電力系統(tǒng)仿真軟件簡介
一、PSAPAC
簡介: 由美國EPRI開發(fā)，是一個全面分析電力系統(tǒng)靜態(tài)和動態(tài)性能的軟件工具。
功能：DYNRED（Dynamic Reduction Program）：網(wǎng)絡化簡與系統(tǒng)的動態(tài)等值，保留需要的節(jié)點。
LOADSYN（Load Synthesis Program）：模擬靜態(tài)負荷模型和動態(tài)負荷模型。
IPFLOW（Interactive Power Flow Program）：采用快速分解法和牛頓－拉夫遜法相結(jié)合的潮流分析方法，由電壓穩(wěn)態(tài)分析工具和不同負荷、事故及發(fā)電調(diào)度的潮流條件構(gòu)成。
TLIM（Transfer Limit Program）：快速計算電力潮流和各種負荷、事故及發(fā)電調(diào)度的輸電線的傳輸極限。
DIRECT：直接法穩(wěn)定分析軟件彌補了傳統(tǒng)時域仿真工作量大、費時的缺陷，并且提供了計算穩(wěn)定裕度的方法，增強了時域仿真的能力。
LTSP（Long Term Stability Program）：LTSP是時域仿真程序，用來模擬大型電力系統(tǒng)受到擾動后的長期動態(tài)過程。為了保證仿真的*性，提供了詳細的模型和方法。
VSTAB（Voltage Stability Program）：該程序用來評價大型復雜電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，給出接近于電壓不穩(wěn)定的信息和不穩(wěn)定機理。為了估計電壓不穩(wěn)定狀態(tài)，使用了一種增強的潮流程序，提供了一種接近不穩(wěn)定的模式分析方法。
ETMSP（Extended Transient midterm Stability Program）： EPRI為分析大型電力系統(tǒng)暫態(tài)和中期穩(wěn)定性而開發(fā)的一種時域仿真程序。為了滿足大型電力系統(tǒng)的仿真，程序采用了稀疏技術(shù)，解網(wǎng)絡方程時為得到zui合適的排序采用了網(wǎng)絡拓撲關(guān)系并采用了顯式積分和隱式積分等數(shù)值積分法。
SSSP（Small－signal Stability Program）：該程序有助于局部電廠模式振蕩和站間模式振蕩的分析，由多區(qū)域小信號穩(wěn)定程序（MASS）及大型系統(tǒng)特征值分析程序（PEALS）兩個子程序組成。MASS程序采用了QR變換法計算矩陣的所有特征值，由于系統(tǒng)的所有模式都計算，它對控制的設計和協(xié)調(diào)是理想的工具；PEALS使用了兩種技術(shù)：AESOPS算法和改進Arnoldi方法，這兩種算法、可靠，而且在滿足大型復雜電力系統(tǒng)的小信號穩(wěn)定性分析的要求上互為補充。

二、EMTP/ATP
簡介: EMTP是加拿大H.W.Dommel教授*的電磁暫態(tài)分析軟件,它具有分析功能多、元件模型全和運算結(jié)果*等優(yōu)點,對于電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)都可做仿真分析，它的典型應用是預測電力系統(tǒng)在某個擾動（如開關(guān)投切或故障）之后感興趣的變量隨時間變化的規(guī)律，將EMTP的穩(wěn)態(tài)分析和暫態(tài)分析相結(jié)合，可以作為電力系統(tǒng)諧波分析的有力工具。
ATP（The alternative Transients Program）是EMTP的免費獨立版本，是目前世界上電磁暫態(tài)分析程序zui廣泛使用的一個版本, 它可以模擬復雜網(wǎng)絡和任意結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)，數(shù)學模型廣泛，除用于暫態(tài)計算，還有許多其它重要的特性。 ATP程序正式誕生于1984年，由Drs. W. Scott Meyer 和Tsu-huei Liu,所組成的世界各地的用戶組不斷地發(fā)展。
ATP還配備有比TACS更靈活、功能更強的通用描述語言MODELS及圖形輸入程序ATPDraw。
功能：
雷電過電壓研究
操作過電壓和故障
系統(tǒng)過電壓研究
接地等現(xiàn)象的快速暫態(tài)分析
設備建模
電機啟動過程動態(tài)仿真
軸系扭振分析
變壓器及并聯(lián)電抗器/電容器的開斷
鐵磁共振現(xiàn)象的研究
電力電子設備的研究
斷路器電弧、沖擊電流
FACTS 設備： STATCOM, SVC, UPFC, TCSC模型
諧波分析與網(wǎng)絡共振現(xiàn)象
保護設備的實驗

