基于MATLAB与PSASP环网调压措施的差异分析研究

李惜玉，洪 敏，陈伟德，杨康宜

(广东工业大学 自动化学院，广东 广州 510006)

1 MATLAB/Simulink和PSASP简介

Simulink是MATLAB上具有仿真链接的一个部件，能够针对任何能够用数学描述的系统进行建模，如航空航天动力学系统、通信系统等。Sim-PowerSystems库是Simulink下面的一个专用模块库，是在Simulink环境下进行电力、电子系统建模和仿真的先进工具。SimPowerSystems库提供了一种类似电路建模的方式进行模型绘制，在仿真前自动将仿真系统图变化成状态方程描述的系统形式，然后在Simulink下进行仿真分析。它为电路、电力电子系统、电机系统、发电、输变电系统和配电计算提供了强有力的解决方法，尤其是当设计开发内容涉及控制系统设计时，优势更为突出。

电力系统分析综合程序(PSASP)是一套历史长久、功能强大，使用方便的电力系统分析程序，是高度集成和开放具有我国自主知识产权的大型软件包。PSASP为我国一些重大电力工程项目的建设和运行做出了重要贡献，广泛应用于全国各网省调、中国香港地区的电网规划设计、生产调度运行、科学研究、高等院校、大工业用电企业、地调和县调等，已拥有超过600家用户，成为电力系统设计运行和实验研究的必备工具[1－4]。

2 无功功率平衡与调压措施简介

维持用户处的电压接近额定值是电力系统运行调整的基本任务之一。在额定电压附近，电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡。电力系统无功功率平衡的基本要求，即系统中的无功电源可能发出的无功功率应该大于或至少等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗之和。电压调整的措施有发电机调压、改变变压器变比调压、利用无功功率补偿调压和线路串联电容补偿调压。利用无功功率补偿调压中采用的无功补偿设备有静电电容器和同步调相机，以及静止无功补偿器和静止同步补偿器等等[5－6]。

另外，在DFACTS装置中带储能能力的动态电压恢复器(DVR)除无功功率外，有补偿有功功率的能力，可以有效抑制动态和稳态的电压暂降、浪涌、闪变等电能质量问题[7－8]。

电压调整的实现不仅要考虑措施，在实际运用当中，还应考虑不同时间、不同区域电网的电压调整方式。电网平时的电压调整方式与节假日的电压调整方式也不一致，含小水电多的电网对电网电压调整带来了较大的难度[9－11]，其无功补偿的优化可参考文献[12]。对于变压器抽头调压，三相并联有源电力滤波器的电压调节等措施可参考文献[13－15]，这里不再赘述。本文以最基础的，最常用的并联电容器作为研究对象。

3 基于静电电容器补偿调压的建模仿真

静电电容器补偿调压的方式其装设的容量可大可小，而且既可集中使用，又可分散装设来就地供应无功功率，以降低网络的电压损耗。电容器每单位容量的投资费用较小且与总容量的大小无关，运行时功率损耗亦较小，约为额定容量的0.3%～0.5%。此外由于它没有旋转设备，维护也较方便。由于以上特点，本文以基于静电电容器补偿调压的方式建模仿真，即采用三机九节点的系统来进行仿真，

三机九节点系统如图1所示，其具体参数如下。

基准值取SB=100 MVA，UB=230 kV，系统频率为50 Hz。

1)发电机参数。

2)变压器参数。

绕组连接方式都为D－YG。

3)线路参数。

将发电机G1设为系统的平衡节点(slack)，设置电压幅值为1.04 pu，电压参考相角为0°；将G2和G3设为PV节点，分别设置有功出力为1.63 pu和0.85 pu，设置电压幅值都为1.025 pu。

图1 三机九节点电路连线图

3.1 建模仿真

1)PSASP建模如图2所示。

图2 PSASP建模仿真图

2)MATLAB建模如图3所示。

图3 MATLAB建模仿真图

3.2 潮流计算

分别采用PSASP和MATLAB两种软件进行潮流仿真计算，得到的潮流结果如表1和表2所示。

表1 PSASP仿真潮流结果

表2 MATLAB仿真潮流结果

3.3 调压过程

将母线Bus8处的负荷从(100＋j35)MVA增加至(100＋j70)MVA，负荷无功加倍。由于负荷增加，故母线Bus8处电压下降，此时接入一个XC∗=－2.95 pu的静电电容器，得到电压的幅值如表3和表4所示。

XC∗计算过程:系统缺额的QC=35 MVar，无功功率由电容器补偿。

表3 PSASP仿真电压对比

表4 MATLAB仿真电压对比

3.4 对比分析

1)参数设置差异:MATLAB/Simulink参数设置详细，比较接近于实际情况。PSASP参数设置较理论化，特别是对于发电机来说，MATLAB对发电机的参数具体到绕组类型、阻尼绕组参数、初始条件等，这些都是PSASP所没有的。

2)潮流结果:通过对潮流结果的对比分析，可知，两个软件潮流计算的结果很接近，能保证在5%的误差范围之内。从表1和表2中发现，MATLAB中发电机端口电压比PSASP中发电机的端口电压相角均超前30°，这是因为MATLAB中变压器连接组别为YD11，它考虑了变压器D侧相电压比Y侧相电压超前30°的情况，而PSASP中的变压器则仅仅考虑电压的幅值变换而不考虑相位超前的问题，故在MATLAB中将出现明显变压器电压D侧超前Y侧30°的现象，而PSASP中则不会。

3)调压结果:对比表1和表3，表2和表4可以看出，无论是MATLAB或PSASP，都可以看出负荷加倍后，母线Bus8处的电压从232 kV下降至227 kV，其他母线变化不大，这是由于环网系统稳定性较高，离负荷变化处较远的母线受到的影响不大。当在PSASP中加入XC=－2.95 pu的并联电容后，电压恢复到负荷增加前的电压，与理论相符，可以看出静电电容器明显的调压效果。在MATLAB接入等值的并联电容后，电压基本恢复到负荷增加前，但有一点误差，这是两个软件在算法和参数设置产生的差异。

4 结束语

MATLAB/Simulink与PSASP均能对电力系统进行较为准确仿真分析及计算，且其结果差异不大，在不同方面，各有优势。在建模仿真方面，PSASP参数设置简单，比较适用于理论化分析及精度要求不高的研究。MATLAB参数设置详细，比较接近于实际运行，更适用于对实际电力系统的设计研究和仿真。在调压仿真方面，MATLAB/Simulink具有相当丰富的电压调整措施，除了普通的发电机调压、变压器调压、静电电容器和同步调相机调压外，还有静止无功补偿器(SVC)、静止同步补偿器(STATCOM)，当对调压措施进行进一步深入研究时，这一点是PSASP所无法做到的。在操作使用方面，PSASP操作简单，因为参数设置简单，所以当对仿真结果没有较高要求和较深入的研究时，可采用PSASP进行仿真，以提高效率。而MATLAB/Simulink操作复杂，适用于容易出现细微参数差错而不能运行的情况。所以当对仿真结果有精确要求，或调压方式较多，PSASP已无法满足要求时，可采用MATLAB仿真。

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