PSASP用户自定义程序在励磁系统及PSS建模中的应用研究

唐 亮，高赫远，杨 潇

(1.华北电力大学，河北 保定 071003；2.河北省电力研究院，石家庄 050021)

0 引言

暂态稳定仿真计算是电力系统规划和运行的重要手段，由于控制理论和控制策略的不断完善和发展，新的一次设备、二次设备不断涌现，仅仅依靠原有仿真软件中提供的模型库已经无法满足客户需求。用户自定义建模(User Define Modeling，UDM)技术可实现用户自行构建所需模型，提高暂态稳定性仿真的灵活性和开放性。目前，绝大部分电力系统仿真商业软件都有用户自定义建模程序[1]。

中国电力科学研究院开发的“电力系统分析综合程序”(Power System Analysis Software Package，PSASP)是一个功能日益完善和强大的大型计算分析软件,它广泛地应用于我国电力系统的规划设计、调度生产和科学研究等领域[2-4]。PSASP中有用户自定义建模程序(简称“用户程序”)，用户可按自己计算分析的需要，建立各种模型，模拟各种元件、自动装置和控制功能。PSASP主程序和用户程序通过交换数据和交替运行，共同完成某一计算任务。典型的用户程序可以与主程序进行数据交换，为用户提供一个统一建模平台，用户无须了解程序内部的结构和算法，用直观的方式建立新模型，增强软件对系统元件装置和控制功能扩展的适应能力。

1 应用用户程序的建模及仿真分析

在PSASP用户程序中分别建立某型号励磁系统及电力系统稳定器(Power System Stabilizer，PSS)用户自定义模型，数学模型和用户自定义模型分别见图1、图2。

图1 励磁系统及PSS的数学模型

图2 应用PSASP用户程序建立的励磁系统模型

图2中励磁系统模型已进行初值平衡[4]，其中VT0、EFD0分别为发电机机端电压、励磁电压初始值。框8为时控环节，即在1.0 s时，励磁参考电压Vref变为原值的1.05倍。

以IEEE 39节点系统作为测试算例，发电机均采用6阶模型，安装在第39母线发电机A的励磁系统采用用户自定义模型描述，设置暂态仿真步长0.01 s，仿真时间5.0 s。其机端电压及发电机有功仿真波形见图3。1.0 s前机端电压稳定于基准值，初值平衡；1.0 s后，机端电压发生阶跃，至基准值的1.05倍，上升时间和超调量均符合要求[5]。39节点系统图和网络参数可参见文献[6]。

(a) 机端电压

(b) 发电机有功功率

PSASP的用户程序中励磁系统与PSS在不同界面下建模，励磁系统的UDM模型建立并初值平衡后，在模型中加入PSS信号，即可实现多UDM模型同时仿真，如图4所示，在柜1后添加加法环节框12，其中VS为PSS信号。仍按上述条件仿真并对比(图5)，有功功率振荡情况与未加PSS时完全一致，即PSS没用起到抑制振荡的作用，与实际情况不符。

图4 加入PSS信号后的励磁系统UDM模型

2 存在的问题分析

将励磁系统UDM模型中VS信号置0，分别进行仿真对比，以查找问题所在。根据一般理论可知，UDM模型中VS置0后，励磁系统UDM模型与原模型应是等效模型，即图4与图2等效。但这2个等效模型的仿真结果却不一致，如图6所示。

图5 仿真结果比较

图6 仿真结果比较

用户模型主要由基本功能框库、接口变量和模型文件三部分组成[7-9]。基本功能框库是各种线性和非线性函数功能框的集合；接口变量应包括输入、输出信息，预先在实时数据库中定义一定的接口变量，主程序和用户程序在计算前从实时库中读取数据，每次迭代均将结果写入实时库；模型文件包含了具体模型参数信息和拓扑结构信息。错误的拓扑信息会导致仿真的偏差，图4中VS信号引入环节序号为12(序号为程序自动生成)，实际上，该环节(如图2)应为第2个被迭代的基本功能框。

3 验证及解决建议

为了验证图6仿真失准是由于拓扑关系信息读入错误所导致，应用用户程序完全按照图2的传递函数顺序重新建立励磁系统模型，如图7(VS置0)，机端电压仿真结果与图3一致，引入PSS信号(取消VS置0)，有功振荡情况比无PSS时明显减弱，仿真结果准确，见图8。

解决此问题可通过在用户程序的每个基本功能框中加入反应迭代顺序的标识函数，由用户手动填写，程序逻辑流程如图9所示。由于PSASP不开放源代码，无法将此解决建议用实践进行验证，因此，建议中国电力科学研究院对PSASP的用户程序进行适当修改，以使用户能根据传递函数顺序手动填写基本功能框序号。

图7 按传递函数顺序建立的励磁系统模型

(a) 机端电压

(b) 有功功率

图9 改善后的UDM程序参数输入流程

4 结论

PSASP的用户程序在读取图形的拓扑关系信息功能上有一定缺陷，只能按照用户使用基本功能框的顺序读取各功能框的输入、输出信息，而不能做到图模一致，按照传递函数顺序依次读取。通过仿真算例，验证并分析了此问题，给出了针对PSASP程序可实施的程序参数输入流程建议。由于PSASP不开放源代码，目前此缺陷的解决办法只能是按照传递函数顺序重新建立模型，以实现仿真结果准确。

参考文献：

[1] Panciatici P,Daniel D.User-defined equipment models for long term and transient stability studies[C]//IEEE 2nd International Conference on Advances in Power System Control,Operation and Management,Hong Kong，：1993.73-76.

[2] Zhang X C,Cheng G H,Xu Z.User defined excitation system models for power system stability analysis in PSASP[C]//IEEE/PES Transmission and Distribution Conference & Exhibition:Asia and Pacific Dalian,China，2005.58-61.

[3] 黄英怀.电力系统分析综合程序的用户自定义模型[J].广东电力，2002，15(5)：46-48.

[4] 周则昕，吴中习.建立自定义模型时的初值平衡问题[J].电网技术，1996，20(1)：15-19.

[5] Q/GDW 142-2006，同步发电机励磁系统建模导则[S].

[6] 张伯明．高等电力系统分析[M]．北京：清华大学出版社，1996.

[7] 骆 玲，文劲宇.PSS/E用户自定义功能在励磁系统建模中的应用研究[J].电气应用，2007，26(8)：21-24.

[8] 钟志勇，谢志棠，王克文.适用于电力系统动态稳定分析的元件建模新方法[J].中国电机工程学报，2000，20(3)：30-33.

[9] 吴中习，周孝信.暂态稳定计算中的用户自定义模型[J].电网技术，1991，18(3)，46-50.