武大电力系统分析综合实验.docx
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武大电力系统分析综合实验
电气工程学院
《电力系统分析综合实验》
2016年度PSASP仿真实验报告
学号：
：
班级：
实验一电力系统分析综合程序PSASP概述
一、实验目的
了解用PSASP进行电力系统各种计算的方法。
二、PSASP简介
1．PSASP是一套功能强大，使用方便的电力系统分析综合程序，是具有我国自主知识产权的大型软件包。
2．
报表、图形、曲线、其他工具
潮流计算短路计算稳定分析
静态安全分析电压稳定谐波分析等
电网基础数据库
固定模型库
用户自定义模型库
固定模型库
PSASP的体系结构：
第一层是：
公用数据和模型资源库，第二层是应用程序包，第三层是计算结果和分析工具。
3．PSASP的使用方法：
（以短路计算为例）
1）.输入电网数据，形成电网基础数据库及元件公用参数数据库，（后者含励磁调节器，调速器，PSS等的固定模型），也可使用用户自定义模型UD。
在此，可将数据合理组织成若干数据组，以便下一步形成不同的计算方案。
✧文本支持环境：
点击“数据”菜单项，执行“基础数据”和“公用参数”命令，可依次输入各电网元件的参数。
✧图形支持环境：
在“编辑模式下”，利用工具箱，输入电网接线图。
作图时，若元件参数尚未输入，会自动弹出相关数据录入窗口，此时输入数据即可。
注意：
两种环境下，均应先输入母线数据，再处理其他元件！
！
！
2）.方案定义：
从基础数据库中抽取数据组，组合成不同方案，以确定电网的规模，结构和运行方式。
✧文本支持环境：
点击“计算”菜单项，执行“方案定义”命令。
✧图形支持环境：
“运行模式”下，点击“作业”菜单项，执行“方案定义”命令。
3）数据检查：
对确定的电网结构进行检查，检查网架结构的合理性，计算规模是否超出围。
✧文本支持环境：
点击“计算”菜单项，执行“数据检查”命令。
✧图形支持环境：
“运行模式”下，点击“作业”菜单项，执行“数据检查”命令。
4）作业定义：
给出计算控制信息，明确具体的计算任务。
✧文本支持环境：
点击“计算”菜单项，执行“短路”命令。
✧图形支持环境：
“运行模式”下，点击“作业”菜单项，执行“短路”命令。
5）执行计算：
✧文本支持环境：
在上述“短路计算信息”窗口，完成作业定义之后，点击“计算”按钮即可。
✧图形支持环境：
“运行模式”下，
a.点击“视图”菜单项，执行“短路”命令，选择作业；
b.点击“计算”菜单项，执行“短路”命令，执行计算；
c.点击“格式”菜单项，执行“短路结果”命令，确定计算结果在图上的显示方式。
6）报表输出结果：
用户可选择期望的输出围，输出容和输出方式。
✧文本支持环境：
点击“结果”菜单项，执行“短路”命令。
✧图形支持环境：
“运行模式”下，点击“报表”菜单项，执行“短路”命令。
实验二基于PSASP的电力系统潮流计算实验
一、实验目的
掌握用PSASP进行电力系统潮流计算方法。
二、实验容
以上为系统常规运行方式的单线图。
由于母线STNB-230处负荷的增加，需对原有电网进行改造，具体方法为：
在母线GEN3-230和STNB-230之间增加一回输电线，增加发电3的出力及其出口变压器的容量，新增或改造的元件如下图虚线所示：
其基础数据如下：
母线数据
母线名
基准电压
区域号
电压上限
电压下限
单相短路容量
三相短路容量
发电1
16.5000
2
18.1500
14.8500
0.00000
0.00000
发电2
18.0000
1
19.8000
16.2000
0.00000
0.00000
发电3
13.8000
1
15.1800
12.4200
0.00000
0.00000
GEN1-230
230.0000
2
0.0000
0.0000
0.00000
0.00000
GEN2-230
230.0000
1
0.0000
0.0000
0.00000
0.00000
GEN3-230
230.0000
1
0.0000
0.0000
0.00000
0.00000
STNA-230
230.0000
2
0.0000
0.0000
0.00000
