电力系统机电暂态和电磁暂态混合仿真

DIgSILENT/PowerFactory软件简介电力系统电磁机电暂态混合仿真程序DIgSILENT/PowerFactory是德国DIgSILENT GmbH公司开发的电力系统仿真软件，DIgSILENT这一名称来源于数字仿真和电网计算程序（DIg ital SI mu L ation and E lectrical N e T work）。

DIgSILENT/PowerFactory软件包含了几乎常用的所有电力系统分析的功能，如潮流、短路计算、机电暂态及电磁暂态计算、谐波分析、小干扰稳定分析等。

另外一个重要的特点是：把机电暂态分析模型与电磁暂态分析模型结合到一起，这使得其既能对电网的暂态故障进行分析，又能研究长期的电能质量问题及控制方法。

DIgSILENT/PowerFactory提供了全面的电力系统元件的模型库，包括发电机、电动机、控制器、动态负荷、线路、变压器、并联设备的模型，风电机组电气部分的模型如：双馈感应电机、变频器等都包含在已有模型库的标准元件中。

风速、机械传动系统、空气动力学部分及风电机组的控制系统都采用动态仿真语言DSL在软件中搭建。

该软件具有以下特点：数据库概念的数据存储方式，分级的面向对象数据管理器，灵活的项目方案管理系统； 基于Windows标准的操作模式和图模一体化的处理方式；多种参数描述方式；与SCADA/GIS之间接口的数据交换语言（DOLE）；电力电子技术应用；面向连续运行过程的仿真语言DSL和面向程序化过程的编程语言DPL；DIgSILENT/PowerFactory软件能够实现的功能有：1、AC/DC潮流计算分析DIgSILENT/PowerFactory可以描述复杂的单相和三相AC系统及各种交直流混合系统。

潮流求解过程提供了3 种方法以供选择：经典的牛顿—拉夫逊算法、牛顿—拉夫逊电流迭代法和线性方程法（直接将所有模型作线性化处理）。

在进行潮流计算的同时，DIgSILENT/PowerFactory 还有变电站控制、网络控制和变压器分接头调整控制可供选择。

新型电力系统仿真应用软件设计理念与发展路径摘要：总结了新型电力系统新能源发电高渗透、电力电子设备高渗透的特性给电力系统仿真带来的挑战，提出了电力系统仿真应用软件的设计理念，即模型完备、建模准确、计算高效、场景全面、接口开放、服务灵活这6个方面；基于仿真是认识和改造新型电力系统的工具而非目的，以及仿真应适应新型电力系统背景下电力企业数字化转型需求的认知，指出了国产电力系统仿真应用软件的功能定位要从单纯的仿真工具向电力系统仿真应用软件开发平台和运行环境过渡，并提出了一条助力用户业务自动化、平台使用便捷化、应用开发生态化的发展路径。

最后，通过介绍所研发的面向新型电力系统的仿真应用软件开发平台和运行环境——CloudPSS，展示了上述设计理念与发展路径对软件研发和推广的指导作用。

关键词：新型电力系统；电力系统建模；电力系统仿真引言随着电力系统规模的不断发展扩大，人们主要通过仿真实验来获得对系统特性机理真实、完整而深刻的认知。

尤其近十几年以来，随着交直流输电多区域互联、各类电力电子设备的广泛接入，电力系统呈现出多装备动态交互耦合、机-电效应解耦、非惯性响应、随机概率等诸多复杂特性，给电力系统仿真技术提出了更高的要求。

1仿真技术现状和改进方案电力系统时域仿真包括机电暂态仿真、机电-电磁暂态混合仿真和全电磁暂态仿真。

由于电磁暂态仿真能够更详细地刻画基波及更宽范围频率的物理过程，可以更好地适应“双高”特征新型电力系统的分析计算需求，因此逐渐成为电力系统仿真的主要手段。

根据仿真进程与物理过程之间同步与否，可以分为实时仿真和非实时仿真两大模式。

实时仿真主要应用于硬件在环场景；非实时仿真可分为离线仿真（算例与实际运行数据没有交互，例如电网方式计算等）和在线仿真（算例与实际运行数据有交互，例如在线安全校核等）。

