新型電力仿真軟件GridLAB—D的研究應(yīng)用

葉鐵豐++王毅

摘 要：本文以新型電力仿真軟件GridLAB-D為基礎(chǔ)，深入研究GridLAB-D的工作原理、使用范圍、模塊的內(nèi)部構(gòu)造、功能、模塊間相互連接的方式以及建模所用語言。利用上述研究成果建立了小型配電電力系統(tǒng)的實際模型，對該模型進(jìn)行了仿真得出系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)的相關(guān)電氣量隨時間變化的曲線。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) GridLAB-D 仿真 潮流 模塊

中圖分類號：TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（a）-0015-03

1 GridLAB-D的研究背景

現(xiàn)代電網(wǎng)的兩個建設(shè)目標(biāo)是“加快電網(wǎng)現(xiàn)代化建設(shè)”和“大力支持現(xiàn)代電網(wǎng)一體化基礎(chǔ)性關(guān)鍵技術(shù)的模擬”，而實現(xiàn)這些技術(shù)的關(guān)鍵在于“智能電網(wǎng)技術(shù)”的有效執(zhí)行。然而目前最大的困難是無法估算在本地區(qū)內(nèi)的電力基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)模。鑒于此，GridLAB-D便是一個可以給電網(wǎng)設(shè)計和運(yùn)行人員提供有價值的數(shù)據(jù)的配電網(wǎng)仿真及分析軟件，它是由美國北太平洋國家實驗室能源局與工業(yè)界、學(xué)術(shù)界共同開發(fā)的。GridLAB-D可以為那些希望利用新能源技術(shù)的公司提供服務(wù)。該軟件集成了先進(jìn)的模塊技術(shù)和能夠交付最新終端模塊技術(shù)的高性能算法。GRIDLAB-D為用戶提供了電能分配自動化模塊和具有許多電力系統(tǒng)分析手段的軟件集成工具。

2 GridLAB-D軟件概述

2.1 GridLAB-D的功能及應(yīng)用

GRIDLAB-D V2.0版包括：

（1）居民終端電氣設(shè)備模塊和電能交通工具充電設(shè)備。

（2）分布式能源模塊（DER），包括分布式發(fā)電和電能存貯模塊。

（3）采用適時電價的配電電力市場模塊。

（4）與Matlab、Excel、ODBC、gunplot軟件連接的接口。

（5）與其他終端模塊和標(biāo)準(zhǔn)配電分析軟件的兼容。

（6）低頻減載技術(shù)。

（7）商業(yè)建筑模塊、工業(yè)和農(nóng)業(yè)負(fù)荷。

（8）負(fù)荷與人口增長模塊。

（9）可靠性分析模塊。

軟件中有以下幾種功能但不能和上面功能同時使用，即：

（1）決定價格差是否能夠刺激用戶自己發(fā)電的費(fèi)用設(shè)置模塊。

（2）計算部署分布式發(fā)電的潛能和利益模塊。

（3）提供如自動儀表、分布發(fā)電自動化或電能零售市場等商業(yè)工具箱。

（4）提供多種功能間相互作用系統(tǒng)，如低頻減載與負(fù)荷自身減載間的相互影響。

由于具備分析幾秒到幾十年配電系統(tǒng)的各種性能和狀態(tài)，GRIDLAB-D能夠仿真不同物理現(xiàn)象、商業(yè)模式、市場經(jīng)濟(jì)和地區(qū)經(jīng)濟(jì)以及顧客行為。GRIDLAB-D仿真的結(jié)果包括了大量電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)如可靠性系數(shù)（也就是低頻減載的可能性）、商業(yè)系數(shù)（利潤率、回報率、單位損耗系數(shù)）。

2.2 GridLAB-D的特點(diǎn)

GRIDLAB-D是一個靈活的仿真環(huán)境，它可以與大量第三方數(shù)據(jù)管理和分析工具進(jìn)行連接，GRIDLAB-D的核心具有先進(jìn)的算法，能夠并列仿真幾百萬組不同設(shè)備模型。這種算法與過去傳統(tǒng)的有限次差分運(yùn)算相比，它的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：（1）它對復(fù)雜問題的處理更加準(zhǔn)確；（2）它能處理的時間范圍非常寬，從幾秒鐘到幾十年；（3）與新模型或第三方軟件連接非常方便。

