電力系統(tǒng)仿真概述匯報人：AA2024-01-21電力系統(tǒng)仿真基本概念電力系統(tǒng)仿真方法與技術(shù)電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)仿真分析電力系統(tǒng)暫態(tài)仿真分析新能源接入對電力系統(tǒng)仿真影響電力系統(tǒng)仿真在實際工程應(yīng)用電力系統(tǒng)仿真基本概念01仿真定義及作用仿真定義仿真是指通過建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，利用計算機對實際系統(tǒng)或設(shè)想中的系統(tǒng)進行動態(tài)試驗研究的一門綜合性技術(shù)。仿真作用在電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計、運行和控制等方面，仿真技術(shù)可以預(yù)測系統(tǒng)的行為，評估不同方案的效果，優(yōu)化系統(tǒng)性能，提高電力系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟性。發(fā)電系統(tǒng)包括火力發(fā)電、水力發(fā)電、核能發(fā)電等不同類型的發(fā)電系統(tǒng)及其控制策略。輸配電系統(tǒng)包括輸電線路、變壓器、開關(guān)設(shè)備等組成的輸配電網(wǎng)絡(luò)及其保護和控制策略。用電負荷包括工業(yè)負荷、商業(yè)負荷和居民負荷等不同類型的用電負荷及其特性。電力市場包括電力交易、電價機制、供需平衡等電力市場相關(guān)因素。電力系統(tǒng)仿真對象實時仿真階段20世紀90年代至今，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，實時仿真技術(shù)得以廣泛應(yīng)用，實現(xiàn)了對大規(guī)模電力系統(tǒng)的實時動態(tài)仿真。數(shù)字仿真階段20世紀60年代至70年代，以數(shù)字計算機為主要工具，通過建立電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進行數(shù)值計算，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的仿真分析。模擬仿真階段20世紀70年代至80年代，利用模擬計算機或數(shù)字模擬混合計算機進行電力系統(tǒng)仿真，提高了仿真的實時性和逼真度。混合仿真階段20世紀80年代至90年代，將數(shù)字仿真和模擬仿真相結(jié)合，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，提高了仿真的精度和效率。仿真技術(shù)發(fā)展歷程電力系統(tǒng)仿真方法與技術(shù)02電力系統(tǒng)元件建模包括發(fā)電機、變壓器、輸電線路、負荷等元件的數(shù)學(xué)模型，反映其電氣特性和動態(tài)行為。電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建?；陔娐防碚摵蛨D論，建立電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模型，描述系統(tǒng)中各元件的連接關(guān)系和電氣參數(shù)。電力系統(tǒng)動態(tài)建?？紤]電力系統(tǒng)的動態(tài)過程，如機電暫態(tài)、電磁暫態(tài)等，建立相應(yīng)的動態(tài)模型，以準確模擬系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)。數(shù)學(xué)模型建立線性化方法通過線性化技術(shù)將非線性電力系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)化為線性模型，簡化計算過程，提高計算效率。最優(yōu)化方法應(yīng)用最優(yōu)化理論和方法，如梯度下降法、牛頓法等，求解電力系統(tǒng)的最優(yōu)運行和控制問題。數(shù)值積分方法如歐拉法、龍格-庫塔法等，用于求解電力系統(tǒng)的微分方程，得到系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)。數(shù)值計算方法計算機輔助設(shè)計軟件應(yīng)用如RTDS、OPAL-RT等，支持電力系統(tǒng)的實時仿真和硬件在循環(huán)（HIL）仿真，用于電力系統(tǒng)的實時控制和保護測試。電力系統(tǒng)實時仿真系統(tǒng)如PSS/E、MATLAB/Simulink等，提供豐富的電力系統(tǒng)元件庫和仿真功能，支持大規(guī)模電力系統(tǒng)的建模和仿真分析。電力系統(tǒng)仿真軟件如ETAP、DigSILENT等，提供電力系統(tǒng)的設(shè)計、分析和優(yōu)化功能，包括電氣設(shè)計、短路計算、潮流計算等。電力系統(tǒng)設(shè)計軟件電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)仿真分析03123基于電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方程和節(jié)點電壓方程，通過迭代求解得到系統(tǒng)各節(jié)點的電壓幅值和相角，以及各支路的功率流。潮流計算基本原理包括牛頓-拉夫遜法、PQ分解法、前推回代法等，各種方法具有不同的特點和適用范圍。潮流計算實現(xiàn)方法如PSS/E、BPA、ETAP等，這些工具提供了豐富的功能和強大的計算能力，可方便地進行潮流計算分析。