基于PSASP的电网暂态稳定计算数据接口研究

智　李　王利军　任乔林　熊　炜

(1. 三峡大学 电气与新能源学院， 湖北 宜昌　443002； 2. 国网湖北省电力公司 孝感供电公司， 湖北 孝感　432000)



基于PSASP的电网暂态稳定计算数据接口研究

智李1王利军2任乔林2熊炜1

(1. 三峡大学 电气与新能源学院， 湖北 宜昌443002； 2. 国网湖北省电力公司 孝感供电公司， 湖北 孝感432000)

摘要：随着电网规模的不断建设和发展，系统的日益复杂，安全稳定运行问题成为电力系统运行中至关重要的内容，而暂态稳定又是稳定分析中的重中之中．PSASP作为电力部门规划、调度和运行人员常用的计算仿真分析软件，它为运行方式的校核和确定以及故障分析计算提供了重要依据．通过分析其数据结构和软件计算流程，对数据接口进行分析研究，实现对PSASP功能模块的灵活调用，用Fortran语言实现在线N-1故障扫描，使电力系统暂稳计算更加方便与迅速．

关键词：电力系统；暂态稳定；N-1故障扫描；PSASP

随着电网互联程度的加深，电力系统对安全稳定控制提出了更高的要求．利用PSASP进行暂态稳定计算时，需要繁琐的数据录入和修改，无法实现自动的循环计算．对其数据接口进行开发和利用，可以提高暂稳计算的灵活性和便捷性[1-2]．N-1准则是对电网进行安全评价非常有效的手段，电网规划人员用此准则可以对电网运行方式进行确定和校核，而且随着电网的日益发展，如果存在结构方面的不足，可以通过此准则进行校验，提出一些改进措施，弥补电网的不足，提高其抗扰动能力，使电网的可靠性和安全性进行有效统一[3]．利用开发的数据接口对庞大的电力网络进行N-1故障扫描计算，对电网的安全稳定提出相应的预控措施．

1基于PSASP的电网暂态稳定计算不足与改进

电力系统暂态稳定计算是为了确定系统受到大干扰后，系统各发电机组是否具备维持同步运行的能力，分析影响电力系统暂稳的因素，在此基础上提出暂稳措施[4-6]．当前电网运行或研究人员在进行稳定分析时，用得比较多的是时域仿真法，PSASP软件中的暂稳计算模块采用的是隐式梯形积分法，用此进行稳定分析计算时，无法给出定量稳定裕度，有时还无法达到系统全面的分析效果，在此基础上进行数据的研究开发，可以实现全网故障的自动连续仿真计算，这样可以提高分析效率，给电网运行与调度人员带来很大便利，在其分析计算过程中，自动找出使系统发生暂态不稳定的线路[7-9]．

对全网进行系统的暂态稳定分析，而不是凭经验对认为电网比较薄弱区域的线路进行稳定计算分析，便于对整个电网运行的安全稳定状况做出比较客观正确的评价，为运行和调度人员提供相对完整的参考信息，便于对整个电网进行宏观上的正确把控．而且要采用对全网某一类型所有的电气元件都适用的故障形式，对系统稳定采取统一判据，对于同一种故障形式，采用统一的功角判据或者电压判据[10-11]．

2数据接口研究

2.1PSASP软件数据的深度挖掘

为了实现对其功能模块的成功调用，首先需要对软件的结构和程序运行流程有个清晰而深入的了解[12]．在PSASP6.2软件安装文件夹下有个WPSASP文件夹，在该文件夹下有很多功能模块的可执行文件，而且还有一些数据表，PSASP软件中的各个计算模块都是独立的，可以被单独调用，PSASP各功能模块的名称及作用见表1．

表1　功能模块表

2.2PSASP软件运行流程

通过对PSASP各功能模块及数据的深度挖掘，得知该软件在进行仿真运算前会从WPSASP文件夹下的数据表OPDIR.DBF中获取算例路径，从算例文件夹里面的*DBC数据库中获取数据，然后再进行仿真计算．该运行流程如图1所示．

