电力科学研究院系统所电力系统分析软件BPA培训手册.docx
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电力科学研究院系统所电力系统分析软件BPA培训手册
电力科学研究院系统所电力系统分析软件
人机界面及辅助作图程序
程序培训手册
一九九九年六月
1系统所电力系统分析软件包简介
系统所目前应用于Windows95/NT平台的电力系统分析软件包主要由潮流程序、暂态稳定程序、人机界面及图形辅助计算分析程序等软件构成。
潮流及暂态稳定程序是由电力科学研究院从美国BPA（BonnevillePowerAdministration）引进的。
自从1984年以来，经过大量的消化吸收、开发创新和推广应用工作，形成了适合我国电力系统计算分析要求的中国版BPA电力系统潮流及暂态稳定分析程序。
目前的中国版BPA潮流及暂态稳定程序是在1990版BPA程序的基础上经不断的完善和开发而形成的。
使用计算机：
VAX、IBM等小型机-PC286+协处理板、工作站、PC386、486、586及奔腾系列和兼容机，目前主要以微机为主。
操作系统：
微机上有DOS及Windows95/98/NT。
近四年来，又投入大量的人力和物力自行开发、研制了软件包的图形及人机界面部分，使BPA电力系统分析程序迈上了新的台阶。
目前已经在国内生产、运行、规划、科研及大学等单位得到广泛应用。
主要工作：
增加不对称故障及复故障等计算功能。
增加新功能，如新励磁模型、机组失磁故障模拟、新的负荷模型、多轮次低周切负荷装置模拟等等。
程序推广应用
人机界面及图形辅助计算分析程序开发等。
BPA电力系统分析程序的开发和推广项目于1986年获原水利电力部科技进步二等奖、1994年获原电力工业部科技进步三等奖。
2系统所电力系统分析软件包总体概貌
Windows95/NT平台各相关程序之间的关系：
平台：
PSAP界面
潮流计算界面
稳定计算界面
数据文件编辑器界面（TextEditor）
核心程序：
中国版BPA潮流计算程序
中国版BPA暂态稳定计算程序
辅助分析程序：
单线图格式潮流图程序（Joy）
地理接线图格式潮流图程序（Clique）
稳定曲线作图工具（CurveMaker）
上述各软件相互之间的关系及相关的输入输出文件见图1（电科院系统所电力系统分析软件包总体框图）。
潮流计算界面
PFA.EXE
软件编辑器界面
TEXTEDIT.EXE
暂态稳定计算界面
SWA.EXE
PSAP界面
PSAP.EXE
潮流计算程序
PFNT.EXE
暂态稳定计算程序
SWNT.EXE
单线图格式潮流图程序
JOY.EXE
潮流数据文件
*.DAT
稳定数据文件
*.SWI
地理接线图格式潮流图程序
CLIQUE.EXE
稳定曲线作图工具程序
CURVE.EXE
*.dat
*.bse
*.pfo
*.map
*.bse
*.swi
*.out
*.cur
*.opt
*.sol
*.dat
*.map
*.scr
*.dat
*.map
*.dxt
*.cur
*.swc
数据管理软件
pwrflo.dis
swing.dis
图1系统所电力系统分析软件包总体框图
3潮流程序
3.1程序算法
潮流程序的计算方法采用P－Q分解法和牛顿－拉夫逊法相结合，以提高潮流计算的收敛性能，程序通常先采用P－Q分解法进行初始迭代，然后再转入牛顿－拉夫逊法求解潮流。
3.2程序主要功能
（1）基本功能
可进行交流系统潮流计算，也可进行包括双端和多端直流系统的交直流混合潮流计算。
（2）自动电压控制
多种类型的发电机节点电压控制。
除一般的PQ、PV及缓冲节点外，还具有发电机远方控制高压等级母线电压等多种控制节点类型。
自动投切电抗器和电容器电压控制功能。
自动带负荷调节变压器分接头电压控制功能。
（3）联络线功率控制
通过自动发电控制（AGC）功能，自动控制联络线的功率交换为给定值。
（4）系统事故分析（N-1开断模拟）
用断线补偿法快速检查指定系统中的每个元件故障后的系统运行状态，找出系统运行的薄弱环节，为电网运行、规划提供依据。
（5）网络等值
可采用REI法，对指定区域进行静态等值，能保证等值网潮流结果与原始网一致。
（6）灵敏度分析
能够按指定的扰动量，给出功角、电压灵敏度以及线路功率、线路损耗、网损等灵敏度分析报告。
（7）节点P－V、Q－V和P－Q曲线
在系统施加一定的电压、无功或有功扰动后，程序可自动给出P－V、Q－V和P－Q变化模拟曲线。
（8）确定系统极限输送水平
可方便地使系统发电机出力和负荷成比例地增加或减少，以预测网络对负荷的适应能力。
（9）负荷静特性模型
可以模拟由恒定功率、恒定电流和恒定阻抗构成的静态综合负荷模型，用来模拟电压变化对负荷的影响。
