基于PSASP软件平台的电力系统分析实践教学课程建设*

张慧娥 朱婷婷 刘光辉 白彩清

摘  要  电力系统分析课程内容与工程实践联系紧密。以PSASP7.12版为软件平台，以新疆某地区实际电网结构为运行基础数据，进行电力系统潮流计算、地理接线图绘制和电力系统电压调整等实践教学项目的开发，提升学生能力，让学生掌握电力系统分析计算及优化的基本理论，熟练掌握PSASP图形界面电网模型的建立、基础数据的录入、计算调试、结果分析、地理位置接线图的绘制和电压的调整。

关键词  电力系统分析；电力系统分析综合程序；软件平台；潮流计算；实践教学

中图分类号：G642    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2022）16-0055-05

0  引言

电力系统分析综合程序（Power System Analy-sis Software Package，PSASP）是由中国电科院自主研发的电力系统综合分析软件，是目前电力系统规划及设计人员确定技术方案的可行性和经济合理性的主要工具，也是电力系统调度运行人员确定年度运行方式、制订运行及投运方案、优化电网运行方案的有效工具。同时，电力系统分析综合程序也是高等院校电气工程及相关专业教学与科研的重要软件设施[1]。

电力系统分析作为电气工程及其自动化专业的核心专业课程，具有较强的理论性和实践性，课程内容与工程实践联系紧密，主要培养学生电力系统潮流计算、调频调压和故障分析的能力与通过计算分析解决实际电网运行问题的能力。因此，在教学过程中要注重理论和实践的结合，不断更新教学内容，强化实际工程背景知识的分析和应用。PSASP作为科研、教学、工程相结合的软件平台，可以在高校教学中发挥更大的作用，有助于培养电力行业企业的专业技术人员，满足企业把岗位技能融入课程体系的要求，符合应用型本科的人才培养目标，促进学生就业。

本文以PSASP7.12版为软件平台，以新疆某地区实际电网结构为运行基础数据，进行电力系统潮流计算、地理接线图绘制和电力系统电压调整等实践教学项目的开发，使学生达到能力本位的提升，掌握电力系统分析计算及优化的基本理论，熟练掌握PSASP图形界面电网接线图的绘制、基础数据的录入、计算调试、结果分析及地理位置接线图的绘制等。

1  PSASP软件概况

PSASP软件是目前复杂电力系统分析计算的主要软件，计算结果与运行数据吻合度高，是电网运行管理企业的主要分析工具。PSASP从3.0版本基于文本界面开始经历多次升级，到目前7.12及7.61版本基于图形界面，从开始的文本界面下的固定格式数据到5.0版本的标准数据格式，再到6.0版本数据升级转换，再到7.0版本的图形界面，逐步形成目前功能强大、技术完备的软件。

该软件分为三层结构体系[2]。

第一层是基础数据模型库。该层是在实际电网基础数据的基础上，将电力系统电源（火电、风电、光伏等）、母线、输电线路、变压器、负荷及补偿设备的节点名称、额定电压、额定容量、线路物理信息（导线型号、长度、单位阻抗）、变压器分接头信息及电网的拓扑结构通过基础数据形式录入数据库。

第二层是应用程序。在基础数据模型库搭建完成的基础上，可对系统进行稳态分析计算（潮流、网损计算，无功功率优化计算等）和暂态分析计算（短路计算、保护定值计算、暂态稳定计算等）。

第三层是计算结果分析工具。提供文本、Excel、AutoCAD的数据转换接口，可将各类计算结果有选择性地自动生成可编辑且有固定格式的文本、报表及GEO单线图和CAD接线图，有助于用户分析计算结果。

2  基础数据库及模型建立

为培养学生工程实际应用能力，选择新疆喀什地区某县局部12节点电网实际运行数据为实践教学项目开发的原始数据。电网接线如图1所示。根据图1中给出的电网的母线、变压器及输电线路的基本数据在PSASP7.12单线图程序中绘制单线图，并按电网数据录入原始数据。电网局部单线图如图2所示。

3  实践教学项目

3.1  潮流计算项目

潮流计算可以检验设计运行人员提出的电力系统规划运行方案的可行性。通过潮流计算，可以预知各种负荷变化和网络结构的改变会不会危及系统的安全；系统中所有母线的电压是否在允许的范围以内；系统中各种元件（线路、变压器等）是否会出现过负荷；待求的运行状态参量（包括电网各母线节点的电压幅值和相角）；各支路的功率分布、网络的功率损耗等。采用Newton（Power Equation）（牛顿—拉夫逊法）进行潮流计算，使学生熟练掌握潮流计算步骤，理解功率分布及功率损耗的计算以及数据修改回存。计算步骤如下。

