電力系統(tǒng)分析軟件PSASP中變壓器模型處理的研究

電力系統(tǒng)分析軟件PSASP中變壓器模型處理的研究 【摘要】變壓器是組成電力系統(tǒng)的主要元件之一，其數學模型的適應性和準確性關系到電力系統(tǒng)分析計算結果的準確性。但目前各電力系統(tǒng)分析軟件對非標準變比的變壓器數學模型處理方式不盡相同，因此會導致計算結果有差異。實際上，變壓器繞組的漏抗和電阻是隨分接頭調整而變化的，選取能反應這種變化關系的變壓器模型時十分必要的。本文通過算例研究，核實PSASP電力系統(tǒng)分析軟件說明書中所描述的變壓器模型，并具體分析其是否合理。最后提出并推導較準確的變壓器模型參數算法及其等值電路，并分析該變壓器模型的適應性以及準確性。關鍵詞：變壓器模型；分接頭調整；等值阻抗；PSASP【Abstract】Powertransformeristhekeycomponentofthepowersystem.Theadaptabilityandtheaccuracyofitsmathematicalmodelsdeterminethereliabilityofthepowersystemcalculationresults.Nowadays,differentpowersystemanalysissoftwares,however,havediversewaysofapproachingnon-standardratiotransformermathematicalmodels,ofwhichwillresultinthedifferencesamongtheresults.Actually,theleakagereactanceofthetransformerwindingandtheresistancevarywiththetapadjustment,therefore,itisnecessarytochoosethetransformermodelswhichcanwellreflectthiskindofrelationship.Basedoncasesandresearch,thispaperverifiedthetransformermodelsthathavebeenproposedinthePSASPspecificationandalsoanalyzeditsrationality.Finally,inthispaper,moreaccuratetransformermodelparameteralgorithmsandtheirequivalentcircuitswereproposedanddeduced.Also,theadaptabilityandtheaccuracyofthetransformermodelswereanalyzedinthepaper.Keywords:TransformerModel;TapAdjustment;EquivalentReactance;PSASP

目錄1緒論 11.1電力系統(tǒng)分析軟件的現(xiàn)狀與發(fā)展 11.2電力系統(tǒng)軟件中變壓器模型研究的意義 11.3本文的主要工作 22PSASP軟件功能和模型介紹 32.1PSASP軟件概述 32.1.1PSASP簡介 32.1.2PSASP體系結構 32.2PSASP主要功能介紹 42.2.1基礎數據的建立和編輯方法 42.2.2PSASP潮流計算流程 52.3PSASP軟件的使用心得 63電力系統(tǒng)中變壓器的基本概念以及數學模型 83.1電力系統(tǒng)中變壓器的等值電路與參數 83.1.1變壓器的參數的計算 83.2變壓器的π型等值電路 93.3PSASP中變壓器模型的介紹 113.3.1PSASP中變壓器模型的建立 113.3.2PSASP中變壓器模型及參數計算 134對算例的潮流計算 154.1算例的介紹 154.2用PSASP對算例進行分析 154.2.2在PSASP中進行算例模型的搭建 154.2.3算例在PSASP中的結果 174.3手算算例的分析 184.3.1不考慮變比變化時的潮流結果 184.3.2考慮變比變化時的潮流結果 195對算例計算結果的整合與分析 215.1對算例計算結果的整合 215.2比較PSASP潮流計算與手算潮流計算結果 235.3對PSASP中變壓器模型處理分析總結 236統(tǒng)一變壓器模型的提出 256.1統(tǒng)一變壓器模型參數算法及其等值電路 256.2該變壓器模型的準確性分析 266.2.1統(tǒng)一變壓器模型與PSASP、PSSE變壓器模型的聯(lián)系 266.2.2統(tǒng)一變壓器模型的推導 276.2.3統(tǒng)一變壓器模型的準確性及優(yōu)點 297全文總結 30致謝 31參考文獻 32PAGE321緒論1.1電力系統(tǒng)分析軟件的現(xiàn)狀與發(fā)展電力系統(tǒng)分析軟件用數學模型和數值方法對系統(tǒng)的運行特性進行研究，可用來確定規(guī)劃設計方案、擬定運行方式，電力系統(tǒng)分析計算的準確性依賴于每個系統(tǒng)元件模型的準確性，隨著研究工作的不斷深人，電力系統(tǒng)元件的建模工作也取得巨大進展，電力系統(tǒng)分析軟件的標準模型庫中有：飽和／非飽和情況下的同步／異步電機模型、勵磁調節(jié)器(包括數字勵磁)和調速器模型、原動機模型、鍋爐和再熱器等模型、飽和／非飽和情況下的變壓器模型(雙繞組／三繞組／調壓變壓器)、各種輸電線模型、HVDC模型非線性元件(如飽和電抗器、避雷器、晶閘管和GTO)模型、負荷模型等。