一种基于工程应用的PSS/E电力系统等值方法

摘要

本发明涉及一种基于工程应用的PSS/E电力系统等值方法，该方法包括依次进行的稳态等值和动态等值。首先对原有的等值功能进行优化，使稳态等值结果更符合实际电网的参数和实际工程的需要。在稳态等值中，根据研究重点选择网络中需要保留的节点。基于稳态等值，进行动态数据等值。首先确定等值发电机的类型，并通过加权平均的方法计算各等值发电机的电气参数，然后进行短路电流计算确定等值发电机的额定容量。通过选取网络中短路电流贡献最大的发电机控制参数作为等值发电机的初始控制参数，最后基于经验法对等值发电机的控制参数进行手动微调，从而完成整套网络数据的等效化简。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力系统仿真分析的等值计算方法，具体涉及一种基于工程应用的 PSS/E电力系统等值方法。

背景技术

电力系统仿真分析是研究电力系统暂态特性的重要方法之一。根据研究角度的不同，电 力系统的仿真时间及步长也不同，可以分为电磁暂态仿真、机电暂态仿真和中长期动态仿真。 其中电磁暂态仿真精度最高，但仿真步长小，计算量大。特别是由于系统的需要，实时仿真 技术不断发展、RT-LAB、RTDS等一批基于电磁暂态仿真软件的实时仿真工具应用越来越广。 在进行实时计算时，对数据量有较大的要求，而交流电网庞大的数据量对计算机的机时、内 存、数据准备等是一个较大的考验。

实际情况下，分析大规模电力系统动态行为时，往往也只是对其中某一部分区域感兴趣， 该部分区域需要详细描述以准确反映系统的动态行为，而对其余部分区域，研究只考虑其对 内部系统的影响，本身不必详细描述，可进行降阶简化，该部分即是我们进行等值的部分。

目前，国际上PSS/E应用广泛，仿真结果备受欧美等国家认可。世界上有100多个国家 使用该软件，国内的用户也逐渐增多。现有的PSS/E具有稳态等值功能，但该功能的原理只 是简单的网络化简，等值后的数据会与电网实际情况不符。例如：等值后会在连接内外部系 统节点间引入等值的阻抗支路，有些支路会出现负阻抗，或者发电机的有功出力为负等等。 这些都不符合电网实际情况，更不适合在工程上应用，故需要开发出一套行之有效的等值程 序，对PSS/E原有等值后的数据进行重新处理，保证等值前后系统特性不变，模型规模变小。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于工程应用的PSS/E电力系统等值方 法，该方法对PSS/E等值程序进行了优化，解决了PSS/E等值程序不能处理直流系统及无功 补偿装置的缺点，同时消除了不合理的参数，使系统数据更加合理。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种基于工程应用的PSS/E电力系统等值方法，其改进之处在于，所述方法 包括依次进行的稳态等值和动态等值。

进一步地，在进行稳态等值之前对电力系统原始数据进行处理，包括：

(1)根据电网特性、动态等值研究的对象以及等值后电网仿真研究目标的不同，选择要 保留的母线节点，将其等效成至少两个小电网；

(2)确定保留的母线节点后，进行电力系统稳态等值计算。

进一步地，所述稳态等值包括下述步骤：

1)在电力系统仿真程序PSS/E中加载原始潮流数据；(原始潮流数据包括电压数据、电 流数据、频率数据以及功率数据等)。

2)把可投切电容器转化成固定电容器；

3)确定保留的母线节点后，调用电力系统仿真程序PSS/E的等值指令进行网络化简；

4)把等值后阻抗值为负的线路转换成阻抗值为正的线路；移除高阻抗或低功率的线路； 等值后线路无充电电容，增加波阻抗在等值线路上，模拟电力系统线路原有的电磁特性；调 整负荷及电容器组，把负的有功负荷转换成发电机的有功出力；

