电力系统仿真分析软件PSSE初探.doc

电力系统仿真分析软件PSS/E初探李亚平姚建国张瑞鹏（国网电力科学研究院研究中心，江苏南京210003）摘要:在特高压互联大电网的背景下，消化和吸收PSS/E软件，具有重要的实际意义本文对PSS/E软件 进行了初步探索,将其与同类软件进行了比较，对PSS/E的特点进行了总结从物理模型利计算模型两个 方向，垂点研究了 IEEE、CIM模型到PSS/E模型的转换，并通过潮流计算对转换的结呆进行了验证，证明 了数据转换的正确性关键字：PSS/E仿真潮流计算Preliminary Study of PSS/ELI Ya-ping YAO Jian-guo ZHANG Rui-peng（State Grid Electric Power Research Institute, Research Center Nanjing 210003）Abstract: In the situation of UHV interconnected power system, it has important practical significance to digestion and absorption of PSS/E softwaie・ This paper gives a preliminary study of PSS/E, compare the similarities and differences with its similar software, and summarizes the characteristics of PSS/E, focuses on conversing the IEEE、CIM model to PSS/E model, finally verifies the results through power flow calculation, proves the correctness of data conversion.Key Words: PSS/E Power Flow1引言电力系统综合仿真分析软件，广泛应用于规划设计、调度运行、科学研究等各个领域， L1经成为研究电力系统特性不可替代的工具。

在目前的电力系统调度规划中都是以数字仿真 的结果为依据，数字仿真结果的准确度直接影响运行和规划决策的止确性目前国内广泛应用的电力系统分析软件有中国版BPA（ Bonneville PowerAdministration）＞ PSASP （Power System Analysis Software Package,电力系统分析综合程序） 等然而，使用单一的仿真软件常常遇到现有软件是否可靠、计算精度及有效性是否可信等 困惑°为解决此问题，国内一些电网公司又先后从国外引进了一批新的电力系统仿真软件作 为自i_L验证计算的后备软件PSS/E （Power System Simulator for Engineering,电力系统仿 真软件）即是在这样的背景下被引入中国随着智能电网和特高压建设步伐的深入，电网规模越來越大特别地，“三华”电网互 联后将成为壯界上最大的区域互联电网针对这样大而复杂的网络进行仿真分析并不是-般 仿真软件所能胜任的在这种情况下，消化和吸收PSS/E软件，并将其应用于实际网络分析， 对提升大电网的安全稳定分析和决策水平具有重要的意义2 PSS/E的特点PSS/E是山PTI公司（PowerTechnologies Inc,美国电力软件公司）专为输电系统分析1何 设计的综合仿真软件包。

PTI公司在电力系统分析领域居于世界之首，其开发的PSS/E是一 个集成化的交互软件包，以潮流计算为核心，将稳定、短路电流分析等功能集成在一个包内， 主要用于电力系统机电暂态仿真和计算PSS/E为用户提供了潮流、短路、动态模拟仿真（包 括长过程稳定）、优化潮流、线性网络及小干扰信号分析等功能，现己成为H界电力工业中 最广泛应用的电力系统分析软件之一，在国际上获得广泛应用与同类软件相比，PSS/E的最大优点在于：（1）所允许的仿真规模非常大，利于超大规 模系统计算；（2）灵活的模型自定义，可以适用于暂态及“长过程”稳定计算中：（3）用 户可参与交互式计算过程控制，可以根据需耍随时随地观测或修改仿真计算中的各变量表1列举了 PSS/E的仿真规模，并总结了其优点与不足，如下所示从表1可以看出， 针对大规模电网的仿真分析，PSS/E是非常适合的仿真规模优点不足母线支路两端 直流 线路多端 直流 线路功率 交换 区域PSS/E30版15000030000050202000国际软件，计算能 力强劲，仿真规模 巨大，模型库丰富， 支持用户自定义模 型，支持批处理， 算法高效，计算速 度快，潮流及优化 方面优势明显。

没有汉化版本，故障 仿真步骤繁琐，初学 者上于•较慢表1 PSS/E仿真规模及特点总结3稳态建模与潮流计算建立有效的电网模型数据，是应用电力系统仿真软件的m. pss/e数据主要包括潮流 数据（*zw）和动态数据（*.dyr）,其格式并不通用，因此需要进行格式转换数据转换可 以分成以下三步：（1）寻找模型的对应关系；（2）进行模型数据转换；（3）运行潮流程序, 检验计算结果3.1 IEEE模型向PSS/E模型的转换IEEE模型和PSS/E模型同属于“Bus-Branch”模型，因此转换相对容易，有些PSS/E 版本也白带IEEE模型向PSS/E模型的转换程序采用IEEE模型进行转换，有助于加强对 PSS/E数据格式的理解在转换过程中，需要注意的是，IEEE中描述的节点并联支路对地 导纳，需要转换成单位电压下的有功、无功,转换公式为S=V*YO本文通过编写转换程序,将IEEE常用的9、14、30、39、118等节点均进行了转换, 并进行了潮流验证表2列岀IEEE118节点中若干节点的潮流对比结果母线 号IEEEPSS/E差值电 l-b'/pu角度/（度）电压/pu角度/（度）电压/pu电压/%角度/（度）10.95510.9720.955010.98000.00820.97111.5120.971411.520.00040.040.00830.96711.8560.967711.870.00070.071161.00527.1621.005027」7000.0081170.97310.9470.973810.960.00080.080.0131180.94921.9410.949421.950.00040.040.009表2 IEEE 118节点潮流对比结果的比较从上表可以看出，误差主要体现在小数位上。

