Power System Modelling and Scripting

warrior0318

Contents
+ ^& n- k( X8 i0 gPart I: Introduction
1 Power System Modelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
! W) p  d  H% t7 d- v# w. A1.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2 Motivations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
; p( J4 I0 ]3 [7 e$ Q/ s& u1.3 Modelling Physical Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.4 Hybrid Dynamical Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2 Power System Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
; T1 |2 U- H' A8 Q+ ]6 E) y2.1 Structure of Software Projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2 Classes and Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
6 H8 L0 ?* X3 ?  ?2.3 Modularity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
# V# j( C+ g- e" [& m% @! O# `2.4 Architecture of a Power System Software Tool . . . . . . . . . . . . 27
3 Power System Scripting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.1 Open and Closed Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
  N; P6 b" A2 k9 l& Q3.2 Scripting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
) C8 q, N' g4 v  ^$ h5 ?3.3 Scripting Languages for Computational Science . . . . . . . . . . . 35
% y& w$ x# a' H% H/ h  O3.4 Computer Languages Suitable for Power System Analysis . . . 36
3.5 Python Scripting Language . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Part II: Power System Analysis
4 Power Flow Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
, [: L* P5 V2 k1 k1 x; s) N! X4.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
/ m3 u8 T, p9 O8 ~9 ?4.2 Taxonomy of Power Flow Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
: k. i+ c# z9 z' n4.3 Classical Power Flow Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.4 Power Flow Solvers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.4.1 Jacobi and Gauss-Seidel’s Method. . . . . . . . . . . . . . . . 70
/ m  o- S) W2 |9 ?( C$ W4.4.2 Newton’s Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
XVI Contents
# U1 d& `' z8 Y* c5 V! |! ~/ n: c% }4.4.3 Power Flow Jacobian Matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
* A$ [5 B* `$ e8 b- U# k4.4.4 Robust Newton’s Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.4.5 Iwamoto’s Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
& c$ s7 M+ d" E1 S! Y4.4.6 Inexact and Dishonest Newton’s Methods . . . . . . . . . 85
2 t6 J8 t$ i* o/ k. Q6 l+ a; a4.4.7 Fast Decoupled Power Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4 k5 n% y9 X6 X* k( r& G4.4.8 DC Power Flow. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
. U% @* y! @( Y4.4.9 Single and Distributed Slack Bus Models . . . . . . . . . . 95
% p1 o4 y  a+ ?$ l4.5 A General Framework for Power Flow Solvers . . . . . . . . . . . . . 96
4.5.1 Stability of the Continuous Newton’s Method . . . . . . 97
4.6 Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
5 Continuation Power Flow Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
" k' {$ n* `8 M* k0 g6 q5.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
8 {# s: T$ E1 V0 b5.2 System Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
6 H$ H1 u, G4 X& k8 u" s5.3 Direct Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
& Q8 I# U4 J5 Z/ @5 h1 }5.3.1 Saddle-Node Bifurcation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
5.3.2 Limit-Induced Bifurcation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
5.3.3 Nonlinear Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
9 V* s- r: b) P$ j: m5.4 Homotopy Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
5.4.1 Continuation Power Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
5.4.2 Predictor Step . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
5.4.3 Corrector Step . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
2 b, M. V$ u9 [, v, s5.4.4 Continuous Newton’s Method and Homotopy . . . . . . 126
& V5 Z; d7 \2 c9 w/ w8 K, |5.4.5 N-1 Contingency Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
$ G! M- r7 M4 g/ L( {) m7 N5.5 Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
& a. h( A. q' ]6 Optimal Power Flow Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
6.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
6.2 Optimal Power Flow Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
, F, n( ^$ e9 J* j* e$ ^! h6 M9 E6.3 Nonlinear Programming Solvers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
& ^! o8 k' F; W: V) g9 I: d6 ~6.3.1 Generalized Reduced Gradient Method . . . . . . . . . . . 140
6.3.2 Interior Point Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
6.4 Summary of IPM Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
7 Eigenvalue Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
) V- Z, }- e6 d8 B1 m6 _7.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
5 j  J9 S+ x( X" _, N7.2 Small Signal Stability Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
0 n# L7 o$ J. w/ M" @7.2.1 Bifurcation Points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
7.2.2 Participation Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
) v5 l0 y) P% b7 u7.2.3 Analysis in the Z-Domain. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
7.3 Computing the Eigenvalues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
7.3.1 Power Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
7.3.2 Inverse Iteration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
: [* w# s  L, |' N6 u$ X+ k7.3.3 Rayleigh’s Iteration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
% A( {5 O6 y  R8 x/ _4 Q7.4 Power Flow Modal Analysis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
Contents XVII
7.4.1 Singular Value Decomposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
7.5 Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
" O% K  S' E8 o. A& k$ u: `* _8 Time Domain Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
8.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
8.2 Power System Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
8.2.1 Current-Injection Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
. G0 b) {7 T: {) {8.2.2 Power-Injection Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