在當今的信息時代，計算機軟、硬件技術的發(fā)展日新月異。一些新思想、新方法和新技術正逐步影響著電力系統(tǒng)分析軟件的發(fā)展。例如軟件工程的方法和技術面向對象的編程方法、并行算法和數據庫技術等等，遵循統(tǒng)一的國際標準，都使電力系統(tǒng)軟件的開發(fā)進一步規(guī)范化，提高和完善，更加高效和實用，以適應現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展的需要。計算機軟、硬件的不斷更新?lián)Q代以及數學方法、模型等值方法的快速進步，必將為電力系統(tǒng)分析軟件的發(fā)展提供一片嶄新的天地。1.2電力系統(tǒng)軟件中變壓器模型研究的意義為了適應電力系統(tǒng)運行調節(jié)的需要，通常在變壓器的高壓繞組上設計制造有分接頭，系統(tǒng)運行時，電力變壓器不一定運行在主接頭位置上，并且運行的分接頭位置不是一成不變。變壓器分接頭的調整不僅改變變壓器的變比，而且對變壓器漏抗和電阻也有很大的影響。大部分電力系統(tǒng)分析教材及專著中，選擇的理想變壓器模型主要用于離線潮流計算，而離線潮流計算一般都直接給定阻抗，不需要考慮分接頭調整（引起變比變化）對變壓器阻抗的影響，因而選擇何種模型都沒有問題。另外在電力系統(tǒng)離線分析算法中，變壓器模型的變比和阻抗都是給定的。在這種條件下，只要在算法中不需要調整變比(即不需要調節(jié)變壓器分接頭)，那么變壓器模型是否考慮分接頭的影響對計算結果沒有影響。因此，這類算法選擇變壓器模型時，一般不需要考慮分接頭影響。對于需要調整變比的算法，不考慮分接頭的影響，則會產生較大誤差。而電力系統(tǒng)在線分析的變壓器模型目前一般也是沿用傳統(tǒng)的潮流計算的變壓器模型，沒有考慮分接頭的影響。實際上，在線軟件算法中，包括狀態(tài)估計、調度員潮流等，變壓器的等值阻抗無論用戶直接給定，還是程序自動計算，一般都是通過變壓器主接頭下的短路數據求得的。運行時，變壓器卻不一定運行在主接頭，在非標準變比下計算就會有誤差。因此對電力網絡的描述和處理往往成為解決有關問題的關鍵，變壓器是電力系統(tǒng)中最重要的電氣設備之一，同時也是使用較多的設備。由于大部分變壓器都帶有載或無載調壓分接頭，當分接頭調整時將影響變壓器物理參數，因此必須研究潮流計算程序中的變壓器模型是如何適應分接頭調整的，從而根據變壓器銘牌參數正確計算并填寫與模型配套的變壓器參數?？傊瑢τ陔娏ο到y(tǒng)中應用如此廣泛的變壓器設備，正確描述其數學模型，確定它的準確參數是非常重要的。1.3本文的主要工作變壓器是組成電力系統(tǒng)的主要元件之一，其數學模型的適應性和準確性關系到電力系統(tǒng)分析計算結果的準確性。本文主要是在逐步掌握PSASP電力系統(tǒng)分析軟件的使用方法的基礎上，通過使用PSASP軟件對算例進行研究，核實PSASP電力系統(tǒng)分析軟件說明書中所描述的變壓器模型，并且具體分析PSASP中變壓器模型是否合理。最后提出并推導較為準確的變壓器模型等值電路及其參數算法，并分析該變壓器模型的適應性以及準確性。2PSASP軟件功能和模型介紹2.1PSASP軟件概述2.1.1PSASP簡介PSASP（PowerSystemAnalysisSoftwarePackage）簡稱PSASP是一套功能強大、使用方便的電力系統(tǒng)分析程序，是具有我國自主知識產權的大型軟件包。它由中國電力科學院研制，主要用于電力系統(tǒng)的運行、設計、研究。PSASP功能不斷發(fā)展，實現(xiàn)了電力系統(tǒng)的潮流、暫態(tài)穩(wěn)定、短路電流、小干擾穩(wěn)定、最優(yōu)潮流和無功優(yōu)化等各種計算，涉及了穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)、線性、非線性各種分析。計算機技術的不斷更新，使其圖形美觀、接口方便。2.1.2PSASP體系結構PSASP的結構分為三層，如圖2-1所示。第一層是公用數據和模型的資源庫，其中包括電網基礎數據庫、固定模型庫、用戶自定義模型庫、用戶程序庫，可進行數據和模型建立；第二層是基于資源庫的應用程序包，其中包括:穩(wěn)態(tài)分析、故障分析、機電暫態(tài)分析，潮流計算，可進行各種計算分析；第三層是計算結果和分析工具，執(zhí)行各種分析計算后，即生成相應的結果數據庫。圖2-1PSASP的體系結構圖2.2PSASP主要功能介紹在本次設計中，主要涉及了PSASP的基礎數據庫、潮流計算,下面主要對這兩項功能及在軟件使用過程中需要注意的地方作一下介紹。2.2.1基礎數據的建立和編輯方法我們所使用的基礎數據的建立和編輯方法有以下兩種：(1)文本方式在文本方式環(huán)境中(點擊主畫面中的“文本支持環(huán)境”按鈕進入)，點擊菜單條中的“數據”，便彈出基本元件數據庫子菜單,如圖2-2所示：圖2-2基礎數據的文本方式建立方法再點擊某一項，便進入編輯該表的畫面。