OpenDSS使用
一、仿真功能總結(jié)
基波潮流
諧波潮流分析
二、基本用法
控制界面
輸出菜單命令
作圖命令
三、整體電路模型概念
OpenDSS由均方根穩(wěn)態(tài)下的配電系統(tǒng)模型組成，上面覆蓋著一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)將電力輸送元件和電力轉(zhuǎn)換元件上的控制裝置互連。
[在這個(gè)版本中，通信消息隊(duì)列并沒有完全開發(fā)出來——其中一個(gè)控制隊(duì)列是功能性的，并由所實(shí)現(xiàn)的控件使用。已經(jīng)使用單獨(dú)的工具和OpenDSS的腳本功能對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包進(jìn)行了初步模擬。這項(xiàng)工作仍在繼續(xù)。]控制中心控制電源轉(zhuǎn)換元件（“黑匣子”）內(nèi)部總線（電壓、角度）通信消息隊(duì)列1通信消息隊(duì)列2電源輸送系統(tǒng)
四、母線和端子部分
1.母線定義
總線是節(jié)點(diǎn)的容器。也就是說，總線上有節(jié)點(diǎn)。
總線的主要電氣特性是電壓。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)相對(duì)于零電壓基準(zhǔn)（遠(yuǎn)端接地）的電壓。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納方程（即每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電流總和）。這基本上決定了必須解決的問題的大小，盡管計(jì)算注入電流或補(bǔ)償電流也會(huì)產(chǎn)生計(jì)算開銷。
OpenDSS中沒有特殊的母線類型，母線只是將電路元件連接在一起的位置?？偩€的功能取決于連接到它的東西。這對(duì)建模者來說是一個(gè)解放的概念。我可以把30個(gè)負(fù)載放在一個(gè)母線上，或者把負(fù)載和發(fā)電機(jī)放在同一母線上。雖然并非所有可以想象的配置都能在潮流迭代過程中輕松收斂，但沒有任何規(guī)則可以阻止用戶嘗試。
2.端子定義
電力系統(tǒng)中的每個(gè)電氣元件都具有一個(gè)或多個(gè)端子。每個(gè)端子都有一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)線。導(dǎo)線編號(hào)為[1、2、3、…]。從概念上講，每個(gè)導(dǎo)線都包含一個(gè)可由控制元件控制的斷路開關(guān)（下圖中所示的保險(xiǎn)絲已從模型中棄用）。熔斷器、繼電器和重合閘被建模為控制元件，用于監(jiān)測(cè)終端電流，然后打開或關(guān)閉開關(guān)。因此，沒有必要插入顯式開關(guān)元件，這增加了問題的規(guī)模。
如果端子連接到N相器件，則假定前N個(gè)導(dǎo)體按順序?qū)?yīng)于相。其余的導(dǎo)體實(shí)際上可以是任何其他導(dǎo)體，但通常是中性導(dǎo)體或其他非電力導(dǎo)體。
OpenDSS總線是一個(gè)具有1個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)的連接場(chǎng)所，用于連接來自電力輸送元件和能量轉(zhuǎn)換元件的端子。
總線是用任意長(zhǎng)度的字符串命名的。您可以使用相當(dāng)長(zhǎng)的名稱，并且不必提前聲明長(zhǎng)度。
每個(gè)總線的節(jié)點(diǎn)0隱式地連接到電壓基準(zhǔn)（即，節(jié)點(diǎn)的電壓始終為零，并且從不顯式地包括在Y矩陣中）。
3.母線命名
母線由字母數(shù)字字符串命名。名稱可以是數(shù)字，但始終被視為字符串。在內(nèi)部，母線將被編號(hào)（實(shí)際上，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都被編號(hào)），但僅使用名稱通過COM或命令接口引用。如果電路中的某些內(nèi)容發(fā)生變化，內(nèi)部索引號(hào)可能會(huì)發(fā)生變化，這不是引用總線或節(jié)點(diǎn)的可靠方式。參見下面的總線實(shí)例化和壽命。
