基于PSASP軟件平臺的電力系統分析實踐教學課程建設*

張慧娥 朱婷婷 劉光輝 白彩清

摘? 要? 電力系統分析課程內容與工程實踐聯系緊密。以PSASP7.12版為軟件平臺，以新疆某地區實際電網結構為運行基礎數據，進行電力系統潮流計算、地理接線圖繪制和電力系統電壓調整等實踐教學項目的開發，提升學生能力，讓學生掌握電力系統分析計算及優化的基本理論，熟練掌握PSASP圖形界面電網模型的建立、基礎數據的錄入、計算調試、結果分析、地理位置接線圖的繪制和電壓的調整。

關鍵詞? 電力系統分析；電力系統分析綜合程序；軟件平臺；潮流計算；實踐教學

中圖分類號：G642? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）16-0055-05

0? 引言

電力系統分析綜合程序（Power System Analy-sis Software Package，PSASP）是由中國電科院自主研發的電力系統綜合分析軟件，是目前電力系統規劃及設計人員確定技術方案的可行性和經濟合理性的主要工具，也是電力系統調度運行人員確定年度運行方式、制訂運行及投運方案、優化電網運行方案的有效工具。同時，電力系統分析綜合程序也是高等院校電氣工程及相關專業教學與科研的重要軟件設施[1]。

電力系統分析作為電氣工程及其自動化專業的核心專業課程，具有較強的理論性和實踐性，課程內容與工程實踐聯系緊密，主要培養學生電力系統潮流計算、調頻調壓和故障分析的能力與通過計算分析解決實際電網運行問題的能力。因此，在教學過程中要注重理論和實踐的結合，不斷更新教學內容，強化實際工程背景知識的分析和應用。PSASP作為科研、教學、工程相結合的軟件平臺，可以在高校教學中發揮更大的作用，有助于培養電力行業企業的專業技術人員，滿足企業把崗位技能融入課程體系的要求，符合應用型本科的人才培養目標，促進學生就業。

本文以PSASP7.12版為軟件平臺，以新疆某地區實際電網結構為運行基礎數據，進行電力系統潮流計算、地理接線圖繪制和電力系統電壓調整等實踐教學項目的開發，使學生達到能力本位的提升，掌握電力系統分析計算及優化的基本理論，熟練掌握PSASP圖形界面電網接線圖的繪制、基礎數據的錄入、計算調試、結果分析及地理位置接線圖的繪制等。

1? PSASP軟件概況

PSASP軟件是目前復雜電力系統分析計算的主要軟件，計算結果與運行數據吻合度高，是電網運行管理企業的主要分析工具。PSASP從3.0版本基于文本界面開始經歷多次升級，到目前7.12及7.61版本基于圖形界面，從開始的文本界面下的固定格式數據到5.0版本的標準數據格式，再到6.0版本數據升級轉換，再到7.0版本的圖形界面，逐步形成目前功能強大、技術完備的軟件。

該軟件分為三層結構體系[2]。

第一層是基礎數據模型庫。該層是在實際電網基礎數據的基礎上，將電力系統電源（火電、風電、光伏等）、母線、輸電線路、變壓器、負荷及補償設備的節點名稱、額定電壓、額定容量、線路物理信息（導線型號、長度、單位阻抗）、變壓器分接頭信息及電網的拓撲結構通過基礎數據形式錄入數據庫。

第二層是應用程序。在基礎數據模型庫搭建完成的基礎上，可對系統進行穩態分析計算（潮流、網損計算，無功功率優化計算等）和暫態分析計算（短路計算、保護定值計算、暫態穩定計算等）。

第三層是計算結果分析工具。提供文本、Excel、AutoCAD的數據轉換接口，可將各類計算結果有選擇性地自動生成可編輯且有固定格式的文本、報表及GEO單線圖和CAD接線圖，有助于用戶分析計算結果。

2? 基礎數據庫及模型建立

為培養學生工程實際應用能力，選擇新疆喀什地區某縣局部12節點電網實際運行數據為實踐教學項目開發的原始數據。電網接線如圖1所示。根據圖1中給出的電網的母線、變壓器及輸電線路的基本數據在PSASP7.12單線圖程序中繪制單線圖，并按電網數據錄入原始數據。電網局部單線圖如圖2所示。

3? 實踐教學項目

3.1? 潮流計算項目

潮流計算可以檢驗設計運行人員提出的電力系統規劃運行方案的可行性。通過潮流計算，可以預知各種負荷變化和網絡結構的改變會不會危及系統的安全；系統中所有母線的電壓是否在允許的范圍以內；系統中各種元件（線路、變壓器等）是否會出現過負荷；待求的運行狀態參量（包括電網各母線節點的電壓幅值和相角）；各支路的功率分布、網絡的功率損耗等。采用Newton（Power Equation）（牛頓—拉夫遜法）進行潮流計算，使學生熟練掌握潮流計算步驟，理解功率分布及功率損耗的計算以及數據修改回存。計算步驟如下。

