電力系統機電波傳播與控制研究

李亞南

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

關鍵詞：電力系統；數字仿真技術；發展趨勢

電力系統仿真是根據原始電力系統建立模型，利用模型進行計算和試驗，研究電力系統在規定時間內的工作行為和特征。電力系統仿真在電力系統的規劃、設計、建設、運行中發揮著重要作用。電力系統仿真可以分為物理仿真和數字仿真兩類，其中數字仿真是建立電力系統物理過程的數學模型，基于計算機技術和數值計算技術求解數學模型，實現對電力系統的模擬。

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）專為輸電系統分析而設計的綜合仿真軟件包。PSS/E為用戶提供潮流、短路電流、動態仿真、事故分析、最優潮流、線性網絡、可靠性評估和小信號分析等功能。PSS/E是國際上應用最廣泛的電力系統分析軟件之一，該軟件以IEEE標準建立各種元件數學模型，模型通用性好，而且支持超過50000條母線的計算規模，利于超大規模電網計算。

2.2 PSASP

電力系統分析綜合程序PSASP是中國電力科學研究院自主開發的電力系統仿真分析軟件包，包括潮流、暫態穩定、短路電流、小干擾穩定、靜態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、供用電等各種規模電力系統的仿真分析。PSASP軟件架構見圖1。

圖1PSASP軟件架構

PSASP是國內應用最廣泛的電力系統分析軟件之一，有近40年的研發和應用歷程，目前已有600余家用戶。PSASP是完全自主研發的軟件包，因此對國內各種電力設備模型支持較好，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的電磁暫態仿真程序，PSCAD（PowerSystem ComputerAi-de Design）是EMTDC的人機界面。PSCAD/EMTDC能夠對包含復雜元件（如頻率相關線路、直流輸電設備等）的電力系統進行全三相的精確模擬，可用于研究高壓絕緣配合、HVDC或FACTS結構和控制、電機扭矩效應和自勵磁現象、新能源并網控制等電磁暫態問題。PSCAD/EMTDC擁有完整準確的元件模型庫、穩定高效的計算內核和良好的開放性，其仿真結果在業內被廣泛認可，在中國是使用最廣泛的電磁暫態仿真程序。

1.4 RTDS

RTDS（Real Time DigitalSimulator）是加拿大RTDS公司開發的實時數字仿真系統，采用多處理器的并行計算技術實現對電磁暫態過程的實時仿真，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系統具有模擬量輸入輸出、開關量輸入輸出等接口，可以與外部實際物理裝置連接進行閉環仿真。基于RTDS系統可以實現對電力系統的實時仿真、以及對控制保護裝置的閉環試驗，是世界上應用最廣泛的實時數字仿真系統，國內也有大量的RTDS應用。

2、電力系統數字仿真技術的發展趨勢

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

3、結束語

綜上所述，正確選擇適合電力系統的數學模型和參數是電力系統數字仿真的基礎，但是，需要指出的是，就目前的數字仿真技術水平而言，以及加上大量的電力系統工程研究以及事故仿真，均表明數學模型與參數對電力系統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.電力系統數字仿真技術及應用進展.湖北電力，2016.8，33（4）：23-26.

[2]于躍海，實時仿真技術及應用交流材料.國網電力科學研究院，2016.11.

（作者單位：山東公信安全科技有限公司）