基于PSASP在线数据的电网潮流稳定计算分析

张倩茅，范 辉，程 伦，吴向明

(1.河北省电力研究院，石家庄 050021；2.河北省电力公司，石家庄 050021)

随着我国电力系统的发展，特别是全国联网和特高压电网建设的逐步实施，河北省南部电网(简称“河北南网”)规模进一步扩大，与其他区域电网的联系也日益紧密。传统的手工计算和简单的计算程序已经不能满足大电网运行的复杂性及其对安全可靠性的要求。在电网仿真计算中，初始运行方式对计算结果有直接影响，如果初始运行方式不够准确，则根据仿真计算确定的控制策略可能会出现较大的偏差。因此为尽可能减少运行方式偏差对仿真计算的影响，有必要利用在线数据建立电网仿真计算运行方式[1-3]。

1 PSASP在线计算分析系统

PSASP在线计算分析系统由1台或者2台在线服务器和若干台高级应用工作站组成。其中在线服务器接收SCADA/EMS系统在线数据，转发给各个工作站，并存储历史数据；工作站接收服务器转发的在线数据，导入PSASP数据库，进行某项高级应用分析计算。不同的工作站可以配置运行不同的PSASP高级应用，客户端数目可以任意扩展。加入在线数据接口后，PSASP可进行全面的在线计算分析，应用于在线电力系统静态、动态安全评估与预警，为电网安全可靠运行提供保障[4]。

1.1 主要模块

1.1.1 实时数据库

为了提高电力系统在线分析计算的速度，需开发实时数据库。实时数据库的数据一方面来自于SCADA的实时数据，另一方面来自于PSASP的公用数据和模型库。实时数据库为PSASP各种在线分析计算所公用。

1.1.2 网络拓扑分析

SCADA系统的数据包含了大量的断路器和隔离开关信息，因此,需进行网络拓扑分析，消去断路器和隔离开关数据，形成可用于电网分析计算的数据。拓扑分析为公用模块，由状态估计、潮流分析等各种计算模块所调用。

1.1.3 状态估计

状态估计程序可以有效地发现和剔除不良数据，提高数据系统的精度和可靠性，从而保证各种在线分析计算的准确性。

1.1.4 在线数据库接口

对于没有EMS系统或者没有状态估计运行的地区，需要直接和SCADA系统进行数据接口；对于有EMS并且状态估计运行情况良好的地区，可提供基于IEC 61970中CIM/CIS/XML、E格式以及其他格式的在线数据接口功能，直接应用于EMS数据实现PSASP在线。

1.2 主要功能

1.2.1 在线稳态分析计算

应用实时数据接口生成的数据，可进行在线的潮流、网损、最优潮流和无功优化、静态安全分析等稳态分析计算。

1.2.2 在线暂态和动态分析计算

应用实时数据接口生成的数据，可进行各种在线的电压稳定、功角稳定、小干扰稳定、直接法稳定等暂态和动态稳定分析计算。

1.3 优点

与常规离线计算相比，利用PSASP在线数据进行潮流稳定计算具有如下优点：

a. 直接利用在线数据，可以及时反映电网的实际运行工况；

b. 免去大量繁琐的数据录入工作，可以极大地降低工作人员的劳动强度；

c. PSASP在线数据基于电网实际运行工况，潮流数据收敛性好，可有效提高工作效率。

2 河北南网电网潮流稳定计算

下载河北南网某一时间断面PSASP在线数据，导入到PSASP实时数据库中作为基础运行方式数据，根据计算需要，通过修改发电/负荷比例因子、网内机组开停等对其进行方式调整得到计算数据。下面对河北南网某500 kV变电站220 kV部分全停的严重故障进行分析计算，并与BPA计算结果进行对比。

2.1 计算条件

河北南网某地区有A、B 2座500 kV变电站，共3台500 kV主变压器，其余各变电站均为220 kV变电站。网内主力电厂有C电厂(3台600 MW机组)及D电厂(2台300 MW机组)，该地区计算负荷为2 350 MW。该地区220 kV及以上电压等级的电网结构见图1。

图1 地区电网结构示意

2.2 潮流电压计算

2.2.1 简述

潮流电压计算是根据给定的电网结构、参数和发电机、负荷等元件的运行条件，确定电力系统各部分稳态运行状态的参数计算。潮流电压计算是电力系统中非常重要的分析计算，用以研究系统规划和运行中出现的各种问题。对于运行中的电力系统，通过电压潮流计算可以预知各种负荷变化和网络结构的改变是否会危及系统的安全，系统中所有母线的电压能否在允许的范围内，系统中各元件(线路、变压器等)是否会出现过负荷，以及可能出现过负荷前应采取哪些预防措施等。潮流电压计算除了它自身的重要作用之外，还是网损计算、静态安全分析、暂态稳定计算、小干扰稳定计算、短路计算的基础。

