9-电力系统仿真原理与方法.ppt

3 电力系统仿真工具（简介） 3 电力系统仿真工具（简介） 3 电力系统仿真工具（简介） 3 电力系统仿真工具（简介） 3 电力系统仿真工具（简介） 李 勇：感应滤波理论及其在直流输电中的应用研究 * 基本内容 1、电力系统数字仿真的基本概念 2、电力元件模型的数学模型 3、电力系统仿真工具（简介） 4、电力系统数字仿真技术展望 Hunan University 电力系统数字仿真的基本原理与方法 数字仿真系统整体结构 1、电力系统数字仿真的基本概念 （1）电力系统的数字仿真及其特点 借助计算机的强大运算功能，根据电力系统的数学模型，采用一定的数值计算方法、设计（编写）合理的计算程序，根据给定的初始运行条件，求解系统数学模型以得到系统运行状态的过程——电力系统的数字仿真 电力系统数字仿真的特点： 近似；规模大；灵活；开发周期短；投入小、效率高。 Hunan University 电力系统数字仿真的基本原理与方法 1、电力系统数字仿真的基本概念 （2）电力系统数字仿真的基本要求与关键问题 1）基本要求： 精度；灵活/扩展；规模；速度（离线/在线/实时） 2）关键问题 A）建模理论与技术——元件建模、系统建模 成熟的元件模型：发电机、变压器模型、线路模型 亟待完善的模型：综合负荷模型、二次系统模型 ——准确的元件模型和参数是决定仿真结果可信度的关键和基础 B）数值计算方法——计算效率、收敛速度 C）计算机技术——硬件支持 D）编程技术——面向对象、可视化 Hunan University 电力系统数字仿真的基本原理与方法 1、电力系统数字仿真的基本概念 （3）电力系统数字仿真的目的与意义 目的：通过仿真计算，确定系统运行状态。具体目的与应用背景有关 意义：为电力系统运行状态分析、控制提供科学依据，应用非常广泛 ——大规模的电力系统试验只有通过数字仿真才能实现。 1）动模试验规模很小。 2）实际电力系统试验可行 a)电网的安全稳定运行不允许； b)实验耗费的人力、物力、财力、时间巨大； c)某一次无法获得具有推广意义的结果（结论），但又不可在实际系统中进行 频繁的试验。 从而使得，电力系统的数字仿真成为： 电力系统规划与设计的决策基础和科学依据 电力系统运行调度与控制的决策基础和科学依据； 电力系统事故分析的科学依据 电力系统科学研究的重要手段/工具 Hunan University 电力系统数字仿真的基本原理与方法 电力系统的数学模型及其意义 等效地描述电力元件和电力系统特性的数学方程式（组）—— 电力系统模型 准确的模型是保证仿真计算结果准确、可信赖的重要基础 对数学模型的基本要求： 准确刻画元件特性； 尽可能简单且物理意义清晰的模型结构； 真实准确的模型参数； 模型的普适性。 数学模型分类： 1）按建模原理：机理模型、非机理模型 2）按是否反映对象的时变特性：静态模型、动态模型 3）按描述对象： 元件模型：同步发电机模型、电力变压器模型、电力线路模型、 综合负荷模型、新型电力元件模型 网络模型：描述电力网络特性的数学模型 （4）电力系统的数学模型 1、电力系统数字仿真的基本概念 Hunan University 电力系统数字仿真的基本原理与方法 稳态仿真：计算给定条件下、无扰动时的运行状态（单一 或 运行状态序列） 模型：稳态模型（代数方程），不计分布特性和非线性 算法：高阶非线性代数方程组，最基本的算法为牛顿法 应用：LF(潮流)、OPF（最优潮流）、静态电压稳定、SC（短路计算） 电磁暂态仿真：计算给定初始运行状态和给定扰动条件下的系统的 us~ms 级的电磁暂态过程 模型：动态模型（微分方程或微分-代数方程，DAE)，计及分布特性、非线性 算法：高阶非线性 DAEs，常用算法为隐式积分法 仿真时间：数微秒-数秒，典型如 10-6s ~ 10-2 (or 10-1)s 应用：保护暂态行为、G的电磁暂态特性、暂态过电压、电力电子系统暂态特性 机电暂态仿真：计算给定初始状态和给定扰动条件下的 s 级的机-电暂态过程 模型：G、Load 等用动态模型，一般不计磁路饱和的非线性；网络用稳态模型 算法：高阶非线性 DAEs，通常用隐式积分法、欧拉法、龙格-库塔法等 仿