GRIDLAB-D系統(tǒng)中包含的模塊可以支持以下仿真功能：

（1）潮流計算和控制，包括分布式發(fā)電和貯電。

（2）終端技術(shù)、設(shè)備和控制。

（3）用戶行為，包括用戶每天、每個星期、每個月用戶對電能需求、對價格的反應(yīng)及選擇。

（4）能量的營運(yùn)，包括配電網(wǎng)自動化、低頻減載系統(tǒng)、緊急情況處理系統(tǒng)。

（5）商業(yè)的營運(yùn)，如零售價格、賬目和以市場為基礎(chǔ)的刺激計劃。

GRIDLAB-D集成了大量的工具套件來建立和處理配電網(wǎng)，并對仿真結(jié)果進(jìn)行分析，這些工具包括：

（1）以代理人為基礎(chǔ)和以信息為基礎(chǔ)的工具讓使用者建立眾多細(xì)節(jié)化的模型，這些模型包括新的終端使用技術(shù)、DER、配電自動化以及零售市場的相互作用及其隨時間的發(fā)展。

（2）對立并使之生效的價格制定工具，它能分析用戶對價格的反應(yīng)，并校驗與其他技術(shù)和零售市場的相互作用及獨(dú)立性。

（3）以工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建立的電力系統(tǒng)工具及仿真方法界面。

（4）能夠采集大量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并允許大范圍的分析。

最方便的是，GRIDLAB-D能夠分析配電網(wǎng)系統(tǒng)的各個部分與其他模塊的相互影響。GRIDLAB-D不需要降階的模型來收集用戶或電力系統(tǒng)的狀態(tài)，這也就避免了在模型簡化時的一些錯誤或不適當(dāng)假設(shè)。GRIDLAB-D對工業(yè)和政府部門來說是必不可少的，因為它可以幫助設(shè)計更加有效、實用的方案來處理負(fù)荷的日益增長和用戶對用電可靠性要求的提高。

2.3 GridLAB-D的核心優(yōu)勢

目前市面上的電力系統(tǒng)仿真軟件基本上都不能提供由外部因素導(dǎo)致對電力工業(yè)生產(chǎn)造成強(qiáng)烈影響而進(jìn)行分析。快速的信息交換技術(shù)、追求成本效率的新型能源、多種重疊的能源市場以及新的商業(yè)策略的共同影響給這些重要創(chuàng)新帶來了太多的不確定性。

GRIDLAB-D是企業(yè)工程師、制度制定者、各種風(fēng)險投資商和廣大消費(fèi)者共同關(guān)注的結(jié)果，它的優(yōu)勢在于：

（1）價格結(jié)構(gòu)分析：以新的價格結(jié)構(gòu)來對消費(fèi)者提供不同能源對于電力公司來說是十分有吸引力的，這是因為制定新的價格體系給電力公司提供了一個修改需求彈性曲線的機(jī)會，也給電力公司在整個市場上平衡電能供求的能力提供了幫助。制定新的價格體系的最大挑戰(zhàn)就是這個體系對于電力公司和消費(fèi)者來說應(yīng)該是雙贏的。GRIDLAB-D提供了能對不同價格體系做出選擇的消費(fèi)者模塊（包括固定價格、需求率、每天價格、實時價格），這樣進(jìn)行仿真后就可以知曉這套價格制度是否可以成功運(yùn)用。endprint

（2）分布式電源：和分布式發(fā)電機(jī)一樣，DER技術(shù)的產(chǎn)生、集成的供熱和能量技術(shù)系統(tǒng)（CHP）以及GFA控制都帶來了很多的機(jī)會和挑戰(zhàn)。GRIDLAB-D給公司決策者和管理者提供了對基礎(chǔ)設(shè)施和分布式電源投資的成本與收益一個更好的評估方法，如增加零售彈性、提高可靠性系數(shù)和在零售市場上同時銷售附屬產(chǎn)品的機(jī)會。

