基于PSASP的电网潮流计算220kV环网.docx
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基于PSASP的电网潮流计算220kV环网
摘要
潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算。
对于大电网的潮流计算，目前已有比较完善的软件可使用。
《电力系统分析综合程序》（PSASP）是通过给定电网结构、参数、发电机、负荷等元件的运行条件进行潮流计算、网损计算、短路计算等计算的软件。
本设计简要介绍了PSASP的使用方法，然后用PSASP对实际电网进行分析，具体步骤如下：
建立基础元件数据库，确定网架结构，定义方案，定义潮流作业然后进行调试来完成潮流计算。
在潮流计算过程中，由于求解方程无解、原始数据不合理等原因潮流出现不收敛，则通过检查数据、更换算法等措施进行调试使潮流收敛；但潮流也可能收敛到不合理的解，比如电压偏低或偏高，则通过调节变压器分接头等方法对电压进行调整，使潮流最终趋于合理。
关键词：
潮流；收敛；电压调整；PSASP
目录
引言1
第一章概述2
1.1潮流计算的概述2
1.2网络结构分析：
2
1.3本设计的网络特点4
1.4PSASP潮流分析的主要步骤5
第二章文本方式下基础数据库的建立6
2.1文本方式编辑环境简介6
2.1.1进入文本方式编辑环境6
2.1.2编辑环境简介8
2.2建立基础元件数据库10
2.2.1母线数据10
2.2.2交流线数据11
2.2.3三绕组变压器数据14
2.2.4发电机数据20
2.2.5负荷数据21
第三章电力系统单线图的绘制及数据编辑23
3.1图形数据编辑环境简介23
3.1.1进入图形数据编辑环境23
3.1.2编辑环境简介24
3.2系统单线图的编辑25
3.2.1元件的绘制25
3.2.2系统图的绘制29
第四章PSASP的潮流计算简述30
4.1计算机潮流计算问题简述30
4.2PSASP潮流计算的主要功能和特点31
4.3PSASP潮流计算方法32
4.4潮流计算流程33
第五章潮流计算作业的建立35
5.1潮流计算基础方案的建立35
5.2潮流计算作业的定义37
第六章图形方式下的潮流计算40
6.1图形方式计算运行环境40
6.2潮流计算的执行40
6.2.1潮流作业选择41
6.2.2执行计算和结果显示42
6.3单线图及其数据和结果的浏览和打印43
6.3.1潮流作业的浏览内容43
6.3.2浏览图选项设置43
6.3.3潮流计算结果统计44
第七章PSASP潮流结果的处理47
7.1潮流结果的调试47
7.1.1电力系统潮流收敛调整方法47
7.1.2潮流结果的分析48
7.2潮流计算结果的编辑和输出50
7.2.1计算结果输出概述50
7.2.2潮流结果的图示化输出51
结论58
参考文献59
附录各母线潮流输出图示60
谢辞63
引言
电力系统的发展趋势是大系统、大联网，运行调度人员要处理的数据量电力系统的发展趋势是大系统、大联网，运行调度人员要处理的数据量日益庞大。
电网的运行由各级调度员调度，由于电网结构的复杂性，各级调度员调度系统运行必须依靠电力系统分析软件，依据计算结果确定各发电厂的出力、功率如何平衡、如何调控负荷、怎样发电量最经济、怎样输电量最经济,以怎样一种方式运行最为安全、预想事故对策等等。
潮流分析是电力系统分析软件中最基本和最重要的内容，它可以根据给定的运行条件及系统接线情况确定整个电力系统各部分的运行状态。
电力系统规划和运行方式的研究中，都需要利用潮流计算来定量地分析比较供电方案或运行方式的合理性、可靠性和经济性。
《电力系统分析综合程序》（PSASP）是可以通过计算机解决这些复杂计算的软件。
