电气工程PSASP仿真软件实践

适用文档东南大学研究生课程《电气工程仿真软件实践》课程报告院（系、所）电气工程学院学科（专业）电气工程研究生姓名郝攀学科门类与学位级别工学硕士导师姓名张金旺入学年月2015年8月31日结题报告日期2016年5月26日东南大学电气工程学院大全适用文档实验目的掌握电力系统稳态运转的基本要求；培育应用电力系统仿真计算软件PSASP进行潮流调整、电压调整、网损剖析的实践能力；培育运用所学知识剖析和解决问题的能力。2PSASP简介2.1PSASP综述《电力系统剖析综合程序》（PowerSystemAnalysisSoftwarePackage，PSASP）是由中国电力科学研究院研发的电力系统剖析程序。主要用于电力系统规划设计人员确立经济合理、技术可行的规划设计方案；运转调动人员确立系统运转方式、剖析系统事故、追求反事故举措；科研人员研究新设施、新元件投入系统等新问题以及高等院校用于教课和研究。2.2PSASP特色PSASP拥有鉴于公用数据和模型的三层系统构造,如图1所示。第一层是公用数据和模型的资源库；第二层是鉴于资源库的应用程序包；第三层是计算结果库和剖析工具，极大地资源共享，高度集成和开放。PSASP有着友善、方便的人机界面，如鉴于图形的数据输入和图上操作，自定义模型图以及图形、曲线、报表等各样形式输入。PSASP与Excel、AutoCAD、Matlab等通用的软件剖析工拥有着方便的接口，可充分利用这些软件的资源。PSASP应用程序的共同特色是：可计算大规模（可达3000个母线或更多）的交直流混淆电力系统；有公用的数据库做支持，不用为每一种计算准备其基础数据。有固定模型库和用户自定义模型库作支持。不只有往常的文本方式计算，并且还有单线图上的操（改正数据、操作开关、增添故障等）计算，其计算结果直接标明在图上，拥有仿真的成效。拥有多种形式（图形、图示、报表、曲线等）的结果剖析的输出。供给了与Excel、AutoCAD、Matlab等常用软件工具的接口。大全适用文档图三层系统构造2.3PSASP的基础数据库在一个电力系统中，电力系统元件及其公用参数的数据是该电网的基础数据。关于一个电网来说，输电线，变压器，直流线，静补，发电机，调理器，负荷等元件及其相应参数是最基础的数据。当把这些数据准备好，再加上少许的控制信息(计算数据)即可履行各样剖析计算。基础数据分为两个数据库：基本元件数据库和元件公用参数数据库，由这两个库共同达成电力系统各元件的数据描绘。每个数据库按元件不一样又设置了若干个数据表。此中基本元件数据库主要寄存输电线、变压器，一次设施(发电机、负荷、直流、静补)和二次装置(调压器、调速器，PSS等)等系统元件的数据；元件公用参数数据库把同样的数据抽出来，作为公用参数库，为基本元件数据库所共享，这样可进一步减少量据的冗余度。基本元件和公用参数两个数据库所包含的数据表及其之间的关系以下表2.1所示。表2.1.基本元件和公用参数关系表基本元件数据库各表公用参数数据库各表母线沟通线两绕组变压器三绕组变压器移相变压器直流线直流线调理器参数发电机参数1型调压器参数发电机及其调理器2型调压器参数调速器参数电力系统稳固器(PSS)参数大全适用文档负荷静止无功赔偿器变电站主接线零序互感地区数据

负荷静特征参数感觉电动机参数型静补参数型静补参数母线数据库是第一要成立的基本数据，拥有以下特色：其余元件均与母线相联系；母线数据表中的各项数据很少变化。未设数据组（Group）字段；关于某种计算(潮流，暂稳，短路等)的某种计算方案而言，该方案所波及的母线会合由沟通线、变压器、直流线等元件的数据组(Group)所确立的网络拓扑构造而定。该计算方案母线会合是母线数据表中的一部分。除母线外，其余电力系统元件数据，都含有一个Group(10个字符)字段，即数据组字段，该字段起着给数据分类命名的作用。以便计算时，按指定的Group抽取，进而起到灵巧定义电网规模构造和运转方式的作用。在履行各样计算时，需要定义所要计算的方案（Scheme）。一个Scheme是若干个Group的合集。实验原理3.1潮流计算潮流计算是依据给定的电网构造、参数和发电机、负荷等元件的运转条件，确立电力系统各部分稳态运转状态参数的计算。往常给定的运转条件有系统中各电源和负荷点的功率、枢纽点电压、均衡点的电压和相位角。