（3）峰荷的管理：很多峰荷期甩負(fù)荷策略通常不能實現(xiàn)預(yù)期的收益。GRIDLAB-D可以對消費(fèi)者行為進(jìn)行建模，這樣就可以實現(xiàn)峰荷期甩負(fù)荷策略最優(yōu)化。在峰荷期甩負(fù)荷，GRIDLAB-D可以對用戶的滿意程度進(jìn)行評估，也可以對可利用電源進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)計。GRIDLAB-D甚至可以對一天內(nèi)一次或更多次的停電給用戶帶來影響進(jìn)行估計。

（4）配電自動化的設(shè)計：GRIDLAB-D提供設(shè)計和分析配電自動化技術(shù)的能力，使電力公司在同一個系統(tǒng)中進(jìn)行不同的穩(wěn)定性分析。

3 GridLAB-D軟件模塊

3.1 記錄模塊（tape module）

（1）Player：player是兩種輸入方式中的其中之一，player還是parent的最新更新名字。

（2）Shaper：shaper是兩種輸入方式中的另一種方式。Shaper的類型。

（3）Recorder：Recorder是收集資料的兩種主要的方法之一。Recorder可以記錄同一個對象的多種數(shù)據(jù)，并用gnuplot輸出。Recorder使用十進(jìn)制的整數(shù)、數(shù)字和使用關(guān)鍵字，加倍使用double_format，綜合使用complex_format，使用object_format對象引用。

（4）Collector：Collector是收集資料的另一種主要的方法。Collector與Recorder的不同是，它記錄的是一組對象的數(shù)據(jù)。

3.2 可靠性模塊（reliability module）

結(jié)合Powerflow模塊進(jìn)行工作。完成配電系統(tǒng)的故障檢測報告。檢測報告是以IEEE1366-2003為標(biāo)準(zhǔn)?？煽啃阅K的輸出為：

記錄事件（如指定地點(diǎn)和時間）-系統(tǒng)中斷時間平均指數(shù)：

SAIFI-系統(tǒng)平均中斷頻率索引；

CAIDI中斷期間，顧客平均指數(shù)；

CAIFI-用戶平均中斷頻率索引；

CTAIDI-用戶總平均中斷的頻率索引

MAIFI-瞬間的平均指數(shù)（在這個時間不計算中斷頻率）；

ASAI-平均可用的服務(wù)。

3.3 市場模塊（market module）

市場模塊的作用是將賣方或買方的價格整合，并調(diào)整到供求平衡，使電力公司與用戶基本達(dá)到各自預(yù)期價格。提供基本的投標(biāo)服務(wù)和進(jìn)入電力市場服務(wù)。

用一個簡單的例子來說明市場模塊，如圖1所示，假設(shè)發(fā)電機(jī)1可以產(chǎn)生3 kW？h，且單價為0.5美元/kW·H的電，發(fā)電機(jī)2可生產(chǎn)1.5 kW·h，且單價為0.5美元/kW·H的電。用戶1想購買2.5 kW·h的電，且最多支付0.60美元/kW·H，用戶2想購買 1.0 kW·h的電，且最多支付0.80美元/kW·h。使用市場模塊可以使供求達(dá)到平衡。

3.4 潮流模塊（powerflow module）

（1）潮流模塊是最基本的分析電力系統(tǒng)潮流的模塊。只要給出發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的電壓，該模塊就可以自動給定個節(jié)點(diǎn)的電壓并且根據(jù)負(fù)載情況依次給出電流值。

（2）潮流模塊主要由鏈接和節(jié)點(diǎn)兩個對象構(gòu)成。其他的對象都是由這兩個對象繼承而來。節(jié)點(diǎn)主要由電容器、負(fù)荷、電表組成；鏈接主要由熔絲、開關(guān)、繼電器、架空線、地線、變壓器組成。

3.5 天氣模塊（climate module）

天氣模塊是根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)很多時候會受到天氣的影響，才應(yīng)運(yùn)而生的。天氣數(shù)據(jù)主要有以下幾部分組成：經(jīng)度、緯度、濕度、日照、風(fēng)向。

3.6 居民模塊（residental module）

（1）居民模塊有兩種：houseA與houseE。houseA與houseE非常的相似，它們之間最大的不同在于算法的思想不同。houseA是基于CLTD模型，其類的名稱為：house。houseE是基于ETP模型，其類的名稱為：house_e。