图1　PSASP运行流程

2.3基于该接口的潮流计算实现思路与流程

在数学上，潮流计算的本质可归结为求解非线性方程组，数学模型简写为：

(1)

式(1)为一非线性方程组，其中：F=(f1，f2，…，fn)T为平衡方程式；X=(x1，x2，…，xn)T为待求的各节点电压．

本文利用PSASP6.2进行潮流计算采用牛顿迭代法(功率式)，基于节点功率平衡方程式，应用牛顿法形成修正方程，求每次迭代的修正量，收敛性很好．利用PSASP6.2对系统进行潮流计算时，首先需要对系统的基本数据进行设置，又称为数据录入和编辑，以此来确定电网的结构和规模．

图2　基础方案及数据组

由此便确定了所准备计算的基础电网模型．然后第二步要进行作业的定义，一个潮流计算作业的构成如图3所示．

图3　潮流作业构成图

作业的定义需要耗费大量的时间，特别是随着互联电力系统规模的增长以及电网的日益复杂，这对电网的运行与调度人员提出了更大的挑战，通过对数据的深度挖掘，用Fortran语言来实现对PSASP软件模块的灵活调用．将为电网的规划和调度人员提供极大的便利．思路框图如图4所示．

图4　软件接口二次开发的大体框图

图5　PSASP暂稳计算流程

2.4基于该接口的暂稳计算实现思路与流程

在进行暂稳计算前，也要进行作业的定义．暂态稳定计算作业的构成如图6所示．

图6　暂稳作业定义结构

电网暂态稳定分析是电网分析计算的一个至关重要的内容[13-14]．虽然利用PSASP进行暂态稳定计算给电网带来了很多便利，但暂态稳定计算首先要进行作业的定义，需要耗费大量时间，根据以上介绍的暂态稳定的计算功能，比如对一个1000节点的电力系统进行暂态稳定分析，如果规划人员要对其运行方式进行稳定校核，那么仅仅在线路故障设置上，就要进行1000次的线路故障设置，这个工作是非常耗时和繁琐的．通过对PSASP数据文件的分析和计算流程的研究，实现了对数据文件的自由读写；对暂态稳定计算模块进行调用，可以自动地实现对所有线路进行故障计算．这样就大大节约了计算时间，为规划和运行人员提供便利．大体思路框图如图7所示．

图7　暂稳接口开发的大体框图

3在线N-1扫描的暂态稳定计算

3.1潮流计算所需数据文件的获取

利用PSASP对大量算例进行安全稳定分析后，发现在TEMP暂存文件夹下有许多文件，且无规律可言，可用记事本打开．如图8所示．

图8　数据文件LF.L0截图

以上截图无法得到有用的信息，看上去是杂乱无序的，无从着手．通过对PSASP的潮流和暂稳计算及运行流程的详细分析，及EPRI-36节点系统的深入了解，对于组成系统的各个参数(发电机，母线，变压器，交流线等)是很熟知的．经过反复计算，验证分析和对比，得到了所需要的数据文件，包括以LF.L*和LF.LP*命名的文件，有6个潮流数据文件和5个潮流结果文件，仅仅找出所需的数据文件是不够的，而且要清楚地知道每个数据文件里各个参数所代表的意义，这样才能在进行N-1故障扫描时灵活地按需求修改数据，达到实践应用的目的．本文并没有将每个文件里的参数所代表的意义全部列出，只详细列出了LP.L0文件参数所代表的含义，表2给出了每个参数所代表的意义．正确确定数据文件的参数含义，是实现N-1故障扫描的关键，从而才能正确实现对数据的灵活自由修改．

表2　系统基本参数文件LF.L0

表2详细列出了数据文件LF.L0中各参数的含义，以EPRI-36节点系统为例，说明该系统中共有36条母线，其中交流线为32条，共有8台发电机等一系列基本参数．系统基准容量为100 MV·A，设置的电压上限为1.15 p.u，下限为0.95 p.u，系统进行潮流计算时，迭代次数上限为50次．

