2) 直观方便的文本和图形两种模型编辑方式 3) 调用简单，计算快速
3. 基于公用资源的交直流电力系统分析程序包：
潮流、暂态稳定、短路电流、网损分析、电压稳定、静态安全分析、静态和动态等值、直接法暂态稳定、小干扰稳定、最优潮流和无功优化、参数优化协调、继电保护整定与仿真。
（二）EMTP-ATP （Alternative Transients Program） EMTP-ATP广泛应用于开关和雷电冲击分析、绝缘配合和轴系扭振研究、继电保护模拟、谐波和电能质量研究以及HVDC和FACTS装置的模拟。ATP是一个模拟电力系统电磁暂态和机电暂态特性的数字仿真软件包，可模拟任意结构的复杂电力网络及其控制系统，具有很强的扩展能力，除暂态计算之外，还有其它一些重要的特性。TACS为进行控制系统时域分析的模块。最初开发TACS是为了模拟HVDC换流器的控制系统。TACS采用控制系统的结构图表示法。电网与TACS之间的接口是通过信号量的交互：如节点电压、支路电流、开关状态、时变电阻、电压源和电流源等。
TACS可用于模拟： 1）HVDC换流器的控制系统 ；2）同步发电机的励磁系统； 3）电力电子及其驱动 ；4）电弧（断路器和故障电弧）
（三）PSS?NETOMAC
德国西门子公司在上个世纪70年代开发的电力系统分析软件，经过多年的发展，该软件不断完善，功能日益强大，具有良好的开放性，可嵌入用户自行编制的 FORTRAN语言子程序、数学表达式等，用户遍及世界各地。该软件元件模型全，仿真频带宽，运行与Windows环境下。
1.潮流计算：可进行单相、三相潮流计算，计算时可以考虑负荷电压特性、变压器分接头、HVDC及SVC；也可进行电感、电容耦合的多相线路潮流计算，得到分布式多相线路上的电压随距离的变化曲线。
2.暂态计算：分为电磁暂态计算和机电暂态计算。电磁暂态部分采用差分导纳法、变积分步长等方法和技巧有效地处理了开关操作产生间断点、非线性连接等问题；机电暂态部分可用自定义地负荷模型考虑频率、电压特性，自定义的继电保护断开线路仿真。在暂态计算中不同的时段可采用不同的数学模型，可变积分步长。
3.参数辨识和优化：在频域或时域内使用Quas－Newton，Modified Powell或最小二乘法进行辨识；能在等式、不等式约束条件下对用户自定义的目标函数进行优化；能对发电机电压调节器的参数进行优化甚至可以解决一些较难优化的数学问题。
4.频率响应：计算网络和电机的频率特性以便于为发电机励磁等的参数设计提供依据、计算无源网络的谐波分布、分析网络中出现的周期性干扰、研究与频率和电压有关的负荷的影响等。
5.动态稳定性分析：应用收敛性较好的QR算法求出全部特征值，来判断系统在小扰动下的动态稳定性；若考虑发电机轴系方程后，也可进行次同步振荡的研究。面向模块的仿真语言：采用模块化语言来模拟发电机励磁，原动机调速器、汽轮机等。具有80多种模块，其中有积分、惯性等基本积分环节，也有较大的组合模块。
（四）PSS?E
PSS?E是西门子PTI（Siemens Power Technologies International）公司提供的软件产品，是一个完整的电力系统分析软件工具库。该软件提供了一个非常优越的潮流计算，短路故障分析和动态仿真的环境.PSS?E采用最新的计算机技术和数值计算方法，提供与电力系统技术发展同步的元件模型，如传统和新型高压直流（HVDC）模型、灵活
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交流输电系统（FACTS）模型等，并提供用户可自定义的模型和用户可编程的计算过程等功能。
1.输入数据方式及与其他程序数据文件共享的方便性；
2.程序缺省模型包括发电机模型、励磁系统模型、调速器模型、HVDC 模型、FACTS 模型、负荷模型等的完整性；
3.用户自定义模型功能和程序接口功能；
4.用户自定义计算顺序与用户自定义计算功能； 5.分析计算功能的多样性；
6.计算方法的透明性与文档的完整性； 7.国际交流的方便性。
（五）SIMPOW
典型模块与典型研究：
1.电力系统潮流分析模块（Power-flow analysis module）
电力系统潮流模块基于频率，电压和电流，对于稳态对称的电路进行仿真。系统中采用动态算法或者牛顿-拉夫逊（Newton-Raphson）法进行潮流计算，并且针对变量设定了各种各样的约束条件。
2.动态仿真模块（Dynamic simulation module）
在SIMPOW软件中包含两种动态模型：暂态稳定和瞬时值模型。每种模型都能模拟稳态，对称和不对称电力网络。暂态稳定模型通过交流系统相量和直流系统电压电流进行计算，输出正序，负序，零序分量。瞬时值模型计算瞬时电压和电流，输出dqo分量。SIMPOW软件提供了完整的动态仿真模块库，包含HVDC 和SVC 系统。
3.故障分析模块（Fault analysis module）
故障分析模块用于仿真分析稳态对称和不对称故障，计算短路电流，序分量，节点短路阻抗等。
4.频域分析模块（Frequency domain analysis） SIMPOW可用以频域特征值计算和频域响应计算，这对于电机的小信号稳定和自动控制系统方面的研究将有莫大的帮助。
（六）MATLAB
