張師，王春華，周毅博，李衛(wèi)國，于昊，周在彥

(1. 東北電力大學(xué) 電氣工程學(xué)院，吉林 吉林132012；2. 國網(wǎng)吉林省電力有限公司，吉林 長春132021；3. 國網(wǎng)吉林省電力有限公司長春供電公司，吉林 長春132021)

?

基于PSASP的發(fā)電機模型參數(shù)校正

張師1，王春華2，周毅博1，李衛(wèi)國1，于昊3，周在彥1

(1. 東北電力大學(xué) 電氣工程學(xué)院，吉林 吉林132012；2. 國網(wǎng)吉林省電力有限公司，吉林 長春132021；3. 國網(wǎng)吉林省電力有限公司長春供電公司，吉林 長春132021)

將實測數(shù)據(jù)注入仿真模型中校正模型參數(shù)，可以有效提高電力系統(tǒng)動態(tài)仿真精度，但工作量較大。為此，提出基于電力系統(tǒng)分析程序包(power system analysis software package，PSASP)的發(fā)電機模型參數(shù)校正方法，將待校正發(fā)電機與系統(tǒng)解耦， 通過實測數(shù)據(jù)計算出沖擊負荷擾動量并注入到恒阻抗模型中。利用2015年8月6日吉林省白甜二線大擾動事件的實測數(shù)據(jù)，對白城發(fā)電廠1號發(fā)電機模型參數(shù)進行校正，驗證了該方法是有效的。

電力系統(tǒng)動態(tài)模擬；發(fā)電機模型參數(shù)；恒阻抗模型；沖擊負荷

中國電網(wǎng)在未來10年將發(fā)展為大規(guī)?？鐓^(qū)輸電[1]，而隨著電網(wǎng)的日益龐大和復(fù)雜，保證其安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要。數(shù)值仿真作為電力系統(tǒng)動態(tài)安全分析的基本工具，其計算結(jié)果是指導(dǎo)電網(wǎng)運行的重要依據(jù)[2]。大量的計算分析結(jié)果表明，仿真結(jié)果與實測數(shù)據(jù)存在較大差異，而發(fā)電機模型參數(shù)的不準(zhǔn)確被認為是造成誤差的主要原因[3]。因此，發(fā)電機模型參數(shù)校正是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行必不可少的工作。

針對電力系統(tǒng)區(qū)域廣、涉及元件多的特點，文獻[4]提出將大系統(tǒng)分層分區(qū)、縮小仿真誤差溯源范圍的思想。文獻[5]對電力系統(tǒng)分塊解耦仿真的本質(zhì)進行了深入的研究，并提出基于戴維南等值模型的分塊解耦動態(tài)仿真方法，通過矩陣實驗室(Matrix Laboratory，MATLAB)的工具箱PSAT，在仿真中注入實測數(shù)據(jù)，對發(fā)電機模型參數(shù)進行校正。

電力系統(tǒng)分析程序包(power system analysis software package，PSASP)是目前中國電力系統(tǒng)機電暫態(tài)分析應(yīng)用最廣泛的軟件，它的發(fā)電機數(shù)學(xué)模型緊扣實際和工程應(yīng)用[6]。目前的研究成果表明，將實測數(shù)據(jù)注入PSASP的方法是采用用戶接口程序，但需要用戶自行建模、編碼和驗證，工作量較大[7-9]。

針對上述問題，本文依據(jù)分塊解耦的思想，將發(fā)電機與系統(tǒng)解耦，通過向與發(fā)電機外部系統(tǒng)等值的恒阻抗負荷施加沖擊負荷擾動，將實測數(shù)據(jù)直接注入PSASP，對發(fā)電機模型參數(shù)進行校正。

張師，等：基于PSASP的發(fā)電機模型參數(shù)校正

1　發(fā)電機與系統(tǒng)分塊解耦原理

圖1為發(fā)電機與電力系統(tǒng)連接示意圖。

圖1　電力系統(tǒng)示意圖

在研究系統(tǒng)動態(tài)仿真時，發(fā)電機出口電壓、功率都可以通過相量測量單元(phasor measurement unit，PMU)測得，每一個步長都可以將PMU實測數(shù)據(jù)注入到發(fā)電機端，代替外部大系統(tǒng)，從而避免了外部系統(tǒng)模型參數(shù)不準(zhǔn)確對發(fā)電機參數(shù)校正結(jié)果的影響，實現(xiàn)了發(fā)電機與電力系統(tǒng)的解耦。

2　基于PSASP的發(fā)電機與電力系統(tǒng)分塊解耦動態(tài)仿真

圖2　　　　等值后的單機-　　　單負荷系統(tǒng)

圖2為等值后的單機-單負荷系統(tǒng)，由1臺發(fā)電機和1個恒阻抗負荷組成。利用PSASP搭建單機-單負荷系統(tǒng)時，發(fā)電機與負荷間由一條阻抗近似為零的交流線相連，以便于獲取潮流計算結(jié)果，并將其作為動態(tài)仿真的初值。