（10）灵活多样的分析报告
程序可由潮流计算结果整理出16种类型的分析和统计报告，也可由用户自己定义分析报告。
（11）详细的检错功能
程序中有900多种检错信息，表示出错的原因及性质，便于用户根据检错信息发现和纠正错误。
3.3输入、输出相关文件
*.dat潮流计算数据文件
*.bse潮流计算二进制结果文件（可用于潮流计算的输入或稳定计算）
*.pfo潮流计算结果文件
*.map供单线图格式潮流图及地理接线图格式潮流图程序使用的二进制结果文件
*.pff，*.pfd中间文件（正常计算结束后将删除）
pwrflo.dis储存一个潮流作业计算时屏幕显示的信息。
3.4程序常用控制语句
例1：
（POWERFLOW,CASEID=IEEE9,PROJECT=IEEE_9BUS_TEST_SYSTEM）
/SOL_ITER,DECOUPLED=2,NEWTON=15,OPITM=0\
./P_INPUT_LIST,ZONES=ALL\
/P_OUTPUT_LIST,ZONES=ALL\
/RPT_SORT=ZONE\
/NEW_BASE,FILE=IEEE90.BSE\
/PF_MAP,FILE=IEEE90.MAP\
/NETWORK_DATA\
……
……节点及支路数据
……
（END）
/PF_MAP,FILE=IEEE90.MAP\
WindowsNT、Windows95版潮流计算程序生成二进制IEEE90.MAP文件，供单线图格式潮流图及地理接线图格式潮流图程序使用。
3.5程序常用卡片（B卡、L卡及T卡）
B卡－记录节点数据卡
L卡－对称线路数据卡
T－变压器数据卡
介绍Textedit使用：
可以编辑、修改数据，也可以作为计算平台进行潮流计算。
潮流数据是基于卡片格式的，该软件也可以给出光标所在位置的变量名称、变量应在的列范围、数据格式等信息。
这些信息储存在PFCARD.DEF文件，如：
:
B（交流节点数据卡）
1,1,A1,CardID
2,2,A1,SubType
3,3,A1,ChangeCode
4,6,A3,Owner
7,14,A8,Name
15,18,F4.0,kV
19,20,A2,Zone
21,25,F5.0,PL（MW）
26,30,F5.0,QL（MVar）
31,34,F4.0,Pshunt（MW）
35,38,F4.0,Qshunt（MVar）+Cap-Rea
39,42,F4.0,Pmax
43,47,F5.0,PGen（MW）
48,52,F5.0,QSCHED（MVAR）orQmax（MVAR）
53,57,F5.0,Qmin（MVAR）
58,61,F4.3,V-HOLD（v）orVmax（p.u.）
62,65,F4.3,Vmin（p.u.）
66,73,A8,RemoteBusName
74,77,F4.0,RemoteBusBase（kV）
78,80,F3.0,VARS-SPPLD（%）
;
提示的变量名称等可以修改：
如变量名修改或改成中文。
卡片的顺序可以调整：
应用DatOpen按钮可以选择打开的文件缺省打开潮流还是稳定数据文件。
pwrflo.dis－储存一个潮流作业计算时屏幕显示的信息。
另外由于临时文件的关系，目前只能有一个潮流作业处于运行和计算状态。
编辑数据后，可不用保存数据文件，执行计算后，程序自动保存数据，后开始计算，计算结束后，自动装入计算结果文件*.PFO。
图2为数据文件编辑软件编辑潮流数据时效果图。
图2数据文件编辑软件编辑潮流数据效果图
3.6算例
IEEE的9节点例题:
节点参数、线路参数及变压器参数见下表。
节点参数
节点名
电压基准（kV）
节点类型
有功负荷（MW）
无功负荷（Mvar）
有功出力（MW）
无功负荷（Mvar）
GEN1
16.5
Vθ（V=1.04pu）
GEN1
230.0
PQ
GEN2
18.0
PV（V=1.025pu）
163.0
GEN2
230.0
PQ
GEN3
13.8
PV（V=1.025pu）
85.0
GEN3
230.0
PQ
STATIONA
230.0
PQ
125.0
50.0
STATIONB
230.0
PQ
90.0
30.0
STATIONC
230.0
PQ
100.0
35.0
线路参数单位：
pu
线路首端节点名
电压基准（kV）
线路末端节点名
电压基准（kV）
R
X
B/2
GEN1
230.0
STATIONA
230.0
0.01
0.085
0.044
GEN1
230.0
STATIONB
230.0
0.017
0.092
0.0395
STATIONA
230.0
GEN2
230.0
0.032
0.161
0.0765
STATIONB
230.0
