PSDSSAPP小干扰稳定性分析程序.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,中国电力科学研究院,CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,P,#,中国电力科学研究院 系统所,CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE,中国电力科学研究院 系统所,2006,年,5,月 武夷山,PSD-SSAP,电力系统小干扰稳定性分析程序,主要内容,程序的主要功能和特点,特征值算法,计算流程,输入文件,程序的执行方法,程序的输出功能,程序的注意事项,程序的安装和卸载,程序开发的近期计划,实例演示,程序的开发背景,开发背景,（,1,）原有的选择模式分析法程序,（,2,）新小扰动程序（,C/C+,语言实现）,线性化矩阵形成程序,基于全过程动态仿真程序的一个子程序实现。,1999,年开始研发。,特征值算法（,QR,法、隐式重启动的,Arnoldi,法）。,2004,年开始研发。,1,程序的主要功能与特点,（,1,）特征值算法,QR,算法,隐式重启动,Arnoldi,法,稀疏矩阵技术,预处理技术,算法的优点,计算规模不受限制,漏根问题的解决,1.,程序的主要功能与特点,（,2,）模型种类丰富,能够处理,PSD-BPA,暂态稳定程序,中的所有模型,同步发电机模型,励磁调节器、原动机调速器、电力系统 稳定器（,PSS,）,感应电动机负荷、静特性负荷,静止无功补偿器,直流输电模型,1.,程序的主要功能与特点,（,3,）计算功能丰富,特征值计算,频率、阻尼比、机电回路相关比,左、右特征向量,参与因子计算等,1,程序的主要功能与特点,（,4,）输入数据接口方便,PSD-BPA,潮流、稳定数据文件,便于时域、频域相互校验，（时域：,Prony,）,PSD-SSAP,的控制文件输入文件,图形界面方式或文本编辑输入,（,5,）多种方式输出，结果分析简单方便,文本方式输出,表格方式输出,图形方式输出,1,程序的主要功能与特点,（,7,）工程应用情况,华北电网的,2005,年度方式计算,2005,年南方电网,513,低频振荡计算与分析,2005,年华北电网,901,低频振荡计算与分析,2005,年华中电网,1029,低频振荡计算与分析,2006,年南方交直流输电系统动态稳定性研究,全国联网等实际工程项目的应用,2,特征值算法,QR,算法,（,1,）,QR,算法,优点：,收敛速度快，是计算矩阵全部特征值的一种最有效的方法。使用简单，不需要填写参数。,缺点,：,计算规模受限。是一种基于稠密矩阵实现的特征值计算方法，受计算机的字长限制而产生舍入误差的影响，,QR,迭代可能不收敛，有时即使收敛，误差也可能淹没真解。,适用范围,：,适合于中小规模（一般地说，适用于,1000,阶以下的矩阵）电力系统的小干扰稳定性分析。,2.,特征值算法,Anoldi,算法,（,2,）隐式重启动,Arnoldi,算法,高阶矩阵,A,化简为低阶的上海森伯格（,Hessenberg,）矩阵,H,：,低,阶,H,阵的,特征值趋近于高阶,A,阵特征值的一个子集，而,H,的特征值使用,QR,法很容易求出。,2.,算法简介,Anoldi,算法,Anoldi,算法的要求：,上海森伯格矩阵,H,的阶数,k,要大于实际的,待求特征,值,个数,m,，以加速特征值计算的收敛，阶数,k-m,称为,守卫向量,（,Guard Vector,）,个数。,守卫向量个数,2,倍待求特征值个数,（,为达到计算量和收敛速度的较好权衡,）,用户在每次计算前需要设置计算的,特征值个数,、,守卫向量个数、收敛精度,等参数。,2.,算法简介,Anoldi,算法,大型电力系统小干扰稳定性分析一般只需要计算系统弱阻尼和不稳定（模式），特别对于低频振荡问题，只要求计算弱阻尼转子摇摆模式，即关键特征值。关键特征值并非是系统状态矩阵模最大的特征值，因此不能用隐式重启动,Arnoldi,算法进行高效计算。为了利用隐式重启动,Arnoldi,算法计算系统的关键特征值，必须先进行预处理。,另外，系统的状态矩阵本身不是稀疏的，但是，系统增广状态矩阵却非常稀疏，基于以上事实，,Nelson Martins,提出了一种利用系统增广状态矩阵稀疏特性求解系统特征值和特征向量的方法，即稀疏矩阵技术。通过使用稀疏矩阵技术，隐式重启动,Arnoldi,算法才真正可以用于电力系统小干扰稳定性分析。