电力系统机电波传播与控制研究

李亚南

摘要：当前，随着特高压交直流工程不断深入推进，电网涌现了大量采用新原理、新技术的继电保护装置、新型直流控制和FACTS等装置、使系统的安全稳定控制变得十分复杂。电力系统直接关系着国计民生，其发展已受到越来越多的人的关注和重视。同时，世界各国的电力系统其发展也越来越庞大，电力系统的运行也越来越复杂。为此，本文论述了目前电力系统数字仿真软件及其系统的现状和发展趋势，为我国电力系统数字仿真技术的进一步发展和完善提供一定的帮助。

关键词：电力系统；数字仿真技术；发展趋势

电力系统仿真是根据原始电力系统建立模型，利用模型进行计算和试验，研究电力系统在规定时间内的工作行为和特征。电力系统仿真在电力系统的规划、设计、建设、运行中发挥着重要作用。电力系统仿真可以分为物理仿真和数字仿真两类，其中数字仿真是建立电力系统物理过程的数学模型，基于计算机技术和数值计算技术求解数学模型，实现对电力系统的模拟。

1、常用仿真软件分析

1.1 PSS/E

PSS/E是PTI公司（PowerTechnologiesInc.，美国电力软件公司）专为输电系统分析而设计的综合仿真软件包。PSS/E为用户提供潮流、短路电流、动态仿真、事故分析、最优潮流、线性网络、可靠性评估和小信号分析等功能。PSS/E是国际上应用最广泛的电力系统分析软件之一，该软件以IEEE标准建立各种元件数学模型，模型通用性好，而且支持超过50000条母线的计算规模，利于超大规模电网计算。

2.2 PSASP

电力系统分析综合程序PSASP是中国电力科学研究院自主开发的电力系统仿真分析软件包，包括潮流、暂态稳定、短路电流、小干扰稳定、静态安全分析等十余个功能模块，而且具备用户自定义模型（UD）和用户程序接口（UPI）功能，能够用于输配电、供用电等各种规模电力系统的仿真分析。PSASP软件架构见图1。

图1PSASP软件架构

PSASP是国内应用最广泛的电力系统分析软件之一，有近40年的研发和应用历程，目前已有600余家用户。PSASP是完全自主研发的软件包，因此对国内各种电力设备模型支持较好，用户使用方便。

1.3PSCAD/EMTDC

EMTDC（Electromagnetic Transient Control System）是加拿大曼尼托巴水电局开发的电磁暂态仿真程序，PSCAD（PowerSystem ComputerAi-de Design）是EMTDC的人机界面。PSCAD/EMTDC能够对包含复杂元件（如频率相关线路、直流输电设备等）的电力系统进行全三相的精确模拟，可用于研究高压绝缘配合、HVDC或FACTS结构和控制、电机扭矩效应和自励磁现象、新能源并网控制等电磁暂态问题。PSCAD/EMTDC拥有完整准确的元件模型库、稳定高效的计算内核和良好的开放性，其仿真结果在业内被广泛认可，在中国是使用最广泛的电磁暂态仿真程序。

1.4 RTDS

RTDS（Real Time DigitalSimulator）是加拿大RTDS公司开发的实时数字仿真系统，采用多处理器的并行计算技术实现对电磁暂态过程的实时仿真，其算法原理与PSCAD/EMTDC相同，是PSCAD/EMTDC的实时化。RTDS并行计算原理见图2。

图2RTDS并行计算原理

RTDS系统具有模拟量输入输出、开关量输入输出等接口，可以与外部实际物理装置连接进行闭环仿真。基于RTDS系统可以实现对电力系统的实时仿真、以及对控制保护装置的闭环试验，是世界上应用最广泛的实时数字仿真系统，国内也有大量的RTDS应用。

2、电力系统数字仿真技术的发展趋势

电力系统数字仿真技术的发展直接关系着国计民生，因此，我们必须要高度关注和重视其发展。就目前来看，电力系统数字仿真技术有以下三方面的发展趋势：电力系统电磁暂态与机电暂态的混合仿真、电力系统全过程动态仿真以及电力系统大规模实时仿真系统。（1）电力系统电磁暂态与机电暂态的混合仿真。目前，对于相互独立的电力系统电磁暂态数字仿真程序以及机电暂态数字仿真程序来说，已经很难适应现代形势下电力系统对仿真的高要求。因此，开发电力系统电磁暂态与机电暂态的混合仿真是很有必要的。该混合仿真的发展趋势有两种：一是由较为成熟的电磁暂态程序朝着机电暂态的方向发展，从而克服电磁暂态程序仿真規模较小的缺陷，最终使其既具有电磁暂态程序功能，同时又具备机电暂态过程的数学模型以及仿真能力；二是由较为成熟的机电暂态程序朝着电磁暂态的方向发展。该发展趋势的主要思路是：在机电暂态的程序中，为了提高机电暂态程序的仿真精度，需要对一些电力电子等的元件进行相关的电磁暂态模拟。（2）电力系统全过程动态仿真。电力系统全过程动态仿真能够解决远距离输电容量增加、输电网络重载等的问题，它能确保电力暂态稳定以及电力系统在暂态稳定后的长距离动态稳定性。（3）电力系统大规模实时仿真系统。随着科技的快速发展，有必要发展数字式或者数模混合式的电力系统实时数字仿真装置。因为目前的电力系统实时仿真装置其仿真规模并不是很大，随着计算机及半导体等核心技术的快速发展，有必要发展大规模的电力系统实时仿真装置。

3、结束语

综上所述，正确选择适合电力系统的数学模型和参数是电力系统数字仿真的基础，但是，需要指出的是，就目前的数字仿真技术水平而言，以及加上大量的电力系统工程研究以及事故仿真，均表明数学模型与参数对电力系统的仿真精度以及可信度有着重大的影响。

参考文献：

[1]郝晓平.电力系统数字仿真技术及应用进展.湖北电力，2016.8，33（4）：23-26.

[2]于跃海，实时仿真技术及应用交流材料.国网电力科学研究院，2016.11.

（作者单位：山东公信安全科技有限公司）