5)把发电机处负的有功负荷转换成发电机的有功出力，从全网数据中计算出等值发电机 的额定容量和等效参数；

6)根据原始电力系统发电机的平均利用系数及功率因数，修正等值发电机的额定容量及 无功出力；

7)根据原始电力系统负荷的功率因数，将等值后的负荷按原有电网的负荷特性拆分，把 有功无功负荷拆分成有功无功负荷和电容器组的组合；

8)等值后的发电机直接连接在等值节点上，为等值发电机填加变压器和线路；同时将直 接连接在等值节点上的高压负荷转移到低压母线上；

9)等值网络的潮流结果输出。

进一步地，进行步骤1)-步骤9)时满足原始电网的短路电流水平及电压，最大公差不 超过15％，维持在10％以内。

进一步地，所述动态等值包括下述步骤：

①确定等值发电机类型：首先，通过加权平均确定每台等值发电机的电气参数和额定容 量；其次，计算等值区域内各发电机对保留等值发电机节点短路电流的贡献，选择对保留等 值发电机节点短路电流贡献最大的发电机，根据此发电机的控制系统确定等值发电机的控制 系统，包括励磁器、调速器和稳定器；

当同一台发电机对多个等值发电机节点的短路电流贡献均最大时，选取短路电流贡献率 最大的等值发电机节点，其他的等值发电机也依据此原则选取；

②确定等值发电机控制参数：根据稳态等值后确定的等值发电机类型，选取网络中相应 发电机的控制参数作为等值后该类型发电机的控制参数；如果同种类型发电机多，则选取对 等值点短路电流贡献最大的发电机的控制参数；

③调节发电机控制参数：通过比较简化后电网与实际电网在最严重故障下的动态响应曲 线，包括母线电压的波动曲线、发电机功角变化曲线及母线频率偏移曲线；手动调整等值发 电机的控制参数，包括调节弱化励磁系统调压能力和调整原动机及调速器调频能力；

④当动态响应曲线对比满足误差要求，即用等值前后动态曲线各点绝对误差的均方根与 等值前各点的均方根相比，设定相对均方根误差指标为10％，等值结束。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

1、本发明提供的方法对PSS/E等值程序进行了优化，解决了PSS/E等值程序不能处理直 流系统及无功补偿装置的缺点，同时消除了不合理的参数，使电力系统数据更加合理。

2、本发明提供的方法提供一种基于工程应用的PSS/E交直流混联大电网的等值方法，只 保留关心的网络及节点，大大的降低了等值系统的状态量和微分方程数目，用对等值系统代 替原系统，这样就能节省资源，有效的对大规模的电力系统进行电磁仿真及实时仿真的计算。

3、本发明提供的方法将大量需要进行人工参数计算的过程通过嵌入PSS/E的IPLAN语 言程序自动来完成，极大地节省大规模电力系统等值计算的时间，显著地提高了等值计算的 效率。

附图说明

图1是本发明提供的稳态等值流程图；

图2是本发明提供的电网需要保留的节点示意图；

图3是本发明提供的等值后系统接线图；

图4是本发明提供的母线频率偏移曲线图；

图5是本发明提供的母线电压偏移曲线图；

图6是本发明提供的基于工程应用的PSS/E电力系统等值方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明提供的基于工程应用的PSS/E电力系统等值方法流程图如图6所示，基于PSS/E 进行常规仿真计算，数据主要分为潮流数据和动态数据两部分，包括对这两部分数据的等值 方法，在稳态数据等值的基础上，进行动态数据等值。

稳态数据等值方法：通常，作为准则，将一个大电网简化为若干个小电网将会比直接简 化成一个电网更加准确，PSS/E等值功能就是采取这种方式。首先根据电网特性、动态等值 研究的对象以及等值后电网仿真研究目标的不同，选择要保留的母线节点，将其等效成多个 小电网。电网需要保留的节点示意图如图2所示，对于重点研究区域，系统中500KV及以上 电压的主干网架及发电机要详细模拟，对与远离研究区域的电网，通常保留部分高压节点， 并根据电网中电源的分布情况，确定等值发电机的位置。