盡管各表的內容不同，但畫面風格一致。都有工具條、按鈕、數據標題欄及解釋說明條，使用戶很容易了解各項的內容及如何填寫。一幅畫面對應數據表的一條記錄，翻一個畫面便換另一個記錄。此外，還可以通過畫面中的“瀏覽”按鈕，以瀏覽方式編輯數據，該方式如同填寫表格，便于各記錄間的數據比較。(2)圖形方式在圖形數據編輯環(huán)境(在主畫面中，點擊“圖形支持環(huán)境”按鈕，再點擊“編輯模式”按鈕進入)中，在繪制電力系統(tǒng)單線圖各元件的同時，即可建立和編輯各元件的數據，形成圖形數據的交互環(huán)境。具體分為以下兩種情況：·在繪制某一元件時，如某一發(fā)電機，若該機尚未建立數據，則彈出編輯該發(fā)電機數據的畫面(與文本方式的畫面相同)，則可隨即建立其相應數據。·雙擊圖上的某一元件，如某一發(fā)電機，即彈出該發(fā)電機的數據編輯畫面，從而可填寫或修改各項數據。2.2.2PSASP潮流計算流程PSASP潮流計算的流程與結構如圖2-3所示。說明：①虛線以上是各種計算(潮流、暫態(tài)穩(wěn)定、短路等)的公共部分，即基礎數據準備?？赏ㄟ^文本和圖形兩種方式建立和編輯，最終生成可供各種計算分析的電網基礎數據庫。②虛線以下為潮流計算特有的部分。其中需要用戶參與的有兩部分：其一是計算作業(yè)的定義。即確定電網的結構，運行方式及計算的控制(計算方法，迭代誤差、控制功能的投入等)。這里有文本和圖形兩種方式支持。其二是計算結果的編輯和輸出。即選擇輸出的范圍和內容，這里有文本和圖形兩種方式：·文本方式是生成報表、報表文件和簡單圖示；·圖形方式是在潮流圖上直接標識。圖2-3PSASP潮流計算的流程和結構由于潮流計算是否收斂，不僅與被計算的系統(tǒng)有關，而且和所選用的計算方法也緊密相關。因此PSASP潮流計算程序提供了下列方法供用戶選擇。本文用的是潮流計算方式（5），即PQ分解轉牛頓法。以下是對5種潮流計算方法的簡介：(1)PQ分解法該方法基于牛頓法原理，再根據電力系統(tǒng)線路參數R/X比通常很小的情況，對求解修正量的修正方程系數矩陣加以簡化，使其變?yōu)槌店?即所謂的等斜率)，且P、Q迭代解耦。這樣可減少每次迭代的計算時間，提高計算速度，又不影響最終結果，因此是通常選用的一種方法。但在低電壓配電網中，當線路R/X比值很大時，可能出現(xiàn)不收斂情況，此時應考慮更換其它方法。(2)牛頓法(功率式)該方法的數學模型是基于節(jié)點功率平衡方程式，再應用牛頓法形成修正方程，求每次迭代的修正量。該方法通常收斂性很好。(3)最佳乘子法(非線性規(guī)劃法)該方法首先將潮流計算求解非線性方程組的問題化為無約束的非線性規(guī)劃問題。在求解時把用牛頓法所求的修正量作為搜索方向，再根據所求出最佳步長加以修正。該方法屬非線性規(guī)劃原理，原則上能求出其解(若存在)或斷定問題無解，但由于數值計算的因素比較復雜，實際應用時并非完全理想化。通常在迭代過程發(fā)生振蕩的情況，若最佳乘子μ逼近于0，說明問題無解；若最佳乘子保持在1附近則要考慮其它的因素。(4)牛頓法(電流式)該方法與牛頓法(功率式)的區(qū)別是其數學模型基于節(jié)點電流平衡方程式。該方法通常收斂性很好。(5)PQ-分解轉牛頓法牛頓法迭代的特點是要求初值較好，且在迭代接近真解時，收斂速度非?？?，為此設計了PQ分解轉牛頓法。該方法是先用PQ分解法，當迭代達到一定精度時，轉牛頓法，使牛頓法能獲得較好的初值，這樣可改善其收斂性，加快計算速度。2.3PSASP軟件的使用心得使用這個PSASP軟件的過程，其實也是一個逐漸熟悉摸索的過程。分析和研究中我也逐漸對這個軟件比較了解，并積累了如下心得：1）軟件必須帶驅動（軟件狗）運行，版本要對應，不然基本功能也無法實現(xiàn)，比如圖形環(huán)境支持下的仿真，以及潮流計算。2）使用軟件過程中，要借助PSASP軟件用戶手冊，遇到問題首先要主動借助手冊或者網絡搜索尋找解決問題的答案，在不斷摸索中能讓自己慢慢熟悉軟件，同時能提高自己解決問題的能力。3）填寫元件參數時要認真仔細，輸入對應元件的參數，要注意標幺值與有名值的選擇，要十分認真仔細。經常發(fā)現(xiàn)潮流計算錯誤的原因是填寫參數時的馬虎，而回頭在去發(fā)現(xiàn)錯誤也會浪費很多時間。4）在計算潮流計算過程中要記得刷新數據，否則會得不到正確結果。5）要正確選擇潮流計算方法，PSASP潮流計算中提供了5種潮流計算方法，要根據仿真的已知條件，恰當選擇潮流計算方法，這樣才能獲得比較準確的潮流計算結果。選擇的潮流計算方法與已知條件不匹配會造成一定的誤差，影響仿真結果。3電力系統(tǒng)中變壓器的基本概念以及數學模型3.1電力系統(tǒng)中變壓器的等值電路與參數電力系統(tǒng)中使用的變壓器大多數是三相繞組變壓器，雙繞組變壓器的近似等值電路常將勵磁支路前移至電源側，在這個等值電路中，一般將變壓器二次繞組的電阻和電抗折算到一次繞組側并和一次繞組的電阻和漏抗合并，用等值阻抗來表示，對于三繞組變壓器，采用的勵磁支路前移的星型等值電路，如圖3-1的所有參數值都是折算到一次側的值。圖3-1變壓器等值電路3.1.1變壓器的參數的計算變壓器的參數一般是指其等值電路中的電阻、電抗、電導和電納。