基于PSASP的发电机模型参数校正

张师，王春华，周毅博，李卫国，于昊，周在彦

(1. 东北电力大学 电气工程学院，吉林 吉林132012；2. 国网吉林省电力有限公司，吉林 长春132021；3. 国网吉林省电力有限公司长春供电公司，吉林 长春132021)



基于PSASP的发电机模型参数校正

张师1，王春华2，周毅博1，李卫国1，于昊3，周在彦1

(1. 东北电力大学 电气工程学院，吉林 吉林132012；2. 国网吉林省电力有限公司，吉林 长春132021；3. 国网吉林省电力有限公司长春供电公司，吉林 长春132021)

将实测数据注入仿真模型中校正模型参数，可以有效提高电力系统动态仿真精度，但工作量较大。为此，提出基于电力系统分析程序包(power system analysis software package，PSASP)的发电机模型参数校正方法，将待校正发电机与系统解耦， 通过实测数据计算出冲击负荷扰动量并注入到恒阻抗模型中。利用2015年8月6日吉林省白甜二线大扰动事件的实测数据，对白城发电厂1号发电机模型参数进行校正，验证了该方法是有效的。

电力系统动态模拟；发电机模型参数；恒阻抗模型；冲击负荷

中国电网在未来10年将发展为大规模跨区输电[1]，而随着电网的日益庞大和复杂，保证其安全稳定运行至关重要。数值仿真作为电力系统动态安全分析的基本工具，其计算结果是指导电网运行的重要依据[2]。大量的计算分析结果表明，仿真结果与实测数据存在较大差异，而发电机模型参数的不准确被认为是造成误差的主要原因[3]。因此，发电机模型参数校正是保证电力系统安全稳定运行必不可少的工作。

针对电力系统区域广、涉及元件多的特点，文献[4]提出将大系统分层分区、缩小仿真误差溯源范围的思想。文献[5]对电力系统分块解耦仿真的本质进行了深入的研究，并提出基于戴维南等值模型的分块解耦动态仿真方法，通过矩阵实验室(Matrix Laboratory，MATLAB)的工具箱PSAT，在仿真中注入实测数据，对发电机模型参数进行校正。

电力系统分析程序包(power system analysis software package，PSASP)是目前中国电力系统机电暂态分析应用最广泛的软件，它的发电机数学模型紧扣实际和工程应用[6]。目前的研究成果表明，将实测数据注入PSASP的方法是采用用户接口程序，但需要用户自行建模、编码和验证，工作量较大[7-9]。

针对上述问题，本文依据分块解耦的思想，将发电机与系统解耦，通过向与发电机外部系统等值的恒阻抗负荷施加冲击负荷扰动，将实测数据直接注入PSASP，对发电机模型参数进行校正。

张师，等：基于PSASP的发电机模型参数校正

1　发电机与系统分块解耦原理

图1为发电机与电力系统连接示意图。

图1　电力系统示意图

在研究系统动态仿真时，发电机出口电压、功率都可以通过相量测量单元(phasor measurement unit，PMU)测得，每一个步长都可以将PMU实测数据注入到发电机端，代替外部大系统，从而避免了外部系统模型参数不准确对发电机参数校正结果的影响，实现了发电机与电力系统的解耦。

2　基于PSASP的发电机与电力系统分块解耦动态仿真

图2　　　　等值后的单机-　　　单负荷系统

图2为等值后的单机-单负荷系统，由1台发电机和1个恒阻抗负荷组成。利用PSASP搭建单机-单负荷系统时，发电机与负荷间由一条阻抗近似为零的交流线相连，以便于获取潮流计算结果，并将其作为动态仿真的初值。

在动态仿真的每一个时刻，从发电机向恒阻抗负荷注入的复功率

(1)

在动态仿真过程中，系统受到大扰动后阻抗会发生变化，不能仅用恒阻抗模型表征其动态行为。此时，发电机向系统注入的功率可以表示为

(2)

3　模型参数校正方法

通过计算参数对仿真轨迹的灵敏度[10]，可以得出对仿真轨迹影响较大的参数，从而对这些参数进行校正，使仿真结果向实测轨迹逼近。

4　基于PSASP的发电机模型参数校正

本文采用PSASP，利用2015年8月6日吉林省白甜二线大扰动事件的实测数据，对离扰动地点最近的白城发电厂1号机组进行模型参数校正。建立发电机仿真模型时，白城发电厂1号发电机采用PSASP的3型同步机模型，调压器采用12型模型，仿真时间4 s，仿真步长0.01 s。按本文的方法，将实测数据注入仿真模型中，仿真结果如图3所示。

