電力系統(tǒng)機電波傳播與控制研究

李亞南

摘要：當(dāng)前，隨著特高壓交直流工程不斷深入推進，電網(wǎng)涌現(xiàn)了大量采用新原理、新技術(shù)的繼電保護裝置、新型直流控制和FACTS等裝置、使系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制變得十分復(fù)雜。電力系統(tǒng)直接關(guān)系著國計民生，其發(fā)展已受到越來越多的人的關(guān)注和重視。同時，世界各國的電力系統(tǒng)其發(fā)展也越來越龐大，電力系統(tǒng)的運行也越來越復(fù)雜。為此，本文論述了目前電力系統(tǒng)數(shù)字仿真軟件及其系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，為我國電力系統(tǒng)數(shù)字仿真技術(shù)的進一步發(fā)展和完善提供一定的幫助。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；數(shù)字仿真技術(shù)；發(fā)展趨勢

電力系統(tǒng)仿真是根據(jù)原始電力系統(tǒng)建立模型，利用模型進行計算和試驗，研究電力系統(tǒng)在規(guī)定時間內(nèi)的工作行為和特征。電力系統(tǒng)仿真在電力系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、運行中發(fā)揮著重要作用。電力系統(tǒng)仿真可以分為物理仿真和數(shù)字仿真兩類，其中數(shù)字仿真是建立電力系統(tǒng)物理過程的數(shù)學(xué)模型，基于計算機技術(shù)和數(shù)值計算技術(shù)求解數(shù)學(xué)模型，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的模擬。

1、常用仿真軟件分析

1.1 PSS/E

PSS/E是PTI公司（PowerTechnologiesInc.，美國電力軟件公司）專為輸電系統(tǒng)分析而設(shè)計的綜合仿真軟件包。PSS/E為用戶提供潮流、短路電流、動態(tài)仿真、事故分析、最優(yōu)潮流、線性網(wǎng)絡(luò)、可靠性評估和小信號分析等功能。PSS/E是國際上應(yīng)用最廣泛的電力系統(tǒng)分析軟件之一，該軟件以IEEE標(biāo)準(zhǔn)建立各種元件數(shù)學(xué)模型，模型通用性好，而且支持超過50000條母線的計算規(guī)模，利于超大規(guī)模電網(wǎng)計算。

2.2 PSASP

電力系統(tǒng)分析綜合程序PSASP是中國電力科學(xué)研究院自主開發(fā)的電力系統(tǒng)仿真分析軟件包，包括潮流、暫態(tài)穩(wěn)定、短路電流、小干擾穩(wěn)定、靜態(tài)安全分析等十余個功能模塊，而且具備用戶自定義模型（UD）和用戶程序接口（UPI）功能，能夠用于輸配電、供用電等各種規(guī)模電力系統(tǒng)的仿真分析。PSASP軟件架構(gòu)見圖1。

圖1PSASP軟件架構(gòu)

PSASP是國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的電力系統(tǒng)分析軟件之一，有近40年的研發(fā)和應(yīng)用歷程，目前已有600余家用戶。PSASP是完全自主研發(fā)的軟件包，因此對國內(nèi)各種電力設(shè)備模型支持較好，用戶使用方便。

1.3PSCAD/EMTDC

EMTDC（Electromagnetic Transient Control System）是加拿大曼尼托巴水電局開發(fā)的電磁暫態(tài)仿真程序，PSCAD（PowerSystem ComputerAi-de Design）是EMTDC的人機界面。PSCAD/EMTDC能夠?qū)Π瑥?fù)雜元件（如頻率相關(guān)線路、直流輸電設(shè)備等）的電力系統(tǒng)進行全三相的精確模擬，可用于研究高壓絕緣配合、HVDC或FACTS結(jié)構(gòu)和控制、電機扭矩效應(yīng)和自勵磁現(xiàn)象、新能源并網(wǎng)控制等電磁暫態(tài)問題。PSCAD/EMTDC擁有完整準(zhǔn)確的元件模型庫、穩(wěn)定高效的計算內(nèi)核和良好的開放性，其仿真結(jié)果在業(yè)內(nèi)被廣泛認(rèn)可，在中國是使用最廣泛的電磁暫態(tài)仿真程序。