變壓器的變比也是變壓器的一個參數。變壓器的前四個參數可以從出廠銘牌上代表電氣特性的四個數據計算得到。這四個數據是短路損耗，短路電壓，空載損耗，空載電流。前兩個數據由短路試驗得到，用以確定和；后兩個數據由空載試驗得到，用以確定和。1、電阻變壓器作短路試驗時，降一側繞組短路，在另一側繞組施加電壓，使短路繞組的電流達到額定值。由于此時外加電壓較小，相應的鐵耗也小，可以認為短路損耗即等于變壓器通過額定電流時原、副方繞組電阻的總損耗（銅耗），在電力系統(tǒng)計算中，常用變壓器三相額定容量和額定線電壓進行參數計算，公式如下（3-1）：(3-1)式中的單位為KW，的單位為KVA,的單位為KV，下文以后各式中的與得含義和單位均與此式相同。2、電抗變壓器銘牌上給出的短路電壓百分數，是變壓器通過額定電流時在阻抗上產生的電壓降的百分數，對于大容量變壓器，其繞組電阻比電抗小得多，得到的公式如下：（3-2）3、電導變壓器的電導是用來表示鐵芯損耗的。由于空載電流相對額定電流來說是很小的，繞組中的銅耗也很小，所以，可以近似認為變壓器的鐵耗就等于空載損耗，得出以下公式（3-3）：（3-3）4、電納變壓器的電納代表變壓器的勵磁功率。變壓器空載電流包含有功分量和無功分量，與勵磁功率對應的是無功分量。由于有功分量很小，無功分量和空載電流在數值上幾乎相等。根據變壓器銘牌上給出的，可以得到公式:（3-4）3.2變壓器的π型等值電路理想變壓器就是無損耗、無漏磁、無需勵磁電流的變壓器。雙繞組變壓器的這種等值電路示如圖，圖中變壓器的阻抗是折算到原方的值，是變壓器的變比，和副方的實際電壓和電流。如果將勵磁支路略去或另作處理，則變壓器又可用它的阻抗和理想變壓器相串聯(lián)的等值電路表示。這種存在磁耦合的電路還可以進一步變換成電氣上直接相連的等值電路如圖3-2變壓器π型等值電路。圖3-2變壓器π型等值3.3PSASP中變壓器模型的介紹3.3.1PSASP中變壓器模型的建立正如前文介紹的PSASP軟件中，可以用2種方法建立模型，文本模式和圖形模式，圖形模型實質也是文本支持環(huán)境輸入的可視化。首先介紹文本支持環(huán)境下兩繞組變壓器的建立。進入PSASP6.2，在文本方式環(huán)境中(點擊主畫面中的“文本支持環(huán)境”按鈕進入)，點擊菜單條中的“數據”，便彈出基本元件數據庫子菜單，選擇“基礎數據”下拉菜單中“兩繞組變壓器”，點擊后，彈出兩繞組變壓器數據錄入窗口，即可進行兩繞組變壓器數據的錄入和編輯，如圖3-2所示。圖3-3繞組變壓器編輯界面1、基本項：1）有效：數據有效標記。2）數據組：數據所屬數據組名。3）編號：變壓器編號。此編號不能重復，也不能與交流線、直流線編號重復。2、連接信息欄1）I側母線名2）J側母線名3）開關狀態(tài)：有合、斷兩個狀態(tài)。4）連接方式：D：三角形；Y：星形；YG：星形接地。5）基準電壓：選取母線后，自動顯示母線數據中該母線的基準電壓。如與實際不符，請檢查母線數據中該母線的基準電壓值。3、阻抗及變比頁1）主要填寫變壓器等值電路的阻抗和變比，是計算的必要數據。2）單位：指阻抗的數據單位，p.u.表示標幺值；Ohm/10-6Siem表示有名值。4、阻抗及變比欄1）R1：正序電阻（對應上文）2）X1：正序電抗3）Gm：激磁電導4）Bm：激磁電納5）Tk：變比各項數據的單位根據“單位”而定。以上各項的含義，如圖3-3所示：圖3-4變壓器等值模型５、物理描述頁主要填寫變壓器的物理描述。利用這些數據可計算阻抗及變比欄中的數據：1、容量欄2）額定：變壓器額定容量，單位為兆伏安(MVA)3）上限：容量上限百分數(%)，即容量上限=額定*上限/100。4）短路欄5）P：短路損耗，單位為千瓦(kW)6）V：短路電壓百分數(%)2、空載欄1）P0：空載損耗，單位為千瓦(kW)2）I0：空載電流百分數(%)3、抽頭信息：點擊該按鈕后，彈出如下窗口，在此可編輯兩側的抽頭信息。圖3-5抽頭信息界面1）V0：主抽頭電壓，單位為千伏(kV)2）Vstep：抽頭級差，百分數(%)3）Vpos：抽頭位置，正整數，最大抽頭電壓的抽頭位置為14）Vmax：最大抽頭電壓，單位為千伏(kV)5）Vmin：最小抽頭電壓，單位為千伏(kV)3.3.2PSASP中變壓器模型及參數計算圖3-6PSASP中變壓器模型及參數根據PSASP軟件中的阻抗計算以及用戶手冊中的阻抗計算：點擊該按鈕后，即根據以上數據，計算出阻抗及變比欄中各項的數值，計算結果的單位由“單位”決定。具體計算公式如下。正序電阻：（3-5）正序電抗：（3-6）激磁電導：（3-7）激磁電納：（3-8）非標準變比：（3-9）其中,為有抽頭時實際電壓(kV)，無抽頭時：變壓器I側額定電壓；：I側母線基準電壓(kV)；：J側母線基準電壓(kV)；：變壓器額定容量(MVA)；：系統(tǒng)基準容量(MVA)；：短路損耗(kW)；：短路電壓百分數(%)；：空載損耗(kW)；：空載電流百分數(%)。4對算例的潮流計算4.1算例的介紹圖4-1算例接線圖為了驗證電力系統(tǒng)軟件PSASP中變壓器模型的處理，本文對帶有雙繞組變壓器簡單模型進行了潮流計算。如圖4-1便是本文采用的仿真的算例。