電力系統(tǒng)仿真軟件對比分析

2017-12-21 10:50:59 大云網(wǎng)　點擊量：評論 (0)

摘要：目前市場上主流使用的電力系統(tǒng)仿真軟件較多，主要依據(jù)使用背景和業(yè)務目標的差異進行軟件的選擇。本文基于此對使用率較高的DIgSILENT、PSS E和PSASP三種軟件進行了基于潮流計算的對比分析，為軟件的選擇提供

摘要：目前市場上主流使用的電力系統(tǒng)仿真軟件較多，主要依據(jù)使用背景和業(yè)務目標的差異進行軟件的選擇。本文基于此對使用率較高的DIgSILENT、PSS/E和PSASP三種軟件進行了基于潮流計算的對比分析，為軟件的選擇提供參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；仿真軟件；潮流計算

隨著電力系統(tǒng)仿真技術(shù)的發(fā)展，先進的仿真軟件不僅可以仿真電力系統(tǒng)的動態(tài)行為，也可實現(xiàn)對復雜系統(tǒng)的快速精確控制。將仿真作為手段與實際工程經(jīng)驗結(jié)合，可以對系統(tǒng)特性進行預測，因此在電力系統(tǒng)的規(guī)劃和運行中應用廣泛。目前市場上電力系統(tǒng)仿真軟件很多，但是采用的算法在細節(jié)上稍有差別，導致在計算速度、結(jié)果收斂度和精確度上也有所區(qū)別，因此對于不同的開發(fā)者、不同的使用背景和實現(xiàn)目標，需要對仿真軟件進行選擇。本文研究了市場上使用率較高的三種軟件，進行了基于潮流計算的對比分析，為使用者在實際仿真中提供一定的參考。

1潮流計算時間

隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，大型電力系統(tǒng)進行潮流計算的時間大幅減少，甚至在線計算的瓶頸也得到突破，因此，使用潮流計算進行仿真對比分析成為可能。本文進行潮流計算測試，基于IEEE118節(jié)點算例構(gòu)造出944節(jié)點算例，并利用DIgSILENT、PSS/E和PSASP三種軟件分別進行仿真計算，計算結(jié)果顯示很快完成仿真，CPU占用時間很短，說明不同軟件用于潮流計算的時間差別很微小。

2潮流計算收斂性

牛頓法由于較好的二次收斂性因此仍然是電力系統(tǒng)進行潮流計算的主要算法，仿真軟件也基本是使用基于牛頓法進行仿真計算。因此，仿真結(jié)果的不收斂主要原因并不是由算法導致的，潮流方程無解主要是由于仿真參數(shù)不合理或是計算細節(jié)不同導致的。采用潮流計算的收斂性進行仿真軟件的對比是驗證軟件性能的有效方法。為進行對比分析，均采用完整的牛頓拉夫遜法，參數(shù)設(shè)置相同（迭代25次、所有母線功率誤差均小于1kVA、平值啟動）。

2.1輸電線路R/X比值過大造成的不收斂

電力系統(tǒng)中輸電線路的R/X比值一般都較小，線路電阻在有些情況下也可忽略不計，但是配電網(wǎng)的潮流計算經(jīng)常不收斂是由于R/X比值過大直接導致的。本節(jié)測試中采用IEEE5節(jié)點系統(tǒng)，在各線路電抗保持不變時逐步增大線路R/X比值，采用DIgSILENT、PSS/E和PSASP三種軟件進行潮流計算仿真。采用IEEE5節(jié)點系統(tǒng)，僅通過增大線路的電阻值來增大線路的R/X值，分別使用三種軟件進行潮流計算仿真，仿真結(jié)果與上面的測試基本相同。采用IEEE30節(jié)點等算例對三種軟件分別進行仿真也得到同樣的仿真結(jié)果。對于由R/X比值過大導致的不收斂問題，仿真結(jié)果表明：

（1）DIgSILENT和PSASP收斂性相似——隨著R/X比值增大，DIgSILNET和PSASP迭代次數(shù)基本相同。

（2）相對于PSS/E軟件，DIgSILENT和PSASP收斂性較好——當PSS/E由于R/X值較大仿真結(jié)果不收斂時，另外兩種軟件仍能繼續(xù)進行迭代計算。