应用PSASP可以大大缩短了各种计算的时间，而且提高了计算精度；本设计主要阐述PSASP的用法以及应用PSASP对复杂的电力网进行潮流计算。
PSASP进行潮流计算时首先在同一数据组中建立基础数据库，定义方案及潮流作业，然后执行计算。
潮流计算也为网损计算、静态安全分析、暂态稳定计算、小干扰静态稳定计算、短路计算、静态和动态等值计算等各种计算打下基础。
第一章概述
1.1潮流计算的概述
（1）潮流计算
潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，它的任务是在给定的接线方式和运行条件下，确定系统的运行状态，如各母线上的电压（幅值和相角）、网络中的功率分布及功率损耗等，是电力系统的稳态计算。
潮流计算可以用传统的手工方式进行，也可以计算机为工具通过软件完成。
两种方法各有优缺点。
前者物理概念清晰，可用来计算一些接线较简单的电力网，但若将其用于接线复杂的电力网则计算量过大，难于保证计算准确性。
后者从数学上看可归结为用数值方法解非线性代数方程，数学逻辑简单完整，借助计算机可快速精确地完成计算，但其缺点是物理概念不明显，物理规律被埋没在循环往复的数值求解过程中。
（2）潮流计算的目的
潮流计算是电力系统非常重要的分析计算，用以研究系统规划和运行中提出的各种问题。
对规划中的电力系统，通过潮流计算可以检验所提出的电力系统规划方案能否满足各种运行方式的要求：
对运行中的电力系统，通过潮流计算可以预知各种负荷变化和网络结构的改变会不会危及系统的安全，系统中所有母线的电压是否在允许的范围以内，系统中各元件（线路、变压器等）是否会出现过负荷，以及可能出现过负荷时应事先采取哪些预防措施等。
因此潮流计算的目的是：
①为电力系统规划设计提供接线、电气设备选择和导线截面选择的依据。
②提供电力线运行方式和制定检修计划的依据。
③提供继电保护、自动装置设计和整定计算的依据。
④为调压计算、经济运行计算、短路和稳定计算提供必要的数据。
1.2网络结构分析：
（1）网络接线方式分类及特点：
电力网的接线方式虽繁杂便一个不相同，但基本接线方式只有为数不多的几种。
通常按供电可靠性不同可分为无备用和有备用两类。
无备用：
变电站（用户）只能从一条线路区的电能。
有单回路放射式、干线式、链式。
这类接线简单、投资少、运行维护方便；但供电可靠性较低，任一线路故障或检修时，都要终端部分用户供电，而且干线式、链式线路尝试，末端电压可能偏低。
有备用：
变电站（用户）可以从两条几两条以上的线路取得电能。
由双回路放射式、干线式、链式以及环形和两端电网络。
双回路放射式、干线式、链式接线简单，运行方便，供电可靠性和电压质量高，但设备费用显著增大。
环形接线供电可靠性高，投资少，但运行调度复杂；故障或检修开环运行时，要检验某些线路是否过负荷，某些负荷点电压质量能否满足要求。
两端供电网络供电可靠性高，投资少，故障、检修时电压质量好，但运行调度复杂，而且必须有相对位置适宜的两个独立电源，才能采用这种接线。
在电力系统分析计算中，有时又将电力系统接线分为开式网络和闭式网络。
（2）简单辐射网络的潮流计算方法：
辐射形电力网的分析计算，根据已知条件的不同分两种，此部分内容可总结为“两类过程”和“一般步骤”。
两类过程：
1已知末端功率与电压：
即从末端逐级往上推算，直至求得各要求的量。
②已知末端功率、始端电压：
末端可理解成一负荷点，始端为电源点或电压中枢点。
采用迭代法。
一般步骤：
1假设末端电压为线路额定电压，利用第一种方法求得始端功率及全网功率分布。
②用求得的线路始端功率和已知的线路始端电压，计算线路末端电压和全网功率分布。
③用第②步求得的线路末端电压计算线路始端功率和全网功率分布，如求得的各线路功率与前一次相同计算的结果相差小于允许值，就可以认为本步求得的线路电压和全网功率分布为最终计算结果。
