PSASP概述

PSASP概述1-11PSASP概述《电力系统分析综合程序》(PowerSystemAnalysisSoftwarePackage,PSASP)是一套历史长久、功能强大、使用方便的电力系统分析程序，是高度集成和开放具有我国自主知识产权的大型软件包。PSASP是电力系统规划设计人员确定经济合理、技术可行的规划设计方案的重要工具；是运行调度人员确定系统运行方式、分析系统事故、寻求反事故措施的有效手段；是科研人员研究新设备、新元件投入系统等新问题的得力助手；是高等院校用于教学和研究的软件设施。基于电网基础数据库、固定模型库以及用户自定义模型库的支持，PSASP可进行电力系统(输电、供电和配电系统)的各种计算分析。包括：稳态分析的潮流计算、网损分析、最优潮流和无功优化、静态安全分析、谐波分析、静态等值等；故障分析的短路计算、复杂故障计算以及继电保护整定计算等；机电暂态分析的暂态稳定计算、直接法暂态稳定计算、电压稳定计算、小干扰稳定计算、动态等值、马达起动、控制系统参数优化与协调以及电磁-机电暂态分析的次同步谐振计算等。PSASP的计算功能还在不断发展、完善和扩充。PSASP有着友好、方便的人机界面，如基于图形的数据输入和图上操作，自定义模型图以及图形、曲线、报表等各种形式输出。PSASP与Excel、AutoCAD、Matlab等通用的软件分析工具有着方便的接口，可充分利用这些软件的资源。1.1PSASP的开发应用历史PSASP的开发始于1973年，当时是在国产DJS-170机(即早期的一种晶体管计算机)上用机器指令编写而成的。当时的计算机硬件水平很低，存储量小(21kB)，计算速度慢(1万次/秒)，使程序开发受到很大限制。与此相反，对计算方法和编程技巧等方面要求很高：收敛性好、计算PSASP概述1-2速度快、存储量占用小等，也只有这样，才能满足实际电力系统的计算和分析需要。正是在这样的条件下，PSASP在国内率先采用稀疏矩阵技术编写了牛顿法潮流计算程序、复杂故障暂态稳定计算程序、网络化简程序等，使程序计算规模从原来的46个节点扩展至200个节点。多年来，PSASP一方面不断增加和扩展其功能以适应飞速发展的电力系统计算分析的需要；另一方面不断跟踪计算机新技术，使其更加友好和方便。在计算分析功能方面，如今的PSASP包含了电力系统的潮流、暂态稳定、小干扰稳定等十几种计算程序，涉及了稳态、暂态、线性、非线性、优化等各种分析手段。在计算机硬件和软件环境方面，PSASP经历了以下几个阶段：1973年-1980年早期的机器指令版1980年-1986年大中型机FORTRAN语言版1986年-1995年微机DOS版1995年至今微机Windows版如今已发展为一个结构科学、使用方便、图文并茂、高度集成和开放的软件包。多年来PSASP已为我国一些重大电力工程项目的建设和投入运行作出了重要的贡献：•1974年成功地分析了西北330千伏系统振荡事故，首次提出了由于水、火机组的调节速度不匹配而引起系统振荡的观点，为以后的系统运行提供了非常宝贵的经验；•我国第一条500千伏(东北元锦辽)系统的设计和运行方案研究；•三峡电网交直流输电方案的论证；•葛州坝向华东地区送电的可行性研究；•西南-西北、华中-华东等联网运行方案研究；•广东-香港联网低频振荡事故分析；•我国第一条直流输电(葛-上线)系统的设计及投运的研究；•大区电网互联方案研究；•可控串补的系统研究。PSASP早于1985年获首届国家科技进步一等奖，在之后的十几年中，仍一如既往，不断创造新的佳绩。PSASP广泛应用于全国各网省、香港地区的电力规划设计、生产调度运行、科学研究、高等院校、大工业用电企业、地调和县调等，超过300多家用户，成为电力系统设PSASP概述1-3计运行和实验研究的必备工具，解决了电力系统的大量关键技术问题。近年来，国内多所大学和科研单位应用PSASP提供的用户自定义(UD)和用户程序接口(UPI)功能做了大量富有成效的科研工作，取得了非常可喜的研究成果。