一、实验目的

1．了解并掌握电力系统计算机算法的相关原理。

2．了解和掌握PSD-BPA电力系统分析程序稳态分析方法（即潮流计算）。

3．了解并掌握PSD-BPA电力系统分析程序单线图和地理接线图的使用。

二、实验背景

随着科学技术的飞速发展，电力系统也在不断地发展，电网通过互联变得越来越复杂，同时也使系统稳定问题越来越突出。无论是电力系统规划、设计还是运行，对其安全稳定进行分析都是极其重要的。

PSD-BPA软件包主要由潮流和暂稳程序构成，具有计算规模大、计算速度快、数值稳定性好、功能强等特点，已在我国电力系统规划、调度、生产运行及科研部门得到了广泛应用。 

本实验课程基于PSD-BPA平台，结合《电力系统分析计算机算法》课程，旨在引导学生将理论知识和实际工程相结合，掌握电力系统稳态、暂态分析的原理、分析步骤以及结论分析。清晰认知电力系统分析的意义。

三、原理和说明

1. 程序算法

PSD-BPA电力系统分析程序稳态分析主要是潮流计算，软件中潮流程序的计算方法有P_Q分解法，牛顿_拉夫逊法，改进的牛顿－拉夫逊算法。采用什么算法以及迭代的最大步数可以由用户指定。

注：采用P-Q分解法和牛顿－拉夫逊法相结合，以提高潮流计算的收敛性能，程序通常先采用P-Q分解法进行初始迭代，然后再转入牛顿－拉夫逊法求解潮流。

2. 程序主要功能

可进行交流系统潮流计算，也可进行包括双端和多端直流系统的交直流混合潮流计算。除了潮流计算功能外，该软件还具有自动电压控制、联络线功率控制、系统事故分析（N-1开断模拟）、网络等值、灵敏度分析、节点P－V、Q－V和P－Q曲线、确定系统极限输送水平、负荷静特性模型、灵活多样的分析报告、详细的检错功能等功能。

3. 输入、输出相关文件

*.dat    潮流计算数据文件

*.bse    潮流计算二进制结果文件（可用于潮流计算的输入或稳定计算）

*.pfo    潮流计算结果文件

*.map  供单线图格式潮流图及地理接线图格式潮流图程序使用的二进制结果文件

*.pff，*.pfd  中间文件（正常计算结束后将自动删除。不正常时，将留在硬盘上，可随时删除）

pwrflo.dis  储存一个潮流作业计算时屏幕显示的信息。

pfcard.def  定义潮流程序卡片格式文件，用户可更改及调整该文件。该文件安装时放在与潮流程序相同的目录中。打开TextEdit应用程序时先读入该文件。

4. 程序常用控制语句

常用的控制语句主要包括：

(1) 指定潮流文件开始的一级控制语句“(POWERFLOW, CASEID=方式名, PROJECT=工程名)”

(2) 指定计算方法和最大迭代次数的控制语句“/SOL_ITER, DECOUPLED=PQ法次数, NEWTON=牛拉法次数\\”；

(3) 指定计算结果输出的控制语句“/P_OUTPUT_LIST, …\\”；

(4) 指定计算结果输出顺序的控制语句“/RPT_SORT= …\\”；

(5) 指定计算结果分析列表的控制语句“/P_ANALYSIS, LEVEL= ？\\”；

(6) 指定潮流结果二进制文件名的控制语句“/NEW_BASE, FILE = 文件名\\”；

(7) 指定潮流图和地理接线图使用的结果文件控制语句“/PF_MAP，FILE=文件名\\”；

(8) 指定网络数据的控制语句“/NETWORK_DATA\\”；

(9) 指定潮流数据文件结束的控制语句“(END)”；

5. 程序常用卡片

BPA网络数据，以卡片形式输入，数据必须严格按规定的格式录入，否则软件无法识别。潮流计算中，常用的卡片有B卡：节点参数、L/E卡：线路参数、T/R卡：变压器参数。

交流数据节点通常填写B卡，可以表示发电机端点、线路连接点、变压器端点、负荷节点等，其中可以填写值包括负荷、发电机有功无功出力、无功补偿、电压值等变量；可选的节点类型：PQ节点、PV节点、Vθ节点；根据不同的节点填写不同的节点类型和数据，必须填写类型、节点名、基准电压。