3.2暂稳计算所需数据文件的获取

N-1故障扫描的另一关键点在于暂稳数据的获取，因为暂稳计算是在潮流计算的基础上进行的，所以潮流数据文件和潮流结果文件的得到是暂态稳定计算实现的前提条件，在此基础上进一步分析得到暂稳数据文件(见表3)．

表3　暂稳数据文件

3.3基于Fortran编程的N-1故障扫描的实现

本文使用的编译器是Visual Fortran6.6版本，在潮流和暂稳数据文件获取的基础上通过编程实现对数据文件的读写和更改，并对PSASP的暂稳计算模块进行灵活调用，实现N-1故障扫描，流程框图如图9所示．

图9　基于Fortran编程的潮流计算流程图

利用Fortran编程实现对潮流模块的调用，程序关键点说明：

1)找到PSASP潮流计算模块是wmlf.exe文件．

2)需要建立一个工程文件夹，将wmlf.exe文件和Ifordll.dll文件拷至此文件夹下，注意Ifordll.dll文件非常重要，如果没有此文件，则调用无法成功．

3)将潮流所需的数据文件拷至此文件夹下．注意文件缺一不可，如果缺少任何一个文件，调用同样无法成功．Fortran编程所在的工程路径也必须和此路径一致，否则无法调用成功．

4)利用Fortran里的“result=systemqq”语句实现对外部可执行文件的调用．

图10　基于Fortran编程的暂稳计算流程图

利用Fortran编程实现对暂稳模块的调用，程序关键点说明：

1)找到PSASP潮流计算模块是wmud.exe文件．

2)需要建立一个工程文件夹，将wmud.exe文件和Ifordll.dll文件拷至此文件夹下，注意Ifordll.dll文件非常重要，如果没有此文件，则调用无法成功．

3)将潮流所需的数据文件和暂稳所需的数据文件同样拷至此文件夹下．注意文件缺一不可，如果缺少任何一个文件，无法成功实现调用．Fortran编程所在的工程路径也必须和此路径一致，否则同样无法调用成功．

4)利用Fortran里的“result=systemqq”语句实现对外部可执行文件的调用．

4结语

本文是在电力系统综合程序PSASP的基础上进行的，实现了对PSASP计算模块的灵活调用，并对其数据文件进行了深度挖掘，实现了对文件的自由读写和修改．用Fortran语言实现了动态N-1故障扫描，可以将此应用于电网的N-1运行方式的安全稳定校核．而且在N-1故障扫描的基础上，筛选出使系统处于危险的线路，并采取相应的预控措施，使系统由暂态不稳定运行于暂态稳定状态，保障电力系统的安全可靠运行[15-16]．

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[责任编辑张莉]

收稿日期：2015-10-10

基金项目：国家863高技术研究发展计划(2012AA050207)；三峡大学人才科研启动项目(KJ2014B011)；三峡大学科研项目(SDHZ2015258，SDHZ2015195)；湖北省微电网工程技术研究中心开放基金(2015KDW10)

通信作者：智李(1983-)，女，助教，硕士，主要研究方向为电力系统运行与控制．E-mail：zhiwanzhili@126.com

DOI：10.13393/j.cnki.issn.1672-948X.2016.01.014

中图分类号：TM744+.4

文献标识码：A

文章编号：1672-948X(2016)01-0066-05

Date Interface Research of Power System Transient Stability Calculation Based on PSASP

Zhi Li1Wang Lijun2Ren Qiaolin2Xiong Wei1

(1. College of Electrical Engineering & Renewable Energy, China Three Gorges Univ., Yichang 443002, China； 2. Xiaogan Electric Company of State Grid Hubei Electric Power Company, Xiaogan 432000, China)

AbstractWith the continuous construction and the development of power grid scale, the increasingly complex of the system, the safe and stable problems become as a important content of the power system. PSASP is used as computing simulation analysis software by the departments of planning, scheduling and operation. The method provides important basis for fault analysis to the method mode. By anglicizing of the data structure and the software calculation process of it, the data interface is analyzed and researched, so as to realize the function of PSASP flexible call module. And using Fortran language to realize online N-1 fault scanning, the power system transient stability computation is made more conveniently.

Keywordspower system;transient stability;N-1 fault scanning;PSASP