基于PSASP的电网潮流与稳定性计算分析

，，

(陕西理工大学电气工程学院，陕西 汉中 723000)

1 引言

可靠、安全、经济是电力系统运行的基本要求。对于电力系统分析而言，潮流计算是电力系统中非常基本且重要的的一种分析计算。潮流计算可以通过电网给定的发电机、母线、枢纽点、负荷等各种已知条件，确定各个原件和节点未知参数如电压、电流、有功功率、无功功率等，从而可以采取观察各节点运行情况，调整电源容量，选择正确的无功补偿装置等一系列措施，合理规划电网，优化网络结构，使得电网运行更加安全，稳定。在PSASP仿真软件中，潮流计算还是短路计算，网损计算，静态稳定计算等诸多电力系统计算分析的基础。

随着近几年电力系统的快速发展，电网逐步从小型电网、区域电网迈向大型电网、综合电网，未来，还计划建成跨国电网、联合电网。以前当电网容量还比较小时，电压等级还比较低，电网稳定性问题并未引起广泛关注。但随着负荷逐年递增，接入系统的容量逐渐增大，稳定性问题日益突出。美国、加拿大等地在最近几十年中多次爆发了由于电压崩溃而造成的大规模停电事故，致使上千万人的生活工作收到了严重影响，因此电压稳定性研究具有重大意义。电压稳定的分类迄今也没有固定统一的标准，中国的分类标准和欧美不一样，传统的标准和现在也不一样，一般来说，根据功角稳定将电压稳定分为三种： 静态稳定，暂态稳定和动态稳定。静态稳定是指系统收到小干扰扰动时系统恢复稳定的能力，也称作小干扰稳定。暂态稳定是指系统系统收到大规模扰动后系统在一两个周期内的稳定性问题。动态稳定是指系统经过小干扰扰动或大干扰扰动后采取措施的系统稳定性。PSASP软件的电压稳定分析模块属于静态稳定分析范畴[1]。本文以CEPRI 7节点为例进行静态电压稳定性分析。

2 PSASP潮流计算和电压稳定模块特点

电力系统分析综合程序(Power System Analysis Software Package)简称PSASP，是一款历史悠久，功能强大，使用方便，使用范围广的电力系统仿真软件程序。它具有我国完全自主知识产权，是资源共享，高度集成，具有自行建模功能的软件包。PSASP基于电网数据库，固定模型库及用户自定义建模的支持，可进行电力系统(发电、输电、供电、配电系统)的常规潮流，最优潮流，短路电流和暂态稳定等计算。在设计电路时通过预先分析的方式预测系通的开发方案，绘制地理接线图，单线图，厂站接线图等，并通过多种模拟方案研究电网设计是否可行，从而能在设计真实电网系统时能够尽可能快的完成，提出电网设计的工作效率。也可通过MATLAB软件或者C语言调用相应的模块，不再编写这些功能的代码，从而直接利用仿真结果进一步分析。同时，该软件还具备数据数据网络拓扑效验功能，可以效验模块仿真中的相关数据，数据计算的结果以Excel及TxT的文件形式输出[2]。

2.1 PSASP 潮流计算模块特点

PSASP 潮流计算模块具有强大的计算分析功能，可进行PQ分解法，最优因子法、PQ分解转牛顿法、牛顿法(功率式)、牛顿法(电流式)等计算选择，以保证计算结果收敛。PSASP强大的图形绘制功能，可以在绘制好的单线图和地理接线图上显示潮流初始参数数据和计算结果，并且可以非常方便的修改潮流方式。可自动统计计算全网总发电量，总负荷等各种参数并选择参数单位，精度以及变量类型报表输出[3]。

2.2 PSASP电压稳定计算模块特点

PSASP电压稳定计算主要考虑负荷、发电机、发电机励磁系统、有载调压电压器分接头等与电压稳定性密切相关的动态原件特性[4]。在基于潮流计算的基础上，选择发电机、负荷、变压器的运行过度方式，控制信息进行常规潮流，病态潮流，主导负荷点，步长等选择设置。可以充分考虑负荷静特性，变压器有载调压等因素，计算结果以完整PV曲线或PQ曲线输出。报表结果内容显示电压的稳定裕度以及当前电力系统距离电压不稳定点的距离，进而分析可以引发系统电压崩溃的薄弱区域与薄弱点，计算电压失稳临界点，保证电网正常运行[5]。

3 算例分析

3.1 系统单线图

本文以CEPRI 7 节点系统为例进行计算分析，本系统由三台发电机，四个双绕组变压器，一个并联电抗器组成，其中S1是平衡节点，G1为PQ节点，G2为PV节点，负荷所连母线的节点是PQ节点两台变压器的接线方式是三角形/三角形接线，系统的参数分布图如图1所示。

图1 CEPEI7节点系统单线图

3.2 潮流分布图

在系统单线图完成之后，进行系统的潮流计算，系统的潮流分布如图2 所示。

图2 CEPEI7节点系统潮流分布图

3.3 潮流分析及报表

潮流结果报表以Excel 报表形式输出系统中所有元件的结果，包括总的有功发电，总的有功负荷，总的有功损耗。以下报表数据均为标么值输出，本系统部分元件输出结果如表1～表3 所示。

表1 结果综述表

表2 负荷结果报表

表3 发电机结果报表

3.4 电压稳定计算设置

在潮流计算的基础上，分析负荷B2-220电压稳定情况，负荷过度方式按初值设置，范围为全网，设定对象为PL、QL。常规潮流方法设置为牛顿功率法，步长设置为0.1，以变压器T2W9和T2W10为断面观察PV曲线，结果如图3所示。

图3 负荷B2-220PV曲线

3.5 电压稳定计算结果输出

电压稳定计算报表以Excel 报表形式输出系统中所有结果，包括发电机稳定极限结果，负荷稳定极限结果，以下报表数据均为标么值输出，本系统部分元件输出结果如表4～表7所示。

表4 发电机稳定极限报表

表5 负荷稳定极限报表

表6 电压灵敏度分析表

表7 电压稳定模态分析报表

PV曲线的顶点(|Z|=|ZS|)就是电压稳定临界点，对应着电力系统的负荷极限状态[7]，由表6和表7可看出各节点的灵敏度和参与因子，灵敏度越大，参与因子越多的区域越薄弱，即G1为系统的薄弱节点和薄弱区域。

4 结语

本文利用PSASP电力系统仿真程序对CEPRI7节点系统潮流计算和电压稳定性分析，通过仿真计算可以求得系统潮流计算结果以及发电机稳定极限，负荷稳定极限，电压灵敏度等。从而证明PSASP 能够很好地分析实际电网的潮流分布和电压稳定情况，能够满足电力系统运行分析与规划的仿真需要，从而保证电网的安全稳定运行。