在動態(tài)仿真的每一個時刻，從發(fā)電機向恒阻抗負荷注入的復(fù)功率

(1)

在動態(tài)仿真過程中，系統(tǒng)受到大擾動后阻抗會發(fā)生變化，不能僅用恒阻抗模型表征其動態(tài)行為。此時，發(fā)電機向系統(tǒng)注入的功率可以表示為

(2)

3　模型參數(shù)校正方法

通過計算參數(shù)對仿真軌跡的靈敏度[10]，可以得出對仿真軌跡影響較大的參數(shù)，從而對這些參數(shù)進行校正，使仿真結(jié)果向?qū)崪y軌跡逼近。

4　基于PSASP的發(fā)電機模型參數(shù)校正

本文采用PSASP，利用2015年8月6日吉林省白甜二線大擾動事件的實測數(shù)據(jù)，對離擾動地點最近的白城發(fā)電廠1號機組進行模型參數(shù)校正。建立發(fā)電機仿真模型時，白城發(fā)電廠1號發(fā)電機采用PSASP的3型同步機模型，調(diào)壓器采用12型模型，仿真時間4 s，仿真步長0.01 s。按本文的方法，將實測數(shù)據(jù)注入仿真模型中，仿真結(jié)果如圖3所示。

圖3　仿真與實測對比

由圖3可知：當(dāng)外部系統(tǒng)受到大擾動時，仿真結(jié)果與實測存在明顯偏差，需要對該臺發(fā)電機模型參數(shù)進行校正。

通過分析發(fā)電機端電壓對各參數(shù)的半相對靈敏度可知，對仿真軌跡影響較大的參數(shù)分別為交軸同步電抗Xq、直軸開路暫態(tài)時間常數(shù)T′d0、交軸開路次暫態(tài)時間常數(shù)T″q0、調(diào)壓器時間常數(shù)T2和T4。對這5個參數(shù)進行校正，并將校正前后的結(jié)果與實測值作對比，結(jié)果如圖4、圖5所示。

圖4　校正前后的電壓軌跡對比

圖5　校正前后的有功功率軌跡對比

校正前后的參數(shù)對比見表1，其中各參數(shù)為標(biāo)幺值。

表1校正前后的參數(shù)值

校正前后XqT'd0T″q0T2T4校正前2.429858.7240.067100.1校正后1.540009.9240.061110.13

由表1可以看出，校前正后的交軸同步電抗Xq差異較大。為驗證Xq的準(zhǔn)確性，可以根據(jù)發(fā)電機內(nèi)電勢Eq、機端電壓UG、功角δEq-UG、有功功率P計算出Xq，計算式為

(3)

將實測數(shù)據(jù)第一個點的δEq-UG、Eq、P、UG代入式(3)，計算得出Xq的標(biāo)幺值為1.39，與校正后的結(jié)果較為接近。由于電力系統(tǒng)運行工況時刻發(fā)生變化，每一時刻運行狀態(tài)均與前一時刻運行狀態(tài)密切相關(guān)，因此計算得出的Xq隨著系統(tǒng)工況的變化會稍有波動。

校正前后電壓誤差值用均方百分比誤差MSPE和最大誤差Δymax進行評價，公式為：

(4)

(5)

式中：yim、yie分別為第i個步長的實測和仿真變量值，n為步長個數(shù)。

表2為校正前后的電壓誤差對比。

表2校正前后電壓的誤差指標(biāo)

校正前后MSPE/%Δymax標(biāo)幺值校正前0.04830.076校正后0.01230.031

從表2可以明顯看出，修正參數(shù)后大大減小了仿真與實測的誤差。

通過對白城發(fā)電廠1號發(fā)電機模型參數(shù)校正研究，驗證了通過PSASP對模型參數(shù)校正方法的有效性。

5　結(jié)束語

仿真模型參數(shù)的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到仿真結(jié)果與實際情況的偏離程度，對電力系統(tǒng)安全性和經(jīng)濟性分析有重要影響。目前的研究成果中，將實測數(shù)據(jù)注入仿真模型中校正模型參數(shù)，可以有效提高電力系統(tǒng)動態(tài)仿真精度，但工作量較大。本文提出了基于PSASP的發(fā)電機模型參數(shù)校正方法，對發(fā)電機與系統(tǒng)解耦以縮小誤差溯源范圍，通過實測數(shù)據(jù)計算出沖擊負荷擾動量并注入到恒阻抗模型中。以白城發(fā)電廠1號發(fā)電機作為仿真實例，通過吉林省白甜二線大擾動實測數(shù)據(jù)進行發(fā)電機模型參數(shù)校正，結(jié)果表明本文方法有效。

[1] 孫玉嬌，周勤勇，申洪.未來中國輸電網(wǎng)發(fā)展模式的分析與展望[J].電網(wǎng)技術(shù)，2013,37(7)：1929-1935.

SUN Yujiao, ZHOU Qinyong, SHEN Hong. Analysis and Prospect on Development Patterns of China’s Power Transmission Network in Future[J]. Power System Technology, 2013，37(7)：1929-1935.