已知條件入下：發(fā)電機G-1:Sn=60MVA;發(fā)電機G-2:Sn=150MVA；變壓器T-1:Sn=60MVA，=12%；變壓器T-2：Sn=90MVA，=12%；線路L：回路l=80km，x=0.4/km；負荷有功功率P=100MW,無功功率Q=20MVar；節(jié)點1為PQ節(jié)點，P=50MVA,Q=20MVar,基準電壓等級為10.5KV;節(jié)點4為平衡節(jié)點,電壓幅值為11.025KV,母線基準電壓為10.5KV。因為此算例意在判別分接頭變化對變壓器參數的影響，而變壓器的電阻參數計算公式與阻抗參數計算公式中對于分接頭變化有相同的關系，所以本文只研究了分接頭對漏抗的影響，對應分接頭對電阻的影響，進而分析分接頭變化對阻抗的影響。4.2用PSASP對算例進行分析4.2.2在PSASP中進行算例模型的搭建接下來，在PSASP中用文本輸入與圖形輸入兩種方式搭建如圖網路，先用文本方式，首先進入PSASP6.2，選擇文本支持環(huán)境，右上角“基礎數據”下拉菜單中，選擇母線項，分別添加母線1、2、3、4.四條母線。母線1、4基準電壓為10.5kv；母線2、3基準電壓為110kv。輸入參數后，點擊保存退出。選擇交流線項，選擇母線2為I側，母線3為J側，選擇輸入有名值，點擊物理描述，按照已知輸入長度：80km；X1：0.4ohm/km;然后點擊阻抗計算，程序將自動計算出交流線路阻抗為32。輸入完畢后，點擊保存退出。選擇雙繞組變壓器項，雙繞組變壓器界面與參數的鍵入方法，已在前文中提到，添加2個變壓器，分別為T-1,T-2.如變壓器T-1,選擇I側為母線1，J側為母線2，單位選擇標幺值。變比將在接下的計算中進行調節(jié)。單擊物理描述，按已知條件，鍵入額定容量為60MVA，V=12KV。單擊阻抗計算，程序將自動得出變壓器阻抗的標幺值，顯示在阻抗及變比菜單中X1=0.200000.同樣，鍵入變壓器T-2的參數。輸入完畢后，點擊保存退出。選擇發(fā)電機項，分別添加發(fā)電機G1,G2兩臺發(fā)電機組，以發(fā)電機G-1為例，母線名選擇與其相連的母線1，母線類型為PQ節(jié)點。功率為P=50MW,Q=20MVar,選取有名值，額定容量為100MVA；發(fā)電機G-2，母線名選擇與其相連的母線4，母線類型為slack，平衡節(jié)點，電壓幅值定為11.025KV。輸入完畢后，點擊保存退出。選擇負荷項，網路中只有一個負荷，節(jié)點類型為PQ節(jié)點，故選擇母線類型為PQ,母線名選擇與其相連的母線3，負荷功率中P=100MW,Q=MVar,單位選擇為有名值。輸入完畢后，點擊保存退出。到此，整個模型的參數已鍵入完畢，文本支持環(huán)境下，雖然不能直接顯示各一次設備的連接方式，但是通過文本環(huán)境下個設備的關系表達，本質上已經清晰表示出網路得結構，這也要求建模者對模型要成竹在胸。然后進行方案定義，在文本環(huán)境窗口中點擊“計算”下拉菜單中的“方案定義”，彈出方案定義窗口。在圖形支持的運行模式窗口(在主畫面中點擊“圖形支持環(huán)境”，再點擊“運行模式”按鈕進入)中點擊“作業(yè)”下拉菜單中的“方案定義”，彈出方案定義窗口。在方案定義窗口中：然后定義數據組BASIC為方案1，方案描述可以由設計則要求進行填寫。輸入完畢后，點擊保存退出。下一步點擊“計算”下拉菜單中的“潮流”，彈出文本方式下的潮流計算信息窗口：選擇作業(yè)號為1，方案號為1。在該窗口中選擇或定義潮流作業(yè)號后，即可點擊“計算”按鈕執(zhí)行潮流計算。點擊“刷新”，能夠刷新數據庫中數據，點擊“編輯”，在下欄“計算方法”中，選擇“方法”為PQDecoupled-Newton（PQ-分解轉牛頓法）；這里允許誤差是標幺值，即迭代收斂判據；迭代次數上限：若在該給定次數之內達不到收斂精度時，則選擇迭代過程中最小誤差輸出其結果，供參考。定義潮流計算信息完畢后，點擊“計算”，可得到潮流計算結果。在圖形支持環(huán)境下，建立網路，點擊“圖形支持環(huán)境”，選擇“編輯模式”進行網絡可視化編輯。進入編輯菜單后，可以看到界面的右邊，有代表電力系統(tǒng)各設備的圖標，可以點擊各個圖標，然后拖到單線圖菜單，直接用圖形構造出網路模型。分兩種情況，如果事先已經在文本支持環(huán)境下建立模型，網絡構造后會自動對應參數,可以雙擊單線圖上的元件檢驗參數是否準確。當沒有在文本環(huán)境下輸入參數時，在圖形模式下搭建每一個元件時，都會跳出個元件的對話框。回到上一界面后，點擊“運行模式”，點擊圖標。選擇方案1，確定后點擊（潮流作業(yè)）圖片，進入潮流方案的編輯。點擊（潮流計算）圖標，運行模式下單線圖菜單將顯示出潮流計算的結果，點擊“格式”下拉菜單“選項”可以選擇顯示潮流格式為有名值或者標幺值。