浅谈电力系统分析软件在微网仿真中的应用

邢梦娇

（国网山西省电力公司太原供电公司山西省太原市030012）

摘要：作为电力系统规划、设计、运行和管理过程中不可缺少的重要工具，电力系统分析软件的发展必须适应现代化电网发展的需要。DIgSILENT/PowerFactory是由德国DIgSILENTGmbH公司开发的一套电力系统电磁、机电暂态混合仿真软件。DIgSILENT软件提供了全面的电力系统元件的模型库，包含了几乎所有常用的电力系统分析功能，如潮流、短路计算、机电暂态及电磁暂态计算、谐波分析、小干扰稳定分析等。把机电暂态分析模型与电磁暂态分析模型结合到一起，使得其既能对电网的暂态故障进行分析，又能研究长期的电能质量问题及控制方法。

关键词：电力系统；分析软件；微网仿真；应用

引言

全球原有的能源量急剧下降，而近些年来人们对用电需求的愈来愈高，集合各分散的小容量分布式电源的微电网体系研讨渐渐变为国内外研讨的热点。微电网的意义在于由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷与监控、保护装置汇集而成的小型发配电体系，一个完整的微电网组成涵盖了分布式微电源、负荷、储能系统与配套的控制系统。当微电网联网正常运转期间，其通过公共连接点与相应的配电网连接。当所连接的配电网出现故障时，微电网快速断开公共连接点与静态开关，由微网内部的分布式电源和储能体系为本身负荷进行供电，当故障解除以后，微电网将重新转为联网运行＼为了确保微电网在孤岛、并网、孤岛转并网与并网转孤岛环节中的供电可靠性及供电质量，应该针对微网内部不同微源采用合适的控制策略。

1DIgSILENT软件的特点

1.1数据库和数据管理

DIgSILENT的数据存储采用了数据库的概念，用户不再像使用其它软件一样，去编辑、组织和维护不同类型的文件及其所包含的数据。使用一种面向对象的分级的数据库，以项目为基本单位对数据进行存储，每个项目中可以包含多个算例，存储该算例所涉及的电网元件信息、图形信息以及相应的计算设置等。在有些情况下，用户需要在基本算例基础上对某个或某些数据做相应的改动时，数据管理系统仅对发生变化的数据进行存储，从而既保证了方案多样性，又避免了数据的重复储存。

1.2数据兼容性

DIgSILENT提供了数据交换语言（DOLE），来满足与SCADA/GIS数据的交换需求，通过它可以实现二者之间稳态/动态数据的实时更新。另外，还可以通过常用电子制表软件（例如MicrosoftExcel或Lotus123）进行数据的输入和输出，与PSS/E、PSS/U、Neplan等多种常用电力系统仿真软件的数据自动转换功能，更是增加了DIgSILENT的适用范围。

1.3虚拟表计技术的广泛应用

DIgSILENT广泛应用了虚拟表计功能的观念。它可以被看作是一个窗口，里面的显示内容可以由用户根据自己的需要确定，常用的包括一般文本、各种计算结果和各类波形图等。这个窗口可以放置在程序主窗口中的任意位置，保证用户可以方便、及时地查看分析结果。

1.4图模一体化的处理方式

DIgSILENT给予了基于Windwos操作标准的完全图形化的操作模式，能够同时显示和操作不同类型的工作窗口，以方便用户在各窗口间对照和切换。用户既可以直接在图形窗口中完成电网绘制及其数据输入和修改，也可以通过数据管理器在数据库中完成电网数据输入和修改。DIgSILENT能自动对算例定义和图形表示进行比较和更新，以保证二者的一致，做到图模一体化。

2DIgSILENT软件的功能

DIgSILENT软件涵盖了11个常用模块与6个附加模块。常用模块涵盖了基本功能模块、保护、配电网优化、谐波分析、最优潮流、可靠性分析、状态估计、稳定性分析模块、电磁暂态分析和小信号稳定性分析，附加模块包括动态参数识别、DSL动态仿真语言加密、PSS/E数据接口、IEC61970标准CIM接口、正C61968标准CIM接口和OPCC接口等。

2.1AC/DC潮流计算分析

DIgSILENT可以描述复杂的单相和三相AC系统及各种交直流混合系统。潮流求解过程提供了3种方法以供选择：经典的牛顿-拉夫逊算法、牛顿-拉夫逊电流迭代法和线性方程法。在进行潮流计算的同时，DIgSILENT还可以进行过负荷校验计算等功能，并提供变电站控制、网络控制和变压器分接头调整控制等选择。此外，DIgSILENT还提供了最优潮流计算，主要采用内点法，并提供了多种约束条件和控制手段，其考虑的目标函数主要有最小网损、最小燃料费用、最大利润及最小区域交换潮流。

