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基于PSASP软件的潮流计算与应用研究雷达技术基于PSASP软件的潮流计算分析与应用研究王东明，马永堂（陕西黄河集团设计研究所，陕西西安7 10 0 43）摘要：近年来电力网络涵盖的范围越来越庞大，系统运行日趋达到极值。由于系统的稳定性问题带来的潮流计算中手工的局限和计算的效率低，本文研究可视化软件PSASP的应用功能，重点介绍PSASP软件潮流计算和短路计算。通过PSASP可视化平台对9 节点电力系统建模建立数据库，执行数据组的检查，定义方案和作业，完成所要求的潮流计算，最后以表格形式输出结果并对其进行分析。通过PSASP高效的完成所需要的潮流计算，在短路计算中可以任意设置短路点和短路类型，极大解决了计算的局限性，能准确高效的输出计算结果。关键词：PSASP；可视化软件；潮流计算；短路计算0引言利用电子计算机进行潮流计算起源于二十世纪，文献1-3 了解到潮流计算的方法有更大的发展空间，所有方法的发展是以潮流计算的一些基本要求为核心来进行。文献4中PSASP结构分为三层，它们是公用数据、模型的资源库和基于资源库的应用程序包，并且作为计算结果库和分析工具。文献5 主要是针对PSASP的应用、可扩展、跨平台、资源共享、兼容性好、数据库之间通用、设置简单等优点，运用它的可靠性、强大的计算功能已经赢得了一致好评。在19 7 3 年，文献6-8 自PSASP开发应用以来，经历了多次翻天覆地的改进和更新，在1985年，荣获首届国家科技进步一等奖。它们的用户在全国各电网、省、地、县电力调度运行、电力网设计单位、高等院校、科研机构、配电系统、铁路系统等，在市场中占比在8 0%以上。文献9 和10 分别阐述了电力系统运行状况下的分析和计算，尤其是它们的电压、电流、功率等的分布，就是潮流计算的分布，详细介绍了发输变电设备的数学模型和参数。文献11记录了电气设备的选择和电力系统中各种接线的设计原则和基本要求，让系统模型线图的绘制有了可靠的技术指导。用户可以依据电网中母线、枢纽点等已知条件，针对每个节点中的未知参数、电压、功率等信息进行求解，进一步对每个节点的运行情况进行观察。还可用于研究系统运行和规划中提出的各种问题、确定系统的稳态运行方式为其它系统分析计算提供基础条件。文献12 和13 分别对PSASP的潮流计算、图模一体化平台、最优潮流和无功优化计算进行了介绍。PSASP强大的功能和它的建模方式，让PSASP潮流计算很好地分析实际电网潮流分布，能匹配电力系统运行规划与分析的仿真。1基于PSASP的电力系统建模PSASP强大的结果分析能力，使得结果直接标注在系统单线图上或以报表和曲线的形式输出，是一款软件能够确定电网规划设计是否合理。PSASP的主要特点为电力系统是交流和雷达技术基于PSASP软件的潮流计与应用研究直流的混合，拥有固定的模型库和自带模型库，用户程序接口也包含其中，能够和用户程序一起工作在开放友好的用户程序接口环境中。为保障系统安全稳定的运行，使系统不容易发生严重甚至毁坏的情况；一般在软件数据库支持下来安全稳定运行，并进行稳态分析。（1)潮流计算：潮流计算的方法有P-Q分解、牛顿、最佳乘子等计算方法，计算的收敛性较其它仿真功能而言较好；分别在电压和功率方面都存在主动控制功能；它还可以自动调节变压器和移相器；并了解自动发电控制、可控串补元件功能；还能输送出多种图形、计算结果报表及图示化。（2)网损分析：可直观方便地填写典型日2 4小时的发电、负荷数据；它的结果输出形式符合灵活性的特点；除此之外，各个地区单位的损耗表、统计数据百分比和一些自己制作的电子表格及曲线图形。（3）最优潮流和无功优化：可提供网损、煤耗量、发电费用等多种目标函数；可对负荷无功补偿、变压器抽头变比、机端电压、发电机功率等多种控制变量进行优化；考虑了电压、功率、补偿容量三种安全约束条件；提供牛顿法、内点法等计算方法以提高收敛性；可以以图形和报表方式输出优化潮流的各种计算结果；可以查看和分析优化效果。（4)静态安全分析：可进行全网或某区域N-1故障分析；对于开断发电机、线路、负荷等各类预想事故都极其方便；对计算结果的处理同样具有多样性。（5)谐波分析：谐波分析包括谐波潮流计算、扫描频率的计算、在节点电压和支路电流方面，输出谐波频谱和波；它可计算各种谐波指标，包括节点电压和支路电流谐波畸变率THD、通讯干扰系数TIF、变压器K因数等。通过PSASP建立系统的数学模型，其建立的步骤如图1所示。绘制系统录入物定义作单线图理参数亚范围分析仿真运行计计算结果算程序图1模型的建模流程建模分为三个步骤：（1)根据系统模型，在软件编辑环境下建立仿真模型和参数的录人问题；（2）在运行模式下定义作业方案；（3 选择“执行最优潮流计算”，输出的数据报表作为分析模型的潮流和短路计算的依据，得到这些步骤的前提就需要录人元件的基础数据，并编入电力系统数据库中。