智　李　王利軍　任喬林　熊　煒

(1. 三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院， 湖北 宜昌　443002； 2. 國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司 孝感供電公司， 湖北 孝感　432000)

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基于PSASP的電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算數(shù)據(jù)接口研究

智李1王利軍2任喬林2熊煒1

(1. 三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院， 湖北 宜昌443002； 2. 國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司 孝感供電公司， 湖北 孝感432000)

摘要：隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷建設(shè)和發(fā)展，系統(tǒng)的日益復(fù)雜，安全穩(wěn)定運(yùn)行問題成為電力系統(tǒng)運(yùn)行中至關(guān)重要的內(nèi)容，而暫態(tài)穩(wěn)定又是穩(wěn)定分析中的重中之中．PSASP作為電力部門規(guī)劃、調(diào)度和運(yùn)行人員常用的計(jì)算仿真分析軟件，它為運(yùn)行方式的校核和確定以及故障分析計(jì)算提供了重要依據(jù)．通過分析其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和軟件計(jì)算流程，對(duì)數(shù)據(jù)接口進(jìn)行分析研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)PSASP功能模塊的靈活調(diào)用，用Fortran語言實(shí)現(xiàn)在線N-1故障掃描，使電力系統(tǒng)暫穩(wěn)計(jì)算更加方便與迅速．

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；暫態(tài)穩(wěn)定；N-1故障掃描；PSASP

隨著電網(wǎng)互聯(lián)程度的加深，電力系統(tǒng)對(duì)安全穩(wěn)定控制提出了更高的要求．利用PSASP進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，需要繁瑣的數(shù)據(jù)錄入和修改，無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的循環(huán)計(jì)算．對(duì)其數(shù)據(jù)接口進(jìn)行開發(fā)和利用，可以提高暫穩(wěn)計(jì)算的靈活性和便捷性[1-2]．N-1準(zhǔn)則是對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)非常有效的手段，電網(wǎng)規(guī)劃人員用此準(zhǔn)則可以對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行方式進(jìn)行確定和校核，而且隨著電網(wǎng)的日益發(fā)展，如果存在結(jié)構(gòu)方面的不足，可以通過此準(zhǔn)則進(jìn)行校驗(yàn)，提出一些改進(jìn)措施，彌補(bǔ)電網(wǎng)的不足，提高其抗擾動(dòng)能力，使電網(wǎng)的可靠性和安全性進(jìn)行有效統(tǒng)一[3]．利用開發(fā)的數(shù)據(jù)接口對(duì)龐大的電力網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行N-1故障掃描計(jì)算，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定提出相應(yīng)的預(yù)控措施．

1基于PSASP的電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算不足與改進(jìn)

電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算是為了確定系統(tǒng)受到大干擾后，系統(tǒng)各發(fā)電機(jī)組是否具備維持同步運(yùn)行的能力，分析影響電力系統(tǒng)暫穩(wěn)的因素，在此基礎(chǔ)上提出暫穩(wěn)措施[4-6]．當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行或研究人員在進(jìn)行穩(wěn)定分析時(shí)，用得比較多的是時(shí)域仿真法，PSASP軟件中的暫穩(wěn)計(jì)算模塊采用的是隱式梯形積分法，用此進(jìn)行穩(wěn)定分析計(jì)算時(shí)，無法給出定量穩(wěn)定裕度，有時(shí)還無法達(dá)到系統(tǒng)全面的分析效果，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)的研究開發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)故障的自動(dòng)連續(xù)仿真計(jì)算，這樣可以提高分析效率，給電網(wǎng)運(yùn)行與調(diào)度人員帶來很大便利，在其分析計(jì)算過程中，自動(dòng)找出使系統(tǒng)發(fā)生暫態(tài)不穩(wěn)定的線路[7-9]．

對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定分析，而不是憑經(jīng)驗(yàn)對(duì)認(rèn)為電網(wǎng)比較薄弱區(qū)域的線路進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算分析，便于對(duì)整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定狀況做出比較客觀正確的評(píng)價(jià)，為運(yùn)行和調(diào)度人員提供相對(duì)完整的參考信息，便于對(duì)整個(gè)電網(wǎng)進(jìn)行宏觀上的正確把控．而且要采用對(duì)全網(wǎng)某一類型所有的電氣元件都適用的故障形式，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定采取統(tǒng)一判據(jù)，對(duì)于同一種故障形式，采用統(tǒng)一的功角判據(jù)或者電壓判據(jù)[10-11]．