三、PSCAD/EMTDC
Dennis Woodford博士于1976年在加拿大曼尼托巴水電局開發(fā)完成了EMTDC的初版，是一種世 界各國廣泛使用的電力系統(tǒng)仿真軟件， PSCAD是其用戶界面，PSCAD的開發(fā)成功，使得用戶能更方便地使用EMTDC進行電力系統(tǒng)分析，使電力系統(tǒng)復雜部分可視化成為可能，而且軟件可以作為實時數(shù)字仿真器的前置端。可模擬任意大小的交直流系統(tǒng)。操作環(huán)境為：UNIX OS, Windows95, 98,NT；Fortran 編輯器；瀏覽器和TCP/IP協(xié)議。
功能：
·可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中斷路器操作、故障及雷擊時出現(xiàn)的過電壓
· 可對包含復雜非線性元件（如直流輸電設備）的大型電力系統(tǒng)進行全三相的*模擬，其輸入、輸出界面非常直觀、方便
· 進行電力系統(tǒng)時域或頻域計算仿真
· 電力系統(tǒng)諧波分析及電力電子領(lǐng)域的仿真計算
· 實現(xiàn)高壓直流輸電、FACTS控制器的設計

四、電力系統(tǒng)分析軟件BPA
中國版的BPA程序是由中國電力科學院引進、消化、吸收美國BPA程序開發(fā)而成。從1984年開始在我國推廣應用以來，已在我國電力系統(tǒng)規(guī)劃部門、調(diào)度運行部門、試驗研究部門得到了廣泛的應用，成為我國電力系統(tǒng)分析計算的重要工具之一。程序中包括詳細的發(fā)電機模型和各種勵磁模型，主要由潮流和暫態(tài)穩(wěn)定程序構(gòu)成，具有計算規(guī)模大、計算速度快、數(shù)值穩(wěn)定性好、功能強等特點。操作系統(tǒng)為DOS及Windows 9X/NT/2000版。
功能：
· 潮流計算：采用P-Q分解法和牛頓－拉夫遜法相結(jié)合，以提高潮流計算的收斂性能，可進行交流系統(tǒng)潮流計算，也可進行包括雙端和多端直流系統(tǒng)的交直流混合潮流計算
· 自動電壓控制：可對多種類型的發(fā)電機節(jié)點電壓進行控制，具有自動投切電抗器和電容器電壓控制、自動調(diào)節(jié)帶負荷調(diào)節(jié)變壓器分接頭電壓控制功能。
· 聯(lián)絡線功率控制：通過自動發(fā)電控制（AGC）功能，自動控制聯(lián)絡線的功率交換為給定值
· 系統(tǒng)事故分析（N-1開斷模擬）：用斷線補償法快速檢查制定系統(tǒng)中的每個元件故障
后的系統(tǒng)運行狀態(tài)，找出系統(tǒng)運行的薄弱環(huán)節(jié)，為電網(wǎng)運行、規(guī)劃提供依據(jù)
· 網(wǎng)絡等值：可采用REI法，對區(qū)域進行靜態(tài)等值，能保證等值網(wǎng)潮流結(jié)果與原始網(wǎng)一致
· 靈敏度分析：能夠按的擾動量，給出功角、電壓靈敏度以及線路功率、線路損耗、網(wǎng)損等靈敏度分析報告
· 節(jié)點P-V、Q-V和P-Q曲線：在系統(tǒng)施加一定的電壓、無功或有功擾動后，程序可自動給出P-V、Q-V和P-Q變化模擬曲線
· 確定系統(tǒng)極限輸送水平：可方便地使系統(tǒng)發(fā)電機出力和負荷成比例地增加或減少，以預測網(wǎng)絡對負荷的適應能力
· 負荷靜特性模型：可以模擬由恒定功率、恒定電流和恒定阻抗構(gòu)成的靜態(tài)綜合負荷模型，用來模擬電壓變化對負荷的影響
· 分析報告靈活、檢錯信息詳細：用戶可自定義分析報告，程序提供900多種檢錯信息，便于用戶根據(jù)檢錯信息發(fā)現(xiàn)和校正錯。