实时仿真要求每个步长的计算、通信、延迟时间相加后小于现实时间，并在每个步长结束时进行硬件时钟同步，相比于非实时仿真，在计算效率方面更为严苛，需要额外优化。

浅谈系统仿真的现状和发展一、系统仿真技术发展的现状工程系统仿真作为虚拟设计技术的一部份，与控制仿真、视景仿真、结构和流体计算仿真、多物理场以及虚拟布置和装配维修等技术一起，在贯通产品的设计、创造和运行维护改进乃至退役的全寿命周期技术活动中，发挥着重要的作用，同时也在满足越来越高和越来越复杂的要求。

因此，工程系统仿真技术也就迅速地发展到了协同仿真阶段。

其主要特征表现为：1、控制器和被控对象的联合仿真： MATLAB＋AMESIM，可以覆盖整个自动控制系统的全部要求。

2、被控对象的多学科、跨专业的联合仿真： AMESIM＋机构动力学＋CFD＋THERMAL＋电磁分析3、实时仿真技术实时仿真技术是由仿真软件与仿真机等半实物仿真系统联合实现的，通过物理系统的实时模型来测试成型或者硬件控制器。

4、集成进设计平台现代研发创造单位，特别是设计研发和创造一体化的大型单位，引进PDM/PLM 系统已经成为信息化建设的潮流。

在复杂的数据管理流程中，系统仿真作为 CAE 工作的一部份，被要求嵌入流程，与上下游工具配合。

5、超越仿真技术本身工程师不必是精通数值算法和仿真技术的专家，而只需要关注自己的专业对象，其他大量的模型建立、算法选择和数据先后处理等工作都交给软件自动完成。

这一技术特点极大地提高了仿真的效率，降低了系统仿真技术的应用门坎，避免了因为不了解算法造成的仿真失败。

6、构建虚拟产品在通过建立虚拟产品进行开辟和优化过程中，关注以各种特征值为代表的系统性能，实现多方案的快速比较。

二、系统仿真技术的发展趋势1、屏弃单专业的仿真单一专业仿真将退出系统设计的领域，专注于单一专业技术的深入发展。

作为总体优化的系统级设计分析工具，必要条件之一是跨专业多学科协同仿真。

2、尾随计算技术的发展随着计算技术在软硬件方面的发展，大型工程软件系统开始有减少模型的简化、减少模型解藕的趋势，力争从模型和算法上保证仿真的准确性。

更强更优化的算法，配合专业的库，将提供大型工程对象的系统整体仿真的可能性。

机电-电磁暂态混合仿真复合非对称故障计算方法杨洋;肖湘宁;甄晓晨【摘要】为了提高机电-电磁暂态混合仿真对机电侧非对称故障的处理能力,进一步提升混合仿真对各类工况的适应性,本文提出了一种同时考虑机电侧非对称故障和电磁侧非对称故障的计算方法.首先提出了一种机电侧发生非对称故障后的机电侧故障仿真方法,该方法根据非对称故障的类型获取故障电路导纳矩阵,继而通过修改与故障节点相关的导纳元素,将故障电路导纳矩阵的叠加到原导纳矩阵中获得故障后的导纳矩阵,并通过求解网络方程获得故障后的网络解.然后根据线性电路叠加定理,提出了接口节点戴维南等值电势的计算方法.为减少电磁侧的建模量,采用接口正序等值导纳进行戴维南电势向诺顿等值电流的转化.最后结合含有一回直流线路的IEEE39节点系统的基于PSCAD+C架构的机电-电磁暂态混合仿真平台,验证了所提方法的精度和有效性.%To improve the processing ability of asymmetrical eletromechanical side fault as well as the flexibility of electromechanical and electromagnetic transient hybrid simulation, a calculation method of complex asymmetrical fault in the electromechanical and electromagnetic side at the same time is proposed.This method obtains the fault circuit admittance matrix according to the type of asymmetric fault.By modifying the admittance element associated with the faulty node, the fault circuit admittance matrix is superimposed on the normal admittance matrix to obtain the admittance matrix after fault.The network solution is finally achieved by solving the network equation after fault.Based on the linear circuit superposition theorem, the Thevenin equivalent voltage of the interface node is calculated.To reduce the modeling scale of theelectromagnetic side, positive sequence equivalent conductance of the interface is used for the conversion of the Thevenin equivalent voltage into Norton equivalent current.At last, through the electromechanical and electromagnetic transient hybrid simulation platform of a IEEE 39 system containing a HVDC line based on PSCAD+C frame, the simulation accuracy and effectiveness of the method is validated.【期刊名称】《江苏电机工程》【年(卷),期】2017(036)002【总页数】7页(P14-20)【关键词】机电-电磁;混合仿真;非对称故障;计算方法;精度【作者】杨洋;肖湘宁;甄晓晨【作者单位】新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学),北京 102206;新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学),北京 102206;国网石家庄供电公司,河北石家庄 050000【正文语种】中文【中图分类】TM73近年来随着我国直流工程陆续投运，多直流、多落点、强耦合的交直流输电格局已经形成［1－4］。

