基于PSASP的電力系統潮流分析①

于永進等

摘 要：電力系統分析課程是電氣工程及其自動化專業的一門重要專業課，課程內容囊括了電力系統的基本概念、基本理論以及計算方法等。在實踐中，由于本課程教學及實驗學時較短，多數學生感到難度較大。為提高本課程的教學效果，提高學生的應用能力，將理論與實際相結合，在電力系統分析課程實驗中引入電力系統綜合程序具有重要意義。針對電力系統分析基礎課程實驗定位，該文采用電力系統分析綜合程序（PSASP）結合四節點系統實例進行潮流計算，闡述了電力系統建模過程中需要注意的幾個問題，實現潮流結果的文本輸出和圖形輸出交互化。

關鍵詞：電力系統 分析綜合程序 建模 交互化

中圖分類號：TM744 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（b）-0178-02

隨著電力系統集中式大電網的發展，系統規模日益龐大，節點數目眾多，傳統的手工計算越來越不能滿足系統穩態分析的要求，計算機計算普遍用于電力系統的各種潮流計算。電力系統分析綜合程序（Power System Analysis Software Package， PSASP） 是由中國電力科學研究院研發的潮流分析軟件，PSASP有著友好、方便的人機界面，如基于圖形的數據輸入和圖上操作，自定義模型圖以及圖形、曲線、報表等各種形式輸出。為提高該課程的教學效果以及讓學生做到理論聯系實際，特將電力系統分析綜合程序引入該課程的實驗中[1]。基于此軟件的電力系統潮流計算仿真實驗可以提高學生對電力系統潮流的感性認識和對穩態運行各種電氣參數的理解。

1 PSASP在電力系統分析潮流計算應用

在圖1所示的兩機四節點系統中，網絡各元件參數的標幺值如下：

系統中節點1、2為PQ節點，節點3為PV節點，節點4為平衡節點，已給定

容許誤差。試用牛頓法計算潮流分布。

潮流計算作為電力系統分析的基礎，在電力系統分析過程中起到舉足輕重的作用，在沒有計算機輔助的情況下計算量大，結果不精確，潮流計算結果不直觀[2]。它是教學中的重點內容，由于計算復雜，也是難點。首先利用PSASP建立電力系統模型，然后再對潮流計算結果分析。

實驗模型建立步驟：

PSASP程序通過文本和圖形兩種方式建立和編輯基礎數據，生成可供各種分析的基礎數據庫[3]。先選擇文本輸入，然后再進行圖形輸入。在文本輸入形式下：

原始數據輸入：選擇菜單“數據→基礎數據”，按如下順序輸入：

（1）母線：定義“母線名”和“基準電壓”。

（2）交流線：輸入“編號、連接信息”、及“阻抗”參數。

（3）雙繞組變壓器：輸入“編號、連接信息、連接方式”，其中編號不得與交流線編號重復。

（4）發電機及其調節器：選擇母線名及母線類型；引導學生復習節點類型及其特點，引導學生思考為什么每個系統需要指定一個平衡節點[4]。

（5）負荷：選擇母線名及母線類型，輸入“負荷號”，在“負荷功率”中輸入有功P和無功Q數據。

假定按照節點對應關系1—A，2—B，3—C，4—D錄入原始數據。

錄入數據需要注意的幾個問題：

（1）定義節點電壓有名值。假設C節點對應10kV，節點A、B、D組成110 kV高壓環網。

（2）PSASP軟件中的雙繞組變壓器等值電路模型如圖2所示，因此需要對A、C支路間雙繞組變壓器做等值變換，將1：K變為1/K：1，從而使阻抗Z13連接到變比為1的一側，TK=1/K，勵磁支路忽略。

其中A、C支路間較特殊，錄入數據如下圖3所示：

（3）負荷數據錄入：由于A、B母線上負荷參考方向指向母線，與正常負荷參考方向相反，因此錄入數據時P、Q都是正的。

（4）定義潮流作業，用分別用牛頓拉夫遜法和PQ分解法進行計算，允許誤差：0.0001，迭代過程如圖4、5所示。

可以看出：牛拉法經過3次迭代后誤差小于10-4，PQ分解法經過4此迭代后誤差小于10-4 ，迭代結束后平衡節點功率相等。兩種方法計算全網母線（發電、負荷）結果報表如圖6，圖7所示。

比較兩種計算方法的迭代次數和計算結果可以得到結論：PQ分解法是極坐標形式牛頓拉夫遜潮流計算的一種簡化算法。由于這些簡化只涉及修正方程的系數矩陣，并未改變節點功率平衡方程和收斂判據，因而不會降低計算結果的精度。

潮流計算作為電力系統分析的基礎，手機計算工作量大，結果不精確，采用PSASP以后可以方便的設置潮流計算各種約束條件，計算結果直觀、可靠。圖形輸出方式下潮流結果如下圖所示：

通過圖8可以看出A、B節點電壓偏低，不能滿足電力系統電能質量要求，需要調壓，可以考慮在A、B節點加裝無功補償裝置調壓。

2 結論

將PSASP仿真軟件引入到電力系統分析基礎實驗教學環節中，計算電力系統潮流，簡化計算過程，學生可以自己動手搭建各種電力系統元件模型，加深對元件建模理論知識的理解，從而提高學生學習潮流積極性，培養學生分析問題和解決問題的能力。通過具體算例，證明方法的實用性。

參考文獻

[1] 張偉，基于PSASP的《電力系統分析》課程實驗教學改革初探[J].中國電力教育，2008，8：105-106.

[2] 李宏玉，徐建軍，任爽.PSASP在電力系統分析實驗教學中的應用 Proceedings of 2012 Third International Conference on Information，Communication and Education Application（ICEA 2012） Volume 12 2012，12，30：247-251.

[3] 張良海.基于PSASP的電網潮流分析[J].長春工業大學學報：自然科學版，2012，8（4）：4432-4436.

[4] 鐘慧榮，蔣秀潔.PSASP在電力系統分析實驗中的應用[J]實驗科學與技術 2008，12（6）：72-75.