国内外电磁暂态仿真工具及准确度研究概述

电磁暂态仿真是对电力系统的电磁暂态过程进行仿真模拟，采用数值计算方法的暂态过程时间在数微秒至数秒之间。电磁暂态仿真必须考虑输电线路分布参数特性和参数的频率特性、发电机的电磁和机电暂态过程以及一系列元件的非线性特性，因此，电磁暂态仿真的数学模型必须建立这些电气元件和系统的代数方程或微分、偏微分方程，数值计算一般采用隐式积分法[40-50]。

电磁暂态仿真目前普遍采用的程序有加拿大Manitoba直流研究中心的PSCAD/EMTDC、EMTP、中国电力科学研究院的EMTPE、德国西门子公司的NETOMAC、加拿大哥伦比亚大学的Micro Tran等。PSCAD/EMTDC与EMTP功能相似，但前者具有更好的人机界面[51-52]，上述软件均为非实时电磁暂态离线仿真工具。文献[53]根据CIGRE Benchmark直流输电模型在NETOMAC数值仿真软件中建模，比较了简化模型与详细模型的仿真精度差异。文献[54]利用ATP电磁暂态仿真工具对交直流系统过电压进行计算，指导避雷器选型及安装位置选择。文献[55]利用PSS/E对多直流受端的上海电网N-1方式下的暂态稳定性进行了研究。文献[56]针对PSCAD/EMTDC、EMTP和ATP三种电磁暂态仿真工具的功能进行了比较，并利用EMTP对魁北克水电站至新英格兰多端直流系统进行研究，提出了实际工程控制系统软件在进行电磁暂态仿真时需要进行简化的概念。

20世纪90年代初，加拿大Manitoba直流研究中心RTDS公司推出国际上第一台电力系统全数字实时仿真系统RTDS，文献[57]介绍了采用Dommel算法的RTDS实时仿真器进行交流、直流系统、SVC等电力系统仿真，进行保护装置闭环测试等应用。文献[58]利用实时数字仿真器RTDS实现了直流输电及控制系统仿真的全数字化并替代了模拟直流系统仿真器。其后，法国电力公司、加拿大魁北克水电研究所TEQSIM公司也开始了全数字实时仿真系统的开发与研制。文献[59]研究了基于西门子SIMADYN D平台的直流控制保护系统电磁暂态仿真建模，并在实时仿真软件RTDS中构建直流控制保护模型进行仿真研究。

随着电力系统的发展以及电力系统大量FACTs及电力电子装置、直流输电系统、继电保护装置及安稳装置的广泛应用，对电力系统仿真技术也提出了许多新要求，研究了许多新的仿真方法，主要有电磁暂态与机电暂态混合仿真，电磁暂态并行计算，全过程动态仿真等。文献[60]论证了交直流混合仿真的可行性，交流系统采用TSP进行计算，HVDC和FACTs模型在EMTP中进行计算，文中并未对直流控制系统的模型结构进行描述。文献[61]提出基于电网结构的二维拓扑并行模型和常微分方程组的并行预测—校正算法，并在四CPU并行机系统中验证了机—网并行暂态仿真算法。文献[62]提出了一种非线性差分方程形式的负荷模型与电力系统仿真计算程序BPA接口方法，利用二次辨识理论解决非线性差分方程与电力系统仿真程序接口问题。(www.xing528.com)

电力系统动态仿真是依赖于计算机技术的发展而出现的，国外在20世纪六七十年代开始电力系统动态仿真研究，国内直到20世纪七八十年代才开始。动态仿真结果的准确程度主要取决于两个方面：一是仿真模型及参数的准确程度；二是仿真结果与真实系统的偏差。仿真模型经过几十年的理论推导并与实际装置进行对照，模型本身已经较为精确，模型参数需要通过实测来获取才是较为准确的。对于动态仿真而言，为提高仿真结果的准确程度，需要将仿真结果与真实系统通过比较证明仿真的准确性。

文献[63]提出仿真准确度是衡量电力系统动态仿真模型及结果的考核标准，系统实时测量数据是验证仿真模型参数及结果可信度的标尺。文献[64]对电力系统动态过程对控制器参数的灵敏度要求着重分析了励磁系统参数对系统动态过程的影响。文献[65]分析了模型的建模理论、参数的来源及后验仿真对模型有效性的影响，提出了基于这三方面因素的模型有效性评估方法，并分析了对模型有效性进行动态评估的重要性。文献[66]提出采用一种定量的不确定性分析方法——随机响应面法对仿真结果进行动态一致性检验的新观点，并提出了相应的检验标准。文献[67]结合规范系数法与距离法提出了一种定量判断元件模型仿真准确度的方法，并据此进行实际电网一次暂时性短路故障后不同模型仿真结果数据相似度与趋势相识度分析。文献[68]分析了电力系统的动态变量基本特征，以动态变量的特征信息衡量可用动态变量的差异，采取分时段研究的方法，对不同时段分别提出仿真误差量化评价指标，对提高动态仿真的准确度具有一定的指导意义。文献[69]提出精确仿真的概念，重点强调以广域测量系统实测数据作为修正模型和参数的依据，把电力系统动态仿真建立在真正定量的基础上。文献[70]在重现1996年WECC大停电事故的仿真分析过程中，在利用原动态数据库仿真不能重现事故的情况下，修改模型和参数，并将送端负荷模型由恒电流改为感应电动机并联静态负荷模型的综合负荷模型后，才得到与实测一致的仿真结果。文献[71]利用概率分配法定量分析动态负荷所占比例的不确定性对动态仿真及稳定的影响裕度，对暂态分析时故障点模型准确度对仿真结果的影响提出评估依据。文献[72]提出物理验证对系统稳定研究的必要性，从稳定判据的取得、元件模型的建立以及仿真和建模的原则三个方面论证了现场观测在稳定问题研究中的重要作用，建立广域测量系统是提高动态电力系统研究水平的有效途径。