電氣工程PSASP仿真軟件實踐

適用文檔東南大學(xué)研究生課程《電氣工程仿真軟件實踐》課程報告院（系、所）電氣工程學(xué)院學(xué)科（專業(yè)）電氣工程研究生姓名郝攀學(xué)科門類與學(xué)位級別工學(xué)碩士導(dǎo)師姓名張金旺入學(xué)年月2015年8月31日結(jié)題報告日期2016年5月26日東南大學(xué)電氣工程學(xué)院大全適用文檔實驗?zāi)康恼莆针娏ο到y(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)的基本要求；培育應(yīng)用電力系統(tǒng)仿真計算軟件PSASP進(jìn)行潮流調(diào)整、電壓調(diào)整、網(wǎng)損剖析的實踐能力；培育運(yùn)用所學(xué)知識剖析和解決問題的能力。2PSASP簡介2.1PSASP綜述《電力系統(tǒng)剖析綜合程序》（PowerSystemAnalysisSoftwarePackage，PSASP）是由中國電力科學(xué)研究院研發(fā)的電力系統(tǒng)剖析程序。主要用于電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計人員確立經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的規(guī)劃設(shè)計方案；運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)動人員確立系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)方式、剖析系統(tǒng)事故、追求反事故舉措；科研人員研究新設(shè)施、新元件投入系統(tǒng)等新問題以及高等院校用于教課和研究。2.2PSASP特色PSASP擁有鑒于公用數(shù)據(jù)和模型的三層系統(tǒng)構(gòu)造,如圖1所示。第一層是公用數(shù)據(jù)和模型的資源庫；第二層是鑒于資源庫的應(yīng)用程序包；第三層是計算結(jié)果庫和剖析工具，極大地資源共享，高度集成和開放。PSASP有著友善、方便的人機(jī)界面，如鑒于圖形的數(shù)據(jù)輸入和圖上操作，自定義模型圖以及圖形、曲線、報表等各樣形式輸入。PSASP與Excel、AutoCAD、Matlab等通用的軟件剖析工擁有著方便的接口，可充分利用這些軟件的資源。PSASP應(yīng)用程序的共同特色是：可計算大規(guī)模（可達(dá)3000個母線或更多）的交直流混淆電力系統(tǒng)；有公用的數(shù)據(jù)庫做支持，不用為每一種計算準(zhǔn)備其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。有固定模型庫和用戶自定義模型庫作支持。不只有往常的文本方式計算，并且還有單線圖上的操（改正數(shù)據(jù)、操作開關(guān)、增添故障等）計算，其計算結(jié)果直接標(biāo)明在圖上，擁有仿真的成效。擁有多種形式（圖形、圖示、報表、曲線等）的結(jié)果剖析的輸出。供給了與Excel、AutoCAD、Matlab等常用軟件工具的接口。大全適用文檔圖三層系統(tǒng)構(gòu)造2.3PSASP的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫在一個電力系統(tǒng)中，電力系統(tǒng)元件及其公用參數(shù)的數(shù)據(jù)是該電網(wǎng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。關(guān)于一個電網(wǎng)來說，輸電線，變壓器，直流線，靜補(bǔ)，發(fā)電機(jī)，調(diào)理器，負(fù)荷等元件及其相應(yīng)參數(shù)是最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)。當(dāng)把這些數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，再加上少許的控制信息(計算數(shù)據(jù))即可履行各樣剖析計算。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分為兩個數(shù)據(jù)庫：基本元件數(shù)據(jù)庫和元件公用參數(shù)數(shù)據(jù)庫，由這兩個庫共同達(dá)成電力系統(tǒng)各元件的數(shù)據(jù)描繪。每個數(shù)據(jù)庫按元件不一樣又設(shè)置了若干個數(shù)據(jù)表。此中基本元件數(shù)據(jù)庫主要寄存輸電線、變壓器，一次設(shè)施(發(fā)電機(jī)、負(fù)荷、直流、靜補(bǔ))和二次裝置(調(diào)壓器、調(diào)速器，PSS等)等系統(tǒng)元件的數(shù)據(jù)；元件公用參數(shù)數(shù)據(jù)庫把同樣的數(shù)據(jù)抽出來，作為公用參數(shù)庫，為基本元件數(shù)據(jù)庫所共享，這樣可進(jìn)一步減少量據(jù)的冗余度?；驹凸脜?shù)兩個數(shù)據(jù)庫所包含的數(shù)據(jù)表及其之間的關(guān)系以下表2.1所示。表2.1.基本元件和公用參數(shù)關(guān)系表基本元件數(shù)據(jù)庫各表公用參數(shù)數(shù)據(jù)庫各表母線溝通線兩繞組變壓器三繞組變壓器移相變壓器直流線直流線調(diào)理器參數(shù)發(fā)電機(jī)參數(shù)1型調(diào)壓器參數(shù)發(fā)電機(jī)及其調(diào)理器2型調(diào)壓器參數(shù)調(diào)速器參數(shù)電力系統(tǒng)穩(wěn)固器(PSS)參數(shù)大全適用文檔負(fù)荷靜止無功賠償器變電站主接線零序互感地區(qū)數(shù)據(jù)

