張慧娥 朱婷婷 劉光輝 白彩清

摘? 要? 電力系統(tǒng)分析課程內(nèi)容與工程實踐聯(lián)系緊密。以PSASP7.12版為軟件平臺，以新疆某地區(qū)實際電網(wǎng)結(jié)構(gòu)為運行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進行電力系統(tǒng)潮流計算、地理接線圖繪制和電力系統(tǒng)電壓調(diào)整等實踐教學(xué)項目的開發(fā)，提升學(xué)生能力，讓學(xué)生掌握電力系統(tǒng)分析計算及優(yōu)化的基本理論，熟練掌握PSASP圖形界面電網(wǎng)模型的建立、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的錄入、計算調(diào)試、結(jié)果分析、地理位置接線圖的繪制和電壓的調(diào)整。

關(guān)鍵詞? 電力系統(tǒng)分析；電力系統(tǒng)分析綜合程序；軟件平臺；潮流計算；實踐教學(xué)

中圖分類號：G642? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）16-0055-05

0? 引言

電力系統(tǒng)分析綜合程序（Power System Analy-sis Software Package，PSASP）是由中國電科院自主研發(fā)的電力系統(tǒng)綜合分析軟件，是目前電力系統(tǒng)規(guī)劃及設(shè)計人員確定技術(shù)方案的可行性和經(jīng)濟合理性的主要工具，也是電力系統(tǒng)調(diào)度運行人員確定年度運行方式、制訂運行及投運方案、優(yōu)化電網(wǎng)運行方案的有效工具。同時，電力系統(tǒng)分析綜合程序也是高等院校電氣工程及相關(guān)專業(yè)教學(xué)與科研的重要軟件設(shè)施[1]。

電力系統(tǒng)分析作為電氣工程及其自動化專業(yè)的核心專業(yè)課程，具有較強的理論性和實踐性，課程內(nèi)容與工程實踐聯(lián)系緊密，主要培養(yǎng)學(xué)生電力系統(tǒng)潮流計算、調(diào)頻調(diào)壓和故障分析的能力與通過計算分析解決實際電網(wǎng)運行問題的能力。因此，在教學(xué)過程中要注重理論和實踐的結(jié)合，不斷更新教學(xué)內(nèi)容，強化實際工程背景知識的分析和應(yīng)用。PSASP作為科研、教學(xué)、工程相結(jié)合的軟件平臺，可以在高校教學(xué)中發(fā)揮更大的作用，有助于培養(yǎng)電力行業(yè)企業(yè)的專業(yè)技術(shù)人員，滿足企業(yè)把崗位技能融入課程體系的要求，符合應(yīng)用型本科的人才培養(yǎng)目標，促進學(xué)生就業(yè)。

本文以PSASP7.12版為軟件平臺，以新疆某地區(qū)實際電網(wǎng)結(jié)構(gòu)為運行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進行電力系統(tǒng)潮流計算、地理接線圖繪制和電力系統(tǒng)電壓調(diào)整等實踐教學(xué)項目的開發(fā)，使學(xué)生達到能力本位的提升，掌握電力系統(tǒng)分析計算及優(yōu)化的基本理論，熟練掌握PSASP圖形界面電網(wǎng)接線圖的繪制、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的錄入、計算調(diào)試、結(jié)果分析及地理位置接線圖的繪制等。

1? PSASP軟件概況

PSASP軟件是目前復(fù)雜電力系統(tǒng)分析計算的主要軟件，計算結(jié)果與運行數(shù)據(jù)吻合度高，是電網(wǎng)運行管理企業(yè)的主要分析工具。PSASP從3.0版本基于文本界面開始經(jīng)歷多次升級，到目前7.12及7.61版本基于圖形界面，從開始的文本界面下的固定格式數(shù)據(jù)到5.0版本的標準數(shù)據(jù)格式，再到6.0版本數(shù)據(jù)升級轉(zhuǎn)換，再到7.0版本的圖形界面，逐步形成目前功能強大、技術(shù)完備的軟件。