0.00000
STNB-230
230.0000
2
0.0000
0.0000
0.00000
0.00000
STNC-230
230.0000
1
0.0000
0.0000
0.00000
0.00000
交流线数据
数据组
I侧母线
J侧母线
编号
所属区域
单位
正序电阻
正序电抗
正序充电电纳的1/2
零序电阻
零序电抗
零序充电电纳的1/2
常规
GEN1-230
STNA-230
1
I侧
标么
0.01
0.085
0.088
0.0
0.255
0.0
常规
STNA-230
GEN2-230
2
I侧
标么
0.032
0.161
0.153
0.0
0.483
0.0
常规
GEN2-230
STNC-230
3
I侧
标么
0.0085
0.072
0.0745
0.0
0.216
0.0
常规
STNC-230
GEN3-230
4
I侧
标么
0.0119
0.1008
0.1045
0.0
0.3024
0.0
常规
GEN3-230
STNB-230
5
I侧
标么
0.039
0.17
0.179
0.0
0.51
0.0
常规
STNB-230
GEN1-230
6
I侧
标么
0.017
0.092
0.079
0.0
0.276
0.0
新建
GEN3-230
STNB-230
11
I侧
标么
0.039
0.17
0.179
0.0
0.51
0.0
变压器数据
数据组
I侧母线
J侧母线
编号
连接方式
单位
正序
电阻
正序
电抗
零序
电阻
零序
电抗
常规
发电1
GEN1-230
7
三角形/星形接地
标么
0.000
0.05760
0.000
0.05760
常规
发电2
GEN2-230
8
三角形/星形接地
标么
0.000
0.06250
0.000
0.06250
常规
发电3
GEN3-230
9
三角形/星形接地
标么
0.000
0.05860
0.000
0.05860
新建
发电3
GEN3-230
9
三角形/星形接地
标么
0.000
0.04500
0.000
0.04500
续上表
激磁电导
激磁电纳
变比
I侧主抽头电压
J侧主抽头电压
J侧抽头级差
J侧抽头位置
J侧最大抽头电压
J侧最小抽头电压
0.000
0.000
1.00
16.5
230.0
1.25
9
253.00
207.00
0.000
0.000
1.00
18.0
230.0
2.5
3
241.50
218.50
0.000
0.000
1.00
13.8
230.0
2.5
3
241.50
218.50
0.000
0.000
1.00
13.8
230.0
2.5
3
241.50
218.50
发电数据
数据组
母线名
母线类型
单位
额定容量（MVA）
有功发电
无功发电
母线电压幅值
母线电压相角
无功上限
无功下限
有功上限
常规
发电1
Vθ
标么
100.0
0.00
0.0
1.040
0.0
0.0
0.0
0.0
常规
发电2
PV
标么
100.0
1.63
1.0
1.025
0.0
0.0
0.0
0.0
常规
发电3
PV
标么
100.0
0.85
1.0
1.025
0.0
0.0
0.0
0.0
新建
发电3
PV
标么
100.0
1.30
1.0
1.025
0.0
0.0
0.0
0.0
续上表
有功上限
d轴暂态电抗Xd’
d轴次暂态电抗Xd’’
负序电抗X2
转子惯性时间常数Tj（s）
0.0
0.0608
0.0608
0.0608
47.28
0.0
0.1198
0.1198
0.1198
12.8
0.0
0.1813
0.1813
0.1813
6.02
0.0
0.1813
0.1813
0.1813
6.02
负荷数据
数据组
母线名
编号
母线类型
单位
有功负荷
无功负荷
母线电压幅值
母线电压相角
无功上限
无功下限
有功上限
有功上限
常规
STNA-230
300
PQ
标么
1.250
0.500
0.000
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
常规
STNB-230
301
PQ
标么
0.900
0.300
0.000