名稱最好不包含空格、制表符或其他“空白”或控制字符。
名稱可以是任何合理的長(zhǎng)度。
4.母線實(shí)例化和壽命
熟悉其他電力系統(tǒng)分析平臺(tái)的用戶需要一些時(shí)間來適應(yīng)OpenDSS的一個(gè)功能是，在解決方案或其他目的需要總線之前，總線是不存在的?？偩€列表由電路中當(dāng)前啟用的設(shè)備組成。然后每個(gè)總線都被實(shí)例化。同樣，在模擬過程中，總線可能會(huì)消失。
OpenDSS這種行為的原因是為了避免必須提前定義問題中的所有總線。這允許用戶在模擬拓?fù)湓谀M過程中發(fā)生變化的配電電路時(shí)有很大的靈活性。如果要添加新的總線，只需定義連接到總線的設(shè)備或編輯現(xiàn)有設(shè)備的總線連接即可。由于OpenDSS不需要知道電壓基準(zhǔn)來執(zhí)行其解決方案，因此不需要提前定義基準(zhǔn)電壓。然而，電壓基準(zhǔn)對(duì)于報(bào)告和某些模擬是有用的。只需記住在總線存在之后和生成報(bào)告之前設(shè)置電壓基準(zhǔn)即可。
通過發(fā)出“MakeBusList”命令，可以在不執(zhí)行解決方案的情況下強(qiáng)制執(zhí)行總線實(shí)例化
CalcVoltageBases命令將通過執(zhí)行空載功率流，在可行的情況下自動(dòng)設(shè)置電壓基準(zhǔn)。使用Set Voltagebases=[array of voltagebases in kV L-L]]來定義問題的合法電壓基。
否則，可以使用SetkVBase命令設(shè)置選定母線的電壓基準(zhǔn)。通常，用戶會(huì)使用所有必要的SetkVBase命令創(chuàng)建單獨(dú)的腳本文件。這些執(zhí)行速度很快，但僅在問題中難以自動(dòng)區(qū)分兩個(gè)電壓基準(zhǔn)時(shí)使用。
只要電路發(fā)生變化，總線列表就會(huì)重新組織
總線實(shí)例化規(guī)則的含義/副作用：
在總線存在之前，您無法定義總線的電壓基礎(chǔ)。CalcVoltageBases命令是一種解決方案類型，它將自動(dòng)實(shí)例化當(dāng)前定義的所有總線。
在總線存在之前，您無法定義總線的坐標(biāo)
一旦總線列表存在，當(dāng)發(fā)生需要重新生成總線列表的更改時(shí)，特性將自動(dòng)復(fù)制到新的總線對(duì)象。但是，如果通過更改創(chuàng)建了新的總線，則它們將不具有任何特殊特性，例如定義的電壓基準(zhǔn)或坐標(biāo)。如有必要，隨后必須這樣做。
如果有任何問題，重新定義基準(zhǔn)電壓或坐標(biāo)是否具有正確的值，這不會(huì)有什么壞處。
一旦實(shí)例化，總線對(duì)象將一直存在，直到另一個(gè)命令強(qiáng)制重建總線列表。因此，如果在電路元件上執(zhí)行編輯，則總線列表可能與當(dāng)前配置不同步。
還有一個(gè)與總線列表同時(shí)構(gòu)建的節(jié)點(diǎn)列表。系統(tǒng)Y矩陣中元素的順序由節(jié)點(diǎn)列表的順序決定。節(jié)點(diǎn)列表順序基本上是在電路模型構(gòu)建過程中定義節(jié)點(diǎn)的順序。
5.端子參考
終端的命名不與設(shè)備分開。每個(gè)設(shè)備都有一個(gè)名稱和OpenDSS手冊(cè)定義的多相終端數(shù)量。終端將以數(shù)字[1、2、3…]或推理的方式明確引用，按其出現(xiàn)的順序排列。在內(nèi)部，它們將按列表中的位置排列。
6.相導(dǎo)線和其他導(dǎo)線
設(shè)備的所有端子都被定義為具有相同數(shù)量的導(dǎo)線。對(duì)于大多數(shù)設(shè)備，這不會(huì)引起歧義，但對(duì)于同時(shí)具有三角形和星形繞組連接的變壓器，在三角形連接的端子處將有一個(gè)額外的導(dǎo)體。中性點(diǎn)是明確的，以允許中性點(diǎn)阻抗連接到Y(jié)形連接繞組。三角形連接的額外導(dǎo)體簡(jiǎn)單地連接到地（參考電壓），并且導(dǎo)納都設(shè)置為零。因此，導(dǎo)體有效地不出現(xiàn)在問題中；它被忽略。但是，您可能會(huì)看到它出現(xiàn)在明確列出電路中所有電壓和電流的報(bào)告中。
終端導(dǎo)體和總線節(jié)點(diǎn)可以被組合以形成任何實(shí)際連接。