4.2.3算例在PSASP中的結果在圖形支持環(huán)境下，構建算例網絡后，按步驟，進行潮流計算，選擇潮流顯示為有名值,可以在接線圖上，得到各個節(jié)點電壓與各條支路的潮流值，調節(jié)變壓器變比，潮流也會發(fā)生相應的變化，在算例中我們調節(jié)變壓器T-2的變比，而保持變壓器T-1的為標準變比，將PSASP潮流計算結果整合如表4-1和表4-2：表4-1PSASP仿真算例的潮流結果1變比項目=1.025641(0.975：1)=1.052631(0.95：1)=1.1.11111(0.90：1)節(jié)點電壓有名值(KV)支路潮流有名值(MVA)節(jié)點電壓KV節(jié)點111.22610.938節(jié)點2113.955110.865104.575節(jié)點3110.658107.608101.441節(jié)點411.02511.02511.025支路潮流MVA1-250.000+j14.92650.000+j14.65550.000+j14.0322-350.000+j8.21650.000+j7.58750.000+j6.1413-T250.000+j11.78450.000+j12.41350.000+j13.859T2-450.000+j15.26050.000+j16.11150.000+j18.080表4-2PSASP仿真算例的潮流結果2變比項目=0.97560(1.025：1)=0.952381(1.05：1)=0.909091(1.1：1)節(jié)點電壓KV節(jié)點111.79512.07712.636續(xù)表4-2節(jié)點電壓KV節(jié)點2120.053123.068129.047節(jié)點3116.710119.716125.694節(jié)點411.02511.02511.025支路潮流MVA1-250.000+j15.40450.000+j15.61650.000+j15.9952-350.000+j9.32650.000+j9.81950.000+j10.7003-T250.000+j10.67450.000+j10.18150.000+j9.300T2-450.000+j13.77050.000+j13.11250.000+j11.9414.3手算算例的分析4.3.1不考慮變比變化時的潮流結果上文介紹了用PSASP進行對算例模擬，接下來用手算潮流得出算例的結果。當在非標準變比下，不考慮分接頭變化對阻抗的影響時，即處理漏抗用有名值公式：（）(4-1)下面舉例當分接頭變化為1.11111,即變比為0.9:1時的手算過程。其結果。由已知可得：取=100M為基準容量,，設K=0.9,=24.2。令=10.351KV,=10.351110/10.5=108.439KV對變壓器:(4-2)==50+j14.0318MVA(4-3)(4-4)=4.463KV(4-4)=11.1583KV(4-5)=104.5727KV(4-6)對線路L:=0.4*80=32(4-7)同理得線路L上的潮流為:=50+j6.1400MVA,KV對變壓器:因為負荷節(jié)點為PQ節(jié)點，所以=100+j20=50+j13.86MVA當用時，(4-8)=16.1333=j4.2208MVA=+=50+j18.0808MVA=2.2043KV=7.9520KV=103.9483KV11.0248KV4.3.2考慮變比變化時的潮流結果因為算例中，變壓器T-1處于標準變比，所以在研究變比變化，只用分析變壓器T-2線路段的潮流。此時我們用公式：（）(4-9)對變壓器T-2:=1100.9=99KV,=13.0677=j3.4189MVA=+=50+j17.2789MVA=1.7855KV=6.44KV=103.4257KV10.9694KV手算潮流的兩種方法，由上式所示，用同樣的方法，我們可以求出分接頭在其他位置時的潮流。具體潮流結果見第六章對算例結果的整合與分析。5對算例計算結果的整合與分析5.1對算例計算結果的整合第四章介紹了本文中對算例采用的2種手算處理，并且用PSASP仿真了算例模型，得出了相應的潮流結果，接下來我們通過整合，三種處理方法得到的潮流結果，從而進行比較分析。下表為變壓器T-2調節(jié)變比時的潮流匯總：表5-11.025641,即變比為0.975:1的潮流計算整合項目PSASP手算方法一手算方法二節(jié)點電壓有名值(KV)節(jié)點111.22611.22611.226節(jié)點2113.955113.955113.955節(jié)點3110.658110.658110.658節(jié)點411.02511.02511.015支路潮流有名值(MVA)1-250.000+j14.92650.000+j14.92650.000+j14.9262-350.000+j8.21650.000+j8.21650.000+j8.2163-T250.000+j11.78450.000+j11.78450.000+j11.784T2-450.000+j15.26050.000+j15.26050.000+j15.087表5-21.052631,即變比為0.95:1的潮流計算整合項目PSASP手算方法一手算方法二節(jié)點電壓有名值(KV)節(jié)點110.93810.93810.938節(jié)點2110.865110.866110.866節(jié)點3107.608107.609107.609節(jié)點411.02511.02511.002支路潮流有名值(MVA)1-250.00014.65650.000+j14.65650.000+j14.6562-350.000+j7.58750.000+j7.58750.000+j7.5873-T250.000+j12.41350.000+j12.41