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
常规
STNC-230
302
PQ
标么
1.000
0.350
0.000
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
新建
STNB-230
301
PQ
标么
1.500
0.300
0.000
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
区域定义数据
区域名
区域号
区域-1
1
区域-2
2
方案定义
方案名
数据组构成
说明
常规方式
常规
常规运行方式
规划方式
常规+新建
规划运行方式
潮流计算作业定义
潮流作业号
方案名
计算方法
允许误差
迭代次数上限
电压上限
电压下限
1
常规方式
牛顿法功率式
0.0001
50
1.10
0.90
2
规划方式
PQ分解法
0.0001
50
1.15
0.95
三、实验步骤
（1）点击|“电力系统分析综合程序（PSASP）”；
（2）点击“创建”，创建文件；
（3）点击“图形支持环境”；
（4）点击“编辑模式”，可进行绘图和参数录入：
a、绘制出所有母线，输入母线数据；
b、添加发电机、负荷、交流线、变压器、支路，输入该元件数据；
（5）关闭“编辑模式”窗口；
（6）点击“运行模式”：
（7）点击“作业”菜单项，执行“方案定义”命令（例如方案为1，数据组选择BASIC），点击“确定”。
（8）点击“作业”菜单项，执行“潮流”命令，定义作业；
（9）点击“视图”菜单项，执行“潮流数据”命令，作业选择。
（10）点击“计算”菜单项，执行“潮流”命令；
（11）点击“格式”菜单项，进行元件参数格式选择；
（12）点击“报表”菜单项，执行“潮流”命令,计算结果输出有图示、报表输出两种方。
四、实验注意事项
（1）本系统文件请存入D：
\PSASP\学号\潮流\下；
（2）严禁删除或更改计算机中除上述目录以外的一切容。
五、实验报告
（1）将实验结果采用图示、报表列出。
（2）需要完成的计算任务：
1、查看作业号1的计算结果
不分区
单位：
有名值
输出围：
全网
输出对象：
摘要信息、结果综述、母线、交流线、两绕组变压器数据
输出方式：
输出至文件
牛顿法潮流计算结果如下：
2、改用PQ分解法重复计算作业1，查看计算结果，与牛顿法结果做比较
PQ分解法潮流计算结果如下：
分析：
经过比较发现，PQ分解法和牛顿法潮流计算两组数据结果差别很小，以区域-1功损为例，PQ分解法区域1功损S=0.01916-j0.44281，牛顿法S=0.01917-j0.44282，二者结果几乎相同。
这说明：
由于PQ分解法是由极坐标形式牛顿法潮流计算推导出的一种简化算法，其中推导过程只涉及修正方程的系数矩阵，不改变平衡方程和收敛判据，因而不会降低计算结果的精度。
3、选图示化输出查看结果
4、在作业1基础上，点击“数据修改”按钮，修改数据（母线“发电2”PG=1.8）进行潮流计算，通过“图示化输出”查看母线“发电2”。
1）牛顿法原数据：
输出母线“发电2”（母线“发电2”PG=1.63）
2）修改后牛顿法计算数据：
输出母线“发电2”（母线“发电2”PG=1.8）
分析：
将PG由1.63改为1.8之后，母线“发电2”的功率由1.63+j0.0665变为了1.80-j0.1018，相角由9.28度变为11.868度。
5、在作业1基础上，点击“刷新”按钮，再点击“数据修改”按钮，查看“发电2”PG=1.63
6、在作业1基础上，点击“数据修改”按钮，修改数据（母线“发电2”PG=1.8）进行潮流计算。
点击“数据回存”，给定数据组名为“发电2大”。
7、浏览“基础数据—发电机及其调节器数据”。
8、将潮流作业1的全部容复制为作业3。
9、查看潮流作业3的数据。
10、“数据修改”中的“列替换”等功能：
在作业3基础，将光标指向“负荷有功PL”，点击“列替换”按钮“替换围”选“全部”，“替换为”选“原数值´倍数”，倍数为1.1，“替换条件”选“无条件”，点击“替换”按钮，完成列替换后计算潮流，查看计算结果如下：
11、点击“查找”，应用该功能。
12、点击“排序和筛选”，应用该功能。
