电力仿真培训课程体系（选修）

本课程体系结合企业实际人才需求与电力仿真技术发展路线，按照从基础理论到专业应用、从电磁暂态到机电暂态、从离线仿真到实时仿真的完整知识体系分类，共分为六个技术专题。每个专题均结合主流电力仿真软件与工程实践。

专题目录

专题一：电力系统分析基础与仿真原理

专题二：PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真

专题三：PSASP/BPA电力系统综合仿真

专题四：MATLAB/Simulink电力电子与控制系统仿真

专题五：实时数字仿真与硬件在环测试

专题六：数字孪生与变电站仿真技术

课程体系概述

电力仿真技术是通过建立电力系统数学模型，利用计算机模拟电力系统在各种工况下的行为，为电力系统规划、设计、运行和维护提供重要依据。随着新能源并网、特高压输电、智能电网的快速发展，电力系统复杂性日益增加，对掌握电力仿真技术的复合型人才需求持续增长。本课程体系围绕从电磁暂态到机电暂态、从离线分析到实时仿真的完整技术链条，涵盖电力系统稳态分析、电磁暂态仿真、机电暂态仿真、电力电子仿真、实时仿真等内容，按照从基础到高级、从理论到实践的进阶路径设计，确保课程内容的系统性、先进性和实用性。

