基于PSASP在線數據的電網潮流穩定計算分析

張倩茅，范 輝，程 倫，吳向明

(1.河北省電力研究院，石家莊 050021；2.河北省電力公司，石家莊 050021)

隨著我國電力系統的發展，特別是全國聯網和特高壓電網建設的逐步實施，河北省南部電網(簡稱“河北南網”)規模進一步擴大，與其他區域電網的聯系也日益緊密。傳統的手工計算和簡單的計算程序已經不能滿足大電網運行的復雜性及其對安全可靠性的要求。在電網仿真計算中，初始運行方式對計算結果有直接影響，如果初始運行方式不夠準確，則根據仿真計算確定的控制策略可能會出現較大的偏差。因此為盡可能減少運行方式偏差對仿真計算的影響，有必要利用在線數據建立電網仿真計算運行方式[1-3]。

1 PSASP在線計算分析系統

PSASP在線計算分析系統由1臺或者2臺在線服務器和若干臺高級應用工作站組成。其中在線服務器接收SCADA/EMS系統在線數據，轉發給各個工作站，并存儲歷史數據；工作站接收服務器轉發的在線數據，導入PSASP數據庫，進行某項高級應用分析計算。不同的工作站可以配置運行不同的PSASP高級應用，客戶端數目可以任意擴展。加入在線數據接口后，PSASP可進行全面的在線計算分析，應用于在線電力系統靜態、動態安全評估與預警，為電網安全可靠運行提供保障[4]。

1.1 主要模塊

1.1.1 實時數據庫

為了提高電力系統在線分析計算的速度，需開發實時數據庫。實時數據庫的數據一方面來自于SCADA的實時數據，另一方面來自于PSASP的公用數據和模型庫。實時數據庫為PSASP各種在線分析計算所公用。

1.1.2 網絡拓撲分析

SCADA系統的數據包含了大量的斷路器和隔離開關信息，因此,需進行網絡拓撲分析，消去斷路器和隔離開關數據，形成可用于電網分析計算的數據。拓撲分析為公用模塊，由狀態估計、潮流分析等各種計算模塊所調用。

1.1.3 狀態估計

狀態估計程序可以有效地發現和剔除不良數據，提高數據系統的精度和可靠性，從而保證各種在線分析計算的準確性。

1.1.4 在線數據庫接口

對于沒有EMS系統或者沒有狀態估計運行的地區，需要直接和SCADA系統進行數據接口；對于有EMS并且狀態估計運行情況良好的地區，可提供基于IEC 61970中CIM/CIS/XML、E格式以及其他格式的在線數據接口功能，直接應用于EMS數據實現PSASP在線。

1.2 主要功能

1.2.1 在線穩態分析計算

應用實時數據接口生成的數據，可進行在線的潮流、網損、最優潮流和無功優化、靜態安全分析等穩態分析計算。

1.2.2 在線暫態和動態分析計算

應用實時數據接口生成的數據，可進行各種在線的電壓穩定、功角穩定、小干擾穩定、直接法穩定等暫態和動態穩定分析計算。

1.3 優點

與常規離線計算相比，利用PSASP在線數據進行潮流穩定計算具有如下優點：

a. 直接利用在線數據，可以及時反映電網的實際運行工況；

b. 免去大量繁瑣的數據錄入工作，可以極大地降低工作人員的勞動強度；

c. PSASP在線數據基于電網實際運行工況，潮流數據收斂性好，可有效提高工作效率。

2 河北南網電網潮流穩定計算

下載河北南網某一時間斷面PSASP在線數據，導入到PSASP實時數據庫中作為基礎運行方式數據，根據計算需要，通過修改發電/負荷比例因子、網內機組開停等對其進行方式調整得到計算數據。下面對河北南網某500 kV變電站220 kV部分全停的嚴重故障進行分析計算，并與BPA計算結果進行對比。

2.1 計算條件

河北南網某地區有A、B 2座500 kV變電站，共3臺500 kV主變壓器，其余各變電站均為220 kV變電站。網內主力電廠有C電廠(3臺600 MW機組)及D電廠(2臺300 MW機組)，該地區計算負荷為2 350 MW。該地區220 kV及以上電壓等級的電網結構見圖1。