1.2PSASP的三层体系结构PSASP是一个资源共享，高度集成和开放的大型软件包，其结构分为三层，如下图所示：y潮流计算y暂态稳定y短路电流y小干扰静态稳定y静态安全分析y网损分析y参数优化与协调y谐波分析y最优潮流和无功优化y直接法暂态稳定y电压稳定y长过程动态稳定y静态和动态等值y继电保护整定与仿真y电磁-机电暂态分析y马达起动计算结果库报表图形曲线电网基础数据库用户自定义模型库用户程序库其它工具固定模型库图1-1PSASP的三层体系结构图第一层公用数据和模型的资源库其中包括：电网基础数据库：包含发电机、负荷、变压器、交直流线等电网基本元件，提供了各种分析计算的基本数据支持。固定模型库：包含发电机、负荷、调压器、调速器、PSS、直流输电、静止无功补偿器等模型，提供了电力系统常用的模型支持。用户自定义模型库：由用户自定义(UD)方式建立的各种元件模型(电源、负荷、各种控制装置、FACTS元件等)构成，用以扩充PSASP的模型功能支持。PSASP概述1-4用户程序库：由用户程序接口(UPI)方式实现的一些模型和功能程序构成，用以支持PSASP运行。第二层基于资源库的应用程序包在电网基础数据库、固定模型库以及用户自定义模型库的支持下，可进行各种计算分析。其中包括：稳态分析：潮流计算、网损分析、最优潮流和无功优化、静态安全分析、谐波分析、静态等值等；故障分析：短路计算、复杂故障计算、继电保护整定计算等；机电暂态分析：暂态稳定计算、直接法暂态稳定计算、小干扰稳定计算、电压稳定计算、动态等值、、马达起动、控制系统参数优化与协调、电磁-机电暂态分析的次同步谐振计算等。第三层计算结果库和分析工具执行各种分析计算后，即生成相应的结果数据库，以便进一步采用不同的手段进行分析。它们的共同点是：•保存各种计算的历史结果•提供各种计算常用的固定报表•具有灵活方便的用户自制报表•能自动生成的图示化结果•可在系统单线图和地理位置接线图上标注计算结果•能生成各种计算结果的曲线•具有方便实用的结果编辑报表和曲线•提供转换为Excel，AutoCAD，Matlab的接口PSASP概述1-51.3PSASP的电网基础数据库电网基础数据库是支持PSASP各种计算的公用数据库，由电力系统元件库和元件公用参数库两部分组成。电力系统元件库主要是存放输电线、变压器、电网一次设备(发电机、负荷、直流、静补)和二次装置(调压器、调速器、PSS等)等系统元件数据。元件公用参数库主要存放发电机及其调节器(调压、调速、PSS)、负荷、静补、直流等元件的公用参数。在此基础上，系统各种元件(如发电机)的参数，只需填写一个参数组号，就可共享参数库中的相应参数。各元件都含有一个起着分类命名作用的“数据组”字段，由此可灵活地按地区、年度、运行方式等从基础数据库中抽取数据，以决定所计算的电网规模、结构和运行方式。基础数据可按标幺值、有名值和设备铭牌输入。基础数据库有文本和图形两种录入方式：前者画面清楚友好、编辑工具灵活方便；后者点击单线图上的元件即可弹出相应的画面，是一直观的图形-数据交互环境。图1-2图形方式下的发电机录入编辑PSASP概述1-6PSASP6.0提供了“数据升级转换”程序，可将PSASP5.1的“标准数据文件”转换为PSASP6.0的“基本元件数据库”和“元件公用参数库”。自然，在PSASP5.1环境下，若将PSASP3.0，PSASP4.0，PSASP5.0，PSASP5.1及IEEE，BPA等固定格式数据文件转换为PSASP5.1的标准数据文件，即可实现至PSASP6.0基础数据库的转换，如下图所示：PSASP3.0固定格式数据文件PSASP4.0固定格式数据文件PSASP5.0固定格式数据文件PSASP5.1固定格式数据文件IEEE固定格式数据文件BPA固定格式数据文件数据转换程序数据转换程序数据转换程序数据转换程序数据转换程序数据转换程序PSASP5.1标准数据文件DOS¿Windows数据转换程序PSASP6.0数据库被转换对象转换程序转换结果图1-3PSASP的数据转换和升级因此，PSASP6.0的基础数据库可由PSASP5.1版及之前的低版本、IEEE、BPA等数据转换而成。