待求的运转状态参量包含电网各母线节点的电压幅值和相角，以及各支路的功率散布、网络的功率消耗等。对规划中的电力系统，经过潮流计算能够查验所提出的电力系统规划方案可否知足各样运转方式的要求；对运转中的电力系统，经过潮流计算能够预知各样负荷变化和网络构造的改变会不会危及系统的安全，系统中全部母线的电压能否在同意的范围之内，系统中各样元件(线路、变压器等)能否会出现过负荷，以及可能出现过负荷时应预先采纳哪些预防举措等。潮流计算是电力系统剖析最基本的计算。除它自己的重要作用以外，在《电力系统剖析综合程序》(PSASP)中，潮流计算仍是网损计算、静态安全剖析、暂大全适用文档态稳固计算、小扰乱静态稳固计算、短路计算、静态和动向等值计算的基础。潮流计算在数学上可归纳为求解非线性方程组，其数学模型简写以下：为一非线性方程组此中：为节点均衡方程式；为待求的各节点电压。由此决定该问题有以下特色：迭代算法及其收敛性：关于非线性方程组问题，其各样求解方法都离不开迭代，所以，存在迭代能否收敛的问题。为此，在程序中开发了多种计算方法：PQ分解法、牛顿法(功率式)、最正确乘子法、牛顿法(电流式)、PQ分解转牛顿法供计算选择，以保证计算的收敛性。解的多值性和存在性：关于非线性方程组的求解，从数学的看法来看，应当有多组解。依据程序中所设定的初值，一般都能收敛到合理解。但也有收敛到不合理解(电压过低或过高)的特别状况。这些解是数学解(因为它们知足节点均衡方程式)而不是实质解。为此需改变运转条件后再从头计算。别的，关于潮流计算问题所要求的节点电压的重量(幅值和角度或实部和虚部)，只有当其为实数时才存心义。假如所给的运转条件无实数解，则以为该问题无解。所以，当迭代不收敛时，可能有两种状况：一是解(指实数解)不存在，此时需改正运转方式；另一是计算方法不收敛，此时需改换计算方法。3.2网损剖析网损剖析计算是依据电网构造、参数，和典型日24小时的负荷水平、发电机卖力等，确立电网中各元件的消耗水平。因为PSASP网损剖析计算其实是进行多个潮流方案的计算，将多个方案的消耗结果进行累加而获得的最后网损结果，因此其计算方法与PSASP潮流计算完整同样，有PQ分解法、牛顿法(功率式)、最正确乘子法、牛顿法(电流式)、PQ分解转牛顿法等。大全适用文档3.3无功优化无功优化是最优潮流的一个分支，无功优化的目标函数是全网的网损。电力系统无功优化调动,问题系指在电力系统无功电源较为丰裕的状况下,经过调理发电机机端电压、调整变压器抽头变比、改变无功赔偿装置的卖力等举措来调整无功潮流,使得系统电压值达到合格值,同时全网有功消耗最小。问题有时也称为电力系统无功优化控制、电压无功优化控制、无功优化潮流问题。关于无功优化,目标函数一般指有功网损,等式拘束条件即潮流方程,不等式拘束条件有电压和功率极值,有时还需要考虑支路潮流的拘束。电力系统电压主要取决于无功潮流散布能否合理,而实现合理的无功潮流分布的前提条件是电力系统有充分的无功电源容量。若无功电源容量不足,系统运转电压将难以保证。但无功电源容量剩余,无疑又会浪费不用要的投资。所以,进行无功规划优化确立系统的最正确赔偿地址和赔偿容量,防止无功电源建设的盲目性,是保证电力系统安全、经济运转和优良供电的一项十分重要的工作。无功优化规划作为整个电网规划的一部分,其目的就是确立无功赔偿设施的安装地点和容量,以最经济的投资保证系统保持合理的电压水平,降低网络消耗,实现系统的安全运转。经过无功的优化规划,能够给电网的运转带来以下利处：使电网各点电压在同意的范围内,进而保证了电网供电的电能质量。改良了电网的安全性。减少了电网的运转消耗,节俭电能,提升电网运转的经济性。使电网的无功潮流减少并合理散布,减少线路及变压器的负担。从全局的角度合理安排全网的变压器分接头地点。合理地安排无功赔偿的地址及容量,使无功电源建设的投资与电网的运转花费最小。仿真模型4.1实验数据以IEEE14节点系统作为算例，采纳标幺值计算，基准功率SB=100MVA。