PSD-BPA在電力系統分析課程教學中的應用

曹喜民 陳國初 張延遲

摘 ?要 電力系統分析課程概念抽象，難以將實際操作與演示應用于課堂教學，學生學習積極性不高。針對存在的問題，將電力系統仿真軟件PSD-BPA應用在教學中，搭建IEEE 3機9節點電力系統仿真模型，對課程中潮流計算與暫態穩定分析兩大知識模塊進行具體操作。實踐證明，利用PSD-BPA輔助教學能夠提高學生的學習積極性，對學生分析與解決問題能力的提高有一定的積極作用。

關鍵詞 PSD-BPA;電力系統分析;仿真軟件;潮流計算

中圖分類號：G642.3 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）12-0039-03

Application of PSD-BPA in Teaching of Power System Analysis Course//CAO Ximin， CHEN Guochu， ZHANG Yanchi

Abstract Owing to the abstract conceptions of power system analy-

sis course， it is difficult to apply practical operations and demonstra-tions to classroom teaching， which leads to the low enthusiasm of

students. Aiming at the existing problems， the power system simula-

tion software PSD-BPA is applied in teaching， and the IEEE 3-

machine 9-node power system simulation model is built. The two

knowledge modules of power flow calculation and transient stability analysis are operated in the course. Practice has proved that PSD-BPA assisted teaching can improve students enthusiasm for learning，

and it has a positive effect on the improvement of students analytical

and problem-solving ability.

Key words PSD-BPA; power system analysis; simulation software; power flow calculation

1 前言

隨著我國經濟社會的發展，人民群眾物質生活水平有了較大提高，對電力的需求也越來越大，電力系統的規模也越來越大。由于電力系統自身對安全性的要求較高，規模較大，系統復雜性的特點，不太可能將實際電力系統引入課堂實踐教學中。電力系統分析是電氣工程專業的一門主干課程，傳統的教學以講授為主，注重公式推導與基本概念的掌握，因此，學生常感覺知識抽象，提不起興趣，對實際電網的理解不夠深入。

針對課堂教學存在的問題，文獻[1]提出將電力系統仿真軟件應用于相關課程的課堂教學中，并對其在教學過程中的優缺點進行分析，提出相應的改進建議。文獻[2]提出在學生校內實習中應用電力系統仿真軟件PSCAD作為輔助手段，在保證教學質量的同時提高學生的積極性和主動性，彌補電力系統校內實習的不足。文獻[3]指出將以問題為基礎的學習模式應用于電力系統仿真教學中，更易激發學生的主觀能動性，培養其創新性思維。文獻[4]在對電力系統仿真軟件PSASP進行介紹的基礎上，將其應用在電力系統分析課程教學中，取得較好的課堂效果。由于仿真軟件PSD-BPA具有可視化程度高，界面友好，能夠把電力系統的運行情況直觀形象地表示出來等優點，其在電力系統穩定分析與規劃領域的應用越來越廣泛。

針對電力系統分析課程概念抽象，無法進行實際操作的問題，將PSD-BPA應用到課堂教學中，在講解理論知識的同時，利用仿真軟件進行輔助教學，將理論與實際相結合，使學生在學習理論的同時，對電力系統有一個相對直觀感性的認識，進而提高學生的學習興趣和學習積極性。本實驗利用PSD-BPA仿真軟件搭建IEEE 3機9節點電力系統仿真模型，對潮流分析與暫態穩定分析的實際操作方法進行介紹，通過讓學生動手操作，加深學生對電力系統分析潮流計算與暫態分析的理解與認識，為學生的畢業實習和電網公司實習打下一個很好的基礎，能夠更好地完成本課程的教學目標。

2 PSD-BPA仿真軟件

PSD電力系統分析工具（PSD Power Tools）簡稱PSD，

由中國電力科學研究院系統所提供，具有常規電力系統的線路、發電機、負荷、變壓器及高壓直流輸電等系統基礎模型，新能源發電如雙饋風力發電機、直驅風力發電機與光伏發電等模型，功能強大，包括電力系統潮流分析與暫態穩定分析計算、無功優化、小干擾穩定性分析、電壓穩定性分析等軟件包，在電力系統分析中應用非常廣泛。無論是我國電網規劃，還是穩定運行，PSD-BPA都發揮了重要作用。