13、“发电/负荷比例因子”的应用：
选择作业3，点击“刷新”按钮刷新数据，“区域-1”发电比例因子:
有功1.1，无功1.1，负荷不变，计算潮流，查看计算结果如下：
（3）对计算结果进行分析，写出实验感想和小结。
实验分析：
经过比较发现，PQ分解法和牛顿法潮流计算两组数据结果差别很小。
以区域-1功损为例，PQ分解法区域1功损S=0.01916-j0.44281，牛顿法S=0.01917-j0.44282，二者结果几乎相同。
这说明：
由于PQ分解法是由极坐标形式牛顿法潮流计算推导出的一种简化算法，其中推导过程只涉及修正方程的系数矩阵，不改变平衡方程和收敛判据，因而不会降低计算结果的精度。
在作业1基础上，点击“数据修改”按钮，修改数据（母线“发电2”PG=1.8）进行潮流计算，通过“图示化输出”查看母线“发电2”，发现将PG由1.63改为1.8之后，母线“发电2”的功率由1.63+j0.0665变为了1.80-j0.1018，相角由9.28度变为11.868度。
将区域-1负荷有功PL列增加到原来的1.1倍，进行潮流计算。
与前面结果相比，由于区域-1总有功发电增加到原来的1.1倍，由248升为272.8，而总有功负荷不变，导致区域-2总有功发电降低，由103.103降为99.328。
全网总有功发电由351.103增加到352.128，相差不大，但系统总无功功率由26.971升为33.816。
系统总有功损耗增加，各母线电压幅值和相角以及各发电机的相角均发生了变化。
实验小结：
潮流计算是根据给定的电网结构、参数和发电机、负荷等元件的运行条件，确定电力系统各部分稳态运行状态参数的计算。
通常给定的运行条件有系统中各电源和负荷点的功率、枢纽点电压、平衡点的电压和相位角。
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，以及各支路的功率分布、网络的功率。
在本次实验仿真的电力系统中，发电1母线上接的是主调频发电厂；发电2和发电3上接的是具有一定无功储备的发电厂和具有可调无功电源设备的变电所；STNA-230、STNB-230、STNC-230则是浮游节点。
因此我们设定发电1的母线类型是Vδ，发电2和发电3的母线类型是PV，STNA-230、STNB-230、STNC-230的母线类型为PQ。
在这次PASAP软件仿真实验中，我学会了PASAP软件在电力系统潮流计算中的使用方法，并通过实验结果的分析对PQ分解法与牛顿法在潮流计算中的特点有了更深的理解。
（4）对牛顿法和PQ法的原理做比较性的说明。
牛顿迭代法是取x0之后，在这个基础上，找到比x0更接近的方程的跟，一步一步迭代，从而找到更接近方程根的近似跟。
牛顿迭代法是求方程根的重要方法之一，其最大优点是在方程f（x）=0的单根附近具有平方收敛，而且该法还可以用来求方程的重根、复根。
电力系统潮流计算，一般来说，各个母线所供负荷的功率是已知的，各个节点电压是未知的（平衡节点外）可以根据网络结构形成节点导纳矩阵，然后由节点导纳矩阵列写功率方程，由于功率方程里功率是已知的，电压的幅值和相角是未知的，这样潮流计算的问题就转化为求解非线性方程组的问题了。
为了便于用迭代法解方程组，需要将上述功率方程改写成功率平衡方程，并对功率平衡方程求偏导，得出对应的雅可比矩阵，给未知节点赋电压初值，一般为额定电压，将初值带入功率平衡方程，得到功率不平衡量，这样由功率不平衡量、雅可比矩阵、节点电压不平衡量（未知的）构成了误差方程，解误差方程，得到节点电压不平衡量，节点电压加上节点电压不平衡量构成新的节点电压初值，将新的初值带入原来的功率平衡方程，并重新形成雅可比矩阵，然后计算新的电压不平衡量，这样不断迭代，不断修正，一般迭代三到五次就能收敛。
PQ分解法是极坐标形式的牛顿-拉夫逊法潮流计算的一种简化算法。
由于考虑到在交流高压电网中，有功功率的变化主要受电压相位的影响，无功功率的变化主要受电压幅值的影响，从而简化雅可比矩阵将其常数化,计算过程中减少了很大的计算量,而且有功和电压幅值,无功和电压相角的完全割裂也大大的对矩阵降维数,减少了一半的计算量,但是因雅克比矩阵常数化是经验值,丧失了一部分稳定收敛的特性,而且当支路电阻与电抗比值较大的时候收敛性也特别差,甚至不收敛。