350.000+j12.413T2-450.000+j16.11150.000+j16.11150.000+j15.750表5-31.11111,即變比為0.90:1的潮流計算整合項目PSASP手算方法一手算方法二節(jié)點電壓有名值(KV)節(jié)點110.35110.35110.351節(jié)點2104.575104.574104.574續(xù)表5-3項目PSASP手算方法一手算方法二節(jié)點電壓有名值(KV)節(jié)點3101.441101.440101.440節(jié)點411.02511.02510.969支路潮流有名值(MVA)1-250.000+j14.03250.000+j14.03250.000+j14.0322-350.000+j6.14150.000+j6.14050.000+j6.1403-T250.000+j13.85950.000+j13.86050.000+j13.860T2-450.000+j18.08050.000+j18.08050.000+j17.279表5-40.9756，即變比為1.025:1的潮流計算整合項目PSASP手算方法一手算方法二節(jié)點電壓有名值(KV)節(jié)點111.79511.79511.795節(jié)點2120.053120.052120.052節(jié)點3116.710116.710116.710節(jié)點411.02511.02511.034支路潮流(MVA)1-250.000+j15.40450.000+j15.40450.000+j15.4042-350.000+j9.32650.000+j9.32650.000+j9.3263-T250.000+j10.67450.000+j10.67450.000+j10.674T2-450.000+j13.77050.000+j13.77250.000+j13.927表5-50.95238,即變比為1.05:1的潮流計算整合項目PSASP手算方法一手算方法二節(jié)點電壓有名值(KV)節(jié)點112.07712.07712.077節(jié)點2123.068123.068123.068節(jié)點3119.716119.715119.715節(jié)點411.02511.02511.041支路潮流有名值(MVA)1-250.000+j15.61650.000+j15.61650.000+j15.6162-350.000+j9.81950.000+j9.81950.000+j9.8193-T250.000+j10.18150.000+j10.18150.000+j10.181T2-450.000+j13.11250.000+j13.11250.000+j13.413表5-6當0.90909，即變比為1.1:1的潮流計算整合項目PSASP手算方法一手算方法二節(jié)點電壓有名值(KV)節(jié)點112.63612.63612.636節(jié)點2129.047129.046129.046節(jié)點3125.694125.694125.694節(jié)點411.02511.02511.0530支路潮流有名值(MVA)1-250.000+j15.99550.000+j15.99550.000+j15.9952-350.000+j10.70050.000+j10.69950.000+j10.6993-T250.000+j9.30050.000+j9.30150.000+j9.301T2-450.000+j11.94150.000+j11.94150.000+j12.497從表5-1至5-6中，我們不難看出PSASP的節(jié)點電壓、支路潮流計算結果與手算方法一得出的節(jié)點電壓與支路潮流結果基本一致。而對比手算方法二，節(jié)點1、2、3的電壓以及支路1-2、2-3、3-T2的潮流基本一致，但是在節(jié)點4與T2-4支路潮流上，有較大的偏差。在接下的5.2比較PSASP潮流計算與手算潮流計算結果中我們將做進一步分析5.2比較PSASP潮流計算與手算潮流計算結果手算方法一是不考慮變比變化對參數影響時的計算結果，計算時它用的是分接頭側額定電壓，手算方法二是考慮變比變化對參數影響時的計算結果，計算時它用的是分接頭側的實際電壓。根據表5-1至5-6，可以看出，在非標準變比下，我們不斷改變變比的值，PSASP的潮流計算結果與手算方法一（不考慮變比變化影響阻抗）的潮流計算結果幾乎完全一致，相對誤差小于千分之一。而用手算方法二計算潮流，在節(jié)點4與T2-4的支路上的潮流結果與PSASP得潮流計算結果相比有較大的偏差，并且變比變化越大，節(jié)點電壓與無功潮流誤差越明顯。這就說明了，在非標準變比情況下，PSASP處理雙繞組變壓器模型時不考慮變比變化對參數的影響。PSASP用戶手冊中，雙繞組變壓器參數計算公式中均不考慮變比變化，從而得到了驗證。5.3對PSASP中變壓器模型處理分析總結通過仿真與兩手方法手算的對比，驗證了PSASP中處理雙繞組變壓器模型時，是不考慮變比變化的影響。而根據電機學知識，變壓器等值電路中的可分別按照式(5-1)計算。(5-1)式中：、：一、二次繞組每匝導體的電阻；、：一、二次繞組漏抗的磁導；、：一、二次繞組匝數；：工頻角頻率。