给出IEEE14节点系统接线图，如图4.1所示：大全适用文档图4.1IEEE14节点系统接线图IEEE14节点系统包含5台发电机(节点1、2、3、6、8，此中1节点为均衡节点，节点2、3、6、8为PV节点)，3台可调变压器(支路4—7、4—9、5—6)和1个无功赔偿点(节点9)，系统数据统计表以下表4.1所示：表4.1IEEE14节点基本数据统计表节点数支路数可调变压器数无功赔偿设施数发电机数1420315表4.2IEEE14发电机数据节点号有功下限有功上限无功下限无功上限电压下限电压上限10.11.0-0.40.50.951.120.20.5-0.40.50.951.130000.40.951.1600-0.060.240.951.1800-0.060.240.951.1表4.3IEEE14节点系统无功赔偿设施数据大全适用文档节点号赔偿方式目前赔偿容量电纳标幺值9电容器00.19表4.4IEEE14节点系统支路参数数据支路号首末节点电阻电抗1/2电纳11-20.019380.059170.0264022-30.046990.019790.0219032-40.058110.176320.0187041-50.054030.223040.0246052-50.056950173880.0170063-40.067010.171030.0173074-50.013350.042110.0064087-80.00000.176150.0000097-90.00000.110010.00000109-100.031810.084500.00000116-110.094980.198900.00000126-120.122910.155810.00000136-130.066150.130270.00000149-140.127110.270380.000001510-110.082050.192070.000001612-130.220920.199880.000001713-140.170930.348020.00000表4.5IEEE14节点系统变压器数据支路号首末节点电阻电抗变比变比下限变比上限185-600.252020.9320.91.1194-700.209120.9780.91.1204-900.556180.9690.91.1表4.6IEEE14节点系统负荷数据母线号有功无功20.2170.12730.9420.1940.478-0.03950.0760.01660.1120.07590.2950.166100.090.058110.0350.018120.0610.016130.1350.058140.1490.05大全适用文档4.2典型日负荷曲线查阅有关资料，选择以下两个典型日负荷曲线作为网损计算的典型24小时数据。图4.2为典型夏天日负荷曲线，图4.3为典型冬天日负荷曲线。图4.2为典型夏天日负荷曲线大全适用文档图4.3为典型冬天日负荷曲线4.3潮流作业成立本次潮流计算仿真作业的组成以下列图5.1：潮流作业计算方法迭代次数上限迭代偏差计算控制信息母线电压上下限发电和负荷按比率改正控制基础方案数据组BSAIC数据组BASIC2图4.4潮流计算作业表示图利用文本方式输入的数据绘制IEEE14节点单线图；采纳文本输入参数的方式计算IEEE14节点系统指定运转方式下的潮流；没有3，6,8节点无功大全适用文档赔偿数据的数据组定义为BASIC，将含有3，6,8节点无功赔偿数据的数据组定义为BASIC2数据组。依据4.1的实验数据分别进行母线、沟通线、两绕组变压器、发电机及其调理器、负荷的数据录入。图4.5潮流计算数据录入表示图依据电力系统无功优化调动理论,经过调理发电机机端电压、调整变压器抽头变比、改变无功赔偿装置的卖力等举措来调整无功潮流,使得系统电压值达到合格值,同时全网有功消耗最小。对IEEE14节点系统定义了以下5种运转方式，分别进行潮流计算。图4.6潮流计算阅读表示图大全适用文档点击计算，选择潮流，对5种方案的潮流计算填写控制信息。图4.7潮流计算控制页面表示图4.4网损剖析作业成立本次网损剖析作业的组成以下列图4.8：网损剖析作业基础潮流作业作业有关数据计算控制信息典型24小时负荷数据典型24小时发电数据图4.8网损剖析作业表示图大全适用文档图4.9网损剖析控制页面图4.10网损剖析典型24小时数据录入仿真结果5.1潮流计算潮流单线图大全适用文档分别为潮流作业1,2,5的图示化结果。图5.1潮流计算作业1单线图图5.2潮流计算作业2单线图大全适用文档图5.3潮流计算作业5单线图潮流结果报表输出以下为潮流作业1,2,5的报表输出，其余作业报表结果见附件我的仿真.xlsx。