确定好保留的节点后，就要调用IPALN程序进行系统等值计算。由于PSS/E的等值功能 会自动的保留解锁的直流换流站节点，运行的FACT(例如SVC或者STATCOM)装置两端 节点，还有连接到正在运行的FACTS装置的节点。当这些节点在等值计算中不需要保留时， 就要在等值程序进行之前对数据进行修改，已方便等值功能可以删除掉这些节点。修改方法 是将直流线路和FACTS装置闭锁，直流线路和FRCTS的功率转移到负荷。固定节点的电导 也需要转移到负荷。另外等值功能也会自动保留平衡节点，所以在等值计算前也需要对其进 行处理。

在对原始数据进行加工整理后，稳态等值程序步骤如下，其流程图如图1所示：

1)在电力系统仿真程序PSS/E中加载原始潮流数据；(原始潮流数据包括电压数据、电 流数据、频率数据以及功率数据等)2)把可投切电容器转化成固定电容器；

3)确定保留的母线节点后，调用电力系统仿真程序PSS/E的等值指令进行网络化简；

4)把等值后阻抗值为负的线路转换成阻抗值为正的线路；移除高阻抗或低功率的线路； 等值后线路无充电电容，增加波阻抗(Zsurge/_T)在等值线路上，模拟电力系统线路原有的 电磁特性；调整负荷及电容器组，把负的有功负荷转换成发电机的有功出力；

5)归整化简，包括把发电机处负的有功负荷转换成发电机的有功出力；

6)根据原始电力系统发电机的平均利用系数及功率因数，修正等值发电机的额定容量及 无功出力；

7)根据原始电力系统负荷的功率因数，将等值后的负荷按原有电网的负荷特性拆分，把 有功无功负荷拆分成有功无功负荷和电容器组的组合；

8)等值后的发电机直接连接在等值节点上，为等值发电机填加变压器和线路；同时将直 接连接在等值节点上的高压负荷转移到低压母线上；

9)等值网络的潮流结果输出。

应用PSS/E中程序进行系统简化的每一步，都会自动的保留结果数据文件，方便对等值 发电机的支路数据及平衡节点的电压进行校对，以满足原始电网的短路电流水平及电压，最 大公差不得超过15％，通常会维持在10％以内。

基于稳态等值后，进行动态等值：

①确定等值发电机类型：首先，通过加权平均确定每台等值发电机的电气参数和额定容 量；其次，计算等值区域内各发电机对保留等值发电机节点短路电流的贡献，选择对保留等 值发电机节点短路电流贡献最大的发电机，根据此发电机的控制系统确定等值发电机的控制 系统，包括励磁器、调速器和稳定器；

当同一台发电机对多个等值发电机节点的短路电流贡献均最大时，选取短路电流贡献率 最大的等值发电机节点，其他的等值发电机也依据此原则选取；

②确定等值发电机控制参数：根据稳态等值后确定的等值发电机类型，选取网络中相应 发电机的控制参数作为等值后该类型发电机的控制参数；如果同种类型发电机多，则选取对 等值点短路电流贡献最大的发电机的控制参数；

③调节发电机控制参数：通过比较简化后电网与实际电网在最严重故障下的动态响应曲 线，包括母线电压的波动曲线、发电机功角变化曲线及母线频率偏移曲线；手动调整等值发 电机的控制参数，包括调节弱化励磁系统调压能力和调整原动机及调速器调频能力；

④当动态响应曲线对比满足误差要求，即用等值前后动态曲线各点绝对误差的均方根与 等值前各点的均方根相比，设定相对均方根误差指标为10％，等值结束。

等值简化电网代替原电网进行电磁暂态仿真和实时仿真研究，分析系统的动态响应性能， 减少了数据量，提高了计算速度，达到了实时仿真的要求。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照 上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本 发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等 同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。