負(fù)荷靜特征參數(shù)感覺電動機(jī)參數(shù)型靜補(bǔ)參數(shù)型靜補(bǔ)參數(shù)母線數(shù)據(jù)庫是第一要成立的基本數(shù)據(jù)，擁有以下特色：其余元件均與母線相聯(lián)系；母線數(shù)據(jù)表中的各項數(shù)據(jù)很少變化。未設(shè)數(shù)據(jù)組（Group）字段；關(guān)于某種計算(潮流，暫穩(wěn)，短路等)的某種計算方案而言，該方案所波及的母線會合由溝通線、變壓器、直流線等元件的數(shù)據(jù)組(Group)所確立的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造而定。該計算方案母線會合是母線數(shù)據(jù)表中的一部分。除母線外，其余電力系統(tǒng)元件數(shù)據(jù)，都含有一個Group(10個字符)字段，即數(shù)據(jù)組字段，該字段起著給數(shù)據(jù)分類命名的作用。以便計算時，按指定的Group抽取，進(jìn)而起到靈巧定義電網(wǎng)規(guī)模構(gòu)造和運(yùn)轉(zhuǎn)方式的作用。在履行各樣計算時，需要定義所要計算的方案（Scheme）。一個Scheme是若干個Group的合集。實驗原理3.1潮流計算潮流計算是依據(jù)給定的電網(wǎng)構(gòu)造、參數(shù)和發(fā)電機(jī)、負(fù)荷等元件的運(yùn)轉(zhuǎn)條件，確立電力系統(tǒng)各部分穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)參數(shù)的計算。往常給定的運(yùn)轉(zhuǎn)條件有系統(tǒng)中各電源和負(fù)荷點(diǎn)的功率、樞紐點(diǎn)電壓、均衡點(diǎn)的電壓和相位角。待求的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)參量包含電網(wǎng)各母線節(jié)點(diǎn)的電壓幅值和相角，以及各支路的功率散布、網(wǎng)絡(luò)的功率消耗等。對規(guī)劃中的電力系統(tǒng)，經(jīng)過潮流計算能夠查驗所提出的電力系統(tǒng)規(guī)劃方案可否知足各樣運(yùn)轉(zhuǎn)方式的要求；對運(yùn)轉(zhuǎn)中的電力系統(tǒng)，經(jīng)過潮流計算能夠預(yù)知各樣負(fù)荷變化和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造的改變會不會危及系統(tǒng)的安全，系統(tǒng)中全部母線的電壓能否在同意的范圍之內(nèi)，系統(tǒng)中各樣元件(線路、變壓器等)能否會出現(xiàn)過負(fù)荷，以及可能出現(xiàn)過負(fù)荷時應(yīng)預(yù)先采納哪些預(yù)防舉措等。潮流計算是電力系統(tǒng)剖析最基本的計算。除它自己的重要作用以外，在《電力系統(tǒng)剖析綜合程序》(PSASP)中，潮流計算仍是網(wǎng)損計算、靜態(tài)安全剖析、暫大全適用文檔態(tài)穩(wěn)固計算、小擾亂靜態(tài)穩(wěn)固計算、短路計算、靜態(tài)和動向等值計算的基礎(chǔ)。潮流計算在數(shù)學(xué)上可歸納為求解非線性方程組，其數(shù)學(xué)模型簡寫以下：為一非線性方程組此中：為節(jié)點(diǎn)均衡方程式；為待求的各節(jié)點(diǎn)電壓。由此決定該問題有以下特色：迭代算法及其收斂性：關(guān)于非線性方程組問題，其各樣求解方法都離不開迭代，所以，存在迭代能否收斂的問題。為此，在程序中開發(fā)了多種計算方法：PQ分解法、牛頓法(功率式)、最正確乘子法、牛頓法(電流式)、PQ分解轉(zhuǎn)牛頓法供計算選擇，以保證計算的收斂性。解的多值性和存在性：關(guān)于非線性方程組的求解，從數(shù)學(xué)的看法來看，應(yīng)當(dāng)有多組解。依據(jù)程序中所設(shè)定的初值，一般都能收斂到合理解。但也有收斂到不合理解(電壓過低或過高)的特別狀況。這些解是數(shù)學(xué)解(因為它們知足節(jié)點(diǎn)均衡方程式)而不是實質(zhì)解。為此需改變運(yùn)轉(zhuǎn)條件后再從頭計算。別的，關(guān)于潮流計算問題所要求的節(jié)點(diǎn)電壓的重量(幅值和角度或?qū)嵅亢吞摬?，只有當(dāng)其為實數(shù)時才存心義。假如所給的運(yùn)轉(zhuǎn)條件無實數(shù)解，則以為該問題無解。所以，當(dāng)?shù)皇諗繒r，可能有兩種狀況：一是解(指實數(shù)解)不存在，此時需改正運(yùn)轉(zhuǎn)方式；另一是計算方法不收斂，此時需改換計算方法。