五、電力系統(tǒng)分析軟件NETOMAC
簡介: 德國西門子公司在上個世紀70年代開發(fā)的電力系統(tǒng)分析軟件，經(jīng)過多年的發(fā)展，該軟件不斷完善，功能日益強大，具有良好的開放性，可嵌入用戶自行編制的 FORTRAN語言子程序、數(shù)學表達式等，用戶遍及世界各地。該軟件元件模型全，仿真頻帶寬，運行與Windows環(huán)境下。
功能：
· 潮流計算：可進行單相、三相潮流計算，計算時可以考慮負荷電壓特性、變壓器分接頭、HVDC及SVC；也可進行電感、電容耦合的多相線路潮流計算，得到分布式多相線路上的電壓隨距離的變化曲線
· 暫態(tài)計算：分為電磁暫態(tài)計算和機電暫態(tài)計算。電磁暫態(tài)部分采用差分導納法、變積分步長等方法和技巧有效地處理了開關(guān)操作產(chǎn)生間斷點、非線性連接等問題；機電暫態(tài)部分可用自定義地負荷模型考慮頻率、電壓特性，自定義的繼電保護斷開線路仿真。在暫態(tài)計算中不同的時段可采用不同的數(shù)學模型，可變積分步長
· 參數(shù)辨識和優(yōu)化：在頻域或時域內(nèi)使用Quas－Newton，Modified Powell或zui小二乘法進行辨識；能在等式、不等式約束條件下對用戶自定義的目標函數(shù)進行優(yōu)化；能對發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)器的參數(shù)進行優(yōu)化甚至可以解決一些較難優(yōu)化的數(shù)學問題
· 頻率響應：計算網(wǎng)絡和電機的頻率特性以便于為發(fā)電機勵磁等的參數(shù)設計提供依據(jù)、計算無源網(wǎng)絡的諧波分布、分析網(wǎng)絡中出現(xiàn)的周期性干擾、研究與頻率和電壓有關(guān)的負荷的影響等
· 動態(tài)穩(wěn)定性分析：應用收斂性較好的QR算法求出全部特征值，來判斷系統(tǒng)在小擾動下的動態(tài)穩(wěn)定性；若考慮發(fā)電機軸系方程后，也可進行次同步振蕩的研究
· 面向模塊的仿真語言：采用模塊化語言來模擬發(fā)電機勵磁，原動機調(diào)速器、汽輪機等。具有80多種模塊，其中有積分、慣性等基本積分環(huán)節(jié)，也有較大的組合模塊
韓禎祥.張琦.徐政.一個大型集成化的電力系統(tǒng)仿真計算軟件――NETOMAC，電力系統(tǒng)自動化，1997.9

六、PSASP
《電力系統(tǒng)分析綜合程序》（Power System Analysis Software Package,PSASP）是一套歷史長久、功能強大、使用方便的電力系統(tǒng)分析程序,它具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)，是資源共享，使用方便，高度集成和開放的大型軟件包
PSASP是電力系統(tǒng)規(guī)劃設計人員確定經(jīng)濟合理、技術(shù)可行的規(guī)劃設計方案的重要工具；是運行調(diào)度人員確定系統(tǒng)運行方式、分析系統(tǒng)事故、尋求反事故措施的有效手段；是科研人員研究新設備、新元件投入系統(tǒng)等新問題的得力助手；是高等院校用于教學和研究的軟件設施。
PSASP基于電網(wǎng)基礎數(shù)據(jù)庫、固定模型庫以及用戶自定義模型庫的支持，可進行電力系統(tǒng)（輸電、供電和配電系統(tǒng)）的各種計算分析。
計算程序模塊
潮流
暫態(tài)穩(wěn)定
短路電流
網(wǎng)損分析
電壓穩(wěn)定
靜態(tài)安全分析
靜態(tài)和動態(tài)等值
直接法暫態(tài)穩(wěn)定
小干擾穩(wěn)定
*潮流和無功優(yōu)化
參數(shù)優(yōu)化協(xié)調(diào)
繼電保護整定與仿真
主要特點:
交直流混合電力系統(tǒng)
固定模型庫和用戶自定義模型庫支持
提供用戶程序接口，實現(xiàn)與用戶程序聯(lián)合運行
文本和圖形兩種運行模式及多種形式的結(jié)果輸出

