接入地區(qū)的電網(wǎng)提供了一定的有功功率，減少了該地區(qū)從主網(wǎng)吸收的功率，使得傳輸線路及變壓器上的無功損耗減小，降低了主網(wǎng)與風(fēng)電接入點(diǎn)的電壓差。

當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)輸出的有功功率進(jìn)一步增加時(shí)，風(fēng)電接入地區(qū)電壓下降，這是因?yàn)楫?dāng)風(fēng)電場(chǎng)輸出較大時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)附近局部電網(wǎng)由受端系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為送端系統(tǒng)。當(dāng)外送的有功出力繼續(xù)增加時(shí)，線路及變壓器上的無功消耗增大，需要從主網(wǎng)吸收大量的無功功率，無功功率的傳輸導(dǎo)致風(fēng)電接入點(diǎn)的電壓與主網(wǎng)的壓差不斷增大，導(dǎo)致接入點(diǎn)電壓水平不斷下降。當(dāng)系統(tǒng)電壓升高或降低超過電力系統(tǒng)的規(guī)程規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就容易導(dǎo)致電壓失穩(wěn)。

此外，風(fēng)電接入前的并網(wǎng)點(diǎn)電壓水平以及風(fēng)電場(chǎng)的功率因數(shù)也是影響電網(wǎng)接納風(fēng)電能力的重要因素。風(fēng)電接入前,并網(wǎng)點(diǎn)的電壓水平由整個(gè)系統(tǒng)決定，當(dāng)并網(wǎng)點(diǎn)的電壓水平很高時(shí)，如果風(fēng)電的接入容量較小，則對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)的電壓的抬升效果可能會(huì)造成電壓越上限。當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行在不同的功率因數(shù)下，即風(fēng)電機(jī)組吸收或發(fā)出無功功率會(huì)抬升或降低并網(wǎng)點(diǎn)及附近母線電壓，可能會(huì)造成電壓越限,使電網(wǎng)失去電壓穩(wěn)定性。由于常規(guī)電機(jī)具有一定的無功調(diào)節(jié)能力，可以在機(jī)組的無功極限內(nèi)通過控制其無功輸出以保證連接節(jié)點(diǎn)的電壓維持穩(wěn)定，所以當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)出力較小時(shí)，與常規(guī)機(jī)組連接的母線電壓變化不大。

但是在風(fēng)電場(chǎng)出力持續(xù)增大的過程中，如果常規(guī)機(jī)組的無功調(diào)節(jié)能力達(dá)到了機(jī)組極限，即發(fā)出的無功功率超過極限值時(shí)，則隨著風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)功率的持續(xù)增加，其輸出無功不會(huì)再改變，以保證風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，因此，母線電壓仍會(huì)下降。如下圖所示：

圖1.3 發(fā)電機(jī)母線的P-V曲線圖

再繪制出其余節(jié)點(diǎn)的P-V曲線圖，如圖1-4和1-5所示：

圖1.4 剩余母線P-V曲線圖

圖1.5 剩余母線P-V曲線圖

繪制出所有母線的P-V曲線圖后，分別觀察其母線電壓是否越限，得到節(jié)點(diǎn)電壓越限時(shí)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的集合，取其最小值即為基于電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性下的風(fēng)電最大并網(wǎng)功率。

第五篇：電力系統(tǒng)仿真模型參數(shù)

實(shí)驗(yàn)一：中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)A相接地故障實(shí)驗(yàn)

利用MATLAB搭建了小電流接地系統(tǒng)模型。線路采用分布參數(shù)模型，其正序參數(shù)為：

R0?0.23?R1?0.17?/km，L1?1.2mH/km，C1?9.697nF/km；零序參數(shù)：/Y/km，L0?5.48mH/km，C0?6nF/km；變壓器連接方式為：?，110KV/35KV；其中線路1所帶負(fù)載為2MVA，線路3所帶負(fù)載為5MVA。供電線路總長(zhǎng)度為100km，若故障發(fā)生在線路的50km處，且在0.02s發(fā)生故障，0.04s恢復(fù)正常運(yùn)行（在故障發(fā)生器中已設(shè)置），由于單相接地故障占到整個(gè)系統(tǒng)故障類型的80%以上，所以，仿真以A相接地故障為例進(jìn)行。仿真模型中系統(tǒng)采樣頻率f?1000KHZ，整個(gè)仿真時(shí)間為0.06s。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：分別做出當(dāng)過渡電阻為5?、50?、500?時(shí)，線路UA、UB、UC以及IA、IB、IC的波形，并分析與所學(xué)單相接地故障時(shí)的邊界條件是否符合。

注意：

1.實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙上的實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)步驟、結(jié)果分析等內(nèi)容都要填寫完整，除實(shí)驗(yàn)結(jié)果（波形）應(yīng)另附外，其他都在實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙上完成。

2.實(shí)驗(yàn)步驟描述模型的搭建過程，以及各個(gè)參數(shù)數(shù)值的大小和設(shè)置過

程。

3.4.結(jié)果分析要詳細(xì)且有說服力。該模型時(shí)在MATLAB7.6（MATLABR2008a）中建立的模型，其它低版本的可能打不開，建議同學(xué)們采用高版本軟件運(yùn)行模型。

實(shí)驗(yàn)二：電力系統(tǒng)潮流分析

采用實(shí)驗(yàn)一的模型，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)二，做出：

阻抗依頻特性波形； 發(fā)揮部分：采用分析FFT變換特性以及潮流分析部分。注意：實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求和實(shí)驗(yàn)一一樣，必須嚴(yán)格給出實(shí)際的仿真步驟以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。