（2）居民模塊的主要仿真模型裝置為：熱水器、爐子、冰箱、洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、插座、微波爐、冷藏庫、干洗機(jī)、充電器等。

4 GridLAB-D的潮流仿真

TextPad是一款文本編輯軟件，它可以在windows操作界面內(nèi)運(yùn)行GridLAB-D的指令，顯示GridLAB-D仿真運(yùn)行結(jié)果。因此，在安裝GridLAB-D后還需要進(jìn)行TextPad的安裝，并將它與GridLAB-D相關(guān)聯(lián)。

特別說明：進(jìn)行關(guān)聯(lián)的時候，要詳閱TextPad的幫助文檔，因為有些細(xì)節(jié)如公式的輸入，路徑的設(shè)置必須完全按照相應(yīng)的要求。

下面進(jìn)行仿真，在整個仿真程序編輯過程中集成了潮流和負(fù)荷模型，來反應(yīng)家庭式負(fù)荷的用電情況，并對電網(wǎng)輸送到用戶的電能質(zhì)量進(jìn)行分析和評估。模型由五個模塊組成，它們分別是潮流模塊（power flow）、氣候模塊（climate）、用戶模塊（residential）、測量記錄模塊（tape）、時鐘模塊（clock）。每個模塊下又包括多種元件，每一種元件的參數(shù)設(shè)定各有不同，它們所執(zhí)行的功能也不同，共同組成了四節(jié)點(diǎn)的輸電和用電模型。

根據(jù)仿真結(jié)果對各個元件的具體參數(shù)進(jìn)行具體的分析：

（1）節(jié)點(diǎn)1：它是整個網(wǎng)絡(luò)電能的來源，它上接系統(tǒng)，下接負(fù)荷。節(jié)點(diǎn)1中三相電壓為+7199.558+0.000j、-3599.779- 6235.000j、-3599.779+6235.000j，其有效值為7199.558 V，相位相差120度，可見三相是對稱的。endprint

（2）LC300：它是連接節(jié)點(diǎn)1、2，節(jié)點(diǎn)3、4的兩條架空輸電線路。本模型中輸電線的導(dǎo)體有兩種，一種是OH100；另一種是OH101。OH100的平均幾何半徑為0.0244 m，阻抗為0.306；OH101的平均幾何半徑為0.00814 m，阻抗值為0.592。1、2節(jié)點(diǎn)和3、4節(jié)點(diǎn)間導(dǎo)線的采用三相四線制，即分為A相、B相、C相和一條中性線N。其中A、B、C三相導(dǎo)線所采用的導(dǎo)體相同，均為OH100，導(dǎo)線半徑較大；中性線采用的導(dǎo)線為OH101，導(dǎo)體半徑較小。另外，導(dǎo)線的空間布置也作了規(guī)定，AB相間距離為2.5 mBC，相間距離4.5m，AC相間距離7.0 m，A相N距離為5.656854 m，B相對N距離為4.272002 m，C相對N的距離為5.0 m。節(jié)點(diǎn)1、2間架空線的距離為2000 m，節(jié)點(diǎn)3、4間的距離為2500 m。

（3）節(jié)點(diǎn)2：它是連接線路1和降壓變壓器的節(jié)點(diǎn)。由于潮流流過輸電線1會有壓降，故節(jié)點(diǎn)2的實際電壓比節(jié)點(diǎn)1的電壓低，但這兩個節(jié)點(diǎn)位于系統(tǒng)的同一個電壓等級，所以電壓的理論值相同，分別為+ 7199.558+0.000j、-3599.779-6235.000j、 -3599.779+6235.000j，有名值為7199.558V。

（4）降壓變壓器XFC400：XFC400是一個雙繞組變壓器，它的額定容量為6000kVA，變比為12470/4160，其內(nèi)部阻抗為標(biāo)幺值0.01+0.06j。此變壓器是兩次變壓中較重要的一級。

（5）節(jié)點(diǎn)3：它連接變壓器XFC400和線路2。由于變壓器的降壓作用，節(jié)點(diǎn)3的電壓為+2401.777+0.000j、-1200.889-2080.000j 、-1200.889+2080.000j，電壓的有效值為2401.777V。