圖1 地區電網結構示意

2.2 潮流電壓計算

2.2.1 簡述

潮流電壓計算是根據給定的電網結構、參數和發電機、負荷等元件的運行條件，確定電力系統各部分穩態運行狀態的參數計算。潮流電壓計算是電力系統中非常重要的分析計算，用以研究系統規劃和運行中出現的各種問題。對于運行中的電力系統，通過電壓潮流計算可以預知各種負荷變化和網絡結構的改變是否會危及系統的安全，系統中所有母線的電壓能否在允許的范圍內，系統中各元件(線路、變壓器等)是否會出現過負荷，以及可能出現過負荷前應采取哪些預防措施等。潮流電壓計算除了它自身的重要作用之外，還是網損計算、靜態安全分析、暫態穩定計算、小干擾穩定計算、短路計算的基礎。

2.2.2 算例分析

對該地區主變壓器及線路進行了不同方式下N-1故障潮流電壓分析，計算結果如下。

a. 計算負荷2 350 MW，機組滿發，A變電站220 kV部分全停，B變電站主變壓器故障跳閘或非計劃性停運，運行主變壓器804 MVA，過載7%, 按主變壓器N-1滿載考慮，該地區負荷應控制在2 200 MW以下。

b. 計算負荷2 350 MW，D電廠1臺300 MW機組停運，C變電站220 kV部分全停，B變電站主變壓器故障跳閘或非計劃停運，運行主變壓器928 MVA，過載24%。按主變壓器N-1過載20%考慮，該地區負荷應控制在2 250 MW以下。

c. 計算負荷2 350 MW，C電廠1臺600 MW機組停運，A變電站220 kV部分全停，B變電站主變壓器故障跳閘或非計劃停運，運行主變壓器1 078 MVA，過載44%，按主變壓器N-1過載20%考慮，該地區負荷應控制在1 950 MW以下。

2.3 暫態穩定計算

2.3.1 簡述

為保證電力系統安全穩定運行，在系統規劃、設計和運行過程中都需要進行暫態穩定計算分析。電力系統暫態穩定計算的目的在于確定系統受到大干擾(如短路故障、負荷瞬間突變、切除大容量的發電、輸電或變電設備等)后，系統的各發電機組能否保持同步運行，局部地區的電壓水平是否在允許范圍內。

2.3.2 算例分析

該地區主變壓器及線路發生N-1或N-2故障，線路或主變壓器保護正確動作，主網均能夠保持穩定。C電廠處于電網結構末端，主要通過220 kV雙回線路和500 kV雙回線路與主網相連。當C電廠1號機組出力較多時，500 kV送出線路發生N-2故障，將會造成C電廠1號機組頻率高于正常范圍運行，可能導致失步。因此，建議提前制定高周切機方案，確保電網安全穩定運行。

當C電廠送出線路發生N-2三相永久接地故障0.12 s切除時，對該故障進行5 s的機電暫態仿真計算，C電廠1號機組功角曲線見圖2。

圖2 C電廠1號機組功角曲線(PSASP結果)

2.4 與BPA計算結果的對比

利用BPA對以上方式進行潮流穩定計算分析，潮流電壓計算結果見表1。

表1 潮流電壓計算結果

利用BPA進行C電廠220 kV送出線路發生N-2三相永久接地故障0.12 s切除仿真計算，仿真時間為5 s(250周波)，見圖3。通過圖3可以看出C電廠1號機組將發生失步，系統不穩定。

比較2種計算結果可以看出，在線數據基本一致，驗證了利用PSASP在線數據進行潮流穩定計算的正確性。

圖3 C電廠1號機組功角曲線(BPA結果)

3 結束語

在電力系統分析綜合程序(PSASP)和調度EMS系統的基礎上，電網數字仿真實驗室通過研究開發實時數據庫，進行網絡拓撲分析和狀態估計、利用數據接口將EMS系統在線數據引入到PSASP數據庫中，使得PSASP的潮流計算、網損分析、靜態安全分析、暫態穩定分析等應用的功能提升到在線水平。利用PSASP在線數據對河北南網某500 kV變電站220 kV部分全停進行嚴重故障計算分析，與常規離線計算相比，利用PSASP在線數據進行潮流穩定計算具有真實反映電網運行工況、計算收斂性好、降低工作人員勞動強度等優點。

參考文獻：

[1] 顧鴻鳴，王 慶，張惠玲，等. 利用電力系統分析綜合程序開展銀川電網分析計算工作的探討[J].中國科技信息，2007(20):24-25.

[2] 徐興偉，穆 鋼，王 文，等. 基于SCADA和WAMS的電網仿真運行方式 [J]. 電網技術，2006，30(19)：97-100.

[3] 徐 英，邵玉槐，薛永強，等. 基于PSASP的電力系統穩定性仿真分析[J]. 太原理工大學學報，2007, 38(3):247-249.

[4] 王曉蔚，范 輝，侯雙林，等.電網數字仿真實驗室在線數據接口的開發[J]. 電工技術，2008(12)：10-11.