（3）在未到收斂極限時，PSS/E的迭代次數(shù)要等于或小于另外兩種軟件的迭代次數(shù)。另外，DIgSILENT軟件在進行潮流計算仿真時，當仿真結(jié)果不收斂時，程序不僅提示不收斂，且自動進行模型線性化轉(zhuǎn)換以便于計算出結(jié)果，以便于使用者對不收斂原因進行分析。而另外兩種軟件不具備這種功能，無法提供更多信息以便于使用者盡快找到并解決問題。

2.2節(jié)點功率超過臨界點造成的不收斂

分析電壓穩(wěn)定研究中的系統(tǒng)節(jié)點PV曲線可得，當節(jié)點功率越界時，系統(tǒng)不存在電壓解，此時仿真軟件對電網(wǎng)的合理潮流分布無法進行計算，導致計算結(jié)果的不收斂。導致節(jié)點功率超過臨界點的原因主要有大負荷的投切、輸電線路和變壓器的傳輸容量限制、發(fā)電機容量無法滿足負荷要求等。本節(jié)測試采用IEEE5節(jié)點系統(tǒng)，在其他電網(wǎng)參數(shù)保持不變時，增加接在母線上的負荷功率，分別采用三種軟件進行潮流計算。采用其他算例進行仿真也可得出相同的結(jié)果，并且仿真結(jié)果表明，對于節(jié)點功率越界導致的潮流計算不收斂問題與上節(jié)的問題具有相似的情況。

（1）DIgSILENT和PSASP收斂性相似——隨著負荷功率的增大，起初DIgSILNET迭代次數(shù)較大，但是到仿真后期基本相同。

（2）相對于PSS/E軟件，DIgSILENT和PSASP收斂性較好——隨著負荷功率的增大，PSS/E仿真結(jié)果出現(xiàn)不收斂時，另外兩種軟件仍能繼續(xù)進行迭代計算。

（3）在未到收斂極限時，PSS/E的迭代次數(shù)要等于或小于另外兩種軟件的迭代次數(shù)。

2.3平衡節(jié)點遠離電網(wǎng)重心造成的不收斂平衡節(jié)點的位置也是影響潮流計算收斂性的一個因素，在正常情況下，平衡節(jié)點越遠離電網(wǎng)重點，即到全網(wǎng)各母線的電氣距離較長，越容易導致不收斂，因此，平衡節(jié)點要盡可能接近電網(wǎng)重心。對平衡節(jié)點與電網(wǎng)重心距離進行仿真分析，各軟件的仿真結(jié)果也是不盡相同的。在本節(jié)測試中，使用基于IEEE118節(jié)點系統(tǒng)構(gòu)造的兩個944節(jié)點算例，利用PSS/E和PSASP進行潮流計算仿真，對收斂情況進行對比分析。

算例一：共8個IEEE118節(jié)點系統(tǒng)，將第2至第7個系統(tǒng)的55號節(jié)點分別通過一條輸電線路直接與第1個系統(tǒng)的55號節(jié)點相連，并將第1個系統(tǒng)的平衡節(jié)點69號節(jié)點定為整個944節(jié)點系統(tǒng)的平衡母線。

算例二：共8個IEEE118節(jié)點系統(tǒng)，將后一個系統(tǒng)的55號節(jié)點通過一條輸電線路與前一個的55號節(jié)點相連（第2個連接第1個，第3個連接第2個，以此類推，直至第8個連接第7個），再將第1個系統(tǒng)的平衡節(jié)點69號節(jié)點定為整個944節(jié)點系統(tǒng)的平衡母線。分別使用PSS/E和PSASP對上述兩個算例進行潮流計算，仿真結(jié)果如下所示：

（1）算例一均收斂，迭代次數(shù)分別為5次和6次。

（2）算例二中，PSS/E不收斂，但PSASP通過7次迭代得到該網(wǎng)絡(luò)潮流分布。以上測試結(jié)果表明，對于平衡節(jié)點遠離電網(wǎng)重心的情況，相比于PSS/E仿真軟件，PSASP軟件的收斂性更好。