該軟件分為三層結(jié)構(gòu)體系[2]。

第一層是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型庫。該層是在實際電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，將電力系統(tǒng)電源（火電、風(fēng)電、光伏等）、母線、輸電線路、變壓器、負荷及補償設(shè)備的節(jié)點名稱、額定電壓、額定容量、線路物理信息（導(dǎo)線型號、長度、單位阻抗）、變壓器分接頭信息及電網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)通過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)形式錄入數(shù)據(jù)庫。

第二層是應(yīng)用程序。在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型庫搭建完成的基礎(chǔ)上，可對系統(tǒng)進行穩(wěn)態(tài)分析計算（潮流、網(wǎng)損計算，無功功率優(yōu)化計算等）和暫態(tài)分析計算（短路計算、保護定值計算、暫態(tài)穩(wěn)定計算等）。

第三層是計算結(jié)果分析工具。提供文本、Excel、AutoCAD的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口，可將各類計算結(jié)果有選擇性地自動生成可編輯且有固定格式的文本、報表及GEO單線圖和CAD接線圖，有助于用戶分析計算結(jié)果。

2? 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫及模型建立

為培養(yǎng)學(xué)生工程實際應(yīng)用能力，選擇新疆喀什地區(qū)某縣局部12節(jié)點電網(wǎng)實際運行數(shù)據(jù)為實踐教學(xué)項目開發(fā)的原始數(shù)據(jù)。電網(wǎng)接線如圖1所示。根據(jù)圖1中給出的電網(wǎng)的母線、變壓器及輸電線路的基本數(shù)據(jù)在PSASP7.12單線圖程序中繪制單線圖，并按電網(wǎng)數(shù)據(jù)錄入原始數(shù)據(jù)。電網(wǎng)局部單線圖如圖2所示。

3? 實踐教學(xué)項目

3.1? 潮流計算項目

潮流計算可以檢驗設(shè)計運行人員提出的電力系統(tǒng)規(guī)劃運行方案的可行性。通過潮流計算，可以預(yù)知各種負荷變化和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的改變會不會危及系統(tǒng)的安全；系統(tǒng)中所有母線的電壓是否在允許的范圍以內(nèi)；系統(tǒng)中各種元件（線路、變壓器等）是否會出現(xiàn)過負荷；待求的運行狀態(tài)參量（包括電網(wǎng)各母線節(jié)點的電壓幅值和相角）；各支路的功率分布、網(wǎng)絡(luò)的功率損耗等。采用Newton（Power Equation）（牛頓—拉夫遜法）進行潮流計算，使學(xué)生熟練掌握潮流計算步驟，理解功率分布及功率損耗的計算以及數(shù)據(jù)修改回存。計算步驟如下。

第一步：從編輯模式進入運行模式，檢查數(shù)據(jù)。

第二步：方案定義，可按最大、最小及常規(guī)運行方案定義，本次以常規(guī)運行方案定義。

第三步：潮流計算作業(yè)定義。

第四步：執(zhí)行“潮流”，刷新、編輯、計算。

第五步：結(jié)果輸出，選擇輸出結(jié)果信息，可采用圖形導(dǎo)出、文本及報表輸出結(jié)果。

圖形導(dǎo)出潮流計算結(jié)果如圖3所示，文本形式部分輸出潮流計算結(jié)果如圖4所示。

3.2? 地理位置接線圖繪制項目

PSASP軟件地理位置接線圖是在電網(wǎng)地理位置圖及潮流計算結(jié)果基礎(chǔ)上的一種直觀顯示計算結(jié)果的方式，有自動繪制廠站各電壓等級及合并廠站功能，可在一個工程任務(wù)下繪制多套不同級別的圖，有助于用戶查找發(fā)現(xiàn)母線電壓越限、輸電線路過載、廠站之間連接的電網(wǎng)運行問題。通過該項目可以訓(xùn)練學(xué)生地理接線圖的繪制并根據(jù)運行問題修改單線圖和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。繪制步驟如下。