Matlab由美国MathWorks软件公司于1984年推向市场，历经十几年的发展和竞争，现在己经成为(IEEE评述)国际公认的最优秀的科技应用软件之一。该软件有三大特点:功能强大；界面友好、语言自然；开放性强(仅MathWorks软件公司就推出30多个应用工具箱)，已成为应用科学计算机辅助分析、设计、仿真、教学乃至科技文字处理不可缺少的基础。Matlab含有多个专业性的工具箱，其中主要用于电力系统分析的有EST(Educational Simulation Tool )，MatEMTP，Matpower，PST (Power System Toolbox)，PAT（Power Analysis Toolbox），SPS（Sim Power Systems），VST（Voltage Stability Toolbox），PSAT（Power System Analysis Toolbox）等工具箱，而且工具箱还在不断增加，这些工具箱给电力系统的研究和工程应用提供了有力的工具。
对于上述主要介绍的几种软件，总结如下：
1.EMTP和PSS?NETOMAC都是世界范围通用的电力系统仿真软件，其特点为计算速度快、结果准确度高、功能强大，几乎可以对任何复杂电力网络进行模拟。
2.PSS?E是一个集成化的交互式软件，主要用于电力系统的潮流计算，界面友好，可与多种输出设备相连，输入输出可根据用户要求进行设计，它要求使用者有一定的编程基础，输入不如EMTP和PSASP方便。
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3.PSASP特点在于其使用简单，功能简单齐全，但计算模式有局限性，不易进行复杂模型的算法仿真。
三、基于Matlab的电力系统故障分析与仿真
在MATLAB中，电力系统模型可以在Simulink环境下直接搭建，也可以进行封装和自定义模块库，充分显现了其仿真平台的优越性。MATLAB提供了丰富的工具箱资源，以及大量的实用模块，使我们可以更加深入地研究电力系统的行为特性。在仿真平台上，以单机—无穷大系统为建模对象，通过选择模块，参数设置，以及连线，对电力系统的多种故障进行仿真分析。同时，设计一个GUI图形界面，将仿真波形清晰地显示在界面上以便比较和分析。结果表明，仿真波形基本符合理论分析，说明了MATLAB是电力系统仿真研究的有力工具。
（一）MATLAB简介
MATLAB有强大的运算绘图能力，给用户提供了各种领域的工具箱，而且编程语法简单易学。下面简单介绍一下本次仿真建模中需要用到的工具箱。
1.Simulink基本库，为用户提供了多种基本模块。它有两个显著功能，即仿真与连接，是实现动态系统建模、仿真的一个集成环境。
2.PSB(PowerSystemBlock)电力系统模块库，涵盖了电路、电力电子、电气传动和电力系统等电工学科中常用的基本元件和系统的仿真模型，为电力研究者带来了更大的便利。它由以下8个子模块库组成：电源模块库(Electrical Sources)；基本元件模块库(Elements)；电力电子模块库(Power Electronics)；电机模块库(Machines)；连接模块库(Connectors)；测量模块库(Measurements)；附加模块(Extra Library)；电力图形用户接口(Powergui)。
3.GUI（用户图形界面）是程序的图形化界面。组件、图象窗口以及回应是创建界面所必须的三个基本元素。它提供用户一个常见的界面，以及一些控件，例如，按钮，列表框，菜单等。通常，还可以通过编程来实现多种功能。
（二）电力系统故障分析 1.故障基础知识
电力系统的故障一般分为简单故障和各种复杂故障。简单故障是指电力系统正常运行时某一处发生短路或断线故障的情况，其又可分为短路故障（横向故障）和断线故障（纵向故障），而复杂故障则是指两个或两个以上简单故障的组合。短路故障有4种类型：三相短路（K(3)）、两相短路（K(2)）、单相接地短路（K(1)）和两相短路接地（K(1.1)）；断线故障分为一相断线和两相断线。其中发生单相接地短路故障的概率最高，占65%。在本次设计中，对这六种故障都进行了建模仿真，由于单相接地短路故障发生的几率最高，因此本文将该故障作为典型例子来分析建模仿真过程。
2.单相短路接地故障分析
假设系统短路前空载，短路模拟图如图1所示。
图1 单相接地短路
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当系统中的f点发生单相（A相）直接短路接地故障时，其短路点的边界条件为A相在短路点f的对地电压为零，B相和C相从短路点流出的电流为零，即：
??0UfA??I??0 IfBfC(1)
??0，有如下关系： 将式子（1）转换成各个序分量之间的关系。对于UfA??U???UfAfA(1)?UfA(2)?UfA(0)?0
(2)
??I??0可以得出： 根据IfBfC???I?1afA(1)??1????1a2?IfA(2)????3?11???IfA(0)?????I??fAa2??IfA????1??a??0???IfA?
3?????1??0????IfA??于是，单相短路接地时，用序分量表示的边界条件为：
??????UfA?UfA(1)?UfA(2)?UfA(0)?0 ??????IfA(1)?IfA(2)?IfA(0)(3)
由边界条件组成复合序网（复合序网是指在短路端口按照用序分量表示的边界条
件，将正序、负序和零序三个序网相互连接而成的等值网络）从A相短路接地的序分量边界条件式（3）可见，它相当于三序序网的端头进行串联，如图2所示
图2 单相接地短路复合序网
复合序网直观地表达了不对称短路故障的地点和类型，对复合序网进行分析计算，可以解出短路点处的各序电压，电流分量，如下：
（1）电流分量
序电流分量为 ：
???IfA(1)?IfA(2)?IfA(0)?三相电流为：
?UfA0Z?(1)?Z?(2)?Z?(0)??UfA0?Z (4)
??IfC??IfC(5)
?????IfA?3IfA(1)?3UfA0/?Z ?????IfB?IfC?0（2）电压分量
序电压分量为：
??IfC??IfC- 6 -