专题一：电力系统分析基础与仿真原理

培训目标

• 掌握电力系统的基本组成与运行方式

• 理解电力系统仿真的分类与数学原理

• 熟悉常用电力仿真软件的特点与选型

• 具备电力系统建模的基础能力

培训内容介绍

1. 电力系统概述：电力系统的组成，电力系统运行方式，电力系统的额定电压等级，电力系统中性点接地方式

2. 电力系统元件数学模型：同步发电机数学模型及运行特性，电力线路参数计算与等值电路，双绕组/三绕组变压器参数计算，负荷特性及数学模型

3. 标幺制与等值电路：标幺值的基本概念，基准值选择与换算，多电压等级电力网络标幺值等值电路，复杂网络化简

4. 电力系统仿真概论：仿真的概念与必要性，机电暂态与电磁暂态的区别，仿真的分类，仿真软件介绍及差别

5. 电力系统稳态分析原理：潮流计算的基本原理，节点导纳矩阵计算，牛顿-拉夫逊法潮流计算，PQ分解法潮流计算，直流法潮流计算

6. 电力系统短路故障分析：短路的基本概念与类型，无限大功率电源供电系统的三相短路，同步发电机突然三相短路的物理过程，对称分量法原理

7. 电力系统稳定性分析：电力系统稳定的概念，静态稳定分析的小干扰法，暂态稳定分析的等面积法则

8. 仿真中的数值计算方法：微分方程的数值解法，代数方程组求解，刚性系统处理

9. 电力系统仿真的基本步骤：原始数据收集与处理，模型选择与参数设置，仿真计算与调试，结果分析与验证，报告撰写

10. 仿真软件选型指南：电磁暂态仿真软件，机电暂态仿真软件，电力电子仿真软件

11. 电力仿真标准与规范：IEEE电力系统仿真标准，IEC相关标准，仿真结果可信度评估

12. 综合实践：简单电力系统潮流计算与短路分析初步

专题二：PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真

培训目标

• 掌握PSCAD软件界面与基本操作流程

• 能够进行电磁暂态建模与仿真分析

• 熟悉故障暂态过程与波形分析

• 具备电力系统电磁暂态仿真能力

培训内容介绍

1. PSCAD/EMTDC软件概述：PSCAD软件发展历程与功能特点，EMTDC求解器原理，软件界面布局

2. PSCAD基本操作：新建工程与模型搭建，元件选择与参数设置，导线连接与节点命名，编译与运行控制

3. 电力系统元件库：电源元件，无源元件，输电线路模型，开关与断路器

4. 同步发电机建模：发电机模型，励磁系统模型，调速器模型，原动机模型，发电机参数设置

5. 电力系统稳态建模：标幺值回顾，实际系统建模流程，多机系统建模，负荷模型

6. 短路故障仿真：三相短路故障设置，单相接地故障设置，两相短路与两相接地故障，故障时序控制

7. 故障波形分析：短路电流波形，电压暂降分析，故障暂态过程，数值分析验证与理论计算对比

8. 输电线路故障定位：行波传播原理，故障行波波形，双端测距方法，仿真验证

9. 电力系统暂态稳定仿真：暂态稳定判定方法，功角曲线仿真及拟合，等面积法则的验证实验，极限切除时间确定

10. 新能源并网仿真：光伏发电系统建模，双馈风机建模，永磁直驱风机建模，新能源并网对系统稳定性的影响

11. 分布式发电和微电网仿真：微电网运行模式，下垂控制仿真，孤岛检测，分布式电源协调控制

12. 综合实践：典型电力系统电磁暂态与稳定仿真分析

专题三：PSASP/BPA电力系统综合仿真

培训目标

• 掌握PSASP/BPA软件界面与操作流程

• 能够进行潮流计算与短路电流分析

• 熟悉机电暂态稳定仿真方法

• 具备大电网机电暂态仿真能力

培训内容介绍

1. PSASP软件概述：中国电科院PSASP发展历程，软件体系架构，图形化建模环境

2. PSASP基础操作：工程创建与数据管理，元件库调用，单线图绘制，数据卡片填写，计算任务设置

3. BPA软件概述：中国版BPA功能特点，数据卡片格式，批处理计算模式

4. 潮流计算模块：潮流数据准备，潮流计算方法选择，潮流结果分析

5. PSASP潮流计算实践：辐射型网络潮流计算，环网潮流计算，多电压等级电网潮流，潮流收敛性问题处理

6. 短路电流计算：短路电流计算软件介绍，对称短路计算，不对称短路计算，短路电流限制措施

7. PSASP短路计算实践：故障点设置，序网络参数计算，短路电流结果输出，断路器开断能力校核

8. 机电暂态稳定仿真基础：暂态稳定数学模型，发电机转子运动方程，励磁系统模型，调速系统模型，负荷动态特性

9. PSASP暂态稳定计算：暂态稳定数据准备，故障设置与时序控制，稳定判据，极限切除时间搜索

10. 暂态稳定结果分析：功角摇摆曲线，母线电压曲线，系统频率曲线，稳定裕度评估

11. 小干扰稳定分析：特征值分析方法，低频振荡模式识别，PSS参数优化，阻尼特性分析

12. 综合实践：区域电网潮流计算与暂态稳定分析

专题四：MATLAB/Simulink电力电子与控制系统仿真

