電力系統(tǒng)分析綜合程序的用戶自定義模型

電力系統(tǒng)分析綜合程序的用戶自定義模型

黃英懷

　　（廣東省廣電集團(tuán)有限公司揭陽供電分公司，廣東揭陽522000）

    摘　要：隨著電力系統(tǒng)和電力電子技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展，各種新型系統(tǒng)元件和新的控制功能不斷在電力系統(tǒng)投入使用，電力系統(tǒng)分析程序有必要而且必須采用用戶自定義模型方法來模擬這些元件和功能。介紹了電力系統(tǒng)分析綜合程序的用戶自定義模型的組成、原理和建模方法，并以UFV－2K型電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置過電流切負(fù)荷功能為例，說明如何建立用戶自定義模型。
    關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)分析綜合程序；用戶自定義模型；UFV－2型電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置

　　中國電力科學(xué)研究院的“電力系統(tǒng)分析綜合程序”（po wer system analysis software package，PSASP）是一個(gè)經(jīng)歷二十多年不斷開發(fā)的、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)用于我國電力系統(tǒng)的各種領(lǐng)域———規(guī)劃設(shè)計(jì)、生產(chǎn)運(yùn)行、調(diào)度和科學(xué)研究。
　　同時(shí)，PSASP具有一定的開放性，體現(xiàn)為：
一是其資源可為其他程序共享；二是用戶可按自己計(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通過用戶程序接口（user programinterface，UPI）和用戶自定義模型（user－defined model，UDM）來實(shí)現(xiàn)其開放性。PSASP和用戶程序模塊通過UPI交換數(shù)據(jù)和交替運(yùn)行，從而共同完成某一計(jì)算任務(wù)。本文將詳細(xì)介紹用戶自定義模型。 

1　通用的數(shù)學(xué)模型
　　電力系統(tǒng)計(jì)算所采用的通用數(shù)學(xué)模型有以下5種類型：
　　a）電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模型，括直流輸電線路、交流輸電線路、變壓器、電抗器、電容器和靜止無功補(bǔ)償器等模型。
　　b）發(fā)電機(jī)模型，括潮流計(jì)算用的簡單電源模型和同步電機(jī)模型。電源模型通常可選用三類，即P－Q類，給定電源的有功功率和無功功率；P－Um類，給定電源點(diǎn)的有功功率和電壓幅值；Um－φ類，給定電源的電壓幅值和相角。在PSASP中，同步電機(jī)模型共有7種不同精度的同步電機(jī)模型， 高6階模型。
　　c）負(fù)荷模型，有 簡單的（P＋j Q）模型、電壓頻率靜特性負(fù)荷模型、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和綜合動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型。
　　d）各種自動(dòng)裝置模型，主要有發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器模型、原動(dòng)機(jī)調(diào)速器模型、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）模型、繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置模型等。
　　e）擾動(dòng)方式和穩(wěn)定措施的模擬，主要有電網(wǎng)簡單故障或復(fù)雜故障及沖擊負(fù)荷，快速關(guān)汽門，切機(jī)，切負(fù)荷和切線路等。
2　用戶自定義建模的必要性
2．1　各種新型元件和新的控制功能　　
　　近年來，由于電力系統(tǒng)發(fā)展的需要，電力系統(tǒng)控制技術(shù)和電力電子技術(shù)得到不斷地發(fā)展，新型系統(tǒng)元件和各種控制功能不斷地出現(xiàn)，這就要求在電力系統(tǒng)計(jì)算中能夠模擬這些新元件和控制功能。
　　在潮流計(jì)算中，要求能夠模擬各種特性的負(fù)荷、串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置、晶閘管控制的移相器、晶閘管控制的靜止補(bǔ)償器、自動(dòng)投切的電容器和電抗器、帶負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)抽頭的變壓器、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置，以及自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）的功能，等等。　　在暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算中，要求能夠模擬不同型號(hào)的同步電機(jī)、異步電機(jī)、電力電子元件靜止無功補(bǔ)償器、各種類型的調(diào)壓器和調(diào)速器、各種繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置、PSS、統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）和晶閘管控制的串聯(lián)補(bǔ)償裝置（TCSC）、其他靈活交流輸電系統(tǒng)（FACTS）元件模型、不同的超高壓直流輸電線路及控制系統(tǒng)，等等。
2．2　用戶自定義建模的必要性
　　雖然國內(nèi)外電力系統(tǒng)分析程序都在程序內(nèi)部設(shè)置大量固定模型，如PSASP內(nèi)部設(shè)置了7種同步電機(jī)模型、3種負(fù)荷模型、2種無功靜止補(bǔ)償模型、2種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)、1種調(diào)速器、1種PSS裝置和2種高壓直流輸電模型，但是，隨著各種新型元件和新的控制功能的不斷出現(xiàn)，程序內(nèi)部原有的固定模型已不能滿足電力系統(tǒng)不斷發(fā)展的需要。而根據(jù)新型元件和新的控制功能的需要進(jìn)行建模，修改程序的固定模型，這樣，必須對(duì)程序作相應(yīng)的修改，需要花費(fèi)很長的時(shí)間，是相當(dāng)被動(dòng)的方法，必然落后于電力系統(tǒng)發(fā)展的需要。
　　PSASP采用了UDM的方法來解決這個(gè)問題。
UDM是在無須了解程序內(nèi)部結(jié)構(gòu)和不改動(dòng)程序本身的條件下，用戶按照自己計(jì)算分析的需要，自行設(shè)計(jì)、定義模型，原則上可以靈活模擬各種系統(tǒng)元件、自動(dòng)裝置與控制功能。
3　用戶自定義建模的原理
　　UDM由三部分組成：基本功能單元，輸入信息和輸出信息。
3．1　基本功能單元
　　各種基本功能單元是自定義模型 小組成部分。通過一些功能單元的連接裝配，就可以設(shè)計(jì)定義用戶所需要的UDM。每一基本功能單元，可根據(jù)輸入量（x₁，x₂）完成求輸出量y的運(yùn)算，如圖1所示。顯然，只要PSASP為用戶提供足夠的基本功能單元，就可以構(gòu)造所需的模型。PSASP6．0版，在程序設(shè)置了52個(gè)基本功能單元，基本可滿足用戶的需要。這些功能單元按性質(zhì)可分為微積分運(yùn)算、代數(shù)運(yùn)算、基本函數(shù)運(yùn)算、邏輯控制運(yùn)算、線性和非線性函數(shù)運(yùn)算及其它運(yùn)算等。這些功能單元可以為潮流和暫態(tài)穩(wěn)定及其它相關(guān)計(jì)算程序所共用。

3．2　輸入和輸出信息
　　每個(gè)UDM通過其輸入信息X（x₁，x₂，……）和輸出信息Y（y₁，y₂，……）與所研究的電力系統(tǒng)聯(lián)系在一起，成為新的研究系統(tǒng)，如圖2。只要PSASP提供足夠的輸入和輸出信息，就能夠?qū)崿F(xiàn)任何自定義模型與所研究的電力系統(tǒng)的連接。

　　PSASP將U

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