（6）節(jié)點(diǎn)4：它與節(jié)點(diǎn)3處于同一個電壓等級，故電壓值一致。從節(jié)點(diǎn)4處接負(fù)荷，此時電壓等級還是很高，還要再經(jīng)過一級變壓，即連接負(fù)荷變壓器。

（7）負(fù)荷：它與節(jié)點(diǎn)4直接連接，其電壓與節(jié)點(diǎn)4相同。負(fù)荷的ABC三相從節(jié)點(diǎn)4獲取的電能為+1800000.000+871779.789jVA，最大電壓偏移為0.001，電壓的有效值為2401.777V。

（8）負(fù)荷變壓器Link 45：該變壓器為一次側(cè)接在A相。容量為400 kVA，變比為2400/120，阻抗標(biāo)幺值為0.01+j0.06。

（9）用戶模型。用戶模型中包括相應(yīng)的測量儀表以及用戶相關(guān)參數(shù)設(shè)定模塊。三相電表，其工作電壓為120 V，接在Link 45負(fù)荷變壓器上。數(shù)據(jù)記錄儀，記錄電流1、電流2、電壓1、電壓2和中性線的電壓及電流。最終的測量結(jié)果一份以曲線圖表示并保存在residential_meter.plot中；另一份以output.csv輸出。用戶模塊設(shè)定包括用戶住房情況以及家用電器情況。住房情況有用戶所在位置凝結(jié)48N，西經(jīng)125W，住房面積為1500平方英尺，住房中窗戶的比例占整個墻面的25%，冬天制熱溫度為70華氏度，夏天制熱溫度為76華氏度。室內(nèi)電器考慮了飲水機(jī)，容積為60 L，用水量為2.5 g/min，加熱功率為4500 W，室內(nèi)放置，水溫最高加到120華氏度。

5 結(jié)論

本文通過介紹新型電力仿真軟件GridLAB-D，并就其安裝、運(yùn)行、工作原理及工作特點(diǎn)做了深入探究，分析了GridLAB-D的內(nèi)部流程、功能、模塊間相互連接的方式并搭建了小型配電電力系統(tǒng)的實際模型進(jìn)行仿真，得出了該模型系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)的相關(guān)電氣量隨時間變化的曲線且對曲線進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，由分析結(jié)果知對配電網(wǎng)的運(yùn)行分析確實效果顯著，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 甄威，陳寶喜，唐永紅.真在電力系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用[J].四川電力試驗研究院.

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[3] MattHauer.SourceForge_netBeginner's Guide to GridLAB-D-gridlab-d.

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[5] 西北太平洋國家實驗室.GridLAB-D_brochure[Z].endprint

（2）LC300：它是連接節(jié)點(diǎn)1、2，節(jié)點(diǎn)3、4的兩條架空輸電線路。本模型中輸電線的導(dǎo)體有兩種，一種是OH100；另一種是OH101。OH100的平均幾何半徑為0.0244 m，阻抗為0.306；OH101的平均幾何半徑為0.00814 m，阻抗值為0.592。1、2節(jié)點(diǎn)和3、4節(jié)點(diǎn)間導(dǎo)線的采用三相四線制，即分為A相、B相、C相和一條中性線N。其中A、B、C三相導(dǎo)線所采用的導(dǎo)體相同，均為OH100，導(dǎo)線半徑較大；中性線采用的導(dǎo)線為OH101，導(dǎo)體半徑較小。另外，導(dǎo)線的空間布置也作了規(guī)定，AB相間距離為2.5 mBC，相間距離4.5m，AC相間距離7.0 m，A相N距離為5.656854 m，B相對N距離為4.272002 m，C相對N的距離為5.0 m。節(jié)點(diǎn)1、2間架空線的距離為2000 m，節(jié)點(diǎn)3、4間的距離為2500 m。

（3）節(jié)點(diǎn)2：它是連接線路1和降壓變壓器的節(jié)點(diǎn)。由于潮流流過輸電線1會有壓降，故節(jié)點(diǎn)2的實際電壓比節(jié)點(diǎn)1的電壓低，但這兩個節(jié)點(diǎn)位于系統(tǒng)的同一個電壓等級，所以電壓的理論值相同，分別為+ 7199.558+0.000j、-3599.779-6235.000j、 -3599.779+6235.000j，有名值為7199.558V。