,2.,算法简介预处理技术,位移求逆变换法,（,1,）将原始矩阵平移点附近的特征值映射成变换后阵的,主导特征值,（,2,）同时增大了原始矩阵平移点附近特征值的分离度。其变换形式为：,2.,算法简介预处理技术,A,阵中最靠近位移点,q,的几个特征值,被映射到,At,阵中,模最大,的几个特征值,t,（,主导特征值,），并且,特征向量不变,。,2.,算法简介预处理技术,搜索点（位移点）,两个搜索点,C1,、,C2,搜索圆,对应的两个搜索圆,判断是否漏根,a,计算是否收敛,b,搜索圆是否覆盖关心的区域,不收敛可能会漏根,不收敛的处理：增加守卫向量个数,2.,算法简介,Anoldi,算法,Arnoldi,算法的小结,优点：,对矩阵规模没有限制，计算复平面上所关心区域内的特征值；,对关心的特征值范围，不会产生漏根的问题。,缺点：,计算前，需要设置特征值的搜索区域；计算后，用户需要判断是否存在漏根。若有漏根，需要修改参数或增加搜索点进行补算。,适用范围：,适合于大规模电力系统的小干扰稳定性分析。,使用要点：,（,1,）需要了解搜索参数的含义：特征值个数、守卫向量个数、搜索点坐标、搜索圆。,搜索点设置在复平面上所关心的特征值范围内。,（,2,）待求的特征值区域内是否有漏根的判断方法,（,3,）搜索圆是否覆盖,所关心的特征值范围,。,3.,计算流程,程序输入与输出文件,3.,计算流程,4.,输入文件,程序需要以下三个输入文件：,（,1,）,潮流结果文件（*,.bse,）,由,PSD-BPA,潮流程序计算潮流后得到。,（,2,）,稳定输入数据文件（*,.swi,）,是,PSD-BPA,稳定程序使用的输入数据文件。,（,3,）,小干扰稳定性计算的控制文件（*,.sss,）,用户填写的、指定控制信息的文本文件。,指定信息：线性化矩阵文件名、算法名称、,Arnoldi,算法的搜索点信息。,文件可,通过图形界面自动生成，简单方便,。,4.,输入控制文件*,.sss,说明,PSD-SSAP,控制文件（*,.sss,）的格式：,（,1,）卡片按自由格式填写；,（,2,）各项之间以制表符或空格分开；,（,3,）以,“,.,”,开头的行是注释行（与,PSD-BPA,数据格式一样）,控制文件开始卡片：,(START_SSS),线性化矩阵输入文件卡：,MATRIX,卡片格式：,MATRIX,线性化矩阵名称,例如,：,MATRIX IEEE90.mtb,4.,输入控制文件*,.sss,说明,计算方法选择卡：,METHOD,卡片格式：,METHOD,方法一 方法二,例如：,1,）仅使用,QR,方法：,METHOD QR,2,）仅使用,Arnoldi,方法：,METHOD Arnoldi,3,）同时使用,QR,和,Arnoldi,方法：,METHOD QR Arnoldi,4.,输入控制文件*,.sss,说明,不同次,Arnoldi,搜索计算的结果合并卡：,InputBinaryOutAR,卡片格式：,InputBinaryOutAR,二进制结果文件名字,例如：,InputBinaryOutAR IEEE90.ssb,（表示要合并的二进制结果文件为,IEEE90.ssb,）,此功能的优点：对于一个运行方式，采用隐式重启动,Arnoldi,算法计算时，虽然有多次补充的搜索计算，但,只有一套控制输入和结果输出文件，,同时避免了不必要的搜索计算，节省了计算时间。,（说明：该卡仅用于,Arnoldi,算,法，对,QR,算,法不起作用。）,4.,输入控制文件*,.sss,说明,输出频率选择卡：,Freq,卡片格式：,Freq FreqMin FreqMax,例如：,Freq 0.05 2.5,阻尼比输出选择卡：,Damp,卡片格式：,Damp DampMin DampMax,例如：,Damp-1000.1000.,4.,输入控制文件*,.sss,说明,Arnoldi,算法的搜索方案卡：,AR,用于搜索参数：,特征值个数、守卫向量个数、收敛精度、起始搜索点的实部、起始搜索点的虚部、终止搜索点的实部、终止搜索点的虚部、搜索点的个数。,例如：,1)AR 10 30 1.0e-15,0.0 0.0628,0.0 12.57,5,表示每次搜索,10,个特征根、守卫向量的个数是,30,、精度是,1.0e-15,、起始搜索点是,0.0+j0.0628,（,0.1Hz,）、终止搜索点是,0.0+j 12.57,（,2.0Hz,）、搜索点的个数是。