% q; U* E6 l3 d/ B8.3 Numerical Integration Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
; u3 m/ n0 E  G: I8.3.1 Explicit Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
% `+ U4 e6 b$ D: y8.3.2 Implicit Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
8.4 Numerical Integration Routine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
. [0 d5 P- ]4 S/ @! Z$ n$ [' t# {8.4.1 Step Length . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
8.4.2 Disturbances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
8.4.3 Stop Criterion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
+ C5 p  L. J: T. o4 y( J8.5 Electro-magnetic Transients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
4 d. R% s  ?5 A& |) ?8.6 Quasi-static Analysis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
8.7 Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
Part III: Device Models
9 Device Generalities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
9.1 General Device Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
9.1.1 Initialization of Device Internal Variables . . . . . . . . . 223
9.2 Devices as Classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
9.2.1 Base Device Class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
9.2.2 Methods of the Base Class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
9.2.3 Specific Device Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
10 Power Flow Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
3 F9 S1 f# j( X/ U- U7 D% `10.1 Topological Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
10.1.1 Bus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
10.1.2 Areas, Zones, Regions and Systems . . . . . . . . . . . . . . . 249
10.2 Static Generators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
10.2.1 PV Generator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
10.2.2 Constant Voltage Phasor Generator . . . . . . . . . . . . . . 254
10.2.3 PQ Generator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
10.3 Static Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
+ s6 S0 m* P0 R/ i/ |2 b) k+ n% n10.3.1 PQ Load. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
10.3.2 Constant Power Factor Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
' ^- l( U# I  B& c10.3.3 Shunt Admittance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
10.3.4 Switched Shunt Admittances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
9 u. W& s* _3 N3 k& s) Q. t$ ^9 NXVIII Contents
11 Transmission Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
0 r) E! V; _0 D& K; M" J11.1 Transmission Line . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
11.1.1 Line Sections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
11.1.2 Tie Line . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
11.1.3 Distributed Transmission Line Models . . . . . . . . . . . . 268
3 v- v/ s0 Q7 {11.1.4 Effect of Frequency Variation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
7 f! e% N  B- m$ h- _- z0 k7 A/ ^11.1.5 Coupling Device and Zero-Impedance Line . . . . . . . . 271
11.2 Transformer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
- U1 I8 S7 E6 o) v9 Q11.2.1 Two-Winding Transformer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
11.2.2 Under Load Tap Changer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
% v: H) ]! y$ y) }7 F11.2.3 Phase Shifting Transformer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
11.2.4 Three-Winding Transformer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
( d) S  w9 T& x. i1 d- M11.3 Vectorial Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
11.3.1 Incidence Matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
& K1 V% Y1 T+ D& T/ J0 A11.3.2 Jacobian and Hessian Matrices . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
! Y! V; r9 P6 M  [11.3.3 Network Connectivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
3 o5 p2 d: U$ h# B* h12 OPF Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
4 M: ^( C6 K8 j6 b8 p( F12.1 Network Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
12.1.1 Bus Voltage Limits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
12.1.2 Transmission Line limits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
( C. H1 K; T2 V: [" H5 f  P12.2 Generator Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
% C+ c' f# a! |8 Z* m3 a  f12.2.1 Capability Curve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
12.2.2 Supply Offer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
12.2.3 Reactive Power Payment Function . . . . . . . . . . . . . . . 296
12.2.4 Generator Power Reserve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
! Z( b& S8 C  A( ^! u9 R' M12.2.5 Generator Power Ramp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
12.3 Load Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
2 r$ O+ J& g0 Y- k12.3.1 Demand Bid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
4 ~% m" P( `$ m8 ^9 {7 |) n12.3.2 Demand Daily Profile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
12.3.3 Demand Power Ramp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
13 Faults and Protections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
13.1 Fault . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
13.2 Breaker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
13.3 Relay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
5 z; ?( H, C. t# H( z" Y13.4 Phasor Measurement Unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
) n# w5 f5 M+ G1 l1 M13.5 Bus Frequency Estimation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
2 x2 L: U1 k1 G$ N14 Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
14.1 Voltage Dependent Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
3 O: H2 I' l. q( l* X+ k+ Q14.2 ZIP Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
14.3 Frequency Dependent Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
. H6 C4 k$ ~2 V8 G' c8 x14.4 Voltage Dependent Load with Dynamic Tap Changer . . . . . . 317
14.5 Exponential Recovery Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320
7 }# K. f+ w/ _Contents XIX
14.6 Thermostatically Controlled Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