3.2網(wǎng)損剖析網(wǎng)損剖析計算是依據(jù)電網(wǎng)構(gòu)造、參數(shù)，和典型日24小時的負(fù)荷水平、發(fā)電機(jī)賣力等，確立電網(wǎng)中各元件的消耗水平。因為PSASP網(wǎng)損剖析計算其實是進(jìn)行多個潮流方案的計算，將多個方案的消耗結(jié)果進(jìn)行累加而獲得的最后網(wǎng)損結(jié)果，因此其計算方法與PSASP潮流計算完整同樣，有PQ分解法、牛頓法(功率式)、最正確乘子法、牛頓法(電流式)、PQ分解轉(zhuǎn)牛頓法等。大全適用文檔3.3無功優(yōu)化無功優(yōu)化是最優(yōu)潮流的一個分支，無功優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)是全網(wǎng)的網(wǎng)損。電力系統(tǒng)無功優(yōu)化調(diào)動,問題系指在電力系統(tǒng)無功電源較為豐裕的狀況下,經(jīng)過調(diào)理發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓、調(diào)整變壓器抽頭變比、改變無功賠償裝置的賣力等舉措來調(diào)整無功潮流,使得系統(tǒng)電壓值達(dá)到合格值,同時全網(wǎng)有功消耗最小。問題有時也稱為電力系統(tǒng)無功優(yōu)化控制、電壓無功優(yōu)化控制、無功優(yōu)化潮流問題。關(guān)于無功優(yōu)化,目標(biāo)函數(shù)一般指有功網(wǎng)損,等式拘束條件即潮流方程,不等式拘束條件有電壓和功率極值,有時還需要考慮支路潮流的拘束。電力系統(tǒng)電壓主要取決于無功潮流散布能否合理,而實現(xiàn)合理的無功潮流分布的前提條件是電力系統(tǒng)有充分的無功電源容量。若無功電源容量不足,系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)電壓將難以保證。但無功電源容量剩余,無疑又會浪費(fèi)不用要的投資。所以,進(jìn)行無功規(guī)劃優(yōu)化確立系統(tǒng)的最正確賠償?shù)刂泛唾r償容量,防止無功電源建設(shè)的盲目性,是保證電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)和優(yōu)良供電的一項十分重要的工作。無功優(yōu)化規(guī)劃作為整個電網(wǎng)規(guī)劃的一部分,其目的就是確立無功賠償設(shè)施的安裝地點(diǎn)和容量,以最經(jīng)濟(jì)的投資保證系統(tǒng)保持合理的電壓水平,降低網(wǎng)絡(luò)消耗,實現(xiàn)系統(tǒng)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。經(jīng)過無功的優(yōu)化規(guī)劃,能夠給電網(wǎng)的運(yùn)轉(zhuǎn)帶來以下利處：使電網(wǎng)各點(diǎn)電壓在同意的范圍內(nèi),進(jìn)而保證了電網(wǎng)供電的電能質(zhì)量。改良了電網(wǎng)的安全性。減少了電網(wǎng)的運(yùn)轉(zhuǎn)消耗,節(jié)儉電能,提升電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性。使電網(wǎng)的無功潮流減少并合理散布,減少線路及變壓器的負(fù)擔(dān)。從全局的角度合理安排全網(wǎng)的變壓器分接頭地點(diǎn)。合理地安排無功賠償?shù)牡刂芳叭萘?使無功電源建設(shè)的投資與電網(wǎng)的運(yùn)轉(zhuǎn)花費(fèi)最小。仿真模型4.1實驗數(shù)據(jù)以IEEE14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)作為算例，采納標(biāo)幺值計算，基準(zhǔn)功率SB=100MVA。給出IEEE14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)接線圖，如圖4.1所示：大全適用文檔圖4.1IEEE14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)接線圖IEEE14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)包含5臺發(fā)電機(jī)(節(jié)點(diǎn)1、2、3、6、8，此中1節(jié)點(diǎn)為均衡節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)2、3、6、8為PV節(jié)點(diǎn))，3臺可調(diào)變壓器(支路4—7、4—9、5—6)和1個無功賠償點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)9)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計表以下表4.1所示：表4.1IEEE14節(jié)點(diǎn)基本數(shù)據(jù)統(tǒng)計表節(jié)點(diǎn)數(shù)支路數(shù)可調(diào)變壓器數(shù)無功賠償設(shè)施數(shù)發(fā)電機(