2数据库建立2.1数据库概述在电力系统分析中，元件及其它的公共参数构成电网的数据。数据作为电力系统分析计算中最稳定的基石，是完成其它功能模块计算的基础。数据有两个数据库：基本元件数据库和元件公用参数数据库，一起解决电力网络每个元件的数据描述，完成计算时必不可少的部分。数据库中所包含的数据基本元件和公用参数分别见表1和2 所示。的建立和导人雷达技术基于PSASP软件的潮流计与应用研究表1基本元件数据库数据母线直流线交流线发电机及其调节器两绕组变压器负荷三绕组变压器静止无功补偿器移相变压器变电站主接线零序互感区域数据表2 么公用参数数据库数据直流线1型调压器参数静止无功补偿器1型静补参数直流线2 型调压器参数静止无功补偿器2 型静补参数发电机参数电力系统稳定器（PSS)参数负荷静特性参数感应电动机参数2.2数据的编辑建立方法有以下2 种方法，分别为图形和从其它目录中编辑数据时常用的有以下2 种方法，分别为图2.2.1图形方式建立电力系统元件时，具体可以分为以下两种情况：（1)建立某一个元件时，如发电机，如果发电机没有建立数据，可在编辑发电机数据的界面，完成相应的数据的录入。（2)选择工具箱其中的某一元件，如发电机，进人该发电机的数据编辑窗口，可编辑或修改各项数据，但注意参数的单位和小数点。2.2.2从其它目录导入为实现PSASP7.0版本数据间的共同应用，可以从其它目录导入，导人到其它作业目录，可以导人的数据包括基础数据库、公用参数库和系统模型等数据。电力系统分析综合程序7.0版是由中国的电力科学研究院开发设计完成，所使用的仿真数据来自网损分析手册，列出的网损分析计算算例的数据可作为仿真模型数据。3基于PSASP的稳态分析3.1潮流计算概述电力系统稳态分析的问题包含两个方面的内容，一方面是电力系统正常运行状况下的分析与潮流分布的计算；另一方面是在正常情况下，网络图形运行状态的优化与调整，其中网损分析、最优潮流就属于其中优化和调整的一部分。对于稳态运行的电网功率和电压分布，一般是电力系统潮流分布的一部分，也是功能计算需要已知的条件，它支持前推回推法，把电力系统中计算潮流分布，我们称为潮流计算。3.2PSASP潮流计算的功能（1）涵盖强大的计算分析能力面对交直流混合电网，可熟练计算该电力系统，全面考虑了负荷的静态特性；潮流计算4雷达技术基于PSASP软件的潮流计与应用研究方法一般提供有牛顿法、PQ分解法、最优因子法、PQ-牛顿法等；考虑一般的PQ节点时，该节点的电压也应当限制在一定范围内，如：VminVVmax;另外考虑一般的PV节点时，该节点的无功功率也应当限制在一定范围内，如：QminQQmax；在潮流计算之前，就自动做好全网拓扑分析的准备，而且待潮流计算结束后，拥有潮流数据检查的功能，其功能方便快捷；强大的潮流计算通过设置平衡点，把几个孤立的电网拉到一起同时进行计算。（2）覆盖强大的图形功能一些数据和计算结果都可显示在系统模型上；数据结果以图的形式输出。（3）拥有许多调节控制功能以不同母线电压控制另外一条母线的电压值；各个线路的无功功率由它的电压去操控；以一条母线的有功功率控制所在线路的有功功率；用线路电抗值控制母线电压和所在线路的有功功率；用某一变压器的变比去控制某母线的电压或某线路的无功功率；拥有模拟的移相器功能。3.3PSASP潮流计算流程PSASP潮流计算的流程和结构如图2 所示。虚线以上部分，构成的是潮流计算、暂态稳定分析、短路计算的公用部分，即是基础数据准备阶段。那么可借助文本和图形编辑，最终形成计算分析的电网数据库。虚线以下部分为潮流计算作业部分。定义计算作业，完成确定电网的结构，运行方式和计算的控制。计算结果的编辑和输出。完成选择输出的范围和内容，有文本和图形2 种输出方式，文本方式主要是以报表输出，报表文件和简单图例；图形方式是直接在潮流图上显示最终计算结果。文本方式图形方式数据录人和编辑用户自定义模型库电网基础数据库各种计算公共部分方案定义（电网结构）一文本方式计算作业的定义（潮流和短路计算）一图形方式执行计算计算结果库文本方式结果的编辑和输出图形方式图2潮流计算流程图3.4潮流计算方法在PSASP中潮流计算的方法分为五种，计算方法主要与潮流计算结果的收敛性相联系，分别为PQ分解法、牛顿法功率式（NewtonPowerEquation）、牛顿法电流式（NewtonCurrentEquation）、最佳因子法、PQ分解转牛顿法。以电5基于PSASP软件的潮流计与应用研究不雷达技术(1)PQ分解法采用极坐标形式表示节点电压，能够根据电力系统运行的特点对原数学模型进行简化。