于永進(jìn)等

摘 要：電力系統(tǒng)分析課程是電氣工程及其自動化專業(yè)的一門重要專業(yè)課，課程內(nèi)容囊括了電力系統(tǒng)的基本概念、基本理論以及計算方法等。在實(shí)踐中，由于本課程教學(xué)及實(shí)驗(yàn)學(xué)時較短，多數(shù)學(xué)生感到難度較大。為提高本課程的教學(xué)效果，提高學(xué)生的應(yīng)用能力，將理論與實(shí)際相結(jié)合，在電力系統(tǒng)分析課程實(shí)驗(yàn)中引入電力系統(tǒng)綜合程序具有重要意義。針對電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)定位，該文采用電力系統(tǒng)分析綜合程序（PSASP）結(jié)合四節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)實(shí)例進(jìn)行潮流計算，闡述了電力系統(tǒng)建模過程中需要注意的幾個問題，實(shí)現(xiàn)潮流結(jié)果的文本輸出和圖形輸出交互化。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) 分析綜合程序 建模 交互化

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

隨著電力系統(tǒng)集中式大電網(wǎng)的發(fā)展，系統(tǒng)規(guī)模日益龐大，節(jié)點(diǎn)數(shù)目眾多，傳統(tǒng)的手工計算越來越不能滿足系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析的要求，計算機(jī)計算普遍用于電力系統(tǒng)的各種潮流計算。電力系統(tǒng)分析綜合程序（Power System Analysis Software Package， PSASP） 是由中國電力科學(xué)研究院研發(fā)的潮流分析軟件，PSASP有著友好、方便的人機(jī)界面，如基于圖形的數(shù)據(jù)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(xué)效果以及讓學(xué)生做到理論聯(lián)系實(shí)際，特將電力系統(tǒng)分析綜合程序引入該課程的實(shí)驗(yàn)中[1]?；诖塑浖碾娏ο到y(tǒng)潮流計算仿真實(shí)驗(yàn)可以提高學(xué)生對電力系統(tǒng)潮流的感性認(rèn)識和對穩(wěn)態(tài)運(yùn)行各種電氣參數(shù)的理解。

1 PSASP在電力系統(tǒng)分析潮流計算應(yīng)用

在圖1所示的兩機(jī)四節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)各元件參數(shù)的標(biāo)幺值如下：

系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)1、2為PQ節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)3為PV節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)4為平衡節(jié)點(diǎn)，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(tǒng)分析的基礎(chǔ)，在電力系統(tǒng)分析過程中起到舉足輕重的作用，在沒有計算機(jī)輔助的情況下計算量大，結(jié)果不精確，潮流計算結(jié)果不直觀[2]。它是教學(xué)中的重點(diǎn)內(nèi)容，由于計算復(fù)雜，也是難點(diǎn)。首先利用PSASP建立電力系統(tǒng)模型，然后再對潮流計算結(jié)果分析。

實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒⒉襟E：

PSASP程序通過文本和圖形兩種方式建立和編輯基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，生成可供各種分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫[3]。先選擇文本輸入，然后再進(jìn)行圖形輸入。在文本輸入形式下：

原始數(shù)據(jù)輸入：選擇菜單“數(shù)據(jù)→基礎(chǔ)數(shù)據(jù)”，按如下順序輸入：

（1）母線：定義“母線名”和“基準(zhǔn)電壓”。

（2）交流線：輸入“編號、連接信息”、及“阻抗”參數(shù)。

（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(fù)。

（4）發(fā)電機(jī)及其調(diào)節(jié)器：選擇母線名及母線類型；引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)節(jié)點(diǎn)類型及其特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生思考為什么每個系統(tǒng)需要指定一個平衡節(jié)點(diǎn)[4]。

（5）負(fù)荷：選擇母線名及母線類型，輸入“負(fù)荷號”，在“負(fù)荷功率”中輸入有功P和無功Q數(shù)據(jù)。

假定按照節(jié)點(diǎn)對應(yīng)關(guān)系1—A，2—B，3—C，4—D錄入原始數(shù)據(jù)。

錄入數(shù)據(jù)需要注意的幾個問題：

（1）定義節(jié)點(diǎn)電壓有名值。假設(shè)C節(jié)點(diǎn)對應(yīng)10kV，節(jié)點(diǎn)A、B、D組成110 kV高壓環(huán)網(wǎng)。

（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?yōu)?/K：1，從而使阻抗Z13連接到變比為1的一側(cè)，TK=1/K，勵磁支路忽略。

其中A、C支路間較特殊，錄入數(shù)據(jù)如下圖3所示：

（3）負(fù)荷數(shù)據(jù)錄入：由于A、B母線上負(fù)荷參考方向指向母線，與正常負(fù)荷參考方向相反，因此錄入數(shù)據(jù)時P、Q都是正的。

（4）定義潮流作業(yè)，用分別用牛頓拉夫遜法和PQ分解法進(jìn)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(jīng)過3次迭代后誤差小于10-4，PQ分解法經(jīng)過4此迭代后誤差小于10-4 ，迭代結(jié)束后平衡節(jié)點(diǎn)功率相等。兩種方法計算全網(wǎng)母線（發(fā)電、負(fù)荷）結(jié)果報表如圖6，圖7所示。

比較兩種計算方法的迭代次數(shù)和計算結(jié)果可以得到結(jié)論：PQ分解法是極坐標(biāo)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(shù)矩陣，并未改變節(jié)點(diǎn)功率平衡方程和收斂判據(jù)，因而不會降低計算結(jié)果的精度。

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

通過圖8可以看出A、B節(jié)點(diǎn)電壓偏低，不能滿足電力系統(tǒng)電能質(zhì)量要求，需要調(diào)壓，可以考慮在A、B節(jié)點(diǎn)加裝無功補(bǔ)償裝置調(diào)壓。

2 結(jié)論

將PSASP仿真軟件引入到電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，計算電力系統(tǒng)潮流，簡化計算過程，學(xué)生可以自己動手搭建各種電力系統(tǒng)元件模型，加深對元件建模理論知識的理解，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)潮流積極性，培養(yǎng)學(xué)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(shí)用性。

參考文獻(xiàn)

[1] 張偉，基于PSASP的《電力系統(tǒng)分析》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)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(tǒng)分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)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(wǎng)潮流分析[J].長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2012，8（4）：4432-4436.

[4] 鐘慧榮，蔣秀潔.PSASP在電力系統(tǒng)分析實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J]實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù) 2008，12（6）：72-75.