2數(shù)據(jù)接口研究

2.1PSASP軟件數(shù)據(jù)的深度挖掘

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)其功能模塊的成功調(diào)用，首先需要對(duì)軟件的結(jié)構(gòu)和程序運(yùn)行流程有個(gè)清晰而深入的了解[12]．在PSASP6.2軟件安裝文件夾下有個(gè)WPSASP文件夾，在該文件夾下有很多功能模塊的可執(zhí)行文件，而且還有一些數(shù)據(jù)表，PSASP軟件中的各個(gè)計(jì)算模塊都是獨(dú)立的，可以被單獨(dú)調(diào)用，PSASP各功能模塊的名稱及作用見表1．

表1　功能模塊表

2.2PSASP軟件運(yùn)行流程

通過對(duì)PSASP各功能模塊及數(shù)據(jù)的深度挖掘，得知該軟件在進(jìn)行仿真運(yùn)算前會(huì)從WPSASP文件夾下的數(shù)據(jù)表OPDIR.DBF中獲取算例路徑，從算例文件夾里面的*DBC數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取數(shù)據(jù)，然后再進(jìn)行仿真計(jì)算．該運(yùn)行流程如圖1所示．

圖1　PSASP運(yùn)行流程

2.3基于該接口的潮流計(jì)算實(shí)現(xiàn)思路與流程

在數(shù)學(xué)上，潮流計(jì)算的本質(zhì)可歸結(jié)為求解非線性方程組，數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)寫為：

(1)

式(1)為一非線性方程組，其中：F=(f1，f2，…，fn)T為平衡方程式；X=(x1，x2，…，xn)T為待求的各節(jié)點(diǎn)電壓．

本文利用PSASP6.2進(jìn)行潮流計(jì)算采用牛頓迭代法(功率式)，基于節(jié)點(diǎn)功率平衡方程式，應(yīng)用牛頓法形成修正方程，求每次迭代的修正量，收斂性很好．利用PSASP6.2對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行潮流計(jì)算時(shí)，首先需要對(duì)系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置，又稱為數(shù)據(jù)錄入和編輯，以此來確定電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和規(guī)模．

圖2　基礎(chǔ)方案及數(shù)據(jù)組

由此便確定了所準(zhǔn)備計(jì)算的基礎(chǔ)電網(wǎng)模型．然后第二步要進(jìn)行作業(yè)的定義，一個(gè)潮流計(jì)算作業(yè)的構(gòu)成如圖3所示．

圖3　潮流作業(yè)構(gòu)成圖

作業(yè)的定義需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，特別是隨著互聯(lián)電力系統(tǒng)規(guī)模的增長(zhǎng)以及電網(wǎng)的日益復(fù)雜，這對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行與調(diào)度人員提出了更大的挑戰(zhàn)，通過對(duì)數(shù)據(jù)的深度挖掘，用Fortran語言來實(shí)現(xiàn)對(duì)PSASP軟件模塊的靈活調(diào)用．將為電網(wǎng)的規(guī)劃和調(diào)度人員提供極大的便利．思路框圖如圖4所示．

圖4　軟件接口二次開發(fā)的大體框圖

圖5　PSASP暫穩(wěn)計(jì)算流程

2.4基于該接口的暫穩(wěn)計(jì)算實(shí)現(xiàn)思路與流程

在進(jìn)行暫穩(wěn)計(jì)算前，也要進(jìn)行作業(yè)的定義．暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算作業(yè)的構(gòu)成如圖6所示．

圖6　暫穩(wěn)作業(yè)定義結(jié)構(gòu)

電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定分析是電網(wǎng)分析計(jì)算的一個(gè)至關(guān)重要的內(nèi)容[13-14]．雖然利用PSASP進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算給電網(wǎng)帶來了很多便利，但暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算首先要進(jìn)行作業(yè)的定義，需要耗費(fèi)大量時(shí)間，根據(jù)以上介紹的暫態(tài)穩(wěn)定的計(jì)算功能，比如對(duì)一個(gè)1000節(jié)點(diǎn)的電力系統(tǒng)進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定分析，如果規(guī)劃人員要對(duì)其運(yùn)行方式進(jìn)行穩(wěn)定校核，那么僅僅在線路故障設(shè)置上，就要進(jìn)行1000次的線路故障設(shè)置，這個(gè)工作是非常耗時(shí)和繁瑣的．通過對(duì)PSASP數(shù)據(jù)文件的分析和計(jì)算流程的研究，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)文件的自由讀寫；對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算模塊進(jìn)行調(diào)用，可以自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)對(duì)所有線路進(jìn)行故障計(jì)算．這樣就大大節(jié)約了計(jì)算時(shí)間，為規(guī)劃和運(yùn)行人員提供便利．大體思路框圖如圖7所示．