2.2.2 算例分析

对该地区主变压器及线路进行了不同方式下N-1故障潮流电压分析，计算结果如下。

a. 计算负荷2 350 MW，机组满发，A变电站220 kV部分全停，B变电站主变压器故障跳闸或非计划性停运，运行主变压器804 MVA，过载7%, 按主变压器N-1满载考虑，该地区负荷应控制在2 200 MW以下。

b. 计算负荷2 350 MW，D电厂1台300 MW机组停运，C变电站220 kV部分全停，B变电站主变压器故障跳闸或非计划停运，运行主变压器928 MVA，过载24%。按主变压器N-1过载20%考虑，该地区负荷应控制在2 250 MW以下。

c. 计算负荷2 350 MW，C电厂1台600 MW机组停运，A变电站220 kV部分全停，B变电站主变压器故障跳闸或非计划停运，运行主变压器1 078 MVA，过载44%，按主变压器N-1过载20%考虑，该地区负荷应控制在1 950 MW以下。

2.3 暂态稳定计算

2.3.1 简述

为保证电力系统安全稳定运行，在系统规划、设计和运行过程中都需要进行暂态稳定计算分析。电力系统暂态稳定计算的目的在于确定系统受到大干扰(如短路故障、负荷瞬间突变、切除大容量的发电、输电或变电设备等)后，系统的各发电机组能否保持同步运行，局部地区的电压水平是否在允许范围内。

2.3.2 算例分析

该地区主变压器及线路发生N-1或N-2故障，线路或主变压器保护正确动作，主网均能够保持稳定。C电厂处于电网结构末端，主要通过220 kV双回线路和500 kV双回线路与主网相连。当C电厂1号机组出力较多时，500 kV送出线路发生N-2故障，将会造成C电厂1号机组频率高于正常范围运行，可能导致失步。因此，建议提前制定高周切机方案，确保电网安全稳定运行。

当C电厂送出线路发生N-2三相永久接地故障0.12 s切除时，对该故障进行5 s的机电暂态仿真计算，C电厂1号机组功角曲线见图2。

图2 C电厂1号机组功角曲线(PSASP结果)

2.4 与BPA计算结果的对比

利用BPA对以上方式进行潮流稳定计算分析，潮流电压计算结果见表1。

表1 潮流电压计算结果

利用BPA进行C电厂220 kV送出线路发生N-2三相永久接地故障0.12 s切除仿真计算，仿真时间为5 s(250周波)，见图3。通过图3可以看出C电厂1号机组将发生失步，系统不稳定。

比较2种计算结果可以看出，在线数据基本一致，验证了利用PSASP在线数据进行潮流稳定计算的正确性。

图3 C电厂1号机组功角曲线(BPA结果)

3 结束语

在电力系统分析综合程序(PSASP)和调度EMS系统的基础上，电网数字仿真实验室通过研究开发实时数据库，进行网络拓扑分析和状态估计、利用数据接口将EMS系统在线数据引入到PSASP数据库中，使得PSASP的潮流计算、网损分析、静态安全分析、暂态稳定分析等应用的功能提升到在线水平。利用PSASP在线数据对河北南网某500 kV变电站220 kV部分全停进行严重故障计算分析，与常规离线计算相比，利用PSASP在线数据进行潮流稳定计算具有真实反映电网运行工况、计算收敛性好、降低工作人员劳动强度等优点。

参考文献：

[1] 顾鸿鸣，王 庆，张惠玲，等. 利用电力系统分析综合程序开展银川电网分析计算工作的探讨[J].中国科技信息，2007(20):24-25.

[2] 徐兴伟，穆 钢，王 文，等. 基于SCADA和WAMS的电网仿真运行方式 [J]. 电网技术，2006，30(19)：97-100.

[3] 徐 英，邵玉槐，薛永强，等. 基于PSASP的电力系统稳定性仿真分析[J]. 太原理工大学学报，2007, 38(3):247-249.

[4] 王晓蔚，范 辉，侯双林，等.电网数字仿真实验室在线数据接口的开发[J]. 电工技术，2008(12)：10-11.