培训目标

• 掌握Simscape Electrical电力系统建模方法

• 能够进行电力电子变换器仿真设计

• 熟悉控制系统设计与自动代码生成

• 具备电力电子与控制系统联合仿真能力

培训内容介绍

1. MATLAB/Simulink概述：MATLAB在电力系统中的应用，Simulink仿真环境，Simscape Electrical工具箱功能

2. Simscape Electrical元件库：电力元件库，电力电子器件库，电机库

3. 电力电子变换器仿真：降压功率转换器电路建模，升压变换器仿真，单相整流电路，三相逆变电路

4. 模型保真度选择：行为模型，平均开关模型，分段线性模型，非线性模型

5. PWM调制技术仿真：SPWM调制实现，SVPWM算法仿真，载波比与调制比设置，死区时间影响

6. 电机驱动系统仿真：直流电机调速系统，异步电机V/F控制，永磁同步电机矢量控制，BLDC六步换相控制

7. 闭环控制系统设计：PID调节器参数整定，电流环与速度环设计，基于模型的控制系统设计，自动代码生成

8. 微电网仿真：光伏电池建模，风力发电系统建模，储能系统建模，微电网运行模式切换

9. 电力系统稳态与暂态仿真：潮流计算模块，短路故障仿真，暂态稳定仿真，电力系统仿真软件使用练习

10. 模型精度与速度权衡：仿真步长选择，离散化方法，刚性系统处理，加速仿真技巧

11. TI C2000硬件在环：TI C2000 DSP与Simulink接口，代码生成与下载，硬件在环测试

12. 综合实践：光伏并网逆变器控制系统设计与仿真

专题五：实时数字仿真与硬件在环测试

培训目标

• 掌握实时仿真系统的基本架构与原理

• 能够使用RT-LAB进行电力系统实时仿真

• 熟悉硬件在环测试流程

• 具备控制器测试与验证能力

培训内容介绍

1. 实时仿真概述：实时仿真与离线仿真的区别，实时仿真系统架构，实时仿真的应用领域

2. OPAL-RT实时仿真系统：OPAL-RT产品系列，RT-LAB实时仿真平台，ARTEMiS电力系统实时仿真工具箱

3. ARTEMiS及其求解器：电力系统实时仿真求解器，基于Simulink的SimPowerSystems模型转换，HIL系统构建

4. ARTEMiS解耦工具和线路模型：分布式参数线路，SSN解耦算法，线路模型选择与参数设置

5. ARTEMiS交换机型号：电力电子开关建模，高频开关实时仿真技术，开关损耗计算

6. 实时仿真模型构建：从离线模型到实时模型的转换，模型简化与降阶，任务分配与并行计算

7. 硬件在环测试系统：HIL测试系统组成，信号调理与电平匹配，故障注入

8. 保护装置HIL测试：继电保护测试原理，故障波形回放，保护动作时间测量，保护逻辑验证

9. 控制器HIL测试：PWM信号采样，电流环/速度环测试，故障工况响应，控制参数优化

10. 功率硬件在环：功率放大器与仿真机接口，真实功率设备接入，微电网PHIL测试

11. 实时仿真在新能源中的应用：风电控制器测试，光伏逆变器测试，储能变流器测试，并网符合性验证

12. 综合实践：继电保护装置硬件在环测试

专题六：数字孪生与变电站仿真技术

培训目标

• 掌握数字孪生技术在电力系统中的应用

• 能够进行变电站三维仿真建模

• 熟悉变电站自动化系统仿真

• 具备综合自动化系统集成与调试能力

培训内容介绍

1. 数字孪生概述：数字孪生概念与特征，电力系统数字孪生架构，虚实映射与实时同步，数据驱动与机理模型融合

2. 智能变电站仿真系统：智能变电站架构，IEC 61850标准，GOOSE/SV通信仿真

3. 变电站仿真系统架构：电网、变电站一体化设计，数字电网驱动物理设备架构，数模转换及开关量采集板卡，毫秒级实时交互

4. 数字物理混合仿真：真实综自监控系统接入，真实继电保护设备接入，真实测控/智能终端接入，虚实结合、动态响应、全场景覆盖

5. 变电站三维建模：虚拟现实技术应用，数字孪生技术应用，一次设备三维建模，二次设备面板建模，变电站场景漫游

6. 变电站运行仿真：正常倒闸操作仿真，巡视巡检仿真，异常工况模拟，事故反演与复现

7. 继电保护与自动装置仿真：线路保护装置仿真，变压器保护仿真，母线保护仿真，备用电源自动投入装置仿真

8. 综合自动化系统仿真：监控后台系统仿真，远动通信仿真，五防系统仿真，对时系统仿真

9. 故障案例复现与诊断：典型故障复现，故障特征分析，保护动作行为评估

10. 多层级培训适配：新员工入门培训，岗位技能提升培训，技术骨干高级培训，竞赛与调考支持

11. 电网调度仿真：调度自动化系统，调度员培训仿真，电网调度与变电站协同仿真

12. 综合实践：220kV智能变电站数字物理混合仿真系统操作

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