否则，返回第二步重新进行计算。
（3）简单闭式网络的潮流计算
闭式网络包括环网和双端供电网，环网在电源点分裂，即可等效为双端供电网，故下面针对双端供电网潮流计算进行介绍。
①由已知系统接线图做系统主干网的简化等值电路；
②求运算功率或运算负荷；
③在简化的等值电路上，由运算功率和运算负荷求初步功率分布（即不计损耗时的功率分布）。
④据初步功率分布，确定功率分点（即电压最低点）；在功率分点将两端供电网拆开成两个开式网。
如果有功功率分点与无功功率分点不在同一点，通常网络电压最低点在无功分点处，此时可在无功分点上将两端供电网拆成两个开式网。
⑤在两个开式网上，分别根据已知条件的具体情况，选用“两类过程”之一，计算网络的功率和电压分布。
（4）复杂闭式网的潮流计算
复杂闭式网潮流计算的最初两步与简单闭式网相同。
电路理论中的任何网络简化法都可在此用来简化网络，如：
串并联变换、等值电源发，负荷移植法，星网变换法等。
但复杂网络用手工计算太大，如果网络结点再增加的话手工计算就很难实现。
因此常用计算机来实现。
计算机通过网络数学模型把电力网络中物理现象的分析归结为某种形式的数学问题，电力网络的状态可以用一组代数方程来描述，如节点电压方程、回路电流方程、割集电压方程等。
其中最常用的是节点电压方程和由其导出的节点功率平衡方程。
潮流计算用的数值计算方法为一般迭代法和牛顿迭代法。
1.3本设计的网络特点
图1-1网络结构接线图
本设计网络结构如图所示：
有变电站台阁木、昭君变、东郊变、乌素图和丰泰厂构成环网，而且昭君变和东郊变之间是双回线；分别有220kV、110kV、以及10.5kV不同的电压等级，如果是手工计算难度非常大，但使用PSASP进行潮流计算就大大减少了计算量。
1.4PSASP潮流分析的主要步骤
1、首先对220kV电网结构、参数进行分析，然后通过《电力系统设计手册》查得电网中各元件的电气参数。
2、在PSASP环境下，建立计算所需的基础数据库。
可以通过两种方式建立，一种方式是首先在文本方式下建立所有元件的数据库，然后在图形方式下画出网络结果接线图；另一种方式是直接在图形方式下建立，即每画一个元件即建立起数据库。
3、定义潮流计算方案及作业。
4、执行潮流计算，调试并输出潮流结果。
5、分析潮流结果。
下一章介绍PSASP环境下工作简介。
第二章文本方式下基础数据库的建立
本设计是在文本方式下建立网络中所有元件的数据库，然后在图形方式下生成网络结构图。
本章介绍文本方式编辑环境，以及数据库建立方法。
2.1文本方式编辑环境简介
2.1.1进入文本方式编辑环境
（1）建立数据目录
点击PSASP6.2程序中的“电力系统分析综合程序”项，弹出PSASP封面，如图2-1所示，按任意键，即进入PSASP主画面，如下图：
图2-1PSASP主画面
该页面的上方，是数据目录的选择和创建，其中包括：
数据目录
该目录一经指定，就不需要再指定其它各种数据名了。
在该目录下工作时，建立起来的各种数据自动存入该目录下的子目录中。
因此该目录可理解为某一电力系统目录。
系统基准容量
系统基准容量是换算系统标幺值数据的基准。
在给定数据目录后，所要计算的电力系统就确定了，从而该系统的基准容量也就给定了。
若在该目录下已建立了一些以系统基准容量为基准的标幺值数据，则该系统基准容量不能改变，因为数据库的数据与该基准容量有关，修改系统基准容量时，程序将给出警告提示，若做了修改，需修改已有的相关数据。
创建
点击该按钮，可建立新目录。
选择
点击该按钮，可选择已有的目录。
检查与修复
此项检查仅适用于由异常操作或错误引起的数据关系不对应，不能代替数据正确性的检查。
（2）进入文本方式环境