1.4 RTDS

RTDS（Real Time DigitalSimulator）是加拿大RTDS公司開發(fā)的實時數(shù)字仿真系統(tǒng)，采用多處理器的并行計算技術(shù)實現(xiàn)對電磁暫態(tài)過程的實時仿真，其算法原理與PSCAD/EMTDC相同，是PSCAD/EMTDC的實時化。RTDS并行計算原理見圖2。

圖2RTDS并行計算原理

RTDS系統(tǒng)具有模擬量輸入輸出、開關(guān)量輸入輸出等接口，可以與外部實際物理裝置連接進行閉環(huán)仿真?；赗TDS系統(tǒng)可以實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的實時仿真、以及對控制保護裝置的閉環(huán)試驗，是世界上應(yīng)用最廣泛的實時數(shù)字仿真系統(tǒng)，國內(nèi)也有大量的RTDS應(yīng)用。

2、電力系統(tǒng)數(shù)字仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢

電力系統(tǒng)數(shù)字仿真技術(shù)的發(fā)展直接關(guān)系著國計民生，因此，我們必須要高度關(guān)注和重視其發(fā)展。就目前來看，電力系統(tǒng)數(shù)字仿真技術(shù)有以下三方面的發(fā)展趨勢：電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)與機電暫態(tài)的混合仿真、電力系統(tǒng)全過程動態(tài)仿真以及電力系統(tǒng)大規(guī)模實時仿真系統(tǒng)。（1）電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)與機電暫態(tài)的混合仿真。目前，對于相互獨立的電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)數(shù)字仿真程序以及機電暫態(tài)數(shù)字仿真程序來說，已經(jīng)很難適應(yīng)現(xiàn)代形勢下電力系統(tǒng)對仿真的高要求。因此，開發(fā)電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)與機電暫態(tài)的混合仿真是很有必要的。該混合仿真的發(fā)展趨勢有兩種：一是由較為成熟的電磁暫態(tài)程序朝著機電暫態(tài)的方向發(fā)展，從而克服電磁暫態(tài)程序仿真規(guī)模較小的缺陷，最終使其既具有電磁暫態(tài)程序功能，同時又具備機電暫態(tài)過程的數(shù)學(xué)模型以及仿真能力；二是由較為成熟的機電暫態(tài)程序朝著電磁暫態(tài)的方向發(fā)展。該發(fā)展趨勢的主要思路是：在機電暫態(tài)的程序中，為了提高機電暫態(tài)程序的仿真精度，需要對一些電力電子等的元件進行相關(guān)的電磁暫態(tài)模擬。（2）電力系統(tǒng)全過程動態(tài)仿真。電力系統(tǒng)全過程動態(tài)仿真能夠解決遠(yuǎn)距離輸電容量增加、輸電網(wǎng)絡(luò)重載等的問題，它能確保電力暫態(tài)穩(wěn)定以及電力系統(tǒng)在暫態(tài)穩(wěn)定后的長距離動態(tài)穩(wěn)定性。（3）電力系統(tǒng)大規(guī)模實時仿真系統(tǒng)。隨著科技的快速發(fā)展，有必要發(fā)展數(shù)字式或者數(shù)模混合式的電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真裝置。因為目前的電力系統(tǒng)實時仿真裝置其仿真規(guī)模并不是很大，隨著計算機及半導(dǎo)體等核心技術(shù)的快速發(fā)展，有必要發(fā)展大規(guī)模的電力系統(tǒng)實時仿真裝置。

3、結(jié)束語

綜上所述，正確選擇適合電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和參數(shù)是電力系統(tǒng)數(shù)字仿真的基礎(chǔ)，但是，需要指出的是，就目前的數(shù)字仿真技術(shù)水平而言，以及加上大量的電力系統(tǒng)工程研究以及事故仿真，均表明數(shù)學(xué)模型與參數(shù)對電力系統(tǒng)的仿真精度以及可信度有著重大的影響。

參考文獻：

[1]郝曉平.電力系統(tǒng)數(shù)字仿真技術(shù)及應(yīng)用進展.湖北電力，2016.8，33（4）：23-26.

[2]于躍海，實時仿真技術(shù)及應(yīng)用交流材料.國網(wǎng)電力科學(xué)研究院，2016.11.

（作者單位：山東公信安全科技有限公司）