基于modelica的电力系统电磁暂态仿真平台研究

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1、第2卷第3期208基于Modelica的电力系统电磁暂态仿真平台研究2007年3月基于Modelica的电力系统电磁暂态仿真平台研究米增强，赵洪山，吴亚楠（华北电力大学电气工程与电子学院，河北保定071003）摘要：本文建议使用面向对象的建模语言Modelica可构建一个模型代码完全开放的电力系统电磁暂态仿真环境。利用面向对象技术确定仿真平台的基本框架，仿真平台由若干个电力系统元件包和基包组成。该平台能够对连续动态、离散事件动态和混杂动态系统进行建模和仿真。此外,也可用于多域系统建模和仿真。文中给出发电机、OLTC控制器和多

2、域系统模型的建模过程。并通过一个简单算例及其仿真结果，验证该仿真平台的合理性和有效性。关键词：电力系统；电磁暂态；Modelica；仿真；建模中图分类号：TM12文献标识码：A文章编号：1673－7180(2007)03－0208－60引言持混杂系统建模。针对以上问题本文提出了采用新电磁暂态仿真是对电力系统从数微秒至数秒之型的建模语言Modelica编制一个面向对象的、模型间的电磁暂态过程进行仿真，重点在于研究各元件代码完全开放的混杂电力系统电磁暂态仿真平台。中电场和磁场的变化所引起的电压和电流变化[1,2]。1基于Mode

3、lica仿真平台的优点电磁暂态过程仿真有助于理解和揭示系统发生故障本文使用Modelica建模语言编制了一个可扩展或操作时的电磁暂态过程，揭示电力系统连锁事件的电力系统电磁暂态仿真模型库。Modelica是一种先[3,4]发生的机理及电力系统动态演化过程，从而合理地进的面向对象的建模语言，它采用非因果建模思设计自动设备，研究相应的限制和保护措施。此外，想，用更加自然的语法和语义来表述模型，适合于电磁暂态仿真还可以为电力系统组成元件以及各多元件分布物理系统的建模；它语法简单，层次清种控制元件（如保护、安全自动装置、OLTC、晰

4、，可以按照系统真实拓扑结构来连接各个组件，FACTS等）的建模提供一个仿真研究环境，研究而且可处理混杂系统。由于其接口设计巧妙，可以这些元件的动态特性。研究这种建模仿真环境还用于多领域建模，真正做到“通用建模”。可以用于设备设计和开发阶段的理论分析等。该仿真平台主要有以下几个特点。目前使用的电磁暂态仿真软件主要有：EMTP，（1）能够对连续动态、离散事件动态以及混BPA，NETOMAC，SIMPOW，PSCAD，PSS/E等。杂动态行为进行建模与仿真。这些仿真软件存在很多缺点：首先，大部分采用（2）能够对多域系统进行建模和仿

5、真。它可因果建模方法，对于元件建模必须先将元件的微以将电力、机械、热力、控制等众多领域的模型分方程以及代数方程形式的数学描述转化为具有元件集中在统一的仿真环境下进行仿真，从而全输入输出形式的状态方程，再根据输入输出关系面地揭示电力系统复杂的动态行为及其动态过建立元件模型，这对于复杂高维系统不易实现。程。其次，元件模型的程序代码对用户来说是不公开（3）支持非因果的建模。电力元件的模型可的，使用者仅能输入或修改模型参数，但不能查看以直接用微分代数方程形式的数学描述建立，有效和修改元件模型代码。另外，以上各仿真软件不支地减少系统建

6、模过程的工作量和复杂性。基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金（20030079002）通讯作者：赵洪山，E-mail：zhaohshcn@yahoo.com.cn第2卷第3期2007年3月中国科技论文在线SCIENCEPAPERONLINE209（4）模型库的代码对使用者完全开放，元件（predecessor）”，模式m称为模式m的“后继i+1i模型是透明的、可修改、可扩充。使用者可以清楚（successor）”。常用的建模方法主要有Petri网理地了解已存在模型的内部代码，并可以在此基础上论，自动机理论等。根据需要修改

7、或改进现有模型；这有利于平台的后2.3混杂动态系统的数学描述期开发，平台可重用性好，可维护性好。混杂动态系统是连续变量系统与离散事件系统2仿真平台的理论基础相互作用的动态系统，它具有多种运行模式，每一电力系统是一个由多种电力设备互连构成的混运行模式由微分方程来刻画其动态。事件的发生导杂动态系统，其动态行为呈现为既有连续动态又有致系统从一种模式向另一种模式进行转换。模式转离散事件动态。如发电机及其控制器，其动态是连换可能是由于由外部控制信号，或内部控制信号，续的；而对于继电保护、OLTC、安全自动装置、或系统本身的动态造成的。

8、FACTS等设备，其动态行为表现为离散事件动态行混杂系统的动态由下列的微分方程、输出函数、为。系统的断续控制动作（又称为离散事件）与系模式变迁函数以及复位函数来描述：统物理设备的连续动态行为交织在一起共同影响着xx&()mm()t=f()(()m,(),)utp（3）系统的动态行为。因此，