点击主画面左下方的“文本支持环境”按纽，便进入了文本支持环境，该文本环境窗口，主要包括三部分内容：
●文本方式下的数据编辑
●文本方式下的各种计算（潮流、稳定、短路等）
●文本方式下的计算结果报表（包括稳定曲线）
（3）进入文本方式下的数据编辑环境
选择主菜单中的“数据”，即下拉第一级命令菜单，如下图：
图2-2数据菜单
其中包括：
●编辑系统元件数据库，如：
交流线、变压器、发电机、负荷数据等。
●编辑系统元件公用参数，如：
同步机、调相机等。
●基础数据检查，可以按给定上下限值对基础数据进行检查。
编辑基本元件数据库
潮流计算用到母线、交流线、三绕组变压器、发电机、负荷等元件的数据。
点击第一级菜单中的“基础数据”，便下拉其第二级菜，如下图所示：
图2-3基础数据
菜单分割线以下各项均为基本元件数据库各个数据表的标记命令，点击后，即进入相应元件的编辑窗口，每一元件对应一数据表，并存放在数据目录下的/Data-In/子目录中。
2.1.2编辑环境简介
（1）系统元件数据库编辑窗口
点击系统元件的第二级菜单中的编辑某元件的命令后，即显示相应元件的编辑窗口。
除各元件所包含的内容不同外，其它如窗口结构、工具条、按纽等均相同，现以母线为例，说明其结构和功能。
点击“母线”项，即显示交流线数据的编辑窗口如下图所示：
图2-4元件编辑窗口示例
录入编辑窗口的结构和功能主要分为以下几部分：
窗口标题
用于表示所编辑的数据。
如
表示该窗口为交流线数据录入编辑窗口。
工具按钮
位于每个窗口上方的一行小按钮，用于数据的编辑录入和查找。
☆
上翻与下翻一条既记录按钮
点击按钮可从当前记录向前或向后翻一条记录，当翻至第一条记录时，
自动失效当翻至最后一条记录时，
自动失效。
☆
增加与删除按钮
需要增加新记录是，点击增加记录按钮，即可增加一空记录。
需要删除记录时，可点击删除按钮，即删除当前记录。
☆
上翻至第一条记录与下翻至最后一条记录按钮
与上翻下翻一样，当翻至第一条记录时，
自动失效，当翻至最后一条记录时，
自动失效。
☆
查找按钮
点击查找按纽后，程序根据元件类型，弹出相应查找窗口。
☆
拷贝和粘贴按钮
为了便于数据录入，增加了拷贝和粘贴的功能。
先移动到所要拷贝的记录，点击拷贝按钮，移动到相应的记录，点击粘贴按钮，即可将数据粘贴到当前记录。
☆
取消按钮
点击此按钮，可以取消对当前记录所做的改动。
2.2建立基础元件数据库
2.2.1母线数据
母线数据是最基本的数据，其它元件（交流线、发电机等）均与母线相连，因此：
（1）在其它元件数据录入之前，首先要删除与该母线相连的元件数据。
（2）要删除某一母线数据，首先删除与该母线相连的元件数据。
选择“基础数据”下拉菜单中的“母线”，点击后，弹出母线数据窗口，即可进行母线数据的录入和编辑。
填写母线数据时，需在下图所示的窗口中填写。
图2-5母线数据窗口
基本项
有效：
数据有效标记。
为有效；
为无效。
母线名：
最多可填20个字符或10个汉字。
例如：
丰泰。
区域号：
母线所属区域号，最多为4位。
将所有元件的区域号统一编在同一区域内。
电压栏
基准电压：
单位为（kV），应填写换算阻抗标幺值所采用的数值。
电压上限：
单位为（kV）。
电压下限：
单位为（kV）。
由规程规定知：
35kV及以上电压等级其上限为：
+7%，下限为：
-3%；
10kV及以下电压等级其上限为：
+7%，下限为：
+7%。
下表给出母线上下限电压：
表2-1母线上下限电压
电压（kV）
10
110
220
上限（%）
7
7
7
上限电压（kV）
10.7
117.7
235.4
下限（%）
7
3
3
下限电压（kV）
9.3
106.7
213.4
[说明]
对上述各项数据，基本项均应填写；电压栏中基准电压一般选系统标幺值计算所取的平均额定电压。