PSASP概述1-71.4PSASP的用户自定义模型方法PSASP设计了功能强大的用户自定义(UD)建模方法，提供了自行建模来研究电力系统新设备、新装置的得力工具。近年来国内多所大学和科研单位应用PSASP的UD功能做了大量的研究工作，如“可控串补自抗扰控制器”(电科院，《电网技术》97.5)，“用户自定义建模的励磁系统仿真和PSS设计”(浙江中试，《电网技术》98.3)，“非线性励磁控制器改善华中电网稳定性的仿真分析”(清华大学、华中网局，《电网技术》98.3)等。(1)UD模型的基本概念所谓用户自定义建模方法是在无须了解程序内部结构和编程设计的条件下，用户可按自己计算分析的需要，用工程技术人员熟悉的概念和容易掌握的方法，设计各种模型，使其在原则上可以灵活模拟任何系统元件、自动装置和控制功能。为扩充PSASP的功能，向用户开放提供非常有力的工具。通过用户自定义建模方法，一方面用户可建立模型满足自己的特殊需要；另一方面PSASP可建立一些通用模型，存放在“系统模型库”中，作为PSASP的一个组成部分，提供给用户应用，不断充实和发展PSASP的自身功能。用户自定义建模的主要组件是基本功能框和输入、输出信息。(2)UD模型的基本构成基本功能框是自定义模型的最小组成部分。通过一些功能框的连接装配，即可构建一个用户自定义(UD)模型。每一个基本功能框可根据输入量(X1,X2)完成求输入量Y的运算，如下图所示y=f(x1,x2)x1x2y图1-4基本功能框的结构在PSASP中设置了50多个功能框，且可根据实际需要进一步扩充。按性质，这些功能框基本上可分为微积分运算、代数运算、基本函数运算、逻辑控制运算、线性和非线性函数运算及其他运算等类型，可以为潮流、暂态稳定及其他相关计算程序所公用。PSASP概述1-8每个UD模型通过其输入信息X(X1，X2，…)和输出信息Y(Y1，Y2，…)与所研究的电力系统联成一个整体，如下图所示：电力系统UD模型1UD模型2UD模型m…XYXXYY图1-5UD模型与电力系统的联系PSASP所提供的输入和输出信息是充足和必要的。在潮流程序中，把计算的已知量和有关的待求量作为输入和输出信息。在暂态稳定程序中，其输入信息有母线、发电机、负荷、直流线和正、负、零序网络的有关变量，输出信息有发电机、直流线的有关量和切机、切负荷及网络操作等。有了这些输入和输出信息，就能实现任何UD模型与电力系统的连接。(3)UD建模环境PSASP提供了文本和图形两种建模环境。由于模型的建立必须要遵从一定的规则，如：功能框之间的连接关系，输入、输出信息的接入，参数的给定等。因此，在上述两种建模环境中，既有提示，又有约束，从而保证建模的顺利和正确。图1-6用户自定义静止无功补偿器模型PSASP概述1-91.5PSASP的用户程序接口环境PSASP提供用户程序接口(UPI)环境，使PSASP模块和用户程序模块联合运行，共同完成某一计算任务，如下图所示：XYPSASP程序F(X，Y)=0UP程序G(X，Y)=0实现⎩⎨⎧==0),(G0),(FYXYX图1-7PSASP和UP的运行方式UPI为用户提供了更加自由，更加开放的环境，即通过编程(语言工具不限，如FORTRAN，C++等)利用PSASP的资源和实现PSASP的功能扩充。和UD一样，不少单位应用UPI也做了很多富有成效的科研工作，如：“暂态稳定计算中可控串补装置的动态特性仿真”(清华大学，《电网技术》97.3)，“一种基于《电力系统分析综合程序》的发电机稳定极限出力求解方法”(浙江中试，《电网技术》97.4)等。PSASP6.0中利用Windows操作系统提供的动态连接库(DLL)支持，可以使UPI方式与PSASP内部的固定模型方式，在计