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Power System Primer
中文 | English
维护版本：v0.51.2 ｜ 最后更新：2026-07-06
本页给软件/AI 工程师补足电力系统基础概念，让 EnerOS 代码里的 YBus、N-1、IEC 104 不再是黑话。wiki 独有内容，不复制 docs/。
电网由三类元素组成：
| 元素 | 英文 | EnerOS 类型 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 母线 | Bus |
Bus / BusType
|
节点，电压节点。三种：PQ（负荷）/ PV（发电机）/ Slack（平衡机） |
| 支路 | Branch | Branch |
输电线 / 变压器支路，连接两母线 |
| 开关 | Switch | Switch |
可开断元件，状态 Open/Closed 决定拓扑连通性 |
图模型：电网天然是图（Graph）——母线是节点，支路是边。EnerOS 的 eneros-topology 用 NetworkGraph 维护这张图，开关状态变化触发拓扑重组。
IEEE 14-bus：标准测试系统，14 母线 / 20 支路 / 5 发电机，是电力系统的 "Hello World"。EnerOS MVP 闭环就是基于它（见 First Demo）。
问题：已知负荷/发电注入，求各母线电压幅值 V 与相角 θ。
方程：P_i + jQ_i = V_i · Σ (Y_ij · V_j)*，即 Y · V = I，Y 是导纳矩阵（节点导纳矩阵 YBus）。
求解方法（EnerOS 4 种，见 Powerflow Solvers）：
| 算法 | 缩写 | 收敛性 | 适用 |
|---|---|---|---|
| Newton-Raphson | NR | 二阶收敛，2-5 次迭代 | 主力，通用 |
| Fast-Decoupled | FD | 一阶收敛，4-10 次 | 大电网，速度快（v0.51.0） |
| Backward-Forward Sweep | BFSW | 简单 | 配电网（辐射状） |
| DC | DC | 一次求解 | 近似（直流潮流） |
关键术语：
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pu（per unit）— 标幺值，归一化的电压/功率。EnerOS 内部全用 pu。 -
Slack bus— 平衡节点，吸收网损，相角基准 0 -
PQ bus— 负荷节点，已知 P/Q，求 V/θ -
PV bus— 发电机节点，已知 P/V，求 Q/θ
电力系统必须满足物理约束，否则设备损坏 / 电网崩溃：
| 约束 | 含义 | EnerOS 实现 |
|---|---|---|
| N-1 | 任意单一线路/设备故障后，电网仍稳定 |
ContingencyAnalyzer 并行扫描 |
| 热稳定 | 线路电流不超过热容量（否则导线熔断） |
ConstraintEngine 校验 |
| 电压越限 | 母线电压在 [0.95, 1.05] pu 范围 |
ConstraintEngine 校验 |
| 频率稳定 | 系统频率在 [49.5, 50.5] Hz（中国）/ [59.95, 60.05] Hz（美国） | RealtimeStabilityMonitor |
约束即硬法律：在 EnerOS 中，Agent 决策必须经 SafetyGateway 校验，违反约束的命令在内核层被拒绝（见 Safety Gateway）。这是 EnerOS 与通用 Agent 框架的根本区别。
EnerOS 支持 11 协议（见 Protocol Support），最常用的 4 个：
| 协议 | 标准 | 用途 | 速记 |
|---|---|---|---|
| IEC 61850 | IEC 61850 | 变电站自动化（抽象数据模型 MMS/GOOSE/SV） | "智能变电站标准" |
| IEC 60870-5-104 | IEC 104 | 远动（控制中心 ↔ 变电站，TCP/IP） | "SCADA 远动" |
| Modbus | Modbus TCP/RTU | 工业通用（串口/TCP） | "最简单的工业协议" |
| DL/T 698.45 | DL/T 698 | 中国电能表（面向对象） | "国产电能表" |
GOOSE — IEC 61850 的 Layer 2 多播报文，用于变电站内继电保护快速通信（< 4ms）。EnerOS 通过 AF_PACKET 原始套接字直采。
SV — Sampled Values，IEC 61850 的采样值报文，PT/CT 数字化采样传输。
PMU — Phasor Measurement Unit，同步相量测量装置（μs 级时标，IEEE C37.118）。EnerOS 支持 10/25/30/50/60/120 Hz 数据率。
| 时间尺度 | 现象 | EnerOS 应对 |
|---|---|---|
| 微秒级 | 继电保护动作、GOOSE 传输 | RT 域（SCHED_FIFO + 无锁 IPC） |
| 毫秒级 | 开关操作、IEC 104 命令 | RT 域（P99 < 1ms） |
| 秒级 | AGC（自动发电控制） | 通用域（Agent 编排） |
| 分钟级 | 经济调度、State Estimation | 通用域（潮流计算） |
| 小时/天 | 负荷预测、检修计划 | 通用域（AI 推理） |
这就是 EnerOS 双执行域存在的根本原因——单一时间尺度的 OS 无法同时满足继电保护（μs）和 AI 推理（分钟）。
EnerOS 同时支持两套标准：
| 类型 | 标准 | EnerOS crate |
|---|---|---|
| 设备参数 | GB/T 系列 + IEC 系列 |
eneros-equipment + eneros-cnpower（中国配网） |
| 电能表 | DL/T 698.45 + DL/T 645-2007 | eneros-protocol-dlt698 |
| 谐波限值 | GB/T 14549-1993 | eneros-analysis::harmonic_limits_gbt14549 |
| 远动 | IEC 60870-5-104 / DL/T 634.5101 (CDT) |
eneros-device + eneros-protocol-cdt
|
eneros-cnpower 是 Python cnpower 工具的 Rust 原生移植，12 类设备 / 51 项国标 / 17 JSON 数据集（详见 ADR-0005）。
- AgentOS Primer — 给电力工程师的 Agent/LLM 速通
- Safety Gateway — 约束如何变成内核硬法律
- Powerflow Solvers — 4 种算法详解
- Protocol Support — 11 协议完整矩阵
- Glossary — 术语表
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