由于这些简化只涉及修正方程的系数矩阵，并未改变节点功率平衡方程和收敛判据，因而计算结果的精度不受影响。
实验三一个复杂电力系统的短路计算
一、实验目的
利用PSASP软件进行复杂电力系统的短路分析。
二、实验容
在潮流计算的结果基础数据上，完成本次实验。
短路作业号
基于潮流
潮流作业号
计算功能
说明
1
是
1
短路电流
基于潮流作业1的全网三相短路电流计算。
2
是
1
短路电流
基于潮流作业1的短路计算：
逐个对区域1各母线，按单相接地短路方式。
3
是
1
短路电流
基于潮流作业1的短路计算：
在线路1上距离I侧50%处发生AB两相短路。
4
是
2
短路电流
基于潮流作业2的复杂故障短路计算：
在线路6靠近STNB-230母线侧单相短路接地同时三相开关跳。
5
不基于潮流，基于方案“常规方式”
戴维南等值阻抗
不基于潮流的全网戴维南等值阻抗计算。
对于短路作业，以以下方式查看输出结果：
不分区；
单位：
p.u；
故障点选择：
GEN1-230，GEN2-230，GEN3-230
输出围：
全网
输出容：
短路电流简表、短路电流分布系数、母线电压（自制表，正、负、零序电压幅值和A、B、C相电压幅值）、支路电流（自制表，正序电流幅值、正序电流相角）、短路点及其支路（自制表，Z1K、Z1S、Z0K、Z0S）
输出方式：
报表
三、实验步骤
1）打开PSASP软件编辑界面，选择自己保存在计算机上面的潮流计算文件夹名称，进入文本编辑界面。
2）.方案定义：
从基础数据库中抽取数据组，组合成不同方案，以确定电网的规模，结构和运行方式。
文本支持环境：
点击“计算”菜单项，执行“方案定义”命令。
图形支持环境：
“运行模式”下，点击“作业”菜单项，执行“方案定义”命令。
3）数据检查：
对确定的电网结构进行检查，检查网架结构的合理性，计算规模是否超出围。
文本支持环境：
点击“计算”菜单项，执行“数据检查”命令。
图形支持环境：
“运行模式”下，点击“作业”菜单项，执行“数据检查”命令。
4）作业定义：
给出计算控制信息，明确具体的计算任务。
文本支持环境：
点击“计算”菜单项，执行“短路”命令。
图形支持环境：
“运行模式”下，点击“作业”菜单项，执行“短路”命令。
5）执行计算：
文本支持环境：
在上述“短路计算信息”窗口，完成作业定义之后，点击“计算”按钮即可。
图形支持环境：
“运行模式”下，
a.点击“视图”菜单项，执行“短路”命令，选择作业；
b.点击“计算”菜单项，执行“短路”命令，执行计算；
c.点击“格式”菜单项，执行“短路结果”命令，确定计算结果在图上的显示方式。
6）报表输出结果：
用户可选择期望的输出围，输出容和输出方式。
文本支持环境：
点击“结果”菜单项，执行“短路”命令。
图形支持环境：
“运行模式”下，点击“报表”菜单项，执行“短路”命令。
四、实验注意事项
（1）本系统文件请存入D：
\PSASP\学号\潮流\下；
（2）严禁删除或更改计算机中除上述目录以外的一切容。
五、实验报告
1）将在PSASP环境下对上述系统的计算数据用表格写出来；
a）短路作业1
短路电流简表结果报告
短路作业号：
1
短路作业描述：
短路计算日期：
2016/04/27时间:
19:
21:
05
故障类型：
ABC
母线名
短路电流（p.u.）
短路容量（MVA）
三相容量
容量比（%）
GEN1-230
13.249
1324.93
0
0
STNA-230
8.977
897.7
0
0
GEN2-230
11.05
1104.96
0
0
STNC-230
8.97
897.05
0
0
GEN3-230
9.848
984.79
0
0
STNB-230
8.438
843.8
0
0
发电1
20.862
2086.16
0
0
发电2
12.665
1266.48
0
0
发电3
9.869
986.89
0
0
电流分布系数结果报告
短路作业号：
1
短路计算日期：
2016/04/27时间:
19:
21:
05
故障母线：
GEN1-230
I侧母线
J侧母线
支路号
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