PSASP用戶自定義程序在勵磁系統及PSS建模中的應用研究

唐 亮，高赫遠，楊 瀟

(1.華北電力大學，河北 保定 071003；2.河北省電力研究院，石家莊 050021)

0 引言

暫態穩定仿真計算是電力系統規劃和運行的重要手段，由于控制理論和控制策略的不斷完善和發展，新的一次設備、二次設備不斷涌現，僅僅依靠原有仿真軟件中提供的模型庫已經無法滿足客戶需求。用戶自定義建模(User Define Modeling，UDM)技術可實現用戶自行構建所需模型，提高暫態穩定性仿真的靈活性和開放性。目前，絕大部分電力系統仿真商業軟件都有用戶自定義建模程序[1]。

中國電力科學研究院開發的“電力系統分析綜合程序”(Power System Analysis Software Package，PSASP)是一個功能日益完善和強大的大型計算分析軟件,它廣泛地應用于我國電力系統的規劃設計、調度生產和科學研究等領域[2-4]。PSASP中有用戶自定義建模程序(簡稱“用戶程序”)，用戶可按自己計算分析的需要，建立各種模型，模擬各種元件、自動裝置和控制功能。PSASP主程序和用戶程序通過交換數據和交替運行，共同完成某一計算任務。典型的用戶程序可以與主程序進行數據交換，為用戶提供一個統一建模平臺，用戶無須了解程序內部的結構和算法，用直觀的方式建立新模型，增強軟件對系統元件裝置和控制功能擴展的適應能力。

1 應用用戶程序的建模及仿真分析

在PSASP用戶程序中分別建立某型號勵磁系統及電力系統穩定器(Power System Stabilizer，PSS)用戶自定義模型，數學模型和用戶自定義模型分別見圖1、圖2。

圖1 勵磁系統及PSS的數學模型

圖2 應用PSASP用戶程序建立的勵磁系統模型

圖2中勵磁系統模型已進行初值平衡[4]，其中VT0、EFD0分別為發電機機端電壓、勵磁電壓初始值?？?為時控環節，即在1.0 s時，勵磁參考電壓Vref變為原值的1.05倍。

以IEEE 39節點系統作為測試算例，發電機均采用6階模型，安裝在第39母線發電機A的勵磁系統采用用戶自定義模型描述，設置暫態仿真步長0.01 s，仿真時間5.0 s。其機端電壓及發電機有功仿真波形見圖3。1.0 s前機端電壓穩定于基準值，初值平衡；1.0 s后，機端電壓發生階躍，至基準值的1.05倍，上升時間和超調量均符合要求[5]。39節點系統圖和網絡參數可參見文獻[6]。

(a) 機端電壓

(b) 發電機有功功率

PSASP的用戶程序中勵磁系統與PSS在不同界面下建模，勵磁系統的UDM模型建立并初值平衡后，在模型中加入PSS信號，即可實現多UDM模型同時仿真，如圖4所示，在柜1后添加加法環節框12，其中VS為PSS信號。仍按上述條件仿真并對比(圖5)，有功功率振蕩情況與未加PSS時完全一致，即PSS沒用起到抑制振蕩的作用，與實際情況不符。

圖4 加入PSS信號后的勵磁系統UDM模型

2 存在的問題分析

將勵磁系統UDM模型中VS信號置0，分別進行仿真對比，以查找問題所在。根據一般理論可知，UDM模型中VS置0后，勵磁系統UDM模型與原模型應是等效模型，即圖4與圖2等效。但這2個等效模型的仿真結果卻不一致，如圖6所示。

圖5 仿真結果比較

圖6 仿真結果比較

用戶模型主要由基本功能框庫、接口變量和模型文件三部分組成[7-9]?；竟δ芸驇焓歉鞣N線性和非線性函數功能框的集合；接口變量應包括輸入、輸出信息，預先在實時數據庫中定義一定的接口變量，主程序和用戶程序在計算前從實時庫中讀取數據，每次迭代均將結果寫入實時庫；模型文件包含了具體模型參數信息和拓撲結構信息。錯誤的拓撲信息會導致仿真的偏差，圖4中VS信號引入環節序號為12(序號為程序自動生成)，實際上，該環節(如圖2)應為第2個被迭代的基本功能框。

3 驗證及解決建議

為了驗證圖6仿真失準是由于拓撲關系信息讀入錯誤所導致，應用用戶程序完全按照圖2的傳遞函數順序重新建立勵磁系統模型，如圖7(VS置0)，機端電壓仿真結果與圖3一致，引入PSS信號(取消VS置0)，有功振蕩情況比無PSS時明顯減弱，仿真結果準確，見圖8。

解決此問題可通過在用戶程序的每個基本功能框中加入反應迭代順序的標識函數，由用戶手動填寫，程序邏輯流程如圖9所示。由于PSASP不開放源代碼，無法將此解決建議用實踐進行驗證，因此，建議中國電力科學研究院對PSASP的用戶程序進行適當修改，以使用戶能根據傳遞函數順序手動填寫基本功能框序號。

圖7 按傳遞函數順序建立的勵磁系統模型

(a) 機端電壓

(b) 有功功率

圖9 改善后的UDM程序參數輸入流程

4 結論

PSASP的用戶程序在讀取圖形的拓撲關系信息功能上有一定缺陷，只能按照用戶使用基本功能框的順序讀取各功能框的輸入、輸出信息，而不能做到圖模一致，按照傳遞函數順序依次讀取。通過仿真算例，驗證并分析了此問題，給出了針對PSASP程序可實施的程序參數輸入流程建議。由于PSASP不開放源代碼，目前此缺陷的解決辦法只能是按照傳遞函數順序重新建立模型，以實現仿真結果準確。

參考文獻：

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[4] 周則昕，吳中習.建立自定義模型時的初值平衡問題[J].電網技術，1996，20(1)：15-19.

[5] Q/GDW 142-2006，同步發電機勵磁系統建模導則[S].

[6] 張伯明．高等電力系統分析[M]．北京：清華大學出版社，1996.

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