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第30卷第3期2011年3月实验室研究与探索RESEARCHANDEXPLORATIONINLABORATORYVol30No3Mar2011·高职高专院校实验室·基于PSASP/UPI的电网暂态稳定分析周晓峰1王艳玲121威海职业学院机电系山东威海2642102山东大学电气工程学院山东济南250061摘要介绍了电力系统暂态稳定性的基本概念以及电力系统综合程序PSASP的基本内容提出了一种将发电机励磁调节器和电力系统分析综合程序用户程序接口PSASP/UPI相结合快速实现电力系统暂态稳定仿真的方法。
用FORTRAN语言编写励磁调节器的用户程序UP通过接口传递数据使PSASP/UPI环境下的暂态稳定仿真模块和该用户程序交替求解准确模拟系统发生故障后发电机功角随时间的变化以判断系统的暂态稳定性。
通过实例验证该仿真方法实现了PSASP功能的扩充可以有效应用于实际系统暂态稳定分析且易于程序实现。
关键词暂态稳定PSASP/UPI励磁调节器FORTRAN中图分类号TM7文献标识码A文章编号100679104StudyofPowerSystemTransientStabilitySimulationBasedonPSASP/UPIZHOUXiao-feng1WANGYan-ling121ElectricEngineeringDepartmentWeihaiVocationalCollegeWeihai264200China2SchoolofElectricEngineeringShandongUniversityJinan250061ChinaAbstractThispaperdescribedtheconceptofpowersystemstabilityandthecontentofpowersystemanalysissoftwarepackagePSASPAfastmethodofgettingtransientstabilitysimulationwaspresentedcombininganexcitationregulatormodelwiththepowersystemanalysissoftwarepackageanduserprograminterfacePSASP/UPITheuserprogramUPofexcitationregulatormodelwhichiscomposedbyFORTRANlanguagethencanbecarriedoutwithtransientstabilitycalculationbyturnsonPSASP/UPIthroughtheinterfacetransmittingdataSothechangesofthegeneratoranglewithtimecanbesimulatedaccuratelyTheexampleEPRI-7powersystemverifiesthatthemethodcanbeusedtoanalyzepracticalpowersystemtransientstabilityandeasytobeprogrammedKeywordstransientstabilityPSASP/UPIexcitationregulatorFORTRAN收稿日期20100802作者简介周晓峰1977男山东威海人硕士讲师研究方向机电一体化。
TelE-mailfunnywyl126com0引言电力系统暂态稳定是指电力系统受到大干扰后各同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力1-2。
通常所考虑的扰动包括发生短路故障、负荷瞬间发生较大的突变、切除大容量的发电、输电或变电设备等。
为了保证电力系统的安全性在系统规划、设计和运行过程中都需要进行暂态稳定计算分析。
因此如何准确直观地对电力系统暂态稳定进行仿真研究成为一个至关重要的课题。
电力系统综合程序PowerSystemAnalysisSoftwarePackagePSASP是中国电力科学研究院开发的一套功能强大的电力系统分析程序是目前电力行业广泛应用的计算分析软件可进行电力系统的各种计算分析具有运行稳定、运算结果准确、使用方便、界面友好等优点3-4。