總線具有節(jié)點(diǎn)：總線可以具有任意數(shù)量的節(jié)點(diǎn)（用于連接設(shè)備終端導(dǎo)體的位置）。節(jié)點(diǎn)是整數(shù)。節(jié)點(diǎn)可以任意編號(hào)。然而，默認(rèn)情況下，前N個(gè)是為連接到它們的設(shè)備的N相保留的。因此，如果總線具有連接到其上的三相設(shè)備，則期望連接到節(jié)點(diǎn)1、2和3。例如，DSS將使用這些電壓來計(jì)算序列電壓。相位1名義上代表整個(gè)電路中的相同相位，盡管沒有任何標(biāo)準(zhǔn)可以強(qiáng)制執(zhí)行。由用戶來維護(hù)一致的定義。如果只使用默認(rèn)連接，則通常會(huì)自動(dòng)保持一致性，盡管也可能有例外。
任何其他節(jié)點(diǎn)都只是沒有特殊意義的連接點(diǎn)。每個(gè)Bus對(duì)象都跟蹤其節(jié)點(diǎn)的分配和指定。
總線的節(jié)點(diǎn)0始終是電壓參考（也稱為接地或接地）。也就是說，它的電壓總是恰好為零伏。
7.指定連接
用戶可以通過三種方式定義終端如何連接到總線，而不僅僅是一種方式：
在不指定節(jié)點(diǎn)到導(dǎo)體連接的情況下，將電路元件的端子通用地連接到總線。這是默認(rèn)連接。假設(shè)為正常相序。端子的相位1連接到總線的節(jié)點(diǎn)1，依此類推。中性點(diǎn)默認(rèn)為地（節(jié)點(diǎn)0）。
明確指定設(shè)備的第一相連接到總線的節(jié)點(diǎn)j。其余各相按正常三相順序連接（1-2-3旋轉(zhuǎn)）。中性導(dǎo)線默認(rèn)接地（節(jié)點(diǎn)0）
明確指定每個(gè)端子的所有相位的連接。使用此模式，中性點(diǎn)（星形點(diǎn)）可以保持浮動(dòng)狀態(tài)?？梢詫?shí)現(xiàn)任意連接。
上圖被解釋為端子的第一個(gè)導(dǎo)體連接到由BUSNAME指定的總線的節(jié)點(diǎn)i；第二導(dǎo)體連接到節(jié)點(diǎn)j等。
未明確指定節(jié)點(diǎn)的終端到總線連接規(guī)范的默認(rèn)節(jié)點(diǎn)約定為：
如果所需的連接是其他連接，則必須明確指定該連接。注：總線對(duì)象從終端規(guī)范中“學(xué)習(xí)”其定義。根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)創(chuàng)建額外的節(jié)點(diǎn)。它們只是從端子連接導(dǎo)線的位置的簡(jiǎn)單名稱。對(duì)于帶中性電抗器的3相Y形連接電容器，指定連接如下：
五、電力輸送部分
功率輸送元件通常由兩個(gè)或多個(gè)多相端子組成。它們的基本功能是將能量從一個(gè)點(diǎn)輸送到另一個(gè)點(diǎn)。在電力系統(tǒng)中，最常見的電力輸送元件是線路和變壓器。因此，它們通常有不止一個(gè)端子（當(dāng)并聯(lián)而不是串聯(lián)時(shí)，電容器和電抗器可能是例外）。功率輸送元件是標(biāo)準(zhǔn)線性電氣元件，通常通過其阻抗在均方根穩(wěn)態(tài)下完全定義。因此，它們可以完全用原始y矩陣（Yprim）來表示。
六、能量消納部分
功率轉(zhuǎn)換元件將功率從電形式轉(zhuǎn)換為其他形式，反之亦然。有些可能會(huì)暫時(shí)儲(chǔ)存能量，然后將其回饋，就像無功元件的情況一樣。大多數(shù)將只有一個(gè)到電力系統(tǒng)的連接，因此只有一個(gè)多相端子。功率轉(zhuǎn)換的機(jī)械或熱能的描述包含在“黑盒”模型中。該描述可以是簡(jiǎn)單阻抗或產(chǎn)生以下形式的電流注入方程的復(fù)雜微分方程組：
函數(shù)F將根據(jù)正在執(zhí)行的模擬的類型而變化。功率轉(zhuǎn)換元件還必須能夠在必要時(shí)報(bào)告以下部分矩陣：
在簡(jiǎn)單的情況下，這將只是原始y（導(dǎo)納）矩陣；即僅用于該元件的y矩陣。