GEN3
230.0
0.039
0.17
0.0895
GEN2
230.0
STATIONC
230.0
0.0085
0.072
0.03725
STATIONC
230.0
GEN3
230.0
0.0119
0.1008
0.05225
注：
功率基准值为100MVA
变压器参数单位：
pu
首端节点名
电压基准（kV）
末端节点名
电压基准（kV）
R
X
变比
GEN1
16.5
GEN1
230.0
0.0
0.0576
1:
1.0
GEN2
18.0
GEN2
230.0
0.0
0.0625
1:
1.0
GEN3
13.8
GEN3
230.0
0.0
0.0586
1:
1.0
注：
功率基准值为100MVA
网络结构参见图2。
对应于上述系统及数据的潮流计算数据（IEEE90.DAT）见例2。
例2：
（POWERFLOW,CASEID=IEEE9,PROJECT=IEEE_9BUS_TEST_SYSTEM）
/SOL_ITER,DECOUPLED=2,NEWTON=15,OPITM=0\
./P_INPUT_LIST,ZONES=ALL\
/P_OUTPUT_LIST,ZONES=ALL\
/RPT_SORT=ZONE\
/NEW_BASE,FILE=IEEE90.BSE\
/PF_MAP,FILE=IEEE90.MAP\
/NETWORK_DATA\
BSGEN116.501999.999.1.04
BGEN1230.01
BSTATIONA230.01125.50.00.
BSTATIONB230.0190.30.00.
BSTATIONC230.01100.35.00.000
BGEN2230.01
BEGEN218.001163.9991025
BGEN3230.01
BEGEN313.80185.999.1025
.L-----------------transmissionlines----------------------------
LGEN1230.STATIONA230..0100.0850.0440
.LGEN1230.STATIONA230.2.0100.0850.0440
LGEN1230.STATIONB230..0170.0920.0395
LSTATIONA230.GEN2230..0320.1610.0765
LSTATIONB230.GEN3230..0390.1700.0895
LGEN2230.STATIONC230..0085.0720.03725
LSTATIONC230.GEN3230..0119.1008.05225
.T-----transformers---------
TGEN116.5GEN1230..057616.5230.
TGEN218.0GEN2230..062518.0230.
TGEN313.8GEN3230..058613.8230.
（END）
3.7计算结果介绍（PFO文件）
潮流计算结果文件内容主要分下述几个方面：
1）程序控制语句列表。
2）输入、输出文件及输出的内容列表。
3）错误信息。
如为致命性错误，则中断计算。
4）误差控制参数列表。
5）迭代过程。
6）计算结果输出：
详细计算结果列表――按节点、与该节点相联接支路顺序，并根据用户的要求（通过控制语句控制）可按照字母、分区或区域排序输出潮流计算结果。
分析报告列表――并根据用户的要求（通过控制语句控制），输出各种潮流分析报告。
7）错误信息统计。
3.8程序应用注意问题
（1）卡片注释
第一列如为“.”，则该行为“注释”行，该行内容不参加计算和输出，可用于数据修改的注释或备份。
（2）卡片顺序
程序控制语句一般集中在一起使用（一至三级控制语句）
不同类型的数据卡片可以交叉使用，如B、L、T、R等数据卡片可以根据需要任意放置。
但所有数据卡需集中在一起。
（3）关于数据
节点数据一般功率量都为有名值，PV及Vθ节点电压值为标么值。
支路数据阻抗和导纳参数都为标么值，缺省功率基准值为100MVA（其值可通过专用控制语句修改）。
线路和变压器的容量仅用于检查过负荷（正常方式下及N-1校核时）。
变压器的变比需要填变压器两侧的实际抽头位置（有名值，kV）。
三卷变压器需要分成三个两绕组变压器卡填写。
数据卡片中的数据应按照固定格式输入或修改，需要注意数据卡片的范围和位置，避免出现错误。
刚开始应用BPA程序时，对于实数型数值应尽量填写小数点。
必要时利用缺省小数点增加数据的有效位数。
例：
潮流数据交流节点卡（B卡）中“指定节点电压”
列
格式
说明
58－61
F4.3
所安排的电压值或者Vmax（标么值）
假定要填写电压值为1.03
填法1：
58
59
60
61
1
.
