基于PSASP的電網潮流與穩定性計算分析

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(陜西理工大學電氣工程學院，陜西 漢中 723000)

1 引言

可靠、安全、經濟是電力系統運行的基本要求。對于電力系統分析而言，潮流計算是電力系統中非常基本且重要的的一種分析計算。潮流計算可以通過電網給定的發電機、母線、樞紐點、負荷等各種已知條件，確定各個原件和節點未知參數如電壓、電流、有功功率、無功功率等，從而可以采取觀察各節點運行情況，調整電源容量，選擇正確的無功補償裝置等一系列措施，合理規劃電網，優化網絡結構，使得電網運行更加安全，穩定。在PSASP仿真軟件中，潮流計算還是短路計算，網損計算，靜態穩定計算等諸多電力系統計算分析的基礎。

隨著近幾年電力系統的快速發展，電網逐步從小型電網、區域電網邁向大型電網、綜合電網，未來，還計劃建成跨國電網、聯合電網。以前當電網容量還比較小時，電壓等級還比較低，電網穩定性問題并未引起廣泛關注。但隨著負荷逐年遞增，接入系統的容量逐漸增大，穩定性問題日益突出。美國、加拿大等地在最近幾十年中多次爆發了由于電壓崩潰而造成的大規模停電事故，致使上千萬人的生活工作收到了嚴重影響，因此電壓穩定性研究具有重大意義。電壓穩定的分類迄今也沒有固定統一的標準，中國的分類標準和歐美不一樣，傳統的標準和現在也不一樣，一般來說，根據功角穩定將電壓穩定分為三種： 靜態穩定，暫態穩定和動態穩定。靜態穩定是指系統收到小干擾擾動時系統恢復穩定的能力，也稱作小干擾穩定。暫態穩定是指系統系統收到大規模擾動后系統在一兩個周期內的穩定性問題。動態穩定是指系統經過小干擾擾動或大干擾擾動后采取措施的系統穩定性。PSASP軟件的電壓穩定分析模塊屬于靜態穩定分析范疇[1]。本文以CEPRI 7節點為例進行靜態電壓穩定性分析。

2 PSASP潮流計算和電壓穩定模塊特點

電力系統分析綜合程序(Power System Analysis Software Package)簡稱PSASP，是一款歷史悠久，功能強大，使用方便，使用范圍廣的電力系統仿真軟件程序。它具有我國完全自主知識產權，是資源共享，高度集成，具有自行建模功能的軟件包。PSASP基于電網數據庫，固定模型庫及用戶自定義建模的支持，可進行電力系統(發電、輸電、供電、配電系統)的常規潮流，最優潮流，短路電流和暫態穩定等計算。在設計電路時通過預先分析的方式預測系通的開發方案，繪制地理接線圖，單線圖，廠站接線圖等，并通過多種模擬方案研究電網設計是否可行，從而能在設計真實電網系統時能夠盡可能快的完成，提出電網設計的工作效率。也可通過MATLAB軟件或者C語言調用相應的模塊，不再編寫這些功能的代碼，從而直接利用仿真結果進一步分析。同時，該軟件還具備數據數據網絡拓撲效驗功能，可以效驗模塊仿真中的相關數據，數據計算的結果以Excel及TxT的文件形式輸出[2]。

2.1 PSASP 潮流計算模塊特點

PSASP 潮流計算模塊具有強大的計算分析功能，可進行PQ分解法，最優因子法、PQ分解轉牛頓法、牛頓法(功率式)、牛頓法(電流式)等計算選擇，以保證計算結果收斂。PSASP強大的圖形繪制功能，可以在繪制好的單線圖和地理接線圖上顯示潮流初始參數數據和計算結果，并且可以非常方便的修改潮流方式。可自動統計計算全網總發電量，總負荷等各種參數并選擇參數單位，精度以及變量類型報表輸出[3]。

2.2 PSASP電壓穩定計算模塊特點

PSASP電壓穩定計算主要考慮負荷、發電機、發電機勵磁系統、有載調壓電壓器分接頭等與電壓穩定性密切相關的動態原件特性[4]。在基于潮流計算的基礎上，選擇發電機、負荷、變壓器的運行過度方式，控制信息進行常規潮流，病態潮流，主導負荷點，步長等選擇設置。可以充分考慮負荷靜特性，變壓器有載調壓等因素，計算結果以完整PV曲線或PQ曲線輸出。報表結果內容顯示電壓的穩定裕度以及當前電力系統距離電壓不穩定點的距離，進而分析可以引發系統電壓崩潰的薄弱區域與薄弱點，計算電壓失穩臨界點，保證電網正常運行[5]。

3 算例分析

3.1 系統單線圖

本文以CEPRI 7 節點系統為例進行計算分析，本系統由三臺發電機，四個雙繞組變壓器，一個并聯電抗器組成，其中S1是平衡節點，G1為PQ節點，G2為PV節點，負荷所連母線的節點是PQ節點兩臺變壓器的接線方式是三角形/三角形接線，系統的參數分布圖如圖1所示。

圖1 CEPEI7節點系統單線圖

3.2 潮流分布圖

在系統單線圖完成之后，進行系統的潮流計算，系統的潮流分布如圖2 所示。

圖2 CEPEI7節點系統潮流分布圖

3.3 潮流分析及報表

潮流結果報表以Excel 報表形式輸出系統中所有元件的結果，包括總的有功發電，總的有功負荷，總的有功損耗。以下報表數據均為標么值輸出，本系統部分元件輸出結果如表1～表3 所示。

表1 結果綜述表

表2 負荷結果報表

表3 發電機結果報表

3.4 電壓穩定計算設置

在潮流計算的基礎上，分析負荷B2-220電壓穩定情況，負荷過度方式按初值設置，范圍為全網，設定對象為PL、QL。常規潮流方法設置為牛頓功率法，步長設置為0.1，以變壓器T2W9和T2W10為斷面觀察PV曲線，結果如圖3所示。

圖3 負荷B2-220PV曲線

3.5 電壓穩定計算結果輸出

電壓穩定計算報表以Excel 報表形式輸出系統中所有結果，包括發電機穩定極限結果，負荷穩定極限結果，以下報表數據均為標么值輸出，本系統部分元件輸出結果如表4～表7所示。

表4 發電機穩定極限報表

表5 負荷穩定極限報表

表6 電壓靈敏度分析表

表7 電壓穩定模態分析報表

PV曲線的頂點(|Z|=|ZS|)就是電壓穩定臨界點，對應著電力系統的負荷極限狀態[7]，由表6和表7可看出各節點的靈敏度和參與因子，靈敏度越大，參與因子越多的區域越薄弱，即G1為系統的薄弱節點和薄弱區域。

4 結語

本文利用PSASP電力系統仿真程序對CEPRI7節點系統潮流計算和電壓穩定性分析，通過仿真計算可以求得系統潮流計算結果以及發電機穩定極限，負荷穩定極限，電壓靈敏度等。從而證明PSASP 能夠很好地分析實際電網的潮流分布和電壓穩定情況，能夠滿足電力系統運行分析與規劃的仿真需要，從而保證電網的安全穩定運行。