（4）降壓變壓器XFC400：XFC400是一個雙繞組變壓器，它的額定容量為6000kVA，變比為12470/4160，其內(nèi)部阻抗為標(biāo)幺值0.01+0.06j。此變壓器是兩次變壓中較重要的一級。

（5）節(jié)點(diǎn)3：它連接變壓器XFC400和線路2。由于變壓器的降壓作用，節(jié)點(diǎn)3的電壓為+2401.777+0.000j、-1200.889-2080.000j 、-1200.889+2080.000j，電壓的有效值為2401.777V。

（6）節(jié)點(diǎn)4：它與節(jié)點(diǎn)3處于同一個電壓等級，故電壓值一致。從節(jié)點(diǎn)4處接負(fù)荷，此時電壓等級還是很高，還要再經(jīng)過一級變壓，即連接負(fù)荷變壓器。

（7）負(fù)荷：它與節(jié)點(diǎn)4直接連接，其電壓與節(jié)點(diǎn)4相同。負(fù)荷的ABC三相從節(jié)點(diǎn)4獲取的電能為+1800000.000+871779.789jVA，最大電壓偏移為0.001，電壓的有效值為2401.777V。

（8）負(fù)荷變壓器Link 45：該變壓器為一次側(cè)接在A相。容量為400 kVA，變比為2400/120，阻抗標(biāo)幺值為0.01+j0.06。

（9）用戶模型。用戶模型中包括相應(yīng)的測量儀表以及用戶相關(guān)參數(shù)設(shè)定模塊。三相電表，其工作電壓為120 V，接在Link 45負(fù)荷變壓器上。數(shù)據(jù)記錄儀，記錄電流1、電流2、電壓1、電壓2和中性線的電壓及電流。最終的測量結(jié)果一份以曲線圖表示并保存在residential_meter.plot中；另一份以output.csv輸出。用戶模塊設(shè)定包括用戶住房情況以及家用電器情況。住房情況有用戶所在位置凝結(jié)48N，西經(jīng)125W，住房面積為1500平方英尺，住房中窗戶的比例占整個墻面的25%，冬天制熱溫度為70華氏度，夏天制熱溫度為76華氏度。室內(nèi)電器考慮了飲水機(jī)，容積為60 L，用水量為2.5 g/min，加熱功率為4500 W，室內(nèi)放置，水溫最高加到120華氏度。

5 結(jié)論

本文通過介紹新型電力仿真軟件GridLAB-D，并就其安裝、運(yùn)行、工作原理及工作特點(diǎn)做了深入探究，分析了GridLAB-D的內(nèi)部流程、功能、模塊間相互連接的方式并搭建了小型配電電力系統(tǒng)的實際模型進(jìn)行仿真，得出了該模型系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)的相關(guān)電氣量隨時間變化的曲線且對曲線進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，由分析結(jié)果知對配電網(wǎng)的運(yùn)行分析確實效果顯著，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 甄威，陳寶喜，唐永紅.真在電力系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用[J].四川電力試驗研究院.

[2] 湯涌.電力系統(tǒng)數(shù)字仿真技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[D].中國電力科學(xué)研究院.

[3] MattHauer.SourceForge_netBeginner's Guide to GridLAB-D-gridlab-d.

[4] 許薇.面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計[M].清華大學(xué)出版社，2009.

[5] 西北太平洋國家實驗室.GridLAB-D_brochure[Z].endprint

（2）LC300：它是連接節(jié)點(diǎn)1、2，節(jié)點(diǎn)3、4的兩條架空輸電線路。本模型中輸電線的導(dǎo)體有兩種，一種是OH100；另一種是OH101。OH100的平均幾何半徑為0.0244 m，阻抗為0.306；OH101的平均幾何半徑為0.00814 m，阻抗值為0.592。1、2節(jié)點(diǎn)和3、4節(jié)點(diǎn)間導(dǎo)線的采用三相四線制，即分為A相、B相、C相和一條中性線N。其中A、B、C三相導(dǎo)線所采用的導(dǎo)體相同，均為OH100，導(dǎo)線半徑較大；中性線采用的導(dǎo)線為OH101，導(dǎo)體半徑較小。另外，導(dǎo)線的空間布置也作了規(guī)定，AB相間距離為2.5 mBC，相間距離4.5m，AC相間距離7.0 m，A相N距離為5.656854 m，B相對N距離為4.272002 m，C相對N的距離為5.0 m。節(jié)點(diǎn)1、2間架空線的距離為2000 m，節(jié)點(diǎn)3、4間的距離為2500 m。

