PSD-BPA在电力系统分析课程教学中的应用

曹喜民 陈国初 张延迟

摘  要 电力系统分析课程概念抽象，难以将实际操作与演示应用于课堂教学，学生学习积极性不高。针对存在的问题，将电力系统仿真软件PSD-BPA应用在教学中，搭建IEEE 3机9节点电力系统仿真模型，对课程中潮流计算与暂态稳定分析两大知识模块进行具体操作。实践证明，利用PSD-BPA辅助教学能够提高学生的学习积极性，对学生分析与解决问题能力的提高有一定的积极作用。

关键词 PSD-BPA;电力系统分析;仿真软件;潮流计算

中图分类号：G642.3    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2019）12-0039-03

Application of PSD-BPA in Teaching of Power System Analysis Course//CAO Ximin， CHEN Guochu， ZHANG Yanchi

Abstract Owing to the abstract conceptions of power system analy-

sis course， it is difficult to apply practical operations and demonstra-tions to classroom teaching， which leads to the low enthusiasm of

students. Aiming at the existing problems， the power system simula-

tion software PSD-BPA is applied in teaching， and the IEEE 3-

machine 9-node power system simulation model is built. The two

knowledge modules of power flow calculation and transient stability analysis are operated in the course. Practice has proved that PSD-BPA assisted teaching can improve students enthusiasm for learning，

and it has a positive effect on the improvement of students analytical

and problem-solving ability.

Key words PSD-BPA; power system analysis; simulation software; power flow calculation

1 前言

随着我国经济社会的发展，人民群众物质生活水平有了较大提高，对电力的需求也越来越大，电力系统的规模也越来越大。由于电力系统自身对安全性的要求较高，规模较大，系统复杂性的特点，不太可能将实际电力系统引入课堂实践教学中。电力系统分析是电氣工程专业的一门主干课程，传统的教学以讲授为主，注重公式推导与基本概念的掌握，因此，学生常感觉知识抽象，提不起兴趣，对实际电网的理解不够深入。

针对课堂教学存在的问题，文献[1]提出将电力系统仿真软件应用于相关课程的课堂教学中，并对其在教学过程中的优缺点进行分析，提出相应的改进建议。文献[2]提出在学生校内实习中应用电力系统仿真软件PSCAD作为辅助手段，在保证教学质量的同时提高学生的积极性和主动性，弥补电力系统校内实习的不足。文献[3]指出将以问题为基础的学习模式应用于电力系统仿真教学中，更易激发学生的主观能动性，培养其创新性思维。文献[4]在对电力系统仿真软件PSASP进行介绍的基础上，将其应用在电力系统分析课程教学中，取得较好的课堂效果。由于仿真软件PSD-BPA具有可视化程度高，界面友好，能够把电力系统的运行情况直观形象地表示出来等优点，其在电力系统稳定分析与规划领域的应用越来越广泛。

针对电力系统分析课程概念抽象，无法进行实际操作的问题，将PSD-BPA应用到课堂教学中，在讲解理论知识的同时，利用仿真软件进行辅助教学，将理论与实际相结合，使学生在学习理论的同时，对电力系统有一个相对直观感性的认识，进而提高学生的学习兴趣和学习积极性。本实验利用PSD-BPA仿真软件搭建IEEE 3机9节点电力系统仿真模型，对潮流分析与暂态稳定分析的实际操作方法进行介绍，通过让学生动手操作，加深学生对电力系统分析潮流计算与暂态分析的理解与认识，为学生的毕业实习和电网公司实习打下一个很好的基础，能够更好地完成本课程的教学目标。

2 PSD-BPA仿真软件

PSD电力系统分析工具（PSD Power Tools）简称PSD，

由中国电力科学研究院系统所提供，具有常规电力系统的线路、发电机、负荷、变压器及高压直流输电等系统基础模型，新能源发电如双馈风力发电机、直驱风力发电机与光伏发电等模型，功能强大，包括电力系统潮流分析与暂态稳定分析计算、无功优化、小干扰稳定性分析、电压稳定性分析等软件包，在电力系统分析中应用非常广泛。无论是我国电网规划，还是稳定运行，PSD-BPA都发挥了重要作用。