從式5-1可見，當變壓器分接頭調整時，兩側電阻分別與其檔位電壓成正比，兩側漏抗分別與其檔位的電壓成正比。從電機學上分析，可以說明，變比變化會影響變壓器的阻抗。因此可以說明，在實際情況下，我們應該考慮變比變化對阻抗的影響，計算參數時應使用該側的實際電壓較為合理。另外在電力系統(tǒng)離線分析算法中，變壓器模型的變比和阻抗都是給定的。在這種條件下，只要在算法中不需要調整變比(即不需要調節(jié)變壓器分接頭)，那么變壓器模型是否考慮分接頭的影響對計算結果沒有影響。因此，這類算法選擇變壓器模型時，一般不需要考慮分接頭影響。對于需要調整變比的算法，不考慮分接頭的影響，則會產生較大誤差。例如無功優(yōu)化需要調整變比(即調節(jié)分接頭)來達到降低系統(tǒng)網損和提高電壓合格率的目的。而電力系統(tǒng)在線分析的變壓器模型目前一般也是沿用傳統(tǒng)的潮流計算的變壓器模型，沒有考慮分接頭的影響。實際上，在線軟件算法中，包括狀態(tài)估計、調度員潮流等，變壓器的等值阻抗無論用戶直接給定，還是程序自動計算，一般都是通過變壓器主接頭下的短路數據求得的。運行時，變壓器卻不一定運行在主接頭，在非標準變比下計算就會有誤差。因此，電力系統(tǒng)分析無論離線計算，還是在線計算，選用正確的模型都是很重要的。PSASP6.2中處理雙繞組變壓器模型時不考慮分接頭變化對變壓器參數的影響，這種處理方法在變壓器分接頭發(fā)生變化的電力系統(tǒng)網絡中，往往會造成誤差。而考慮變比變化的模型，能夠更加靈活的、準確得反應電力系統(tǒng)潮流變化。6統(tǒng)一變壓器模型的提出6.1統(tǒng)一變壓器模型參數算法及其等值電路為了增加模型的適應性與準確性，假設變壓器各側抽頭均可以調節(jié)，各側的節(jié)點編號i，j，假設雙繞組變壓器中性點在繞組的1/2處，各側抽頭電壓為、、,各節(jié)點基準電壓分別為、、，=,基準容量為。該變壓器模型的等值電路如圖6-1所示:圖6-1統(tǒng)一變壓器數學模型其參數有名值公式如式6-1為：(6-1)其參數標幺值計算公式如式6-2為：(6-2)該變壓器模型π型的等值電路為：如圖6-2統(tǒng)一變壓器模型的π型等值電路6.2該變壓器模型的準確性分析6.2.1統(tǒng)一變壓器模型與PSASP、PSSE變壓器模型的聯(lián)系統(tǒng)一變壓器模型實質上可以轉換成其他軟件中的變壓器模型。對于PSASP中對變壓器模型的處理，可以用本文中推導的統(tǒng)一變壓器模型表示，因為PSASP軟件不考慮變比變化對阻抗的影響，所以用I側額定電壓調換公式中I側的實際電壓，隨后它可以完全等效為統(tǒng)一變壓器模型，如圖6-3所示。已知統(tǒng)一變壓器的參數計算公式如式6-1、6-2，所以將阻抗折算到I側，有公式如式6-3為：圖6-3統(tǒng)一變壓器的轉化（6-3）對于PSS/E軟件中變壓器模型的處理同樣能用統(tǒng)一變壓器模型來表示，并且PSS/E處理變壓器模型參數時考慮抽頭變化對阻抗的影響。所以用統(tǒng)一變壓器模型能完全等效PSS/E軟件中的變壓器模型。有公式6-4：(6-4)6.2.2統(tǒng)一變壓器模型的推導如圖6-4統(tǒng)一變壓器模型的推導過程為獲得統(tǒng)一變壓器計算模型，我們進行如圖的變壓器模型推導。首先將模型一轉化為兩側都帶分接頭的變壓器模型二，因為對于模型一，對應模型的參數為如下式6-5：(6-5)對于模型二，阻抗的參數公式不變，而分接頭變比分為：1與1：。然后將模型二中的阻抗折算到中性點，最后將、化為、、、基值下的標幺值、。模型二折算到模型三時，有名值公式推導如下式6-6：(6-6)標幺值公式推導如下式：(6-7)可知上式（6-5）、（6-6）、（6-7）即是統(tǒng)一變壓器模型參數公式的推導過程。6.2.3統(tǒng)一變壓器模型的準確性及優(yōu)點本文推導的統(tǒng)一變壓器模型考慮了變壓器分接頭變化時對參數的影響，能夠及時靈活的反應出變壓器分接頭發(fā)生變化時對潮流的影響，有較好的準確性。另外此模型阻抗的計算公式不涉及變壓器任何一側的電壓，僅與變壓器的容量、短路損耗以及系統(tǒng)基準容量有關，等值阻抗在變比調節(jié)時固定不變，直接填入銘牌參數值即可。并且兩側變比的標幺值也只與本側的實際電壓與基準電壓有關，而與對端的實際電壓和基準電壓無關。因此，這樣對計算變壓器參數非常方便。同時，采用統(tǒng)一變壓器模型對可調分接頭可能位于高壓側也可能位于低壓側、或兩側都有可調分接頭的變壓器使用起來十分方便，有利于系統(tǒng)建模和程序設計。7全文總結變壓器是組成電力系統(tǒng)的主要元件之一，其數學模型的適應性和準確性關系到電力系統(tǒng)分析計算結果的準確性。但目前各電力系統(tǒng)分析軟件對非標準變比的變壓器數學模型處理方式不盡相同，因此會導致計算結果有差異。本文主要是通過算例的研究，采用兩種手算方法，第一種手算方法不考慮分接頭變化對阻抗的影響，而第二種手算方法考慮分接頭變換對阻抗的影響，通過這兩種手算方法得出潮流結果，然后對比在PSASP中得到的潮流結果，經過對比我們可以看出，算例在PSASP的潮流結果與不考慮分接頭變化對阻抗影響的方法基本一致，從而也核實了PSASP電