一．背景介绍
电力系统是一个大规模、时变的复杂的人造系统, 稳定的电力系统在国民经济中具有及其重要的作用。随着经济发展和时代的进步，电网的发展速度也越来越快，电网运行的任务变得越来越复杂，区域互联越来越多，设备的复杂性增加，经济、环境和安全等很多方面的问题都必须引起相关的重视，越来越多的电网运行接近极限。电力系统软件仿真已成为电力系统研究、规划和设计的重要手段。因此比较电力系统仿真软件的各种功能特性对于提高研究、设计的效率和可行性有十分重要的意义。
电力系统的仿真可以分为电磁暂态仿真、机电暂态仿真和中长期动态仿真。到目前为止，还没有一种完全能被大家接受的电力系统仿真软件，要想得到一个大家能接受的仿真结果，最好的办法是用多种仿真软件对同一系统进行仿真，并对它们的结果比较，最后做一个统计分析。 到目前为止世界上各国的电力系统仿真软件都有自己的优点，然而从国外引进一些先进的、实用的仿真软件都有自己的数据格式，这些仿真软件的数据是不能通用的，但它们都是基于电力系统的物理模型，有很多的共同属性，能够让几种软件之间数据格式、代数模型等进行转换，对于科研人员更有价值。
现阶段常用电力系统仿真软件主要用来进行潮流计算、电磁暂态仿真、机电暂态仿真等。国内外常用的电磁暂态仿真程序有EMTP（Electro-Magnetic Transient Program），加拿大Manitoba直流研究中心的PSCAD/EM TDC、中国电力科学研究院的EMTPE和德国西门子公司的NETOMAC等；国内外常用的机电暂态仿真程序有中国版BPA电力系统分析程序、中国电科院的电力系统综合程序PSASP、美国PTI公司的PSS/E、美国电科院的ETMSP、ABB公司的SIMPOW等。
一下主要对电力系统机电暂态仿真软件BPA、PSS/E进行论述和分析比较, 以便更好地发挥各软件的优势为科研和生产服务。
二．软件的介绍和比较
（一）中国版BPA
1.中国版BPA 程序概述
中国版BPA是由中国电力科学研究院引进、消化、吸收美国BPA程序开发而成。采用的基本的解法是: 微分方程线性化后用梯形积分法求解, 网络方程应用导纳矩阵三角分解后迭代求解。在我国电力系统规划设计、调度运行和试验研究等各部门得到了广泛的应用, 成为我国电力系统分析计算的重要工具之一。程序中包括发电机模型和各种励磁模型，主要由潮流和暂态稳定程序两部分，具有计算规模大、计算速度快、功能强等特点。
1)BPA 潮流程序
该程序主要用来计算电力系统潮流。潮流程序的计算方法是采用P-Q分解法和牛顿-拉夫逊法相结合，以提高潮流计算的收敛性能，程序通常先采用P-Q分解法进行初始迭代，然后再转入牛顿-拉夫逊法求解潮流。该程序中的负荷模型包含恒定功率负荷、恒定电流负荷和恒定阻抗负荷模型。可以根据某节点上P 和Q 的扰动量, 计算系统中各节点灵敏度、线路灵敏度和网损灵敏度值。程序的输出具有内容详细和格式灵活的特点, 既可以有选择地列表输出原始数据、计算结果和潮流分析报告, 也可以应用单线图格式潮流图形程序及地理接线图格式潮流图形程序输出。 计算潮流时常用的卡片有B卡、L卡以及T卡。
2)BPA 稳定程序
程序采用的基本解法是：所有微分方程线性化后用梯形积分法求解；网络方程可用导纳阵三角分解后迭代求解，也可用牛顿法求解网络方程。
在BPA程序中，稳定程序是与潮流程序结合起来运行的。只有在潮流计算结构收敛的前提下才能作稳定计算。
程序的主要功能包括：
Ⅰ、发电机模型
基于简化的park方程，采用6绕组的发电机模型模拟同步发电机的动态过渡过程。其中x、 y为阻尼绕组，f为励磁绕组，g为由于q轴铁芯内部构成的短路阻尼线圈，在目前国内模型中无此绕组模型。暂态模型为不考虑阻尼绕组的 双轴d q)模型，用MF卡或者MC卡。若Tdo‘= 999 则发电机的磁链为恒定即Eq‘= C，若0.0<Tdo’<999 且没有给出励磁模型则发电机励磁电压为恒定。次暂态模型为考虑阻尼绕组的双轴模型通常用MF卡和M卡或者MC卡和M卡一起来描述该模型。
2）发电机模型励磁系统和调速系统模型
共有 30 种励磁系统模型，有9 种励磁系统模型是IEEE 于1968 年提出的，有11 种是IEEE 于1981 年提出的，另外有10 种励磁模型是中国电机工程学会励磁工作组提出的，可模拟多种类型的直流型励磁机、交流型励磁机以及静态型励磁机。可以进行多端直流的模拟。程序可以在屏幕上输出最大摇摆角, 还可以给出对应的两台发电机名。
2.中国版BPA 的应用
BPA 程序主要用来计算潮流和暂态稳定, 并在上世纪末应用较广。目前BPA程序在国内电网运行和调度部门乃至研究、试验和电力设计部门中都起到了举足轻重的作用，而且未来较长时间内仍然会在国内电网的分析中占据主导作用。
（二）PSS/E
1.PSS/E程序概述
PSS/E是美国PTI电力技术咨询公司专为输电系统分析而设计的综合仿真软件包,主要用于电力系统机电暂态仿真和计算，是世界电力工业中最广泛应用的电力系统分析软件之一。
PSS/E采用高效建模技术。PSS/E是一个集成化的交互式软件包，以潮流计算为核心，将稳定、短路电流分析等功能集成与一个包内，并支持多种输出设备。PSS/E具有用户自定义、扩展长过程和批处理计算等功能，还可以完成绘制潮流图、连续潮流计算、“N—1”静态安全分析等辅助功能。最大的优势在于强大的潮流计算以及优化功能。
1）PSS/E潮流计算
潮流计算是电力系统分析软件最基本的功能。PSS/E提供了丰富的潮流计算方法,即Gauss2Seidel法、改进的Gauss2Seidel法、Full Newton2Raphson法、固定斜率的解偶Newton2Raphson 法、解偶Newton2Raphson法等。与BPA等其它程序一样, PSS/E能考虑无功限制、有载调压器分接头调整、区域功率交换、相位偏移调整、自动投切电容器组(或电抗器组) 、DC换流变压器的分接头调整等
2) 动态仿真计算
PSS/E的p ssds4的功能强大,但较复杂,其稳定计算程序结构图如下。与BPA的稳定计算不同, p ssds4多一中间环节。它们由PSS/E自动产生,在动态仿真中有很关键的作用。PSS/E将模型子程序库中的许多模型(包括用户自定义模型)交给CONEC和CONET处理,通过编译、链接这些模型后形成的数据与稳定计算数据库一起组成完整的动态仿真数据。
PSS/E的稳定计算程序的主要特点为:提供了丰富的模型库、提供了强大的数据纠错检查调试功能、用户自定义模型功能较强大、提供IPLAN语言全面控制仿真过程、采用高效算法,计算速度快、可进行电力系统暂态和中长期动态仿真。
2.PSS/E应用
PSS/E在国际上影响较大，在潮流计算及优化、电网规划和设计分析有优势，但是与BPA数据格式的转化还不方便、用户自定义建模不够方便。在国内应有相对较少。