第一步：从编辑模式进入运行模式，检查数据。

第二步：方案定义，可按最大、最小及常规运行方案定义，本次以常规运行方案定义。

第三步：潮流计算作业定义。

第四步：执行“潮流”，刷新、编辑、计算。

第五步：结果输出，选择输出结果信息，可采用图形导出、文本及报表输出结果。

图形导出潮流计算结果如图3所示，文本形式部分输出潮流计算结果如图4所示。

3.2  地理位置接线图绘制项目

PSASP软件地理位置接线图是在电网地理位置图及潮流计算结果基础上的一种直观显示计算结果的方式，有自动绘制厂站各电压等级及合并厂站功能，可在一个工程任务下绘制多套不同级别的图，有助于用户查找发现母线电压越限、输电线路过载、厂站之间连接的电网运行问题。通过该项目可以训练学生地理接线图的绘制并根据运行问题修改单线图和基础数据库。绘制步骤如下。

第一步：运行PSASPGEO程序，进入地理位置接线图编辑模式。

第二步：在“文件”中选取“打开工程”，新建地理接线图。

第三步：按电网接线图绘制地理接线图，可采用自动绘制提高绘制速度。

第四步：从编辑模式进入运行模式，显示计算结果。

潮流计算结果地理位置接线图如图5所示。

3.3  电力系统电压调整项目

电压是衡量电能质量的重要指标之一。电压的波动超过允许范围，对电力系统的影响很大。电压调整是电力系统稳态计算的一部分，电压的波动是由于系统中无功功率的不平衡引起的。通过潮流计算项目可以计算出各母线运行电压，其中有部分母线电压超出允许范围，偏高或偏低，需要对电压进行调整。节点电压计算公式：

式中：Vi为节点电压，VG为发电机机端电压，k1、k2分别为升压变压器和降压变压器变比，P和Q为负荷，R和X为输电线路电阻与电抗，VN为线路额定电压。电压调整措施如下[3]：

1）调节发电机励磁电流以改变发电机机端电压VG；

2）改变变压器的变比k1、k2；

3）改变功率分布P+jQ（主要是Q），使电压损耗ΔV变化；

4）改变网络参数R+jX（主要是X），改变电压损耗ΔV。

通过该项目，学生可以充分掌握调压措施，解决工程实际问题。根据潮流计算项目结果可发现，各节点母线电压均偏低，需要采取电网调整措施。在教学过程中分别采用上述四种调压措施对电力系统进行调压，让学生理解无功功率和电压调整的原理。其中调节变压器变比调压结果如图6所示。

4  结束语

在学校PSASP7.12软件平台的基础上，以新疆某地区实际电网结构为运行基础数据，开发电力系统潮流计算、地理接线图绘制、电力系统电压调整等实践教学项目。

1）搭建实际电网模型，使学生熟练掌握潮流计算步骤、理解功率分布及功率损耗的计算以及数据修改回存，熟练掌握图形导出、文本及报表等形式的结果输出方法。

2）通过地理位置接线图绘制项目可以训练学生地理接线图的绘制并根据运行问题修改单线图及基础数据库。

3）在潮流计算项目的基础上，通过电力系统电压调整项目对电力系统进行调压，让学生理解无功功率和电压调整的原理，使学生充分掌握调压措施，解决工程实际问题。

学生可以通过三个实践教学项目提升能力本位，掌握电力系统分析计算及优化的基本理论，熟练掌握PSASP软件的应用。

参考文献

[1] 王彦文，范泽宇，耿瑞，等.基于PSASP的电力系统潮流计算虚拟仿真实验[J].中国现代教育装备，2021（21）：15-18.

[2] 中国电力科学研究院.电力系统分析综合程序用户手册[M].北京：中国电力科学研究院，2010：1-7.

[3] 李庚银.电力系统分析基础[M].北京：机械工业出版社，2011.

*基金项目：新疆维吾尔自治区自然科学基金资助项目“新疆沙尘极端天气下并网光伏电站功率预测模型研究”（项目编号：2020D01B18）。

作者：张慧娥，新疆工程学院能源工程学院，讲师，主要研究方向为电力系统优化与控制技术；朱婷婷，新疆工程学院能源工程学院，副教授，主要研究方向为电气工程与智能控制；刘光辉，新疆工程学院能源工程学院，副教授，主要研究方向为电气工程（830047）；白彩清，内蒙古超高压供电局，工程师，主要研究方向为变电站运行（010000）。