3 PSD-BPA在实验教学中的应用

仿真模型  本文以IEEE 3机9节点系统数据为基础，搭建仿真模型。该模型由三台发电机模型、三个负荷模型、三台变压器模型、六条线路模型组成，负荷分布在母线A、母线B、母线C上，设置发电机1为平衡机组，具体结构如图1所示。

潮流分析计算  潮流分析计算在电力系统分析课程中是基础而又非常重要的内容。BPA通过输入程序控制语句、网络数据和老库文件，进行潮流计算，输出计算结果。计算结果文件包括结果输出打印所学要的文件、新库文件与画潮流图所需要的结果文件。利用程序控制语句来指定作业及工程名字、潮流计算方法、输入输出文件的设置等。网络数据主要包括节点数据、支路数据。

本实验设置潮流求解算法为牛顿-拉夫逊算法，先采用PQ分解法迭代两次，再用牛顿-拉夫逊算法迭代15次，输出系统中全部潮流分析结果。指定潮流分析结果二进制结果文件为“IEEE90.BSE”，供后续稳定分析程序使用;指定MAP文件为“IEEE90.MAP”，供后续潮流图程序使用。将1号发电机设置为平衡机，将计算潮流所需要的支路数据、母线数据与变压器数据按潮流填写格式填到相应的位置。

由潮流计算过程迭代信息可知系统共迭代五次，经过两次迭代已经计算出最终结果。由计算结果显示，平衡机组发电机1的电压为1.01 pu，有功出力为105.41 MW，无功出力为43.67 MVar。表1为线路的功率损耗情况。由表1可知，变压器的有功损耗为零，无功损耗分别为7.24 MVar、

17.19 MVar、4.32 MVar，发电机共发出353.4 MW的有功功率、99.5 MVar的无功功率，系统共损耗3.4 MW的有功，23.5 MVar

的无功，负荷共用350 MW的有功功率、175 MVar的无功功率。各个线路的潮流、发电机的出力等具体情况如图2所示。

暂态稳定分析  BPA稳定分析软件可以对系统在各种扰动下的稳定性进行分析，是电力系统稳定分析的强有力的工具。该稳定分析软件将微分方程线性化后利用隐式梯形积分法求解，网络方程采用导纳阵三角分解后迭代求解。稳定分析前需要将潮流计算结果文件、稳定数据文件与稳定库文件输入。本次实验设置母线A-母线1线路在100周波发生短路故障，在101周波故障消除。

输出部分可进行灵活设置，有选择性地将母线、发电机、线路、直流、串補等相关变量输出到文本文件和曲线文件，寻找最大功角差、最低母线电压，计算振荡频率、阻尼比等。在实验过程中，输出部分设置为输出主要母线电压与频率偏差、三台发电机的速度偏差、线路有功与无功功率。部分稳定分析结果如图3所示。由图3可知，当发生故障时，线路传输功率发生不同程度的波动，当故障消除后，均能恢复到稳定状态。故障情况下发电机功角变化如图4所示。由图4可知，当线路发生故障时，发电机的功角也随之发生变化。

4 结语

不断进行教学改革与实践是提高教学质量的重要途径。本文将电力系统仿真软件PSD-BPA引入课堂教学中，使学生将理论知识的学习与实际操作相结合。在搭建IEEE 3机9节点系统的基础上，对系统潮流计算及暂态稳定分析进行实际操作，结合理论知识对仿真结果进行讲解。实践表明，将仿真软件引入课堂教学，通过让学生动手操作，能够激发学生的学习兴趣，对提高学生分析问题与解决问题的能力也起到较好的作用。

参考文献

[1]许彦峰，符潇月.仿真软件在“电力系统分析”课程教学中的应用[J].中国林业教育，2018（4）：26-28.

[2]罗朋，杨燕霞.PSCAD仿真软件在电力系统分析实习中的应用[J].科技资讯，2017（7）：45-46.

[3]王枫，付周兴，王清亮，等.PBL在电力系统仿真实验教学中的应用研究[J].实验技术与管理，2013（9）：156-158.

[4]钟慧荣，蒋秀洁.PSASP在电力系统分析实验教学中的应用[J].实验科学与技术，2008（6）：72-75.