[2] 賀仁睦.電力系統(tǒng)動態(tài)仿真準(zhǔn)確度的探究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2000，24(12)：1-4.

HE Renmu. Research into Veracity of Power System Dynamic Simulation[J]. Power System Technology，2000，24(12)：1-4.

[3] 劉洪波，穆鋼，徐興偉，等.使功-頻過程仿真軌跡逼近實測軌跡的模型參數(shù)調(diào)整[J].電網(wǎng)技術(shù)，2006，30(18)：20-24.

LIU Hongbo，MU Gang，XU Xingwei，et al.Model Parameter Regulation to Make Simulated Trajectory of Power-Frequency Process Draw Near Measured Trajectory Based on Trajectory Sensitivity[J]. Power System Technology，2006，30(18)：20-24.

[4] 張進.電力系統(tǒng)動態(tài)仿真可信度研究[D]. 北京：華北電力大學(xué)，2005.

[5] 安軍，王孜航，穆鋼，等. 基于WAMS測量和戴維南等值的電力系統(tǒng)動態(tài)仿真誤差溯源及可信度驗證方法[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2013，37(5):1389-1394.

AN Jun, WANG Zihang, MU Gang, et al. Confidence Level Verification and Tracking to Error Source for Power Grid Dynamic Simulation Based on WAMS and Thevenin Equivalence[J].Power System Technology, 2013，37(5):1389-1394.

[6] 吳中習(xí)，周澤昕，張啟沛，等.《電力系統(tǒng)分析綜合程序》用戶程序接口(PSASP/UPI)的開發(fā)和應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù)，1996，20(2)：15-20.

WU Zhongxi, ZHOU Zexin, ZHANG Qipei, et al. The Development and Application of User Program Interface Based on Power System Analysis Software Package(PSASP/UPI)[J].Power System Technology, 1996，20(2)：15-20.

[7] 王武雙，王曉茹，黃飛，等. 電力系統(tǒng)仿真軟件PSASP接口研究與應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù)，2011，35(7)：113-117.

WANG Wushuang, WANG Xiaoru, HUANG Fei, et al. Development and Application of Interface for Power System Analysis Software Package[J]. Power System Technology, 2011，35(7)：113-117.

[8] 鎖軍，史可琴，范越，等. 渭河3號機組勵磁系統(tǒng)參數(shù)測試與仿真[J].電網(wǎng)技術(shù)，2007，31(5)：72-74.

SUO Jun, SHI Keqin, FAN Yue, et al. Simulation and Measurement of Excitation System Parameters for No. 3 Unit in Weihe Power Plant[J]. Power System Technology, 2007，31(5)：72-74.

[9] 晁暉，于大海，夏潮. 核電機組原動機調(diào)節(jié)系統(tǒng)實測建模與仿真研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2015，35(2)：368-374.

CHAO Hui, YU Dahai, XIA Chao. Modeling Test and Simulation of Prime Mover and Governor for Nuclear Power Plant[J]. Power System Technology, 2015，35(2)：368-374.

[10] 安軍. 基于軌跡的軌跡靈敏度計算及電網(wǎng)仿真驗證研究[D]. 保定：華北電力大學(xué)，2009.

(編輯李麗娟)

Parameter Modification for Generator Model Based on PSASP

ZHANG Shi1, WANG Chunhua2, ZHOU Yibo1, LI Weiguo1, YU Hao3, ZHOU Zaiyan1

(1.Electrical Engineering Academy, Northeast Dianli University, Jilin, Jilin 132012, China; 3. Jilin Electric Power Co., Ltd., Changchun, Jilin 132021, China; 3. Changchun Power Supply Company, Changchun, Jilin 132021, China)

It is able to effectively improve dynamic simulation precision for power system by injecting measured data into the simulation model for modifying parameters, but it is a great work. Therefore, this paper proposes a parameter modification method for the generator based on power system analysis software package (PSASP) which decouples the generator for modification and the system, and then works out disturbance quantity of impact load based on measured data and injects into the constant impedance model. According to measured data of large disturbance of Jilin Baitian second line on August 6 in 2015, it carries out modification for parameters of No.1 generator model, which verifies validity of this method.

power system dynamic simulation; generator model parameter; constant impedance model; impact load

2015-12-28

2016-05-06

國網(wǎng)吉林省電力有限公司科研項目(SGTYHT/14-JS-188)

10.3969/j.issn.1007-290X.2016.09.010

TM743

B

1007-290X(2016)09-0048-04

張師(1989)，男，吉林吉林人。助理實驗師，工學(xué)碩士，研究方向為電力系統(tǒng)動態(tài)安全分析。

王春華(1969)，女，吉林長春人。高級工程師，工學(xué)博士，研究方向為電力系統(tǒng)分析、運行與控制。

周毅博(1988)，男，吉林長春人。助理教師，工學(xué)碩士，研究方向為電力系統(tǒng)運行與控制。