PSASP用戶(hù)自定義程序在勵(lì)磁系統(tǒng)及PSS建模中的應(yīng)用研究

唐 亮，高赫遠(yuǎn)，楊 瀟

(1.華北電力大學(xué)，河北 保定 071003；2.河北省電力研究院，石家莊 050021)

0 引言

暫態(tài)穩(wěn)定仿真計(jì)算是電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行的重要手段，由于控制理論和控制策略的不斷完善和發(fā)展，新的一次設(shè)備、二次設(shè)備不斷涌現(xiàn)，僅僅依靠原有仿真軟件中提供的模型庫(kù)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足客戶(hù)需求。用戶(hù)自定義建模(User Define Modeling，UDM)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)用戶(hù)自行構(gòu)建所需模型，提高暫態(tài)穩(wěn)定性仿真的靈活性和開(kāi)放性。目前，絕大部分電力系統(tǒng)仿真商業(yè)軟件都有用戶(hù)自定義建模程序[1]。

中國(guó)電力科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的“電力系統(tǒng)分析綜合程序”(Power System Analysis Software Package，PSASP)是一個(gè)功能日益完善和強(qiáng)大的大型計(jì)算分析軟件,它廣泛地應(yīng)用于我國(guó)電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、調(diào)度生產(chǎn)和科學(xué)研究等領(lǐng)域[2-4]。PSASP中有用戶(hù)自定義建模程序(簡(jiǎn)稱(chēng)“用戶(hù)程序”)，用戶(hù)可按自己計(jì)算分析的需要，建立各種模型，模擬各種元件、自動(dòng)裝置和控制功能。PSASP主程序和用戶(hù)程序通過(guò)交換數(shù)據(jù)和交替運(yùn)行，共同完成某一計(jì)算任務(wù)。典型的用戶(hù)程序可以與主程序進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，為用戶(hù)提供一個(gè)統(tǒng)一建模平臺(tái)，用戶(hù)無(wú)須了解程序內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和算法，用直觀的方式建立新模型，增強(qiáng)軟件對(duì)系統(tǒng)元件裝置和控制功能擴(kuò)展的適應(yīng)能力。

1 應(yīng)用用戶(hù)程序的建模及仿真分析

在PSASP用戶(hù)程序中分別建立某型號(hào)勵(lì)磁系統(tǒng)及電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(Power System Stabilizer，PSS)用戶(hù)自定義模型，數(shù)學(xué)模型和用戶(hù)自定義模型分別見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 勵(lì)磁系統(tǒng)及PSS的數(shù)學(xué)模型

圖2 應(yīng)用PSASP用戶(hù)程序建立的勵(lì)磁系統(tǒng)模型

圖2中勵(lì)磁系統(tǒng)模型已進(jìn)行初值平衡[4]，其中VT0、EFD0分別為發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓、勵(lì)磁電壓初始值?？?為時(shí)控環(huán)節(jié)，即在1.0 s時(shí)，勵(lì)磁參考電壓Vref變?yōu)樵档?.05倍。

以IEEE 39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)作為測(cè)試算例，發(fā)電機(jī)均采用6階模型，安裝在第39母線(xiàn)發(fā)電機(jī)A的勵(lì)磁系統(tǒng)采用用戶(hù)自定義模型描述，設(shè)置暫態(tài)仿真步長(zhǎng)0.01 s，仿真時(shí)間5.0 s。其機(jī)端電壓及發(fā)電機(jī)有功仿真波形見(jiàn)圖3。1.0 s前機(jī)端電壓穩(wěn)定于基準(zhǔn)值，初值平衡；1.0 s后，機(jī)端電壓發(fā)生階躍，至基準(zhǔn)值的1.05倍，上升時(shí)間和超調(diào)量均符合要求[5]。39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)圖和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)可參見(jiàn)文獻(xiàn)[6]。

(a) 機(jī)端電壓

(b) 發(fā)電機(jī)有功功率

PSASP的用戶(hù)程序中勵(lì)磁系統(tǒng)與PSS在不同界面下建模，勵(lì)磁系統(tǒng)的UDM模型建立并初值平衡后，在模型中加入PSS信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)多UDM模型同時(shí)仿真，如圖4所示，在柜1后添加加法環(huán)節(jié)框12，其中VS為PSS信號(hào)。仍按上述條件仿真并對(duì)比(圖5)，有功功率振蕩情況與未加PSS時(shí)完全一致，即PSS沒(méi)用起到抑制振蕩的作用，與實(shí)際情況不符。