14.7 Jimma’s Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322
14.8 Mixed Load. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
15 Alternate-Current Machines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
15.1 Synchronous Machine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
15.1.1 Synchronous Machine Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . 326
" E' M; P5 r4 T6 a+ X% E15.1.2 Initialization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
15.1.3 Common Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
15.1.4 Stator Electrical Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
15.1.5 Magnetic Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
15.1.6 Simplified Magnetic Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
" c$ O  f" J5 t0 y15.1.7 Synchronous Machine Model Taxonomy. . . . . . . . . . . 336
15.1.8 Saturation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
15.1.9 Center of Inertia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
15.1.10 Dynamic Shaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
15.1.11 Sub-synchronous Resonance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
- D: {1 L# M1 b& E! {6 E1 z/ i15.2 Induction Machine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348
15.2.1 Initialization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348
  j" N+ J9 Y" b15.2.2 Torque Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
7 z# E) @. W2 c3 r& E, J3 u15.2.3 Electromechanical Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
$ i- ~8 e5 @& T6 C15.2.4 Detailed Single-Cage Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350
6 }8 D6 z  \. m  M15.2.5 Detailed Double-Cage Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351
6 e* L4 e# ?+ A2 t  h) H, D$ H16 Synchronous Machine Regulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355
16.1 Turbine Governor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355
16.1.1 Turbine Governor Type I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
16.1.2 Turbine Governor Type II. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359
16.2 Automatic Voltage Regulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361
/ Z- h) {" m) L' s  }% w7 v; T- n5 ^16.2.1 Automatic Voltage Regulator Type I . . . . . . . . . . . . . 363
16.2.2 Automatic Voltage Regulator Type II . . . . . . . . . . . . 364
16.2.3 Automatic Voltage Regulator Type III . . . . . . . . . . . . 366
8 J8 M0 f3 h3 |4 m16.3 Power System Stabilizer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369
16.3.1 Simplified Power System Stabilizer Model . . . . . . . . . 371
16.3.2 Power System Stabilizer Type I . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
+ B+ X% g0 j% L+ [7 e5 S16.3.3 Power System Stabilizer Type II . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
16.3.4 Power System Stabilizer Type III . . . . . . . . . . . . . . . . 373
2 I! e9 E4 o- ?; P* w* L- s/ K16.4 Over-Excitation Limiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373
16.5 Under-Excitation Limiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376
17 Direct-Current Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379
6 `# g' z# r4 b- G# Z17.1 Direct-Current Nodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379
3 \+ E# f5 {' I" w# _% f17.2 Common Interface Equations for Direct-Current Devices . . . 379
17.3 Ideal Generators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
17.4 Basic RLC Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382
XX Contents
17.5 Direct-Current Machines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384
- H# R! i  j! B17.6 Other Direct-Current Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387
17.6.1 Solid Oxide Fuel Cell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387
17.6.2 Solar Photovoltaic Cell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
. T3 W# X9 u) C9 {17.6.3 Battery Energy System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391
+ C0 u& Z/ D" b; J9 }# G2 @- ]9 n3 M18 AC/DC Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
18.1 High-Voltage Direct-Current Transmission System . . . . . . . . . 395
18.1.1 Per Unit System for DC Quantities. . . . . . . . . . . . . . . 396
18.1.2 Rectifier Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396
18.1.3 Inverter Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397
18.1.4 HVDC Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398
18.2 Voltage Source Converter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400
18.2.1 Simplified Dynamic VSC Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . 408
18.2.2 Power Flow VSC Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409
& ?% q+ C' [# R8 ^6 e* \; H# [19 FACTS Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413
19.1 Static Var Compensator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413
19.1.1 SVC Type I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413
& ?+ |: X# ]. O/ s19.1.2 SVC Type II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414
! _& h8 j7 C' m+ g; |6 B, |! y% q19.1.3 SVC Initialization. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
19.2 Thyristor Controlled Series Compensator . . . . . . . . . . . . . . . . . 417
19.2.1 TCSC Initialization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419
& f8 H8 f; J9 t# s% n0 a) V3 Q19.3 Static Synchronous Compensator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419
19.3.1 Detailed Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420
19.3.2 Simplified Dynamic Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
9 M8 O3 \$ m. I" q: h8 V' J19.3.3 Power Flow Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422
( \0 x4 b/ B* D. r5 t19.3.4 STATCOM Initialization. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423
19.4 Static Synchronous Series Compensator . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423
19.4.1 Detailed Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
  T6 y. ^  W! s6 X6 t4 z# P) g19.4.2 Simplified Dynamic Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
19.4.3 Power Flow Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
19.4.4 SSSC Initialization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