在OpenDSS中，能量轉(zhuǎn)換元件的典型實(shí)現(xiàn)如圖16所示。非線性元件，特別是負(fù)載和發(fā)電機(jī)元件，被視為具有常數(shù)Yprim和補(bǔ)償非線性部分的“補(bǔ)償”電流或注入電流的Norton等效物。這適用于大多數(shù)配電負(fù)載，并允許負(fù)載隨電壓變化的廣泛模型。對(duì)于絕大多數(shù)典型的配電系統(tǒng)條件，它都能很好地收斂。盡管OpenDSS不需要這樣做，但為了計(jì)算效率，Yprim矩陣通常保持不變。這限制了必須重建系統(tǒng)Y矩陣的次數(shù)，這大大提高了長(zhǎng)期運(yùn)行的計(jì)算效率，例如年度負(fù)載模擬。
補(bǔ)償電流是添加到主解算器中的注入電流矢量中的電流（請(qǐng)參見下一節(jié)）。該模型很容易適應(yīng)各種負(fù)載模型。目前實(shí)施的負(fù)載模型包括：
恒定P和恒定Q負(fù)載模型：一般稱為恒定功率負(fù)載模型。它是潮流研究中最常用的模型。當(dāng)電壓偏離正常范圍太遠(yuǎn)時(shí)，它可能會(huì)出現(xiàn)收斂問題；
恒定Z（或恒定阻抗）負(fù)載模型：P和Q隨電壓的平方變化。這種載荷模型通常保證在任何載荷條件下的收斂性。該模型基本上是線性的
常數(shù)P和二次Q負(fù)載模型：無功功率Q隨電壓二次變化（作為常數(shù)電抗），而有功功率P與電壓無關(guān)，有點(diǎn)像電機(jī)；
指數(shù)負(fù)載模型：P和Q的電壓依賴性由指數(shù)參數(shù)定義（見CVRwatts和CVRvars）。該模型通常用于保護(hù)電壓降低（CVR）研究。當(dāng)負(fù)載的確切行為未知時(shí)，它也用于一般配電饋線負(fù)載混合模型；恒定I（或恒定電流大?。┴?fù)載模型：P和Q隨電壓大小線性變化，而負(fù)載電流大小保持恒定。這是一種常見的配電系統(tǒng)分析程序；
常數(shù)P和固定的Q2（Q是獨(dú)立于時(shí)間和電壓的固定值）；
常數(shù)P和二次方Q:Q隨電壓的平方而變化
ZIP負(fù)載模型：P和Q被描述為恒定功率、恒定電流和恒定阻抗負(fù)載模型的混合，其貢獻(xiàn)由系數(shù)定義
負(fù)載可以免除負(fù)載形狀乘數(shù)。所有負(fù)載模型都恢復(fù)到正常電壓范圍之外的恒定阻抗恒定Z負(fù)載模型（可由用戶定義，請(qǐng)參見Vminpu和Vmaxpu），以確保即使在電壓降得很低時(shí)也能收斂。這對(duì)于執(zhí)行年度模擬非常重要。
七、組合
圖17說明了DSS如何將所有電力輸送（PD）和能量轉(zhuǎn)換（PC）元件放在一起以執(zhí)行解決方案。
OpenDSS使用了電路模型的相當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納公式，該公式可以在許多基本的電力系統(tǒng)分析文本中找到。大多數(shù)電氣工程師在接受教育的早期就已經(jīng)采用了節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納公式。OpenDSS提供了根據(jù)配電工程師通?？捎玫臄?shù)據(jù)來構(gòu)建公共配電系統(tǒng)元件的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的算法。
為模型中的每個(gè)電路元件計(jì)算基元導(dǎo)納矩陣Yprim。這些小節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣用于構(gòu)建主系統(tǒng)導(dǎo)納矩陣Ysystem，該矩陣將電路模型編織在一起?；旧?，OpenDSS的上層結(jié)構(gòu)（用Delphi編寫的部分）管理電路中每個(gè)元件的Yprim矩陣的創(chuàng)建和修改，以及管理總線列表、通過Meter元件收集結(jié)果和控制元件的執(zhí)行。Yprim矩陣被饋送到稀疏矩陣求解器，稀疏矩陣解算器構(gòu)造系統(tǒng)Y矩陣。
電壓V的初始猜測(cè)是通過執(zhí)行I＝Y(jié)V的直接求解來獲得的。負(fù)載和發(fā)電機(jī)通過其線性等效物建模，無注入電流。這使得所有的相位角和電壓幅度都處于正確的關(guān)系中。這在某種程度上類似于其他潮流算法中的“平啟動(dòng)”，只是它考慮了多相、多電壓電平系統(tǒng)的所有連接。所得到的電壓通常非常接近包括非線性元件的最終收斂解。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)镺penDSS是為解決任意n相網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計(jì)的，在該網(wǎng)絡(luò)中可以有各種變壓器比和連接，并且它必須對(duì)電壓有很好的初始猜測(cè)。