,2)AR 10 30 1.0e-15,0.0 0.628,表示搜索,10,个特征根、守卫向量个数是,30,、精度是,1.0e-15,、只有单个搜索点,0.0+j0.628,（,0.1Hz,）。,控制文件结束卡片：,(END_SSS),5.,程序运行方法,程序的计算过程分为两步：,（,1,）线性化矩阵生成,准备好潮流结果文件（*,.bse,）和稳定输入数据文件（*,.swi,）后，执行线性化计算程序，可得到与稳定数据文件同名的线性化矩阵（*,.mtb,）。,（,2,）特征值计算,准备好输入控制文件,(*.sss),后，执行特征值计算程序，程序读入线性化矩阵和控制参数后，开始进行特征值计算，即可得到小扰动计算结果。,程序分为两步优点：,当潮流结果文件和稳定输入数据文件都没有变化，仅控制文件参数有变化而需要重新计算特征值时，不必重新计算线性化矩阵。,5.,程序运行方法,程序运行有三种启动方法：,（,1,）图形界面方式,1,在,PSD-BPA,程序的,集成平台（,PSAW,）,或文本编辑器（,TextEdit,）中，点击小扰动计算图标 ，启动小扰动程序。,（,2,）图形界面方式,2,双击安装路径下小干扰稳定性分析程序的图标 ，启动小扰动程序。,（,3,）,Dos,命令行方式,此方式可方便构造出批处理文件（*,.bat,），进行大批量计算，感兴趣的用户可以参见培训手册。,5.,程序运行方法,搜索点计算不收敛的现象,计算中的屏幕提示,：,“,WARNING,：达到了最大迭代次数，不收敛！,”,。,计算后的文件提示,：在*,.out,文件和*,.eig,文件会给出该搜索点得到的特征值个数以及相应的不收敛提示。,不收敛的处理方法,处理方法：,增加守卫向量个数（守卫向量个数最好是特征值个数的,2,倍以上）减少每次搜索的特征值个数、增加搜索点、使搜索点不要太靠近原点等。,处理结果：,一般都能收敛。,5.,程序的图形界面,6.,结果输出,（,1,）文本结果：,是一组文本格式的文件，包含特征值、特征向量、参与因子、,Arnoldi,法每次搜索结果信息等计算结果。,（,2,）表格结果：,是通过表格方式，列出特征值的实部、虚部、频率、阻尼比、相关因子等信息；以及列出每台发电机对应的节点名字、基准电压、右特征向量及其角度、参与因子。表格具有排序、筛选等功能，使用方便。,（,3,）图形结果：,提供复平面上的特征值分布图、,Arnoldi,搜索圆图、每个关心模式的模态图。,6.,输出文件类型,输出文件类型有：,*,.ssb,文件,二进制结果，主要是用于表格结果分析。,*,.out,文件,文本文件，包含输出的全部结果。,*,.eig,文件,文本文件，所有求得的特征值输出。,*,.cir,文件,文本文件，每次,Arnoldi,算法的搜索圆，主要是用于特征值分布图。,*,.dam,文件,文本文件，阻尼比,0.02,0.03,之间的范围，主要是用于特征值分布图。,6.,文本结果输出,6.,表格结果输出,功能,具有集结果数据,导入、排序、筛选、分析,等功能于一体和简单易学的特点。用来帮助用户完成复杂的小干扰稳定计算后的分析工作。,6.,表格结果输出,6.,特征值分布图,6.,模态图,方便查看发电机机组和机群,添加注释,复制为矢量图,保存为文件,6.,模态图,7.,程序使用注意事项,7.1 QR,算法的规模限制,当系统规模过大（超过,1000,阶）时，,QR,算法可能不收敛，即使收敛结果也可能不正确，系统规模很大时建议仅使用隐式重启动,Arnoldi,算法计算。,7.2 Arnoldi,算法的收敛性,如果隐式重启动,Arnoldi,算法的某些参数设置不当，可能导致,Arnoldi,算法不收敛，我们可以在屏幕输出、文件输出和图形输出中观察到不收敛的情况，这时需要重新对控制文件中,AR,卡进行修改，如搜索点不要太靠近原点、增加搜索点、减少每次搜索的特征值个数、增加守卫向量个数（守卫向量个数一般是特征值个数的,5,倍左右，收敛性差时，适当提高倍数以保证收敛）等。,7.,程序使用注意事项,7.3,关于漏根问题,使用,Arnoldi,算法时，当一个搜索点计算收敛后，那么以该搜索点为圆心的搜索圆内将不存在漏根。,如果该搜索点计算不收敛，则虽然计算出的特征根是有效的，但此时搜索圆内可能存在漏根现象。因此，计算中请留意搜索点的收敛性问题。,搜索点的设置数量和坐标位置要根据研究所关心的特征值范围来确定。过少的搜索点或坐标不适当的搜索点都可能导致找不到本来已存在的关键特征值。