19.5 Unified Power Flow Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
0 ~% o- }$ Y" r3 ~) q19.5.1 Detailed Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
19.5.2 Simplified Dynamic Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
19.5.3 Power Flow Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433
19.5.4 UPFC Initialization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434
) T6 s; S# X0 Y8 g20 Wind Power Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435
6 z0 Q7 w0 e% h/ w20.1 Wind Speed Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435
20.1.1 Weibull’s Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436
9 Q8 M4 ^7 v4 c2 t  ^20.1.2 Composite Wind Speed Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438
9 t1 w, N7 }& `9 l( _20.1.3 Mexican Hat Wavelet Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439
9 E0 K6 ~/ K( z/ C  M20.2 Wind Turbines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440
Contents XXI
4 Z$ U5 j4 C2 i" ]. ^7 r, E20.2.1 Single Machine and Aggregate Models . . . . . . . . . . . . 441
, [" J2 F) E, f) h20.2.2 Wind Turbine Initialization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
20.2.3 Turbine Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
3 h, K- P' O. A  {5 ~' ?20.2.4 Dynamic Shaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446
20.2.5 Non-Controlled Speed Wind Turbine . . . . . . . . . . . . . 448
" w& h& J' p4 u20.2.6 Doubly-Fed Asynchronous Generator . . . . . . . . . . . . . 449
) }' t; V2 V/ L$ t4 a8 ^20.2.7 Direct-Drive Synchronous Generator. . . . . . . . . . . . . . 453
Part IV: Spare Material and Concluding Remarks
21 Data Formats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
7 T$ Y& j) A) A' J4 N1 O21.1 Data Format Taxonomy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
21.1.1 Data Organization and Structures . . . . . . . . . . . . . . . . 459
8 g% |! C+ u! a21.1.2 Kind of Supported Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461
5 U; @* V, p; Q: K3 k- ^21.1.3 Number of Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462
1 V- g, t% ]% J; a. M21.1.4 Default Values, Prototypes and Data
Manipulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462
21.2 Canonical Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463
21.3 Common Information Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464
21.4 Consistent Data Schemes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467
# k1 R" M3 o6 C( K22 Visualization Matters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475
22.1 Graphical Interface vs. Command Line Approach . . . . . . . . . . 475
! t' ~% @8 \8 r2 h' l$ T# `22.2 Result Visualization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 478
22.2.1 Standard Two-Dimensional Plots . . . . . . . . . . . . . . . . 478
9 B2 E$ T1 W6 F& h22.2.2 Temperature Maps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482
$ f  d# \- |, u; ~8 j6 D. x# T' Q22.2.3 Three-Dimensional Plots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484
22.2.4 Geographic Information System. . . . . . . . . . . . . . . . . . 485
" m, g$ l) p+ L" D7 |9 ~23 Challenges of Scripting for Power System Education . . . . . 489
" X7 O% k8 ?  P, t23.1 Concepts and Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489
. v1 m2 H- x5 f- U8 R% m23.1.1 Proprietary Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489
23.1.2 Open Source Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490
23.1.3 Free Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490
23.1.4 Free Open Source Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491
23.2 Education-Oriented FOSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491
23.2.1 Pedagogical Issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491
/ y7 O$ S% o- p0 V7 L! s# O$ S9 [23.2.2 Failure of FOSS for Power System Analysis . . . . . . . 492
. U/ g4 ~1 o) G' y* j. VXXII Contents
Part V: Appendices
1 I4 }8 E4 U/ n  t/ x1 }1 rA Python Libraries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497
A.1 CVXOPT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497
9 s. J% W) l: S) p" `6 oA.1.1 cvxopt.base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497
$ J' J: D& G9 v; e9 TA.1.2 cvxopt.blas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502
: l7 O  h2 M' Z" U% sA.1.3 cvxopt.lapack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502
: ?' T) S/ F5 x7 J+ v& s* PA.1.4 cvxopt.umfpack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503
A.2 NumPy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505
A.3 Matplotlib . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507
B System Classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511
B.1 System Properties and Settings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511
/ L" i4 X- w; D2 S* G2 Y8 zC Control Diagrams. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515
3 {) y1 \( e; f& h) f1 a0 JC.1 Representation of Basic Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515
C.2 Hard Limits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516
  b. o! {; Z9 m6 E. o/ l2 kD IEEE 14-Bus System Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523
/ J: c2 J  l% K# ?D.1 Common Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523
# M, N1 H9 v8 e* R3 j& m4 \D.2 Static Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523
- e* L7 [& P: i' r1 m% V& n- bD.3 Market Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523
D.4 Dynamic Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524
2 w9 J. ]. f$ a3 AD.5 FACTS Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524
D.6 Wind Turbine Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 526
E Software Packages and Links. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
. F* g! l3 S, b. `E.1 Software Packages Used in the Book . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
E.2 Links related to Power System Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 530
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 531
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 551
! p$ y" ?* H. s! k5 f# B
7 I2 z. U* i7 ~; i+ r, X7 S Power System Modelling and Scripting.part1.rar (976.56 KB, 下载次数: 3)