0
3
程序读为：
1.03
填法2：
58
59
60
61
1
0
3
程序读为：
0.103
填法3：
58
59
60
61
1
0
3
0
程序读为：
1.03
“填法3”即缺省小数点法。
缺省小数点对于F4.3格式来说，小数点在第58列和59列之间。
如电压值要控制在1.025，用缺省小数点法是最合适的。
（4）PV节点及缓冲节点
程序内部认为BE节点是无功出力没有上下限的PV节点，一般潮流在粗调阶段或潮流收敛较困难时使用（高压母线上也可以使用），潮流在微调阶段应尽量将该类型的PV点转化为其它类型节点，否则需要特别关注该节点的无功出力是否在实际的发电出力范围内。
若BE节点在填写卡片时无功出力有上下限，并且无功出力在限制的范围外时，将在输出结果中给出超过上限或下限值的量，称之为未安排无功（Unscheduled），对该值应进行妥善处理，否则稳定计算时将把未安排无功作为恒定阻抗功率处理，将存在一定的误差。
BQ、BG等节点类型的发电机无功出力有一定的限制。
同其它的潮流计算程序相同，应注意检查PV及缓冲节点的无功出力是否在合适的范围内，缓冲节点的有功出力是否合理。
（5）区域联络线功率控制
应用区域联络线功率控制时，AGC机组应优先选用PV及缓冲节点，应注意检查这些节点的有功出力是否合理。
（6）发电机机端负荷
在BPA潮流程序中，发电机机端也可以填写负荷，用于表示厂用电负荷。
但在稳定计算时，仅把该节点当作发电机出力，没有考虑其所带负荷的负荷特性，因此计算结果可能有误差，故不推荐采用该方法。
推荐方法：
1）发电机出力扣除厂用电，稳定数据文件中调速器最大出力也扣除厂用电。
2）把厂用电当作恒定阻抗，当作并联负荷填到潮流B卡中。
（7）潮流不收敛时的处理
检查原始数据，如有功电源和有功负荷是否平衡，最近一次的数据修改是否合适。
根据潮流计算结果中提供的迭代误差信息，找出误差较大、迭代过程中出现的次数较多的节点，误差较大时，可通过将这些母线设为BE节点（节点类型为E，并给出控制电压即可），试着使潮流收敛，并可发现不收敛的原因；误差不大时，通过调整附近机组出力或控制电压的微调或LTC抽头的调整，一般能够使潮流较容易收敛。
两个区域间使用区域联络线功率控制时，若区域之间的联络线较多，有可能会使潮流收敛困难。
当进行联络线功率控制时，若某个节点处于不该在的区域中，也有可能使潮流不容易收敛。
如果无功补偿过量，也有可能会使潮流收敛困难，或使程序求得的解不对。
此时应减少无功补偿量，重新调整潮流。
进行复故障稳定计算时，通常需要在潮流数据文件中增加小开关（一条线路上增加两个节点及两条支路），所增加支路的电抗不应太小，一般X=0.0001~0.00005pu（基准功率为100MVA）情况下，潮流程序能够正常收敛，否则收敛困难，甚至不收敛。
（8）等值时
缓冲节点将自动保留。
应用区域联络线功率控制时，AGC机组也将自动保留下来。
如要等值掉这些节点，应取消联络线功率控制，并注意调整AGC机组出力，保证联络线功率合适。
（9）高压电抗器
可以填在节点卡中的Qshunt位置上，单位为Mvar，如为阻抗值，则需要转换。
也可以填到等值支路E卡中，与对地电纳合并，对称故障操作跳线时，将自动跳掉电抗器。
注：
稳定计算时，如线路电抗器挂在母线上，对称故障操作跳线时，也可采用跳线同时联切恒定阻抗负荷。
3.9演示
结合数据文件介绍
4单线图格式及地理接线图格式潮流图
4.1单线图格式潮流图主要功能
该软件主要用来绘制电力系统单线图格式潮流图，也可以绘制电力系统短路电流分布图。
可画元件包括：
（1）母线，
（2）交流线路，
（3）直流线路，
（4）两卷变压器，
（5）三卷变压器，
（6）发电机，
（7）负荷（包括等值负荷），
（8）并联电抗器和电容器。
软件特点：
（1）基于Windows95/98/NT平台