,7.,程序使用注意事项,7.4,计算数据中含有空格的母线名字,用于小干扰稳定性计算的,PSD-BPA,潮流和稳定数据中的母线名字不能含有空格。由于程序采用自由格式的数据文件作为程序输入，因此，带有空格的母线名字是不能够正确识别的。,对于含有空格的母线名字，转换潮流结果文件（*,.bse,）时，会自动把空格替换为下划线,“,_,”,，例如：,“,Bus 1,”,替换为,“,Bus_1,”,。,当出现找不到含有空格的母线时，请打开同一路径下转换后的潮流结果文件（*,.PFL,），该文件的末尾打印出含有空格的所有母线的提示。根据提示替换完原潮流数据文件（*,.dat,）中所有含有空格的母线名字后，重新进行潮流和线性化矩阵形成的计算。,程序使用注意事项,稳定数据文件（*,.swi,）中控制卡片（,CASE,、,F1,、,FF,卡,）的支持,（,1,）,Case,卡中的通用阻尼绕组卡，即缺省次暂态参数（,55-80,列填写的、和参数）。,（,2,）,F1,卡中,20-22,列的所有发电机的阻尼因子,“,DMPALL,”,、,33,列上的,PSS,的,SP,模型转换为,SG,模型的,“,SPTOSG,”,标志。,（,3,）,FF,卡中,45-47,列的发电机阻尼因子系数,“,DMPMLT,”,、,74,、,76,、,78,、,80,列的不计调速器、调压器、所有辅助信号、转为恒阻抗负荷的,“,NOGV,”,、,“,NOEX,”,、,“,NOSC,”,和,“,NOLOAD,”,标志。,7.,程序使用注意事项,7.5,运行线性化矩阵程序时计算步长不断减小问题,在线性化矩阵形成计算之前，建议使用,PSD-BPA,稳定程序做一次稳定计算，以保证输入数据文件的正确性。初始化计算完成后，屏幕出现,“,Success of the first Init!,”,标志。,（,1,）正常情况下，程序很快完成初始化计算。,（,2,）异常情况的的可能原因及其处理办法：,潮流数据中直流系统换流变压器分接头的影响。解决方法是去掉换流变压器分接头的档数，改为连续调节。,小干扰稳定性分析程序的模型或数据处理与,PSD-BPA,不一致。遇到这种情况请联系程序开发人员来处理。,8.,程序的安装和卸载,小扰动程序由一组在,Windows,操作系统下可执行的程序和相关文件组成，把这些文件一起拷贝到电脑硬盘上任何一个路径下都可以使用，不需要进行常见的,“,Setup,”,安装。,（,1,）对于集成平台用户来说，需要在主菜单,“,设置,”,的选项,“,设置路径,”,中，设置小扰动程序的所在路径后才能运行程序，否则会出现找不到程序位置的错误；,（,2,）对于文本编辑器用户来说，需要在第一次点击 按钮时指定小扰动程序的所在路径。,（,3,）卸载程序，只需从硬盘上的删除小扰动程序及其相关文件即可。,9.,程序开发的近期计划,灵敏度计算功能,（,1,）参数灵敏度,（,2,）方式灵敏度,计算速度的提高,提高,5,倍以上。,并行计算（多核心,CPU,）,10.,小干扰稳定性计算算例,IEEE9,系统结构图,10.,IEEE9,潮流数据文件,IEEE90.dat,(POWERFLOW,CASEID=IEEE9,PROJECT=IEEE_9BUS_TEST_SYSTEM),/SOL_ITER,DECOUPLED=2,NEWTON=15,OPITM=0,/P_OUTPUT_LIST,ZONES=ALL,/RPT_SORT=ZONE,/NEW_BASE,FILE=IEEE90.BSE,/PF_MAP,FILE=IEEE90.MAP,/NETWORK_DATA,BS,发电机,1 16.501 999.999.1.01,B,母线,1 230.01,B,母线,A 230.01 125.70.0 20.,B,母线,B 230.01 90.40.0 10.,B,母线,C 230.01 100.55.0 20.,B,母线,2 230.01 35.0 10.0,BE,发电机,2 18.001 163.999 1.01,B,母线,3 230.01,BE,发电机,3 13.801 85.999.1.01,.L-transmission lines-,L,母线,1 230.,母线,A 230.0100.0850 .0440,L,母线,1 230.,母线,B 230.0170.0920 .0395,L,母线,A 230.,母线,2 230.0320.1610 .0765,L,母线,B 230.,母线,3 