图3　仿真与实测对比

由图3可知：当外部系统受到大扰动时，仿真结果与实测存在明显偏差，需要对该台发电机模型参数进行校正。

通过分析发电机端电压对各参数的半相对灵敏度可知，对仿真轨迹影响较大的参数分别为交轴同步电抗Xq、直轴开路暂态时间常数T′d0、交轴开路次暂态时间常数T″q0、调压器时间常数T2和T4。对这5个参数进行校正，并将校正前后的结果与实测值作对比，结果如图4、图5所示。

图4　校正前后的电压轨迹对比

图5　校正前后的有功功率轨迹对比

校正前后的参数对比见表1，其中各参数为标幺值。

表1校正前后的参数值

校正前后XqT'd0T″q0T2T4校正前2.429858.7240.067100.1校正后1.540009.9240.061110.13

由表1可以看出，校前正后的交轴同步电抗Xq差异较大。为验证Xq的准确性，可以根据发电机内电势Eq、机端电压UG、功角δEq-UG、有功功率P计算出Xq，计算式为

(3)

将实测数据第一个点的δEq-UG、Eq、P、UG代入式(3)，计算得出Xq的标幺值为1.39，与校正后的结果较为接近。由于电力系统运行工况时刻发生变化，每一时刻运行状态均与前一时刻运行状态密切相关，因此计算得出的Xq随着系统工况的变化会稍有波动。

校正前后电压误差值用均方百分比误差MSPE和最大误差Δymax进行评价，公式为：

(4)

(5)

式中：yim、yie分别为第i个步长的实测和仿真变量值，n为步长个数。

表2为校正前后的电压误差对比。

表2校正前后电压的误差指标

校正前后MSPE/%Δymax标幺值校正前0.04830.076校正后0.01230.031

从表2可以明显看出，修正参数后大大减小了仿真与实测的误差。

通过对白城发电厂1号发电机模型参数校正研究，验证了通过PSASP对模型参数校正方法的有效性。

5　结束语

仿真模型参数的准确性直接关系到仿真结果与实际情况的偏离程度，对电力系统安全性和经济性分析有重要影响。目前的研究成果中，将实测数据注入仿真模型中校正模型参数，可以有效提高电力系统动态仿真精度，但工作量较大。本文提出了基于PSASP的发电机模型参数校正方法，对发电机与系统解耦以缩小误差溯源范围，通过实测数据计算出冲击负荷扰动量并注入到恒阻抗模型中。以白城发电厂1号发电机作为仿真实例，通过吉林省白甜二线大扰动实测数据进行发电机模型参数校正，结果表明本文方法有效。

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(编辑李丽娟)

Parameter Modification for Generator Model Based on PSASP

ZHANG Shi1, WANG Chunhua2, ZHOU Yibo1, LI Weiguo1, YU Hao3, ZHOU Zaiyan1

(1.Electrical Engineering Academy, Northeast Dianli University, Jilin, Jilin 132012, China; 3. Jilin Electric Power Co., Ltd., Changchun, Jilin 132021, China; 3. Changchun Power Supply Company, Changchun, Jilin 132021, China)

It is able to effectively improve dynamic simulation precision for power system by injecting measured data into the simulation model for modifying parameters, but it is a great work. Therefore, this paper proposes a parameter modification method for the generator based on power system analysis software package (PSASP) which decouples the generator for modification and the system, and then works out disturbance quantity of impact load based on measured data and injects into the constant impedance model. According to measured data of large disturbance of Jilin Baitian second line on August 6 in 2015, it carries out modification for parameters of No.1 generator model, which verifies validity of this method.

power system dynamic simulation; generator model parameter; constant impedance model; impact load

2015-12-28

2016-05-06

国网吉林省电力有限公司科研项目(SGTYHT/14-JS-188)

10.3969/j.issn.1007-290X.2016.09.010

TM743

B

1007-290X(2016)09-0048-04

张师(1989)，男，吉林吉林人。助理实验师，工学硕士，研究方向为电力系统动态安全分析。

王春华(1969)，女，吉林长春人。高级工程师，工学博士，研究方向为电力系统分析、运行与控制。

周毅博(1988)，男，吉林长春人。助理教师，工学硕士，研究方向为电力系统运行与控制。