若只进行最简单的标幺值潮流计算，母线数据仅填写母线名和区域号即可。
下表列出了在基础数据库中建立母线数据的母线名。
表2-2母线数据库列表
母线名
G1、B1、B2、B3、B4、B5、T1、T21、T22、T31、T32、T41、T42、T5
B11、B51
B41
B31、B21
B22、B32、
B12、B42、B52
电压等级（kV）
220
110
10.5
2.2.2交流线数据
选择“基础数据”下拉菜单中的“交流线”，点击后，弹出交流线数据录入窗口，即可进行交流线数据的录入和编辑，窗口如下图所示：
图2-6交流线数据窗口
基本项
数据组：
所属数据组名。
确定网架结构，本设计需计算整个电网的潮流，因此，所有元件数据建立在同一数据组中。
编号：
线路编号，线路编号不能重复，也不能与变压器、直流线编号重复。
所属区域：
线路所属区域。
I侧：
属于I侧母线所属区域；J侧：
属于J侧母线所属区域。
基准电压：
选取母线后，自动显示母线数据中该母线的基准电压。
如与实际不符，请检查母线数据中母线的基准电压值。
阻抗及线路容量页
其中阻抗数据是指线路的正序和零序数据，是计算的必要数据。
数据单位由“单位”而定。
线路容量栏
额定：
线路额定容量，单位为千安（kVA）
上限：
容量上限百分数（%），即容量上限=额定*上限/100。
单位：
阻抗数据单位。
p.u：
标幺值；Ohm/10-6Siem：
有名值。
阻抗栏
R1：
正序电阻；R1=r1*l
X1：
正序电抗；X1=x1*l
B1/2：
线路正序充电电纳的1/2；
这部分数据可直接填写，也可点击物理描述页中“阻抗计算”按钮计算得到。
物理描述页
图2-7交流线物理描述页
主要填写线路的物理描述。
利用这些数据，可计算阻抗栏中的数据。
长度：
线路长度了l，单位为公里（km）；
线型：
线路类型，可填12个字符；
r1：
单位公里的正序电阻，单位为欧姆/公里（Ohm/km）；
x1：
单位公里的正序电抗，单位为欧姆/公里（Ohm/km）；
b1：
单位公里的正序电纳，单位为10-6西门子/公里（10-6Siem/km）
物理参数栏
可通过建立交流线物理参数库，将典型线路的物理参数存放在库中，便于物理参数的管理和使用。
组号：
物理参数组号，可以直接输入，或者点击“编辑”按钮选择。
编辑：
点击该按钮，可进入以下窗口：
图2-8交流线参数编辑
窗口中的各项数据含义同前，在此刻录入和编辑交流线物理参数。
应用：
点击该按钮，可将“组号”指定的物理参数应用到当前交流线的物理数据中。
阻抗计算：
点击该按钮后，即根据以上数据，计算出阻抗栏中各项的数值，计算结果单位由“单位”决定。
[说明]
对上述交流线数据，基本项、连接信息和线路阻抗是必要数据，必须填写。
其它数据可根据需要填写。
单位公里的正序电阻、电抗、电导均由手册查得。
本设计潮流计算需要线路单位公里的正序电阻、电抗、电导数据如下表：
表2-3网络中各交流线参数
线路
名称
型号
电压等级
导线的单位技术参数
参数组号
线路长度（km）
线路编号
泰阁线
2*LGJ-300
220
0.053
0.312
1.146
359.844
1
13.9
6
昭阁线
2*LGJ-300
0.053
0.312
1.146
359.844
1
26.4
8
东昭Ⅰ、Ⅱ回线
LGJQ-400*2
0.08
0.417
0.088
11.26
2
17.3
9
东乌线
2*LGJ-300
0.053
0.312
1.146
359.844
1
14.3
10
乌泰线
2*LGJ-300
0.053
0.312
1.146
359.844
1
16.22
13
乌阁线
2*LGJ-300
0.053