全网母线(发电、负荷)结果报表作业号：1计算日期：2016/05/25时间：15:50:18单位：p.u.无控制，没有调压，没有无功赔偿地区：1母线名电压幅电压相有功发有功负无功发无功负cosθgcosθl种类值角电荷电荷11.0602.3503200.2473700.994510121.02844-5.17880.40.2170.50.1270.62470.86306130.97356-6.288100.94200.1900.98026PQ40.97986-8.407800.4780-0.03900.99669PQ50.98878-7.410700.07600.01600.97855PQ70.95702-12.2900000080.95702-12.29000000*60.94154-13.716600.11200.07500.83091PQ*90.94682-14.402500.29500.16600.8715PQ*100.93765-14.653400.0900.05800.84057PQ大全适用文档*110.93581-14.365400.03500.01800.88929PQ*120.92775-14.463300.06100.01600.96728PQ*130.92238-14.798600.13500.05800.91879PQ*140.9158-15.850300.14900.0500.94805PQ作业号：2计算日期：2016/05/25时间：16:47:21单位：p.u.有调压，有无功赔偿母线名电压幅电压相有功发有功负无功发无功负cosθgcosθl种类值角电荷电荷11.0602.342240-0.170900.997350121.045-5.30870.40.2170.245340.1270.852430.86306131.00124-7.31980.000010.9420.40.190.000030.98026141.00833-8.790200.4780-0.03900.99669PQ51.01739-7.779700.07600.01600.97855PQ61.02-13.44020.000010.1120.154250.0750.000060.83091171.04314-12.46200000081.05-12.46190.0000100.0408700.000240191.03296-14.256900.29500.16600.8715PQ101.0231-14.431800.0900.05800.84057PQ111.01812-14.096700.03500.01800.88929PQ121.00781-14.086700.06100.01600.96728PQ131.00353-14.395600.13500.05800.91879PQ141.00154-15.390300.14900.0500.94805PQ作业号：5计算日期：2016/05/25时间：19:47:36单位：p.u.没有控制，负荷60%地区：1母线名电压幅电压相有功发有功负无功发无功负cosθgcosθl种类值角电荷电荷11.0601.2017900.0220200.999830121.045-2.54980.40.13020.063590.07620.98760.86306131.01473-3.331200.565200.11400.98026PQ41.02569-4.632400.28680-0.023400.99669PQ51.03009-4.083400.045600.009600.97855PQ61.01228-7.378800.067200.04500.83091PQ71.02357-6.739700000081.02357-6.739700000091.02301-7.850900.17700.099600.8715PQ101.01656-7.963200.05400.034800.84057PQ111.0124-7.769900.02100.010800.88929PQ大全适用文档121.00515-7.769400.036600.009600.96728PQ131.00287-7.956300.08100.034800.91879P