夜雨聆风
电力系统开源工具PowerTool
概述
PowerTool是聚焦于电力系统工程近似计算与参数校核的开源软件工具，适用于：方案前期快速估算；工程计算结果复核；教学演示与课堂讲解；运行方式讨论与技术交流等。但是它不是大型软件，也不是机电暂态/电磁暂态仿真平台。它的主要价值在于：简易、轻量、直观。可以把PowerTool当成电力系统工程师的计算器来用。
PowerTool项目的github地址是：https://github.com/zoudehupowersystem/power_tool
这个软件完全免费，欢迎各位同仁试用、提出批评建议。
为什么推荐 PowerTool？
1. 面向工程真实场景
很多工具“功能很强”，但不一定适合日常快算。 PowerTool 从一开始就明确服务于以下四类场景：
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快算：快速判断量级与方向 -
比选：比较不同参数、不同工况的变化趋势 -
复核：对已有结果做交叉验证 -
教学：把抽象理论变成可视化结果
2. 把分散问题集中到一个工具里
频率、振荡、静稳、暂稳、短路、参数折算、合环分析…… 过去常常需要多个脚本、多个表格、多个页面来回切换。 PowerTool 把这些多个近似分析集中到了同一套界面中，使用更顺手，逻辑也更统一。
3. 结果不仅能算出来，还能“看明白”
PowerTool 在界面设计上兼顾了：
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文本化结果展示 -
关键结论高亮 -
图形化曲线展示 -
结构化参数输入
既适合个人分析，也适合会议讨论、课堂展示和技术分享。
4. 非常适合教学与培训
对于高校教师、培训讲师、继保与系统专业新人来说，PowerTool 的优势尤其明显：
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模型简明，便于理解原理 -
结果直观，便于讲解趋势 -
输入集中，便于课堂演示 -
图文结合，便于建立工程直觉
它非常适合作为“理论到工程”的过渡工具。
主要功能
在电力系统分析、设计和培训过程中，很多问题并不一定需要一上来就进入复杂建模。 很多时候，我们更需要的是：
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先快速判断一个结果是否合理 -
先比较几种方案的趋势差异 -
先用近似模型抓住主导因素 -
先把关键参数折算清楚、校核清楚
当前版本PowerTool提供以下功能（后续根据大家的意见可能随时扩充更新）
1. 频率动态快算
可快速估算事故后的频率跌落过程、最低频率等，以及一次调频的效果。
2. 机电振荡频率估算
适合对经典单机功角模型下的主导机电振荡频率进行快速判断，为方案讨论提供直观参考。
3. 静态电压稳定分析
帮助工程人员快速评估系统静稳边界与运行裕度，辅助理解电压稳定问题。
4. 线路自然功率与无功分析
对长线路运行中的自然功率、无功特性等进行近似分析，便于前期方案校核。
5. 暂稳评估
支持单机无穷大模型下的冲击法、临界切除角、等面积法等典型分析思路，适合教学与工程初算。
6. 小扰动分析
支持平衡点构造、数值线性化、模态分析与参与因子解释，帮助使用者更直观理解系统小扰动稳定性。
7. 配电网合环分析
可用于多连接点合环工况下的稳态环流、段电流分布及简化冲击暂态波形评估。
8. 参数校核与标幺值换算
支持架空线路、两绕组变压器、三绕组变压器等参数折算与校核，减少基础计算出错概率。
9. 短路电流计算
可进行典型故障场景下的短路电流近似计算，用于学习、校核和前期分析。
演示案例
1. 频率动态快算
可以观察系统频率跌落的动态（两条曲线，分别为考虑一次调配的和不考虑一次调配的）
2. 暂稳评估
提供经典的等面积法计算过程和可视化界面。
3. 小扰动分析
采用Kundur著作中的模型（后续要再扩展，毕竟励磁和PSS的模型还是很多的），进行小扰动分析。可以看出，没有PSS的时候，稍微加一些励磁增益，就不稳定了。
此时加上PSS，又变成稳定状态：
这对于理解励磁机理是很有益处的。
4. 配电网合环分析
这里是一个馈线，可以任意设置连接点数量，然后设定拓扑结构（包括负荷点、开环位置），然后由于 N 个连接点会把整条馈线划分成 N+1 个线段，这些线段长度也可以设置。然后可以观察合环后的稳态电流值：
暂态电流如下：
这里插一句，这里的暂态电流并不是电磁暂态仿真算出来的，而是近似估算。
5. 短路电流计算
可以设定不同类型的短路，例如AB相的接地故障：
AB相的相间故障：
如果只看相电流，AB相的接地故障和AB相的相间故障很相似，但如果提取序分量，则零序电流的差异是非常巨大的。可见本工具对于规律的直观展示是很清晰的。
6. 参数校核与标幺值换算
可以由输电线路的几何参数计算电气参数，如下：
然后还有标幺值计算和校核功能，如下：
还提供典型参数，如下（后续还要再扩充）：
PowerTool是开源生态OPSEN的一部分，也欢迎大家前往 GitHub 点亮 Star，提出宝贵的 Issue，或直接参与共建。后续本公众号也会持续分享 OPSEN 及相关项目的进展。