迭代周期開始于從系統(tǒng)中的所有功率轉(zhuǎn)換（PC）元件獲得注入電流，并將其添加到上圖中Iinj向量的適當(dāng)位置中。然后求解稀疏集，以進(jìn)行下一次電壓猜測(cè)。重復(fù)該循環(huán)直到電壓收斂到典型的0.0001pu。
該解主要集中于求解非線性系統(tǒng)導(dǎo)納方程，其形式為：
其中，
從PC元件注入電路的電流Iinj（V）是電壓的函數(shù)，如圖所示，并且基本上表示來自電路中的負(fù)載、發(fā)電機(jī)、PV系統(tǒng)和存儲(chǔ)元件的電流的非線性部分。在每次迭代中查詢每個(gè)PC元件，以基于當(dāng)前對(duì)電壓的猜測(cè)來提供其更新的注入電流。該過程具有允許在表達(dá)PC元件的非線性行為方面具有相當(dāng)大的自由度的優(yōu)點(diǎn)。因此，有許多負(fù)載模型和發(fā)電機(jī)模型。
有許多方法可以解決這組非線性方程。OpenDSS中最流行的方法是一種簡(jiǎn)單的不動(dòng)點(diǎn)方法，可以簡(jiǎn)潔地編寫
換句話說，在構(gòu)建Ysystem之后，從系統(tǒng)電壓矢量V0的猜測(cè)開始，并計(jì)算來自每個(gè)PC元件的補(bǔ)償電流以填充Iinj矢量。使用稀疏矩陣求解器，計(jì)算Vn+1的新估計(jì)。重復(fù)此過程，直到滿足收斂標(biāo)準(zhǔn)。
系統(tǒng)Y矩陣通常在此過程中不重建，因此迭代進(jìn)行得很快。只要元素接近實(shí)際值，就沒有必要對(duì)Y進(jìn)行重構(gòu)。這可能導(dǎo)致一些額外的迭代以達(dá)到收斂的解決方案，但與重構(gòu)大的Y矩陣相比，這種迭代在計(jì)算上是簡(jiǎn)單的。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于具有足夠容量來服務(wù)負(fù)載的大多數(shù)配電系統(tǒng)來說，這種簡(jiǎn)單的迭代解決方案收斂得很好。關(guān)鍵是要有一個(gè)占主導(dǎo)地位的大容量電源，這是大多數(shù)配電系統(tǒng)的情況。在DSS中，這是“正常”解決方案算法。對(duì)于更困難的系統(tǒng)，還有一種“牛頓”算法（不要與典型的牛頓-拉斐遜功率流方法混淆）。
在執(zhí)行“每日”或“每年”模擬時(shí)，當(dāng)前時(shí)間步驟的解決方案將用作下一時(shí)間步驟解決方案的起點(diǎn)。除非負(fù)載發(fā)生大的變化，否則解決方案通常會(huì)在兩次迭代中收斂——一次進(jìn)行解決方案，另一次進(jìn)行檢查以確保其收斂。因此，DSS能夠非常有效地執(zhí)行這樣的計(jì)算。事實(shí)上，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)間步長(zhǎng)較小時(shí)，在下一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的第一次猜測(cè)通常足夠好。添加了MinIterations（最小迭代次數(shù)）選項(xiàng)，以允許用戶覆蓋2次迭代的默認(rèn)值，并且對(duì)于模擬（如以1秒為間隔的準(zhǔn)靜態(tài)時(shí)間序列（QSTS）模擬），最小迭代次數(shù)可以設(shè)置為1。該程序通過與以前的解決方案進(jìn)行比較來確定該解決方案是否足夠好。如果需要，將自動(dòng)執(zhí)行額外的迭代，以更好地收斂。這可以在很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)節(jié)省幾乎一半的計(jì)算工作量。
控制迭代在此循環(huán)之外執(zhí)行。也就是說，在檢查是否需要控制動(dòng)作之前，實(shí)現(xiàn)收斂的解決方案。然后在不提前時(shí)間的情況下執(zhí)行控制動(dòng)作，直到?jīng)]有更多的控制動(dòng)作排隊(duì)為止。為每個(gè)控件指定的時(shí)間延遲決定了哪些控件運(yùn)行。