0.312
1.146
359.844
1
15.7
7
乌可线
2*LGJ-240
0.066
0.315
1.134
356.076
3
39.1
12
2.2.3三绕组变压器数据
选择“基础数据”下拉菜单中的“三绕组变压器”，点击后，弹出三绕组变压器数据录入窗口，即可进行三绕组变压器数据的录入和编辑窗口，如下图：
图2-9三绕组变压器数据窗口
基本项
中心点母线：
星形等值电路中心点母线名。
（三绕组变压器中心点是由于计算机的需要而增设的母线，是实际中不存在的虚拟母线，其基准电压可以为任意值。
但由于在PSASP中，三绕组变压器中心点的基准电压用作该变压器物理参数计算时的基准，所以该电压的设定将直接影响变压器物理参数的计算结果。
建议：
将三绕组变压器中心点的基准电压设为某侧母线的基准电压，例如：
高压侧。
其物理参数计算结果相当于从该侧母线看进去的数值。
）
连接信息栏
分为1，2，3测，每侧包括如下信息：
母线名
编号：
变压器绕组编号，此编号不能重复，也不能与交流线，直流线编号重复。
连接方式：
都选择YG、YG、D型接线。
基准电压：
选取母线后，自动显示母线数据中该母线的基准电压。
阻抗及变比页
图2-10阻抗及变比页
主要填写变压器等值电路的阻抗和变比，是计算的必要数据。
单位：
指阻抗的数据单位，p.u.：
标幺值；Ohm/10-6Siem：
有名值。
阻抗及变比栏
R1、X1：
1侧正序电阻、电抗
Tk1：
1侧变比（中心点侧为标准侧）
R2、X2：
2侧正序电阻、电抗
Tk2：
2侧变比（中心侧为标准侧）
R3、X3：
3侧正序电阻、电抗
Tk3：
3侧变比（中心点侧为标准侧）
Gm：
激磁电导
Bm：
激磁电纳以上各项的含义，如下图所示：
图2-11变压器等值电路
物理描述页
图2-12三绕组变压器物理描述页
主要填写变压器的物理描述。
利用这些数据可计算阻抗及变比栏中的数据。
绕组额定容量栏
1、变压器1侧绕组额定容量，单位为兆伏安（MVA）
2、变压器2侧绕组额定容量，单位为兆伏安（MVA）
3、变压器3侧绕组额定容量，单位为兆伏安（MVA）
短路栏
P：
短路损耗，单位为千瓦（kW），该损耗为未折算至统一容量下值
V：
短路电压百分数（%）
空载栏
P0：
空载损耗，单位为千瓦（kW）
I0：
空载电流百分数（%）
抽头信息：
点击该按钮后，弹出如下窗口，在此可编辑三侧的抽头信息。
图2-13三绕组变压器抽头信息
V0：
主抽头电压，单位为千伏（kV）
Vstep：
抽头级差，百分数（%）
Vpos：
抽头位置，正整数，最大抽头电压位置为1，则最大电压为242kV；最小抽头电压位置为8，则最小电压为198kV。
抽头位置从1到8变大时，抽头电压从242kV到198kV变小。
Vmax：
最大抽头电压242kV
Vmin：
最小抽头电压198kV
对无抽头侧，若主抽头V0≠VB（该侧母线基准电压），须填V0，其它值不填；若V0=VB，可不填该侧数据。
物理参数栏
建立典型的参数组，参数组号1：
台阁木和可镇变变压器参数；参数组号2：
昭君变和东郊变变压器参数；参数组号3：
乌素图变变压器参数。
组号：
物理参数组号，可以直接输入已有的组号，或者点击“编辑”按钮选择填入新的参数组；
编辑：
点击该按钮，可进入以下画面：
图2-14三绕组变压器物理参数
应用：
点击该按钮，可将“组号”指定的物理参数应用到当前三绕组变压器的物理数据（包括抽头信息）中。
阻抗计算：
点击该按钮后，即根据以上数据，计算出阻抗及变比栏中各项的数值，计算结果单位由“单位”决定。
[说明]
上述各项三绕组变压器数据，基本项、连接信息和阻抗数据为必要数据，必须填写，其它数据根据需要填写。
给定变压器各项参数如下表：
表2-4昭君变电站
升级会员 