PSS/E计算的电压幅值保留4位小数，角 度保留2位小数，误差是山于软件的精度造成的，差异在能够接受的范围Z内3.2 CIM/E模型向PSS/E模型的转换CIM （Common Information Model,公共信息模型）是IEC61970系列标准的重要组 成部分，它提供了电网模烈的一个综合的逻辑视图，集中描述了电网调度自动化系统中电网 分析、发电控制、SCAD A （Supervisory Control And Data Acquisition,监控和数据采集）、 OTS（ Operator Training System,调度员培训仿真）等诸多应用的信息一般采用XML Cextensible Markup Language,可缩放标记语言）作为CIM的载体电力系统分析计算光有模型数据并不足够，还需要实吋量测信息CIM中虽然有 Meiisurement^ MeasurementVaiue等类对呆测进彳亍描述，但包含呆测的CIM/XML文件信息 冗余度过高，文件太大，不能满足时间上的要求为提高交换过程中的效率，本文采用国调 中心提出的CIM/E格式，既保留了 CIM的优点，又吸收了 E语言的简洁。

由于CIM釆用的是“Node-Breaker”模型,而PSS/E采用的是“Bus-Branch”模型， CIM向PSS/E的转换稍显繁琐，按照以下步骤进行：“实际系统->CIM/E模型文件-〉物理模 型转换成计算模型->计算模型映射成PSS/E模型->PSS/E模型验证->PSS/E潮流计算”转换过程针对模型、参数、节点注入量三方面，算法描述如下：（1） 模型转换通过拓扑搜索，对支路阻抗为冬的设备（如开关、刀闸、零阻抗支路）节点进行收缩, 瑕终形成拓扑岛和拓扑节点对于每个拓扑节点生成一个Bus,遍历拓扑节点包含的连接节 点ConnectivityNode,继而找到连接在ConnectivityNode上的非开关设备，如果该设备是交 流线段ACLineSegment ,则生成对应的支路Branch ,如果设备是变压器绕纽 Transformerwinding,山于PSS/E中采用的是变压器，而不是变压器支路，所以根据是两卷 变或三卷变，将变压器模型映射到PSS/E中重复此过程青到所有的拓扑节点都处理完毕2） 参数变换CIM中描述的电力系统设备的参数都是有名值，而PSS/E中的支路导纳、变压器阻抗 等都要求用标幺值。

标幺化的过程可以通过两种方式进行，一种是实际系统导出CIM模型 时，将交流线段的r, x, bch,变压器绕组的r, x的标幺值用扩展属性导出；另一种是根据 系统的基准功率和各节点的电压基值进行转换3） 节点注入量计算节点注入量是该节点所包含的发电功率和负荷功率的总加对于每个Bus,找出与具对 应的拓扑肖点，遍肪拓扑肖点包含的连接肖点ConnectivityNode,如果该ConnectivityNode 下挂着发电机或负荷，则将发电机或负荷的功率合并成一个节点注入量根据计算出的节点注入量的方向，可以进一涉区分出负荷节点和发电机肖点如果节点 有功注入量为负值，则该节点可看作是负荷节点如果节点有功注入量为止值，则该节点可 看作是发电机节点通过以上步骤，即构造出PSS/E计算所需要的数据格式通过PSS/E自带模型验证模 块，可以对支路参数、网络结构的连通性等进行检杏验证通过的模型数据可进一步进行潮 流及仿真计算4结论建立有效的PSS/E格式数据，是利用PSS/E进行仿真分析的基础°在建立数据的基础 上，可进一步开展潮流及优化、故障分析、动态仿真等领域研究PSS/E以其超大的仿真规 模、灵活的模型自定义、强劲的交互式计算过程控制是研究电力系统规划、设计和运行的有 力工具。

本文对PSS/E软件进行了初步探索，在后续的研究中，还需进一步加深对PSS/E 功能的理解和吸收，使之更好地为电力系统分析服务参考文献[1] PSS/E30 Users Manuah PTL 2005[2] PSS/E30 Program Operation Manual, PTI, 2005[3] 潘学萍电力系统数字仿真硏究综述江苏电机丁.程，2005(I)[4] 祝瑞金傅业盛电力系统高级仿真软件PSS/E的消化与应用华东电力，2001 (2)[5] 李红军杨茹王电钢章志刚扬天波PSS/E在四川电网的应用研究四川电力技术,2009 (4)作者简介李亚平(1982—),女，硕士■工程师,研究方向为电力系统稳态分析E-mail:liyaping@o。