jī)數(shù)1420315表4.2IEEE14發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)號有功下限有功上限無功下限無功上限電壓下限電壓上限10.11.0-0.40.50.951.120.20.5-0.40.50.951.130000.40.951.1600-0.060.240.951.1800-0.060.240.951.1表4.3IEEE14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)無功賠償設(shè)施數(shù)據(jù)大全適用文檔節(jié)點(diǎn)號賠償方式目前賠償容量電納標(biāo)幺值9電容器00.19表4.4IEEE14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)支路參數(shù)數(shù)據(jù)支路號首末節(jié)點(diǎn)電阻電抗1/2電納11-20.019380.059170.0264022-30.046990.019790.0219032-40.058110.176320.0187041-50.054030.223040.0246052-50.056950173880.0170063-40.067010.171030.0173074-50.013350.042110.0064087-80.00000.176150.0000097-90.00000.110010.00000109-100.031810.084500.00000116-110.094980.198900.00000126-120.122910.155810.00000136-130.066150.130270.00000149-140.127110.270380.000001510-110.082050.192070.000001612-130.220920.199880.000001713-140.170930.348020.00000表4.5IEEE14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)變壓器數(shù)據(jù)支路號首末節(jié)點(diǎn)電阻電抗變比變比下限變比上限185-600.252020.9320.91.1194-700.209120.9780.91.1204-900.556180.9690.91.1表4.6IEEE14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)負(fù)荷數(shù)據(jù)母線號有功無功20.2170.12730.9420.1940.478-0.03950.0760.01660.1120.07590.2950.166100.090.058110.0350.018120.0610.016130.1350.058140.1490.05大全適用文檔4.2典型日負(fù)荷曲線查閱有關(guān)資料，選擇以下兩個典型日負(fù)荷曲線作為網(wǎng)損計算的典型24小時數(shù)據(jù)。圖4.2為典型夏天日負(fù)荷曲線，圖4.3為典型冬天日負(fù)荷曲線。圖4.2為典型夏天日負(fù)荷曲線大全適用文檔圖4.3為典型冬天日負(fù)荷曲線4.3潮流作業(yè)成立本次潮流計算仿真作業(yè)的組成以下列圖5.1：潮流作業(yè)計算方法迭代次數(shù)上限迭代偏差計算控制信息母線電壓上下限發(fā)電和負(fù)荷按比率改正控制基礎(chǔ)方案數(shù)據(jù)組BSAIC數(shù)據(jù)組BASIC2圖4.4潮流計算作業(yè)表示圖利用文本方式輸入的數(shù)據(jù)繪制IEEE14節(jié)點(diǎn)單線圖；采納文本輸入?yún)?shù)的方式計算IEEE14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)指定運(yùn)轉(zhuǎn)方式下的潮流；沒有3，6,8節(jié)點(diǎn)無功大全適用文檔賠償數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)組定義為BASIC，將含有3，6,8節(jié)點(diǎn)無功賠償數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)組定義為BASIC2數(shù)據(jù)組。依據(jù)4.1的實驗數(shù)據(jù)分別進(jìn)行母線、溝通線、兩繞組變壓器、發(fā)電機(jī)及其調(diào)理器、負(fù)荷的數(shù)據(jù)錄入。圖4.5潮流計算數(shù)據(jù)錄入表示圖依據(jù)電力系統(tǒng)無功優(yōu)化調(diào)動理論,經(jīng)過調(diào)理發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓、調(diào)整變壓器抽頭變比、改變無功賠償裝置的賣力等舉措來調(diào)整無功潮流,使得系統(tǒng)電壓值達(dá)到合格值,同時全網(wǎng)有功消耗最小。對IEEE14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)定義了以下5種運(yùn)轉(zhuǎn)方式，分別進(jìn)行潮流計算。圖4.6潮流計算閱讀表示圖大全適用文檔點(diǎn)擊計算，選擇潮流，對5種方案的潮流計算填寫控制信息。