3 PSD-BPA在實驗教學中的應用

仿真模型 ?本文以IEEE 3機9節點系統數據為基礎，搭建仿真模型。該模型由三臺發電機模型、三個負荷模型、三臺變壓器模型、六條線路模型組成，負荷分布在母線A、母線B、母線C上，設置發電機1為平衡機組，具體結構如圖1所示。

潮流分析計算 ?潮流分析計算在電力系統分析課程中是基礎而又非常重要的內容。BPA通過輸入程序控制語句、網絡數據和老庫文件，進行潮流計算，輸出計算結果。計算結果文件包括結果輸出打印所學要的文件、新庫文件與畫潮流圖所需要的結果文件。利用程序控制語句來指定作業及工程名字、潮流計算方法、輸入輸出文件的設置等。網絡數據主要包括節點數據、支路數據。

本實驗設置潮流求解算法為牛頓-拉夫遜算法，先采用PQ分解法迭代兩次，再用牛頓-拉夫遜算法迭代15次，輸出系統中全部潮流分析結果。指定潮流分析結果二進制結果文件為“IEEE90.BSE”，供后續穩定分析程序使用;指定MAP文件為“IEEE90.MAP”，供后續潮流圖程序使用。將1號發電機設置為平衡機，將計算潮流所需要的支路數據、母線數據與變壓器數據按潮流填寫格式填到相應的位置。

由潮流計算過程迭代信息可知系統共迭代五次，經過兩次迭代已經計算出最終結果。由計算結果顯示，平衡機組發電機1的電壓為1.01 pu，有功出力為105.41 MW，無功出力為43.67 MVar。表1為線路的功率損耗情況。由表1可知，變壓器的有功損耗為零，無功損耗分別為7.24 MVar、

17.19 MVar、4.32 MVar，發電機共發出353.4 MW的有功功率、99.5 MVar的無功功率，系統共損耗3.4 MW的有功，23.5 MVar

的無功，負荷共用350 MW的有功功率、175 MVar的無功功率。各個線路的潮流、發電機的出力等具體情況如圖2所示。

暫態穩定分析 ?BPA穩定分析軟件可以對系統在各種擾動下的穩定性進行分析，是電力系統穩定分析的強有力的工具。該穩定分析軟件將微分方程線性化后利用隱式梯形積分法求解，網絡方程采用導納陣三角分解后迭代求解。穩定分析前需要將潮流計算結果文件、穩定數據文件與穩定庫文件輸入。本次實驗設置母線A-母線1線路在100周波發生短路故障，在101周波故障消除。

輸出部分可進行靈活設置，有選擇性地將母線、發電機、線路、直流、串補等相關變量輸出到文本文件和曲線文件，尋找最大功角差、最低母線電壓，計算振蕩頻率、阻尼比等。在實驗過程中，輸出部分設置為輸出主要母線電壓與頻率偏差、三臺發電機的速度偏差、線路有功與無功功率。部分穩定分析結果如圖3所示。由圖3可知，當發生故障時，線路傳輸功率發生不同程度的波動，當故障消除后，均能恢復到穩定狀態。故障情況下發電機功角變化如圖4所示。由圖4可知，當線路發生故障時，發電機的功角也隨之發生變化。

4 結語

不斷進行教學改革與實踐是提高教學質量的重要途徑。本文將電力系統仿真軟件PSD-BPA引入課堂教學中，使學生將理論知識的學習與實際操作相結合。在搭建IEEE 3機9節點系統的基礎上，對系統潮流計算及暫態穩定分析進行實際操作，結合理論知識對仿真結果進行講解。實踐表明，將仿真軟件引入課堂教學，通過讓學生動手操作，能夠激發學生的學習興趣，對提高學生分析問題與解決問題的能力也起到較好的作用。

參考文獻

[1]許彥峰，符瀟月.仿真軟件在“電力系統分析”課程教學中的應用[J].中國林業教育，2018（4）：26-28.

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[3]王楓，付周興，王清亮，等.PBL在電力系統仿真實驗教學中的應用研究[J].實驗技術與管理，2013（9）：156-158.

[4]鐘慧榮，蔣秀潔.PSASP在電力系統分析實驗教學中的應用[J].實驗科學與技術，2008（6）：72-75.