2012-10-1 13:43 上传

点击文件名下载附件

Power System Modelling and Scripting.part2.rar (976.56 KB, 下载次数: 3)

2012-10-1 13:44 上传

点击文件名下载附件

Power System Modelling and Scripting.part3.rar (976.56 KB, 下载次数: 3)

2012-10-1 13:46 上传

点击文件名下载附件

Power System Modelling and Scripting.part4.rar (976.56 KB, 下载次数: 3)

2012-10-1 13:47 上传

点击文件名下载附件

Power System Modelling and Scripting.part5.rar (976.56 KB, 下载次数: 3)

2012-10-1 13:48 上传

点击文件名下载附件

Power System Modelling and Scripting.part6.rar (966.44 KB, 下载次数: 3)

2012-10-1 13:49 上传

点击文件名下载附件

mingyu

这本书内容很丰富啊，从基本的模型到潮流、稳定性分析到控制、风机和FACTS等一应俱全啊！

寥寮

楼主能不能发一个国庆红包给我啊
5464332@qq.com
非常感谢啊

redplum

很感谢楼主的资料，可惜我的流量不够啊

ponderous

回复 1# warrior0318
  T1 O( g* ?  [
% h: J, Q; p- D0 ]! |( p六个压缩包里放着一模一样的东西，下一个就OK了，不知道为何楼主放六个，让人下了六次，真是伤不起。。。

redplum

这本好书一定要顶

周沭铭

呵呵  顶一下

zhleander

资料很好，但没有足够的积分。

皮卡丘

先存下，需要再来下载