采用标准的Windows应用程序界面，操作及使用方便、灵活，图形编辑功能、输入和输出功能齐全。
可生成单线图的AutoCAD的DXF格式文件。
（2）程序智能化程度较高
选择要画的节点放在屏幕作图区域内适当位置后，程序自动判断该节点的类型（发电机、负荷或等值负荷、是否三卷变中性点等）以及所连接的元件（并联点容器或电抗器、线路、变压器），并自动画出。
（3）单线图格式潮流图存储文件可以共享或套用
不同潮流运行方式下，可以根据已有的单线图格式潮流图存储文件，根据需要，可以对原有拓扑结构进行修改和编辑，可以生成新的运行方式的单线图格式潮流图。
4.2单线图格式潮流图输入、输出相关文件
*.dat潮流计算数据文件
*.map用于潮流图的潮流计算二进制结果文件
*.scr单线图格式潮流图存储文件
4.3注意问题
（1）打印——使用Windows95操作系统时，使用“文件”下拉菜单种Windows95打印驱动程序，否则有可能会使打印时输出错乱。
（2）作图时留出适当的空间——未熟练使用该程序之前，最好能够在标注潮流计算结果状态下作图，避免在标双侧潮流时，位置不够，潮流标注比较拥挤。
（3）三卷变中性点——程序根据一个节点是否同时连接三个两卷变压器来判断该节点是否为中性点。
如是中性点，则在节点名选择清单中不出现该节点名。
4.4演示
图3为单线图格式潮流图程序应用效果图。
结合数据文件介绍
图3单线图格式潮流图程序应用效果图
5地理接线图格式潮流图主要功能
5.1软件特点
（1）基于Windows95/98/NT平台
采用标准的Windows应用程序界面，操作及使用方便、灵活，图形编辑功能、输入和输出功能齐全。
绘制的图形可以通过剪贴板粘贴到任何支持OLE的MicrosoftWord、Excel中。
软件还可以将图形输出到AutoCAD的DXF文件和Windows的增强图元格式的文件中，任何支持此格式数据的程序都可以使用。
（2）母线符号采用专用节点符号，画面简洁、明了，可描述的范围较大
母线符号可以用多种节点符号来表示，而且一个母线符号可以包括多个节点（如一个升压或降压变电站不同电压等级节点），可以选用专用的母线符号用来表示具有主要和明显特征的节点，如火电机组、水电机组、核电机组或某个电压等级的节点。
这样的母线符号称为“站”符号，
（3）准自动作图
用户只需设定站中所包含的节点，站之间的连线由软件搜索网络拓扑结构自动生成，将它拖到适当的位置即可。
（4）地理接线图格式潮流图存储文件不同运行方式可以套用
根据一个运行的图形，当运行方式变化时，程序能根据新的潮流数据中的网络拓扑结构自动修改图形，保证图形和网络拓扑结构的一致性。
如果用户有一个运行方式的图形，其它运行方式的潮流图形仅需少量的修改工作甚至无需做任何工作就可以完成，这样大大地减少了用户绘图的工作量。
5.2地理接线图格式潮流图输入、输出相关文件
*.dat潮流计算数据文件
*.map用于潮流图的潮流计算二进制结果文件
*.dxt地理接线图格式潮流图存储文件
1.2及以后版本程序仅需要输入潮流计算数据文件名，根据专用控制语句自动取用*.map文件。
5.3注意问题
（1）装入结果文件
如装入结果文件（*.MAP），若该文件不存在，则自动取用存储在*.DXT文件中的上次MAP文件对应的潮流结果。
（2）三卷变中性点
程序根据一个节点是否同时连接三个两卷变压器来判断该节点是否为中性点。
如是中性点，则在节点名清单中不出现该节点名。
5.4演示
图4为地理接线图格式潮流图程序应用效果图。
结合数据文件介绍
图4地理接线图格式潮流图程序应用效果图
6稳定程序
6.1程序算法
（1）网络方程解法
主要采用三角分解
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