潮流計算軟件工具潮流計算原理及實現(xiàn)無功優(yōu)化目標通過調(diào)整發(fā)電機無功出力、投切無功補償設(shè)備等手段，實現(xiàn)系統(tǒng)網(wǎng)損最小、電壓質(zhì)量最優(yōu)等目標。電壓控制策略包括中樞點電壓控制、逆調(diào)壓、順調(diào)壓等策略，用于維持系統(tǒng)電壓在允許范圍內(nèi)波動。無功優(yōu)化算法如遺傳算法、粒子群算法、模擬退火算法等，可用于求解無功優(yōu)化問題。無功優(yōu)化和電壓控制策略基于潮流計算結(jié)果，通過計算各支路的有功功率損耗得到系統(tǒng)總網(wǎng)損。網(wǎng)損計算方法包括優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、提高設(shè)備效率、合理安排運行方式等。降低網(wǎng)損的措施降低網(wǎng)損不僅可以減少能源浪費，還可以提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟效益和社會效益。網(wǎng)損降低的經(jīng)濟效益網(wǎng)損計算和降低措施電力系統(tǒng)暫態(tài)仿真分析0401包括三相短路、兩相短路、單相接地短路等，特點是電流大、電壓降低，對系統(tǒng)穩(wěn)定性影響嚴重。短路故障02如線路斷線、設(shè)備開路等，導(dǎo)致系統(tǒng)潮流分布改變，可能引發(fā)過負荷或電壓波動等問題。斷路故障03同時發(fā)生多種故障，例如短路伴隨斷線，分析處理更為復(fù)雜。復(fù)合故障故障類型與特點短路電流計算采用等效電源法或網(wǎng)絡(luò)變換法等方法，計算故障點的短路電流及其持續(xù)時間。影響評估分析短路電流對電氣設(shè)備、保護裝置及系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，為后續(xù)仿真提供數(shù)據(jù)支持。仿真驗證通過仿真軟件模擬短路故障，驗證計算結(jié)果的準確性和保護裝置的動作行為。短路電流計算及影響評估030201保護裝置建模根據(jù)保護裝置的原理和參數(shù)，建立相應(yīng)的仿真模型。動作特性分析分析保護裝置的動作時間、動作電流等特性，評估其性能是否符合要求。動作行為模擬設(shè)置故障場景，模擬保護裝置在故障發(fā)生時的動作行為，如跳閘、重合閘等。保護裝置動作行為模擬新能源接入對電力系統(tǒng)仿真影響05并網(wǎng)型風能、太陽能等新能源接入方式風能、太陽能等新能源通過并網(wǎng)逆變器與電網(wǎng)連接，實現(xiàn)能量的雙向流動。離網(wǎng)型新能源發(fā)電系統(tǒng)獨立于電網(wǎng)運行，為特定區(qū)域或負載供電。由分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、負荷、監(jiān)控和保護裝置等組成的小型發(fā)配電系統(tǒng)。微電網(wǎng)風能、太陽能等新能源受天氣影響，具有間歇性和波動性。間歇性新能源出力具有隨機性，難以準確預(yù)測。隨機性并網(wǎng)逆變器采用電力電子器件，具有非線性特性，對電網(wǎng)產(chǎn)生諧波污染。并網(wǎng)逆變器非線性新能源并網(wǎng)運行特性分析新能源的間歇性和隨機性給電力系統(tǒng)仿真帶來挑戰(zhàn)，需要建立更精確的模型和算法來模擬新能源的出力特性和并網(wǎng)運行特性。挑戰(zhàn)新能源的發(fā)展推動了電力系統(tǒng)仿真技術(shù)的進步，為仿真技術(shù)提供了更廣闊的應(yīng)用前景和市場空間。同時，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，仿真技術(shù)的計算能力和精度不斷提高，為含新能源電力系統(tǒng)的仿真分析提供了有力支持。機遇含新能源電力系統(tǒng)仿真挑戰(zhàn)與機遇電力系統(tǒng)仿真在實際工程應(yīng)用06規(guī)劃設(shè)計支持通過仿真技術(shù)，可以對電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計方案進行驗證和優(yōu)化，包括電源布局、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備選型等方面，從而提高規(guī)劃設(shè)計的科學(xué)性和經(jīng)濟性。運行調(diào)度支持仿真技術(shù)可以模擬電力系統(tǒng)的實時運行狀態(tài)，為運行調(diào)度人員提供決策支持，包括負荷預(yù)測、發(fā)電計劃制定、經(jīng)濟調(diào)度等方面，從而提高電力系統(tǒng)的運行效率和安全性。規(guī)劃設(shè)計與運行調(diào)度支持VS通過仿真技術(shù)，可以對電力系統(tǒng)中的故障進行模擬和診斷，包括故障類型、故障位置、故障影響等方面，從而為故障處理提供準確的信息和指導(dǎo)?；謴?fù)策略制定在故障診斷的基礎(chǔ)上，仿真技術(shù)可以進一步制定故障恢復(fù)策略，包括設(shè)備重啟、負荷轉(zhuǎn)移、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等方面，從而快速恢復(fù)電力系統(tǒng)的正常運行。故障診斷故障診斷與恢復(fù)策略制定高級量測體系（AMI）仿真通過仿真技術(shù)，可以模擬AMI系統(tǒng)的實時運行狀態(tài)，驗證和優(yōu)化AMI系統(tǒng)的設(shè)計方案，提高AMI系統(tǒng)的性能和可靠性。隨著分布式能源的快速發(fā)展，仿真技術(shù)可以模擬分布式能源的接入對電力系統(tǒng)的影響，為分布式能源的規(guī)劃和運行提供支持。微電網(wǎng)作為智能電網(wǎng)的