除此之外PSASP还具有高度的开放性提供了用户自定义UD和用户程序接口UPI的功能其中用户程序接口为用户提供了自由、开放的环境可通过编程利用PSASP的资源和实现PSASP功能的扩充5。
PSASP拥有各种电力系统元件的数学模型便于电力系统暂态稳定仿真时调用其中励磁系统模型对暂态稳定仿真有很大的影响鉴于励磁系统控制方式的多样性控制参数值的多元性以及PSASP固有励磁模型实验室研究与探索第30卷的局限性6本文采用FORTRAN语言编写励磁系统用户程序通过该用户程序来描述特定励磁系统的动态特性再由接口传递数据实现该励磁系统模型下基于PSASP的暂态稳定可视化仿真分析。
通过EPRI-7节点算例验证了本文所建仿真模型的有效性。
1用户程序和PSASP暂态稳定仿真接口原理11接口原理暂态稳定计算的数学模型可以归结为以下3个部分7-81电网的数学模型。
即网络线性方程XFXYU1式中Ff1f2…fnT为网络方程Xx1x2…xn为网络方程求解变量。
2发电机、负荷等一次设备和二次自动装备的数学模型。
即微分方程YGXYU2式中Gg1g2…gmT为微分方程组Yy1y2…yn为微分方程求解的变量。
3扰动方式和稳定措施的模拟。
如电网的简单故障、复杂故障、冲击负荷、快关汽门、切机、切负荷、切线路等。
这些因素的作用结果是改变XY。
设用户程序的数学模型如下UHXYU3式中Hh1h2…hlT为用户程序方程组Uu1u2…ulT为用户程序方程求解变量。
在暂态稳定ST计算中采用分步积分法求解微分方程。
设积分步长为Δt每一时段t需要根据Xt、Yt、Ut求出Xt1、Yt1自然也要求用户程序UP根据Xt、Yt、Ut求出Ut1。
因此ST和UP之间每一时段交替求解一次如图1所示。
图1ST与UP的交替求解12ST与UP的接口误差及解决方法在ST计算中微分方程的求解采用梯形隐式积分法网络方程采用三角分解法和迭代相结合的方法以保证计算的快速。
将两者迭代过程结合在一起交替进行从而导致微分方程和网络方程之间存在交接误差如下式所示Yn1GXn1Yn1Un4Xn1FXn1Yn1Un5此时再转入UP计算即Un1HXn1Yn1Un16可见ST计算中的式4、5和式6存在交接误差。
为此可采用式4、5和式6之间再迭代的方法来消除交接误差其迭代次数可由用户控制一般再迭代1次即每1时段执行UP2次即可达到比较满意的效果。
13暂态稳定用户程序开发的要求作为和PSASP暂态稳定联合运行的用户程序它的开发自然应该保持与暂态稳定计算方法和过程协调一致为此双方ST和UP应该有一共同遵守的约定。
根据约定开发用户程序也根据约定准备用户程序的数据和处理用户程序的计算结果。
该约定包括用户程序输入信息文件UPF1的内容和格式用户程序输出信息文件UPF2的内容和格式用户程序变量打印文件UPF3的内容和格式。
另外作为PSASP暂态稳定联合运行的用户程序它的开发应该同ST的计算方法和过程保持一致。
为此对用户程序要求如下①UP需要计算微分方程初值②UP需根据ST的积分步长完成一个时段积分计算③UP需要设置存放微分方程上一时段变量的文件。
2IEEE-1型励磁调节器用户程序开发本文所用到的用户程序为IEEE-1型励磁调节器该励磁调节器由量测环节r、放大环节a、励磁机e和反馈环节f4部分组成其模型框图如图2所示。
图2IEEE-1型励磁调节器描述该励磁系统用户程序的信息变量主要有41用户程序的输入信息。
指UP需要从PSASP暂态稳定程序中获取的量见表1。
表1UP的输入变量序号变量解释1VTVt发电机母线电压2VT0Vt0发电机母线电压初值3VSVsPPS输出4EFD0Efd0发电机励磁电压初值291第3期周晓峰等PSASP/UPI的电网暂态稳定分析2UP的输出信息。
指UP需要作用于PSASP暂态稳定计算或有待于暂态稳定处理的量见表2。
表2UP的输出变量序号变量解释1EFDEfd发电机励磁电压3UP的打印信息。
指UP指定的输出打印量PSASP暂态稳定程序可将其加工成报表或曲线见表3。
表3UP的打印变量齐序号变量解释1VT发电机母线电压1VR量测环节输出量1VA放大环节输出量1EFDEfd调压器输出量1VF反馈环节输出量用户程序的描述信息输入、输出和打印变量与暂态稳定对用户程序的调用信息相结合即可实现基于PSASP的包含IEEE-1型励磁调节器用户程序的电力系统可视化仿真9-11。
定义了IEEE-1型励磁调节器的描述变量之后用FORTRAN语言编写该励磁调节器用户
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