圖7　暫穩(wěn)接口開發(fā)的大體框圖

3在線N-1掃描的暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算

3.1潮流計(jì)算所需數(shù)據(jù)文件的獲取

利用PSASP對(duì)大量算例進(jìn)行安全穩(wěn)定分析后，發(fā)現(xiàn)在TEMP暫存文件夾下有許多文件，且無規(guī)律可言，可用記事本打開．如圖8所示．

圖8　數(shù)據(jù)文件LF.L0截圖

以上截圖無法得到有用的信息，看上去是雜亂無序的，無從著手．通過對(duì)PSASP的潮流和暫穩(wěn)計(jì)算及運(yùn)行流程的詳細(xì)分析，及EPRI-36節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的深入了解，對(duì)于組成系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)(發(fā)電機(jī)，母線，變壓器，交流線等)是很熟知的．經(jīng)過反復(fù)計(jì)算，驗(yàn)證分析和對(duì)比，得到了所需要的數(shù)據(jù)文件，包括以LF.L*和LF.LP*命名的文件，有6個(gè)潮流數(shù)據(jù)文件和5個(gè)潮流結(jié)果文件，僅僅找出所需的數(shù)據(jù)文件是不夠的，而且要清楚地知道每個(gè)數(shù)據(jù)文件里各個(gè)參數(shù)所代表的意義，這樣才能在進(jìn)行N-1故障掃描時(shí)靈活地按需求修改數(shù)據(jù)，達(dá)到實(shí)踐應(yīng)用的目的．本文并沒有將每個(gè)文件里的參數(shù)所代表的意義全部列出，只詳細(xì)列出了LP.L0文件參數(shù)所代表的含義，表2給出了每個(gè)參數(shù)所代表的意義．正確確定數(shù)據(jù)文件的參數(shù)含義，是實(shí)現(xiàn)N-1故障掃描的關(guān)鍵，從而才能正確實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的靈活自由修改．

表2　系統(tǒng)基本參數(shù)文件LF.L0

表2詳細(xì)列出了數(shù)據(jù)文件LF.L0中各參數(shù)的含義，以EPRI-36節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例，說明該系統(tǒng)中共有36條母線，其中交流線為32條，共有8臺(tái)發(fā)電機(jī)等一系列基本參數(shù)．系統(tǒng)基準(zhǔn)容量為100 MV·A，設(shè)置的電壓上限為1.15 p.u，下限為0.95 p.u，系統(tǒng)進(jìn)行潮流計(jì)算時(shí)，迭代次數(shù)上限為50次．

3.2暫穩(wěn)計(jì)算所需數(shù)據(jù)文件的獲取

N-1故障掃描的另一關(guān)鍵點(diǎn)在于暫穩(wěn)數(shù)據(jù)的獲取，因?yàn)闀悍€(wěn)計(jì)算是在潮流計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，所以潮流數(shù)據(jù)文件和潮流結(jié)果文件的得到是暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算實(shí)現(xiàn)的前提條件，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析得到暫穩(wěn)數(shù)據(jù)文件(見表3)．

表3　暫穩(wěn)數(shù)據(jù)文件

3.3基于Fortran編程的N-1故障掃描的實(shí)現(xiàn)

本文使用的編譯器是Visual Fortran6.6版本，在潮流和暫穩(wěn)數(shù)據(jù)文件獲取的基礎(chǔ)上通過編程實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)文件的讀寫和更改，并對(duì)PSASP的暫穩(wěn)計(jì)算模塊進(jìn)行靈活調(diào)用，實(shí)現(xiàn)N-1故障掃描，流程框圖如圖9所示．

