IEEE123配电系统建模与仿真

1. 案例背景

配电系统是电力网连接用户的关键环节，其电压质量、线路损耗和三相不平衡问题直接影响供电可靠性与经济性。IEEE 123节点测试馈线是配电网分析领域的经典基准案例，但完整模型复杂、参数繁多，不适合快速入门。本案例基于IEEE 123节点的思路，在MWORKS.Sysplorer平台上搭建了一个7节点、三相不平衡、辐射型配电系统的简化模型。模型包含调压器、并联电容器、三相及单相负荷，可对比不同无功补偿与电压调节措施下的节点电压、支路电流、线路损耗等关键指标，适用于配电网课程教学、无功优化仿真及调压策略研究。

2. 系统拓扑与工况

2.1 拓扑结构

系统为辐射状供电，共7个关键节点、6段等值线路。电源经Bus1→调压器→Bus2→主干线Bus3，分别向三条分支供电：

2.2 三种仿真工况

3. 组件选型与参数设置

3.1 核心组件（基于Modelica标准库及扩展库）

3.2 关键参数表

注：线路长度按典型值估算，使阻抗与电压跌落符合工程经验。

4. 仿真设置与运行

4.1 仿真参数（Sysplorer）

• 仿真时长：建议 0.10 s（覆盖5~6个工频周期，观察稳态）
• 求解器：Dassl（适合电力系统刚性方程）
• 步长：1e-5 s 或由求解器自动控制
• 输出间隔：0.001 s 或更密（用于波形导出）

4.2 运行步骤

1. 打开Sysplorer，加载项目文件 IEEE123Study.mo。
2. 在顶层模型图中确认组件连接（主干-分支清晰，中性点统一接地）。
3. 双击进入各工况测试模型（如 Case1_NoComp, Case2_OnlyCap, Case3_RegAndCap）。
4. 点击 Check Model 验证连接正确性 → 应通过。
5. 点击 Translate → 应通过。
6. 设置仿真时间（0.10 s）→ Simulate。
7. 仿真完成后，打开Plot窗口添加观测变量：
   • 母线电压：Bus1.V[1], Bus3.V[1], Bus7.V[1] 等（A相）
   • 支路电流：i_Bus3_Bus5[1]（A相），i_Bus6_Bus7[1:3]
   • 功率损耗：自定义计算或传感器输出。

4.3 预期输出（参考值）

注：实际数值因线路长度假设可能略有差异，但相对趋势一致。

5. 关键观测变量及分析要点

分析结论应包含：

• 仅投电容器（Case2）→ 末端电压小幅提升，损耗下降最显著（约-14.7%）
• 调压+电容（Case3）→ 末端电压提升最大，但损耗比Case2略有回升（因电流增加）
• 单相支路电流在Case3中增幅明显，说明调压会使不平衡支路负荷响应更敏感

6. 模型文件与交付物

7. 常见问题与排查

8. 扩展方向（可选）

完成基础三工况后，可继续：

• 将等值线路替换为三相耦合π型线路，模拟真实不平衡阻抗。
• 增加负荷时变性（如阶梯或斜坡功率）。
• 实现自动调压器控制（基于电压反馈自动调节档位）。
• 添加功率损耗计算模块，自动输出总损耗和效率。
• 扩展至更多节点（如13节点、34节点）逼近完整IEEE123馈线。

9. 结论

本案例成功在Sysplorer上搭建了一个可检查、可翻译、可仿真的IEEE123简化配电系统模型。通过三组工况对比，定量验证了并联电容器与调压器对末端电压提升和线路损耗降低的效果，并揭示了单相不平衡支路在调压后的电流响应特性。模型结构清晰、参数开放，适合作为配电网数字化教学、无功优化研究及调压策略仿真的入门模板。

版本说明

V0.0.1，2026-05-15 01:59

• 初始版本

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