（3）節(jié)點(diǎn)2：它是連接線路1和降壓變壓器的節(jié)點(diǎn)。由于潮流流過輸電線1會有壓降，故節(jié)點(diǎn)2的實際電壓比節(jié)點(diǎn)1的電壓低，但這兩個節(jié)點(diǎn)位于系統(tǒng)的同一個電壓等級，所以電壓的理論值相同，分別為+ 7199.558+0.000j、-3599.779-6235.000j、 -3599.779+6235.000j，有名值為7199.558V。

（4）降壓變壓器XFC400：XFC400是一個雙繞組變壓器，它的額定容量為6000kVA，變比為12470/4160，其內(nèi)部阻抗為標(biāo)幺值0.01+0.06j。此變壓器是兩次變壓中較重要的一級。

（5）節(jié)點(diǎn)3：它連接變壓器XFC400和線路2。由于變壓器的降壓作用，節(jié)點(diǎn)3的電壓為+2401.777+0.000j、-1200.889-2080.000j 、-1200.889+2080.000j，電壓的有效值為2401.777V。

（6）節(jié)點(diǎn)4：它與節(jié)點(diǎn)3處于同一個電壓等級，故電壓值一致。從節(jié)點(diǎn)4處接負(fù)荷，此時電壓等級還是很高，還要再經(jīng)過一級變壓，即連接負(fù)荷變壓器。

（7）負(fù)荷：它與節(jié)點(diǎn)4直接連接，其電壓與節(jié)點(diǎn)4相同。負(fù)荷的ABC三相從節(jié)點(diǎn)4獲取的電能為+1800000.000+871779.789jVA，最大電壓偏移為0.001，電壓的有效值為2401.777V。

（8）負(fù)荷變壓器Link 45：該變壓器為一次側(cè)接在A相。容量為400 kVA，變比為2400/120，阻抗標(biāo)幺值為0.01+j0.06。

（9）用戶模型。用戶模型中包括相應(yīng)的測量儀表以及用戶相關(guān)參數(shù)設(shè)定模塊。三相電表，其工作電壓為120 V，接在Link 45負(fù)荷變壓器上。數(shù)據(jù)記錄儀，記錄電流1、電流2、電壓1、電壓2和中性線的電壓及電流。最終的測量結(jié)果一份以曲線圖表示并保存在residential_meter.plot中；另一份以output.csv輸出。用戶模塊設(shè)定包括用戶住房情況以及家用電器情況。住房情況有用戶所在位置凝結(jié)48N，西經(jīng)125W，住房面積為1500平方英尺，住房中窗戶的比例占整個墻面的25%，冬天制熱溫度為70華氏度，夏天制熱溫度為76華氏度。室內(nèi)電器考慮了飲水機(jī)，容積為60 L，用水量為2.5 g/min，加熱功率為4500 W，室內(nèi)放置，水溫最高加到120華氏度。

5 結(jié)論

本文通過介紹新型電力仿真軟件GridLAB-D，并就其安裝、運(yùn)行、工作原理及工作特點(diǎn)做了深入探究，分析了GridLAB-D的內(nèi)部流程、功能、模塊間相互連接的方式并搭建了小型配電電力系統(tǒng)的實際模型進(jìn)行仿真，得出了該模型系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)的相關(guān)電氣量隨時間變化的曲線且對曲線進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，由分析結(jié)果知對配電網(wǎng)的運(yùn)行分析確實效果顯著，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 甄威，陳寶喜，唐永紅.真在電力系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用[J].四川電力試驗研究院.

[2] 湯涌.電力系統(tǒng)數(shù)字仿真技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[D].中國電力科學(xué)研究院.

[3] MattHauer.SourceForge_netBeginner's Guide to GridLAB-D-gridlab-d.

[4] 許薇.面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計[M].清華大學(xué)出版社，2009.

[5] 西北太平洋國家實驗室.GridLAB-D_brochure[Z].endprint