圖4 加入PSS信號(hào)后的勵(lì)磁系統(tǒng)UDM模型

2 存在的問(wèn)題分析

將勵(lì)磁系統(tǒng)UDM模型中VS信號(hào)置0，分別進(jìn)行仿真對(duì)比，以查找問(wèn)題所在。根據(jù)一般理論可知，UDM模型中VS置0后，勵(lì)磁系統(tǒng)UDM模型與原模型應(yīng)是等效模型，即圖4與圖2等效。但這2個(gè)等效模型的仿真結(jié)果卻不一致，如圖6所示。

圖5 仿真結(jié)果比較

圖6 仿真結(jié)果比較

用戶(hù)模型主要由基本功能框庫(kù)、接口變量和模型文件三部分組成[7-9]?；竟δ芸驇?kù)是各種線(xiàn)性和非線(xiàn)性函數(shù)功能框的集合；接口變量應(yīng)包括輸入、輸出信息，預(yù)先在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中定義一定的接口變量，主程序和用戶(hù)程序在計(jì)算前從實(shí)時(shí)庫(kù)中讀取數(shù)據(jù)，每次迭代均將結(jié)果寫(xiě)入實(shí)時(shí)庫(kù)；模型文件包含了具體模型參數(shù)信息和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息。錯(cuò)誤的拓?fù)湫畔?huì)導(dǎo)致仿真的偏差，圖4中VS信號(hào)引入環(huán)節(jié)序號(hào)為12(序號(hào)為程序自動(dòng)生成)，實(shí)際上，該環(huán)節(jié)(如圖2)應(yīng)為第2個(gè)被迭代的基本功能框。

3 驗(yàn)證及解決建議

為了驗(yàn)證圖6仿真失準(zhǔn)是由于拓?fù)潢P(guān)系信息讀入錯(cuò)誤所導(dǎo)致，應(yīng)用用戶(hù)程序完全按照?qǐng)D2的傳遞函數(shù)順序重新建立勵(lì)磁系統(tǒng)模型，如圖7(VS置0)，機(jī)端電壓仿真結(jié)果與圖3一致，引入PSS信號(hào)(取消VS置0)，有功振蕩情況比無(wú)PSS時(shí)明顯減弱，仿真結(jié)果準(zhǔn)確，見(jiàn)圖8。

解決此問(wèn)題可通過(guò)在用戶(hù)程序的每個(gè)基本功能框中加入反應(yīng)迭代順序的標(biāo)識(shí)函數(shù)，由用戶(hù)手動(dòng)填寫(xiě)，程序邏輯流程如圖9所示。由于PSASP不開(kāi)放源代碼，無(wú)法將此解決建議用實(shí)踐進(jìn)行驗(yàn)證，因此，建議中國(guó)電力科學(xué)研究院對(duì)PSASP的用戶(hù)程序進(jìn)行適當(dāng)修改，以使用戶(hù)能根據(jù)傳遞函數(shù)順序手動(dòng)填寫(xiě)基本功能框序號(hào)。

圖7 按傳遞函數(shù)順序建立的勵(lì)磁系統(tǒng)模型

(a) 機(jī)端電壓

(b) 有功功率

圖9 改善后的UDM程序參數(shù)輸入流程

4 結(jié)論

PSASP的用戶(hù)程序在讀取圖形的拓?fù)潢P(guān)系信息功能上有一定缺陷，只能按照用戶(hù)使用基本功能框的順序讀取各功能框的輸入、輸出信息，而不能做到圖模一致，按照傳遞函數(shù)順序依次讀取。通過(guò)仿真算例，驗(yàn)證并分析了此問(wèn)題，給出了針對(duì)PSASP程序可實(shí)施的程序參數(shù)輸入流程建議。由于PSASP不開(kāi)放源代碼，目前此缺陷的解決辦法只能是按照傳遞函數(shù)順序重新建立模型，以實(shí)現(xiàn)仿真結(jié)果準(zhǔn)確。

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