在交流高压电网中，输电线路的电抗比电阻大得多（通常电力系统参数R/X很小），母线有功功率的变化主要受电压相位的影响，无功功率的变化主要受母线电压幅值变化的影响，对原牛顿拉弗逊法的极坐标形式进行简化得到的潮流方程即为PQ分解计算法。（2）牛顿法（功率式）以功率为计算方法的牛顿法，它的收敛性一般很好。计算步骤一般先是设定以节点功率平衡为方程式的数学模型，接着简化修正方程，利用牛顿法来求得在送代过程中迭代的修正量。（3）牛顿法（电流式）以节点电流平衡为方程式的数学模型来计算流为计算方法的牛顿法，主要是以节点电流平(4)最佳因子法该方法首先将潮流计算求解非线性方程组的问题化为无约束的非线性规划问题。在求解时把用牛顿法所求的修正量作为搜索方向，再根据所求出最佳步长加以修正。该方法属非线性规划原理，原则上能求出其解（若存在)或断定问题无解。但由于数值计算的因素比较复杂，实际应用时并非完全理想化(5)PQ分解转牛顿法牛顿法迭代的特点是要求初值较好，且在迭代接近真解时，收敛速度非常快，为此设计了PQ分解转牛顿法。该方法是先用PQ分解法，当迭代达到一定精度时，转牛顿法，使牛顿法能获得较好的初值，这样可改善其收敛性，加快计算速度。4潮流计算算例分析通过对PSASP的研究，搭建系统模型如图3 所示。每个元件的数据构成和物理描述，尤为重要的是方案定义和作业定义，系统基础参数的选择和计算，根据软件完成潮流计算、短路计算。母线3母线4母线1母线213.818.0230.0230.01.00+j0.350.012+j0.1011.63+j1.00j0.062j0.0590.85+j1.0040.90+j0.200.032+j0.1610.017+j0.092母线52 3 0.01.10+j0.15j0.058母线6 16.5图3潮流计算算例分析6雷达技术基于PSASP软件的潮流计与应用研究不门4.1执行潮流计算选择“潮流”中的“潮流计算”，就可以进人执行潮流计算。图4为潮流正常收敛的显示信息。在显示信息中，T：送代步数，BUS：最大误差所在母线，MAX(DVR，D V I)：母线电压实部和虚部的最大误差值，若正常收敛，这个值随着迭代步数的增加慢慢减小，并接近于0。21:22:33:导入计算数据完成21:22:33:开始进行拓扑分析21:22:33:拓扑分析成功完成。21:22:33:天开始进行朝流计算21:22:33:潮流计算启动.21:22:33:PQ Decoupled Iterative Process21:22:33:21:22:33:TBUS.MAX(DP)BUS.MAX(DQ)21:22:33:21:22:33:0母线21.630000母线91.19623121:22:33;1母线0.127288母线60.02998021:22:33:2母线90.005206母线90.00118621:22:33:3母线90.000:300母线60.00007521:22:33:4母线90.000012母线60.00007521:22:33:21:22:33:Slaok BusPQ21:22:33;21:22:33:母线10.87430.178021:22:33:elapsedO:m21:22:33:EndofProgram.Please Closethewindow.21:22:33:潮流计算终止21:22:33:朝流计算完成。21:22:33:刷新潮流结果图面内容，请销候21:22:33:潮流结果图面内容刷新完毕！图4潮流计算正常收敛显示信息4.2算例的潮流计算结果报表输出通过计算，可得到系统物理母线的电压幅值和相角结果如表3 所示。表3物理母线输出文本框母线名称电压幅值电压相角基准电压(kV)母线21.0259.2800118母线31.0254.6647513.8母线71.025773.7197230母线：1.015880.72754230母线91.032351.96672230母线11.04016.5母线41.02579-2.21679230母线50.99563-3.98881230母线61.01265-3.6874230在各自的基准电压下，得到母线1母线9 的电压幅值和电压相角（相对于0 而言）。通过计算，可得到系统各个发电机的有功发电、无功发电、功率因数计算结果如表4所示，在发电机文本报表输出中，3 个发电机的相关的输出信息有母线、类型、有功发电、无功发电、功率因数等，发电机1为平衡节点，发电机2 和3 为PV节点。