圖9　基于Fortran編程的潮流計(jì)算流程圖

利用Fortran編程實(shí)現(xiàn)對(duì)潮流模塊的調(diào)用，程序關(guān)鍵點(diǎn)說明：

1)找到PSASP潮流計(jì)算模塊是wmlf.exe文件．

2)需要建立一個(gè)工程文件夾，將wmlf.exe文件和Ifordll.dll文件拷至此文件夾下，注意Ifordll.dll文件非常重要，如果沒有此文件，則調(diào)用無法成功．

3)將潮流所需的數(shù)據(jù)文件拷至此文件夾下．注意文件缺一不可，如果缺少任何一個(gè)文件，調(diào)用同樣無法成功．Fortran編程所在的工程路徑也必須和此路徑一致，否則無法調(diào)用成功．

4)利用Fortran里的“result=systemqq”語句實(shí)現(xiàn)對(duì)外部可執(zhí)行文件的調(diào)用．

圖10　基于Fortran編程的暫穩(wěn)計(jì)算流程圖

利用Fortran編程實(shí)現(xiàn)對(duì)暫穩(wěn)模塊的調(diào)用，程序關(guān)鍵點(diǎn)說明：

1)找到PSASP潮流計(jì)算模塊是wmud.exe文件．

2)需要建立一個(gè)工程文件夾，將wmud.exe文件和Ifordll.dll文件拷至此文件夾下，注意Ifordll.dll文件非常重要，如果沒有此文件，則調(diào)用無法成功．

3)將潮流所需的數(shù)據(jù)文件和暫穩(wěn)所需的數(shù)據(jù)文件同樣拷至此文件夾下．注意文件缺一不可，如果缺少任何一個(gè)文件，無法成功實(shí)現(xiàn)調(diào)用．Fortran編程所在的工程路徑也必須和此路徑一致，否則同樣無法調(diào)用成功．

4)利用Fortran里的“result=systemqq”語句實(shí)現(xiàn)對(duì)外部可執(zhí)行文件的調(diào)用．

4結(jié)語

本文是在電力系統(tǒng)綜合程序PSASP的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，實(shí)現(xiàn)了對(duì)PSASP計(jì)算模塊的靈活調(diào)用，并對(duì)其數(shù)據(jù)文件進(jìn)行了深度挖掘，實(shí)現(xiàn)了對(duì)文件的自由讀寫和修改．用Fortran語言實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)N-1故障掃描，可以將此應(yīng)用于電網(wǎng)的N-1運(yùn)行方式的安全穩(wěn)定校核．而且在N-1故障掃描的基礎(chǔ)上，篩選出使系統(tǒng)處于危險(xiǎn)的線路，并采取相應(yīng)的預(yù)控措施，使系統(tǒng)由暫態(tài)不穩(wěn)定運(yùn)行于暫態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)，保障電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行[15-16]．

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[責(zé)任編輯張莉]

收稿日期：2015-10-10

基金項(xiàng)目：國(guó)家863高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(2012AA050207)；三峽大學(xué)人才科研啟動(dòng)項(xiàng)目(KJ2014B011)；三峽大學(xué)科研項(xiàng)目(SDHZ2015258，SDHZ2015195)；湖北省微電網(wǎng)工程技術(shù)研究中心開放基金(2015KDW10)

通信作者：智李(1983-)，女，助教，碩士，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)運(yùn)行與控制．E-mail：zhiwanzhili@126.com

DOI：10.13393/j.cnki.issn.1672-948X.2016.01.014

中圖分類號(hào)：TM744+.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-948X(2016)01-0066-05

Date Interface Research of Power System Transient Stability Calculation Based on PSASP

Zhi Li1Wang Lijun2Ren Qiaolin2Xiong Wei1

(1. College of Electrical Engineering & Renewable Energy, China Three Gorges Univ., Yichang 443002, China； 2. Xiaogan Electric Company of State Grid Hubei Electric Power Company, Xiaogan 432000, China)

AbstractWith the continuous construction and the development of power grid scale, the increasingly complex of the system, the safe and stable problems become as a important content of the power system. PSASP is used as computing simulation analysis software by the departments of planning, scheduling and operation. The method provides important basis for fault analysis to the method mode. By anglicizing of the data structure and the software calculation process of it, the data interface is analyzed and researched, so as to realize the function of PSASP flexible call module. And using Fortran language to realize online N-1 fault scanning, the power system transient stability computation is made more conveniently.

Keywordspower system;transient stability;N-1 fault scanning;PSASP