圖4.7潮流計算控制頁面表示圖4.4網(wǎng)損剖析作業(yè)成立本次網(wǎng)損剖析作業(yè)的組成以下列圖4.8：網(wǎng)損剖析作業(yè)基礎(chǔ)潮流作業(yè)作業(yè)有關(guān)數(shù)據(jù)計算控制信息典型24小時負(fù)荷數(shù)據(jù)典型24小時發(fā)電數(shù)據(jù)圖4.8網(wǎng)損剖析作業(yè)表示圖大全適用文檔圖4.9網(wǎng)損剖析控制頁面圖4.10網(wǎng)損剖析典型24小時數(shù)據(jù)錄入仿真結(jié)果5.1潮流計算潮流單線圖大全適用文檔分別為潮流作業(yè)1,2,5的圖示化結(jié)果。圖5.1潮流計算作業(yè)1單線圖圖5.2潮流計算作業(yè)2單線圖大全適用文檔圖5.3潮流計算作業(yè)5單線圖潮流結(jié)果報表輸出以下為潮流作業(yè)1,2,5的報表輸出，其余作業(yè)報表結(jié)果見附件我的仿真.xlsx。全網(wǎng)母線(發(fā)電、負(fù)荷)結(jié)果報表作業(yè)號：1計算日期：2016/05/25時間：15:50:18單位：p.u.無控制，沒有調(diào)壓，沒有無功賠償?shù)貐^(qū)：1母線名電壓幅電壓相有功發(fā)有功負(fù)無功發(fā)無功負(fù)cosθgcosθl種類值角電荷電荷11.0602.3503200.2473700.994510121.02844-5.17880.40.2170.50.1270.62470.86306130.97356-6.288100.94200.1900.98026PQ40.97986-8.407800.4780-0.03900.99669PQ50.98878-7.410700.07600.01600.97855PQ70.95702-12.2900000080.95702-12.29000000*60.94154-13.716600.11200.07500.83091PQ*90.94682-14.402500.29500.16600.8715PQ*100.93765-14.653400.0900.05800.84057PQ大全適用文檔*110.93581-14.365400.03500.01800.88929PQ*120.92775-14.463300.06100.01600.96728PQ*130.92238-14.798600.13500.05800.91879PQ*140.9158-15.850300.14900.0500.94805PQ作業(yè)號：2計算日期：2016/05/25時間：16:47:21單位：p.u.有調(diào)壓，有無功賠償母線名電壓幅電壓相有功發(fā)有功負(fù)無功發(fā)無功負(fù)cosθgcosθl種類值角電荷電荷11.0602.342240-0.170900.997350121.045-5.30870.40.2170.245340.1270.852430.86306131.00124-7.31980.000010.9420.40.190.000030.98026141.00833-8.790200.4780-0.03900.99669PQ51.01739-7.779700.07600.01600.97855PQ61.02-13.44020.000010.1120.154250.0750.000060.83091171.04314-12.46200000081.05-12.46190.0000100.0408700.000240191.03296-14.256900.29500.16600.8715PQ101.0231-14.431800.0900.05800.84057PQ111.01812-14.096700.03500.01800.88929PQ121.00781-14.086700.06100.01600.96728PQ131.00353-14.395600.13500.05800.91879PQ141.00154-15.390300.14900.0500.94805PQ作業(yè)號：5計算日期：2016/05/25時間：19:47:36單位：p.u.沒有控制，負(fù)荷60%地區(qū)：1母線名電壓幅電壓相有功發(fā)有功負(fù)無功發(fā)無功負(fù)cosθgcosθl種類值角電荷電荷11.0601.2017900.0220200.999830121.045-2.54980.40.13020.063590.07620.98760.86306131.01473-3.331200.565200.11400.98026PQ41.02569-4.632400.28680-0.023400.99669PQ51.03009-4.083400.045600.009600.97855PQ61.01228-7.378800.067200.04500.83091PQ71.02357-6.739700000081.02357-6.739700000091.02301-7.850900.17700.099600.8715PQ101.01656-7.963200.05400.034800.84057PQ111.0124-7.769900.02100.010800.88929PQ大全適用文檔121.00515-7.769400.036600.009600.96728PQ131.00287-7.956300.08100.034800.91879P