电力系统机电暂态—电磁暂态混合仿真的研究作者：张兴然来源：《科技视界》2015年第18期【摘要】随着电网规模的日趋扩大，传统的机电暂态或者电磁暂态仿真软件在分析电网的运行特性时，已开始显露出各自的局限性。

将两者联合起来进行混合仿真，可以较好的解决仿真的规模、速度和精度的协调问题。

在分析机电暂态和电磁暂态各自的特点的基础上，文中介绍了两者接口的原理和所涉及的问题。

最后，对现有的三种混合仿真的接口时序方法进行了对比分析。

【关键词】机电暂态；电磁暂态；混合仿真；接口时序0 引言电力系统发生故障或操作后，将产生复杂的电磁暂态过程和机电暂态过程，两者同时发生并相互影响。

由于这两个暂态过程的变化速度相差很大，通常近似地对它们分别进行仿真。

随着电力电子设备和高压直流输电技术的广泛使用，机电暂态过程仿真中使用这些设备的准稳态模型或简化模型，会导致仿真结果存在较大误差；另一方面，虽然电磁暂态仿真能够准确表达电力电子设备模型，由于受模型与算法的限制，其仿真规模不大，难以适应于现代大电力系统。

现有的机电暂态和电磁暂态分析软件在对系统进行分析时，已经难以满足需要，电力系统的快速发展对仿真技术也提出了新的要求和挑战[1-3]。

电力系统电磁暂态与机电暂态混合仿真是指，在一次仿真过程中将计算对象的电网拓扑按照需要分割成电磁暂态计算网络和机电暂态计算网络分别实施计算，通过电路连接界面即接口上的数据交换实现一体化仿真进程。

电力系统混合仿真技术将电磁暂态仿真和机电暂态仿真技术很好的结合起来，弥补了二者单独进行暂态仿真的不足。

电磁暂态过程与机电暂态过程的混合仿真可兼得各自的优点。

混合仿真的关键在于两仿真程序之间的接口问题，接口时序设计尤为重要[4]。

本文首先介绍了，电磁暂态仿真和机电暂态仿真的特点；在比较二者特点的基础上，阐述了把两者进行接口的原理和接口时所遇到的问题；最后重点介绍了，现有的三种混合仿真中数据接口时序的设计，并对各自的优缺点进行了分析。

电力系统分析软件介绍1 EMTDC/PSCADEMTDC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，一般直接将其称为PSCAD。

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。

PSCAD/EMTDC基于dommel电磁暂态计算理论，适用于电力系统电磁暂态仿真。

EMTDC（Electro Magnetic Transient in DC System）即可以研究交直流电力系统问题，又能完成电力电子仿真及其非线性控制的多功能工具。

PSCAD由Manitoba HVDC research center开发。

2 PSAPACPSAPAC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。

其包含多个模块，其中部分模块可以单独使用。

模块和功能如下：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（V oltage 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。