七、PSS/E OPF 簡介
PIT美國電力技術(shù)咨詢公司在電力系統(tǒng)分析領(lǐng)域居世界，其PSS/E OPF（用于電力系統(tǒng)工程的仿真器的優(yōu)化潮流）是個功能強大，使用方便的電力網(wǎng)絡分析工具。它突破了常規(guī)的潮流分析，為用戶提 供了全面優(yōu)化和調(diào)整輸電系統(tǒng)運行的能力。PSS/E OPF*嵌入在PSS/E的潮流程序中，使得這種優(yōu)化 和調(diào)整更為容易。
PSS/E OPF把職能融入潮流求解過程中，大大提高了分析電力系統(tǒng)性能的效率。常規(guī)的潮流依賴于工程師系統(tǒng)地研究各個解后才能找到一個滿意的“良好”解，而PSS/E OPF直接改變各種控制從而迅速地確定“*”解。幾乎對于任何一個合理的初始點，OPF肯定能求得*的全局*解，并同時滿足系統(tǒng) 約束，使成本減少到zui小或使系統(tǒng)性能*。
PSS/E OPF除了能夠進行通常的優(yōu)化分析外（比如使運行費用減到zui小），還適用于解決與當今電力市場環(huán)境更密切相關(guān)的許多問題，這包括：
運行費用減到zui小（Minimizing operating costs）；
無功規(guī)劃（Reactive power scheduling）；
電壓崩潰分析（Voltage collapse analysis）；
輸送能力分析（Transfer capability investigation）；
基于地點的邊際電價分析（Location based marginal cost assessment）；
隨時需要的輔助服務費用分析（Ancillary service opportunity cost assessment）；
建立用作對系統(tǒng)影響評估的常規(guī)潮流（Impact assessment base case development）。
PSS/E OPF提供經(jīng)過特殊設計的使用簡單的圖形斷面。該斷面可以幫助迅速定義和建立即使是zui為復 雜的電力系統(tǒng)優(yōu)化問題。PSS/E OPF*集成在PSS/E的潮流程序中，可以直接從PSS/E獲得所有必要的潮流數(shù)據(jù)模型，并在每次一個優(yōu)化潮流求解過程完成后立即自動更新這些潮流數(shù)據(jù)。因此，這個過程非常有效。優(yōu)化潮流的數(shù)據(jù)編輯器可以方便地用來輸入和修改所有的約束和控制變量。整個過程的操作是通過一組完整的視窗構(gòu)成的現(xiàn)代圖形斷面進行的。程序的每一個功能都可以從驅(qū)動菜單中選擇。
PSS/E OPF可以提供的目標函數(shù)為（可以同時滿足一個或多個目標）：
使燃料費用減到zui小（Minimize fuel costs）；
使平衡母線發(fā)電機有功出力減到zui小（Minimize active power slack generation）；
使平衡母線發(fā)電機無功出力減到zui小（Minimize reactive power slack
generation）；
使有功損耗減到zui小（Minimize active power loss）；
使無功損耗減到zui小（Minimize reactive power loss）；
使支路電抗調(diào)整量減到zui小（Minimize adjustable branch reactance）；
使母校并聯(lián)電容調(diào)整量減到zui小（Minimize adjustable bus shunts）；
使母線負荷調(diào)整量減到zui小（Minimize adjustable bus loads）；
使斷面潮流減到zui小（Minimize interface flows）；
使斷面有功潮流傳輸zui大（Maximize interface active power transfer）。
PSS/E OPF允許用戶任意選擇上述目標函數(shù)的組合，只要點擊圖形斷面上的功能鍵就可容易實現(xiàn)。 優(yōu)化潮流問題的陳述是通過將目標函數(shù)與任意數(shù)目的約束和控制結(jié)合起來而形成的，這些約束和控制可 以是：
母線電壓幅值限制（Bus voltage magnitude limits）；
支路潮流限制（有功、無功、視在功率、電流）（Branch flow limits （MW, MVar,
MVA, Ampere））；
斷面潮流限制（有功、無功）（Interface flow limits （MW, MVar））；
發(fā)電機無功容量限制（Generator reactive power capability limits）；
發(fā)電周期備用限制（Generation period reserve limits）；
發(fā)電機有功限制（Generator active power limits）；
母線并聯(lián)電容調(diào)整量的限制（Adjustable bus shunt limits）；
支路電抗調(diào)整量的限制（Adjustable branch reactance limits）；
母線負荷調(diào)整量的限制（Adjustable load limits）。
 

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