2.2故障分析

DIgSILENT故障分析功能既可以分别根据IEC909、以及德国的VDE102/103标准进行，也可以根据DIgSILENT自身所提供的综合故障分析GFA方法进行。故障分析功能支持几乎所有的故障类型（包括复故障分析），故障分析的结果可以采用相分量或序分量来表示各点的电压和电流，以及阻抗等。

2.3动态仿真

DIgSILENT软件提供的基本动态仿真内核、元件模型库和仿真语言（DSL），一起构成了进行暂态分析的工具，既可以进行电磁暂态仿真，也可以进行机电暂态仿真和长期暂态仿真，并提供模态分析和参数辨识2种附加功能。DIgSILENT软件提供的DSL功能，使用户可以自定义模型，任何类型的静态/动态的多输入/多输出模型（例如电压控制器、PSS等）。仿真过程中的任何变量都可以被观察，并可将其通过虚拟表计功能绘制成曲线并被保存。

2.4谐波分析

DIgSILENT可以模拟各种谐波电源，并提供计及集肤效应和内在自感的的元件模型。在综合考虑网络中所有元件后，计算出三相谐波电压和电流的分布（非平衡谐波潮流），确定和分析谐波失真系数，并以合适的步长绘制网络频率响应图。谐波分析还可以根据需要计算出某母线的谐波自阻抗和互阻抗，且绘制出阻抗的Bode图和Nyquist图，以便用户了解阻抗频率特性，找出滤波系统最佳配置位置。

2.5配网优化

DIgSILENT能够实现以下3种优化功能：电容器选址优化、解环点优化、电缆补强优化。电容器最优选址用于确定电容器在安装至配网时的最优位置、型号以及容量，使用梯度搜索或Tabu搜索方法。解环点优化能够在满足电网电压和负荷要求的同时，通过改变网络拓扑最小化网损。电缆补强优化能够对过载电缆实现最经济有效的升级，针对给定的电缆成本和电压跌落限值能够自动选出相应的电缆。

3基于DIgSILENT软件的微网仿真

3.1微网基本结构及参数

微网基本结构及参数，10kV侧短路容量为500MVA，10kV/0.4kV变压器容量为630kVA，短路阻抗为4%，各负荷和电源与主母线的线路长度均为100m，线路参数为0.5+j0.2Ω/km。M1、M2、M3、M4均为水泵，额定功率因数0.90，启动电流倍数为额定电流5倍。

3.2微网仿真事件

初始状态：电池储能和超级电容储能单元均处于PQ工作模式。M1、M2、M3、M4及照明均处于额定工作状态。风机恒定出力50kW，光伏恒定出力100kW，SVG恒定出力30kVar。电池储能单元的PQ指令：100kW，0kXar，初始SOC为0.4。超级电容单元的PQ指令：0kW，10kVar，电容初始电压600V。事件1：M4、M3、M2、M1分别于0.2s、0.3s、0.4s、0.5s依次断开，观察主母线电压的变化。事件2：0.6s时刻，电池储能单元的PQ指令跃变为：-50kW（充电）、20kvar。1.0s时刻，超级电容单元的PQ指令跃变为：-50kW、0，至超级电容电压达700V时变为0。观察电池储能单元出力、超级电容电压的变化。

4结束语

在当今的信息时代，计算机软、硬件技术的发展日新月异。一些新思想、新方法和新技术正逐步影响着电力系统分析软件的发展。随着电力电子技术、计算机技术、数据库技术、以及软件标准化技术的飞速发展，电力系统仿真软件将向网络化、专业化、实时化和具有更高的开放性、可移植性和可扩展性方向发展。DIgSILENT已经做到了电磁暂态与机电暂态的混合仿真，其自身的功能特点使得全过程动态仿真和时域动态仿真已经比较方便用于电力系统的研究及设计。

参考文献：

[1]韩祯祥，张琦，徐政.一个大型集成化的电力系统仿真计算软件—NETOMAC.电力系统自动化，1997，12（9）

［2］艾欣，金鹏，孙英云．一种改进的微电网无功控制策略［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１３，４１（７）：１４７－１５５

［3］冯博豪，余向阳，明尧，等．基于主从控制微电网的状态跟随平滑切换控制策略［Ｊ］．电网与清洁能源，２０１７，３３（３）：１０４－１１０＋１１８．