通过计算，可得到系统各个负荷的有功负荷、无功负荷、功率因数等计算结果如表5所示基于PSASP软件的潮流计算分析与应用研究雷达技术表4发电机文本报表输出发电机名称母线名类型有功发电无功发电功率因数发电1母线1Vo0.71640.27050.93555发电2母线2PV1.630.06650.99917发电3母线3PV0.850.10860.99194表5负荷文本报表输出负荷名称母线名类型有功负荷无功负荷功率因数STNA-230300母线5PQ1.250.50.92848STNB-230301母线6PQ0.90.30.94868STNC-230302母线8PQ10.350.94386在负荷结果报表中，按3 个负荷分别输出，可得到各个母线的有功负荷、无功负荷、功率因数计算值的输出。通过计算，可得到系统各个交流线结果报表如表6 所示。表6交流线文本报表输出交流线I侧母线J侧母线I侧电压I侧有功1侧无功J侧电压J侧有功J侧无功AC1母线4母线51.025790.40940.22890.995630.40680.3869AC2母线5母线70.99563-0.84320.11311.025770.86620.0838AC3母线7母线81.025770.7638-0.0081.015880.7590.107AC4母线8母线91.01588-0.241-0.2431.03235-0.2418-0.0312AC5母线9母线61.032350.60820.18071.012650.59460.1346AC6母线6母线41.01265-0.30540.16541.02579-0.307-0.0103在交流线结果报表输出中，分别在交流线的和J侧输出电压、有功、无功，逐一输出。应用PSASP过程中该注意的问题：（1)在交流线或变压器阻抗数据录入窗口中，直接填写阻抗数值时，阻抗数值和其“单位”相对应。在完成电力网系统模型前，先完成定义方案，再完成作业定义；在电力系统模型建立完成后，要进行数据检查。（2)在交流线或变压器阻抗数据录入窗口的物理描述中，填写物理信息，选择“阻抗计算”，计算出该元件的阻抗值。需注意如单位选择有名值，那么得到的阻抗值为有名值；否则，则计算出的阻抗值为标么值。基础数据编辑画面中的检查：在基础数据编辑窗口录人和编辑元件数据时，程序会检查母线名、数据组、支路号等标识信息是否填写。5结论在电力系统潮流计算和短路计算过程中，可以借助正常和故障条件下的结果，得到正确稳态运行情况下的计算结果。在使用潮流计算软件PSASP并利用牛顿一一拉夫逊算法，对给出的9 节点电力系统进行了潮流计算并输出了结果；根据所要求的任务完成每一项功能，在建雷达技术基于PSASP软件的潮流计与应用研究8立系统模型时，利用工具栏建立系统模型，母线必须先给母线定义名称，且母线名不重复。绘制节点时，完成节点两侧的数据是否已知，不满足要求必须修改；然后在完成的系统模型中定义数据组，定义方案，完成数据组检查，主要是基本数据和公用元件数据，检查无误后，选择功能选项，执行潮流计算和短路计算，完成作业定义和方案定义，进一步来执行操作，以报表形式输出结果，也能在系统模型上显示最终的计算结果。在输出结果中可以根据自已的要求进一步编辑，能快速的完成复杂网络的潮流，更高效的应用到研究和电力网络计算，让能源充分的发挥更大作用，不仅使电力网处于稳定且平衡的状态，而且对电网的安全运行起到了重要保障。参考文献1中国电力科学研究院.PSASP7.0图模一体化平台用户手册.北京.2 0 10.6.2陈珩.电力系统稳态分析.北京：中国电力出版社，2 0 15.11（第四版）。3夏道止.电力系统分析.北京：中国电力出版社，2 0 11.0 2（第二版）。4张伟，郭伟.基于PSASP的电力系统潮流计算研究JI.中国现代教育装备，2 0 10 年第七期.5杨竞非，黄家裕，李软件.电力系统潮流计算组件的实现J.电网技术，2 0 0 0，2 4（4）：57-59.6杨明.应用PSASP软件进行吕梁地区电力系统稳定计算分析（硕士学位论文）.湖南大学,2 0 17.7徐英.基于PSASP软件的山西电网稳定性分析（硕士学位论文）.太原理工大学，2 0 0 7.8王晓茹，刘月贤.电力系统仿真软件PSASP的在线应用JI.电力自动化设备，2 0 14.9杨清，高雁.基于PSASP的潮流计算及应用LJ.电测与仪表，2 0 10.1oJ FEIJOO A E,CIDRAS J.Modeling of wind farms in the load flow analysisJJ.IEEETrans on Power Systems,2000,15(1):110-115.11ZHANG Q M,FAN H,CHEN L,et al.Load flow stability calculation analysis based onPSASP online dataJ.Hebei Electric 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