230.0390.1700 .0895,L,母线,2 230.,母线,C 230.0085.0720 .03725,L,母线,C 230.,母线,3 230.0119.1008 .05225,.T-transformers-,T,发电机,1 16.5,母线,1 230.0567 16.5 242.,T,发电机,2 18.0,母线,2 230.0625 18.0 242.,T,发电机,3 13.8,母线,3 230.0586 13.8 242.,(END),10.,IEEE9,稳定数据文件,IEEE90.swi,CASE IEEE9,C IEEE 9,节点系统,LS,母线,B 230.,母线,1 230.1 0.0,LS-,母线,B 230.-,母线,1 230.-1 10.,M,发电机,1 16.5 247.5 1.0 H .04 .06 .04.06,MF,发电机,1 16.5 2364.100.0608.0969.146.09698.96 .0336,M,发电机,2 18.0 192.85 S .089.089.033.078,MF,发电机,2 18.0 640.100.1189.1969.8958.86456.00.54.0521,EA,发电机,2 18.0 0.06 20.0.2 0.0.314.104.293-.3983.98.063.35,SS,发电机,2 18.0.5 10.0.2 1.3.02 1.3 .05 2.0,GH,发电机,2 18.0 180.0.05.04 1.0 5.0 .5 -0.1 0.1 .31,M,发电机,3 13.8 128.85 S .107.107.033.07,MF,发电机,3 13.8 301.100.1813.25 1.3131.2585.89.6.0742,LB,母线,A 230.1.0 1.0,LB,母线,B 230.1.0 1.0,LB,母线,C 230.1.0 1.0,FF 300.1 1,90,MH,BH 1,B,母线,1 230.3 3,B,母线,2 230.3 3,B,母线,3 230.3 3,B,母线,A 230.3 3,B,母线,B 230.3 3,B,母线,C 230.3 3,GH 1,发电机,1 16.5,G,发电机,1 16.5 3 3,G,发电机,2 18.0 3 3,G,发电机,3 13.8 3 3,99,10.,小干扰计算控制文件,IEEE90.sss,(START_SSS),MATRIX IEEE90.mtb,InputBinaryOutAR IEEE90_AR.ssb,METHOD QR ARNOLDI,AR 10 30 1.0e-15 0.000 0.628 0.000 15.700 20,(END_SSS),10.,IEEE9,小干扰稳定性计算,以启动方式一文本编辑器（,TextEdit,）为例，对,IEEE9,进行小干扰稳定性分析：,（,1,）打开潮流数据文件,IEEE90.dat,；,（,2,）对,IEEE90.dat,进行潮流计算，得到潮流结果文件,IEEE90.bse,；,（,3,）打开稳定数据文件,IEEE90.swi,，点击小扰动计算按钮 启动小扰动程序；,（,4,）选择算法，填写控制信息，然后点击,“,写入信息,”,按钮把控制信息写入,IEEE90.sss,控制文件；,（,5,）点击,“,线性化,”,按钮，对,IEEE90.bse,和,IEEE90.swi,进行线性化，得到线性化矩阵文件,IEEE90.mtb,；,（,6,）点击,“,计算,”,按钮，根据控制文件,IEEE90.sss,，执行特征值计算程序，程序读入线性化矩阵和控制参数后，开始进行特征值计算。,（,1,）,打开潮流数据文件,IEEE90.dat,（,2,）对,IEEE90.dat,进行潮流计算，得到,IEEE90.bse,（,3,）打开稳定数据文件,IEEE90.swi,，点击小扰动计算按钮启动小扰动程序,（,4,）选择算法，填写控制信息,控制文件,，然后点击,“,写入信息,”,按钮把控制信息写入,IEEE90.sss,控制文件,（,5,）对,IEEE90.bse,和,IEEE90.swi,进行线性化，得到线性化矩阵文件,IEEE90.mtb,(6),根据控制文件,IEEE90.sss,，执行特征值计算程序，程序读入线性化矩阵和控制参数后，开始进行特征值计算,PSD-SSAP,谢谢！,联系方式,:,仲悟之,010-62913201-2444,zhongwz,