第一步：從編輯模式進入運行模式，檢查數據。

第二步：方案定義，可按最大、最小及常規運行方案定義，本次以常規運行方案定義。

第三步：潮流計算作業定義。

第四步：執行“潮流”，刷新、編輯、計算。

第五步：結果輸出，選擇輸出結果信息，可采用圖形導出、文本及報表輸出結果。

圖形導出潮流計算結果如圖3所示，文本形式部分輸出潮流計算結果如圖4所示。

3.2? 地理位置接線圖繪制項目

PSASP軟件地理位置接線圖是在電網地理位置圖及潮流計算結果基礎上的一種直觀顯示計算結果的方式，有自動繪制廠站各電壓等級及合并廠站功能，可在一個工程任務下繪制多套不同級別的圖，有助于用戶查找發現母線電壓越限、輸電線路過載、廠站之間連接的電網運行問題。通過該項目可以訓練學生地理接線圖的繪制并根據運行問題修改單線圖和基礎數據庫。繪制步驟如下。

第一步：運行PSASPGEO程序，進入地理位置接線圖編輯模式。

第二步：在“文件”中選取“打開工程”，新建地理接線圖。

第三步：按電網接線圖繪制地理接線圖，可采用自動繪制提高繪制速度。

第四步：從編輯模式進入運行模式，顯示計算結果。

潮流計算結果地理位置接線圖如圖5所示。

3.3? 電力系統電壓調整項目

電壓是衡量電能質量的重要指標之一。電壓的波動超過允許范圍，對電力系統的影響很大。電壓調整是電力系統穩態計算的一部分，電壓的波動是由于系統中無功功率的不平衡引起的。通過潮流計算項目可以計算出各母線運行電壓，其中有部分母線電壓超出允許范圍，偏高或偏低，需要對電壓進行調整。節點電壓計算公式：

式中：Vi為節點電壓，VG為發電機機端電壓，k1、k2分別為升壓變壓器和降壓變壓器變比，P和Q為負荷，R和X為輸電線路電阻與電抗，VN為線路額定電壓。電壓調整措施如下[3]：

1）調節發電機勵磁電流以改變發電機機端電壓VG；

2）改變變壓器的變比k1、k2；

3）改變功率分布P+jQ（主要是Q），使電壓損耗ΔV變化；

4）改變網絡參數R+jX（主要是X），改變電壓損耗ΔV。

通過該項目，學生可以充分掌握調壓措施，解決工程實際問題。根據潮流計算項目結果可發現，各節點母線電壓均偏低，需要采取電網調整措施。在教學過程中分別采用上述四種調壓措施對電力系統進行調壓，讓學生理解無功功率和電壓調整的原理。其中調節變壓器變比調壓結果如圖6所示。

4? 結束語

在學校PSASP7.12軟件平臺的基礎上，以新疆某地區實際電網結構為運行基礎數據，開發電力系統潮流計算、地理接線圖繪制、電力系統電壓調整等實踐教學項目。

1）搭建實際電網模型，使學生熟練掌握潮流計算步驟、理解功率分布及功率損耗的計算以及數據修改回存，熟練掌握圖形導出、文本及報表等形式的結果輸出方法。

2）通過地理位置接線圖繪制項目可以訓練學生地理接線圖的繪制并根據運行問題修改單線圖及基礎數據庫。

3）在潮流計算項目的基礎上，通過電力系統電壓調整項目對電力系統進行調壓，讓學生理解無功功率和電壓調整的原理，使學生充分掌握調壓措施，解決工程實際問題。

學生可以通過三個實踐教學項目提升能力本位，掌握電力系統分析計算及優化的基本理論，熟練掌握PSASP軟件的應用。

參考文獻

[1] 王彥文，范澤宇，耿瑞，等.基于PSASP的電力系統潮流計算虛擬仿真實驗[J].中國現代教育裝備，2021（21）：15-18.

[2] 中國電力科學研究院.電力系統分析綜合程序用戶手冊[M].北京：中國電力科學研究院，2010：1-7.

[3] 李庚銀.電力系統分析基礎[M].北京：機械工業出版社，2011.

*基金項目：新疆維吾爾自治區自然科學基金資助項目“新疆沙塵極端天氣下并網光伏電站功率預測模型研究”（項目編號：2020D01B18）。

作者：張慧娥，新疆工程學院能源工程學院，講師，主要研究方向為電力系統優化與控制技術；朱婷婷，新疆工程學院能源工程學院，副教授，主要研究方向為電氣工程與智能控制；劉光輝，新疆工程學院能源工程學院，副教授，主要研究方向為電氣工程（830047）；白彩清，內蒙古超高壓供電局，工程師，主要研究方向為變電站運行（010000）。