第一步：運行PSASPGEO程序，進入地理位置接線圖編輯模式。

第二步：在“文件”中選取“打開工程”，新建地理接線圖。

第三步：按電網(wǎng)接線圖繪制地理接線圖，可采用自動繪制提高繪制速度。

第四步：從編輯模式進入運行模式，顯示計算結(jié)果。

潮流計算結(jié)果地理位置接線圖如圖5所示。

3.3? 電力系統(tǒng)電壓調(diào)整項目

電壓是衡量電能質(zhì)量的重要指標之一。電壓的波動超過允許范圍，對電力系統(tǒng)的影響很大。電壓調(diào)整是電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)計算的一部分，電壓的波動是由于系統(tǒng)中無功功率的不平衡引起的。通過潮流計算項目可以計算出各母線運行電壓，其中有部分母線電壓超出允許范圍，偏高或偏低，需要對電壓進行調(diào)整。節(jié)點電壓計算公式：

式中：Vi為節(jié)點電壓，VG為發(fā)電機機端電壓，k1、k2分別為升壓變壓器和降壓變壓器變比，P和Q為負荷，R和X為輸電線路電阻與電抗，VN為線路額定電壓。電壓調(diào)整措施如下[3]：

1）調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電流以改變發(fā)電機機端電壓VG；

2）改變變壓器的變比k1、k2；

3）改變功率分布P+jQ（主要是Q），使電壓損耗ΔV變化；

4）改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)R+jX（主要是X），改變電壓損耗ΔV。

通過該項目，學(xué)生可以充分掌握調(diào)壓措施，解決工程實際問題。根據(jù)潮流計算項目結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，各節(jié)點母線電壓均偏低，需要采取電網(wǎng)調(diào)整措施。在教學(xué)過程中分別采用上述四種調(diào)壓措施對電力系統(tǒng)進行調(diào)壓，讓學(xué)生理解無功功率和電壓調(diào)整的原理。其中調(diào)節(jié)變壓器變比調(diào)壓結(jié)果如圖6所示。

4? 結(jié)束語

在學(xué)校PSASP7.12軟件平臺的基礎(chǔ)上，以新疆某地區(qū)實際電網(wǎng)結(jié)構(gòu)為運行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，開發(fā)電力系統(tǒng)潮流計算、地理接線圖繪制、電力系統(tǒng)電壓調(diào)整等實踐教學(xué)項目。

1）搭建實際電網(wǎng)模型，使學(xué)生熟練掌握潮流計算步驟、理解功率分布及功率損耗的計算以及數(shù)據(jù)修改回存，熟練掌握圖形導(dǎo)出、文本及報表等形式的結(jié)果輸出方法。

2）通過地理位置接線圖繪制項目可以訓(xùn)練學(xué)生地理接線圖的繪制并根據(jù)運行問題修改單線圖及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

3）在潮流計算項目的基礎(chǔ)上，通過電力系統(tǒng)電壓調(diào)整項目對電力系統(tǒng)進行調(diào)壓，讓學(xué)生理解無功功率和電壓調(diào)整的原理，使學(xué)生充分掌握調(diào)壓措施，解決工程實際問題。

學(xué)生可以通過三個實踐教學(xué)項目提升能力本位，掌握電力系統(tǒng)分析計算及優(yōu)化的基本理論，熟練掌握PSASP軟件的應(yīng)用。

參考文獻

[1] 王彥文，范澤宇，耿瑞，等.基于PSASP的電力系統(tǒng)潮流計算虛擬仿真實驗[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2021（21）：15-18.

[2] 中國電力科學(xué)研究院.電力系統(tǒng)分析綜合程序用戶手冊[M].北京：中國電力科學(xué)研究院，2010：1-7.

[3] 李庚銀.電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

*基金項目：新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金資助項目“新疆沙塵極端天氣下并網(wǎng)光伏電站功率預(yù)測模型研究”（項目編號：2020D01B18）。

作者：張慧娥，新疆工程學(xué)院能源工程學(xué)院，講師，主要研究方向為電力系統(tǒng)優(yōu)化與控制技術(shù)；朱婷婷，新疆工程學(xué)院能源工程學(xué)院，副教授，主要研究方向為電氣工程與智能控制；劉光輝，新疆工程學(xué)院能源工程學(xué)院，副教授，主要研究方向為電氣工程（830047）；白彩清，內(nèi)蒙古超高壓供電局，工程師，主要研究方向為變電站運行（010000）。