图1  B卡－节点数据卡格式

对称线路卡一般填写L卡，该卡用于模拟对称的π型支路。

图2  L卡－对称线路数据卡

变压器支路通常填写T、TP卡，本卡模拟的是两绕组变压器和移相器。三绕组变压器先按常规方法化为三台两绕组变压器后再用此卡模拟。变压器和移相器抽头可以是固定的，也可以是可调的。如为可调的，则要附加填写R卡。

图3  T－变压器数据卡

注：不同卡片规定的格式中，各字段所代表的意义具体见《PSD-BPA潮流程序说明书》

6. 计算结果介绍（PFO文件）

潮流计算结果文件内容主要分下述几个方面：

1） 程序控制语句列表。

2） 输入、输出文件及输出的内容列表。

3） 错误信息。如为致命性错误，则中断计算。

4） 误差控制参数列表。

5） 迭代过程。

6） 计算结果输出：

详细计算结果列表：按节点、与该节点相联接支路顺序，并根据用户的要求（通过控制语句控制）可按照字母、分区或区域排序输出潮流计算结果。

分析报告列表：并根据用户的要求（通过控制语句控制），输出各种潮流分析报告。

7） 错误信息统计。

7、潮流计算的原理：

 1. 潮流计算的基本模型

1.1潮流方程

电力系统是由发电机、变压器、输电线路及负荷等组成，其中发电机及负荷是非线性元件，但在进行潮流计算时，一般可以用接在相应节点上的一个电流注入量来代表。因此潮流计算所用的电力网络系由变压器、输电线路、电容器、电抗器等静止线性元件所构成，并用集中参数表示的串联或并联等值支路来模拟。结合电力系统的特点，对这样的线性网络进行分析，普通采用的是节点法，节点电压与节点电流之间的关系

I=YV（1－1）

1.2潮流方程的讨论和节点类型的划分

对于电力系统中的每个节点，要确定其运行状态，需要由四个变量：有功注入注入有功 P、无功注入Q、电压幅值U及电压相角 。对于有n个节点的网络，其潮流方程有n 2个，变量数为n4个。根据电力系统的实际运行情况，一般每个节点4个变量中总有两个是已知的，两个是未知的。按各个节点所已经变量的不同，可把节点分成三种类型。

(1) PQ节点。这类节点已知节点注入有功功率iP、无功功率iQ，待求的未知量是节点电压值iU及相位角i ，所以称这类节点为PQ节点。一般电力系统中没有发电设备的变电所母线、发固定功率的发电厂母线可作为PQ节点，这类节点在电力系统中占大部分。

(2) PV节点。这类节点已经节点注入有功功率iP和电压值iU，待求的未知量是节点注入无功功率iQ及相位角i ，所以称这类节点为PV节点。这类节点一般为有一定无功功率储备的发电厂母线和有一定无功功率电源的变电所母线，这类节点在电力系统中位数不多，甚至可有可无。

(3)平衡节点。潮流计算时，一般只设一个平衡节点，全网的功率由平衡节点作为平衡机来平衡。平衡节点电压的幅值sU及相位角s 是已知的，如果给定0.1 sU、0.1 s ，待求的则是注入功率Ps、Qs。

2. 潮流计算的数值解法

潮流计算问题最基本的方程式，是一个以节点电压节点电压U  为变量的非线性代数方程组。由此可见，采用节点功率作为节点注入量式造成方程组成非线性的根本原因。由于方程组为非线性，因此必须采用数值计算方法、通过迭代来求解。而根据计算中对这个方程组的不同应用和处理，就形成了不同的潮流算法。

牛顿－拉夫逊法是目前求解非线性方程最好的一种方法。这种方法的特点就是把对非线性方程的求解过程变成反复对相应的线性方程求解的过程，通常称为逐次线性化过程，就是牛顿－拉夫逊法的核心。

快速分解法是把节点功率表示为电压向量的极坐标方程式，以有功功率误差作为修正电压向量角度的依据，以无功功率误差作为修正电压幅值的依据，把有功功率和无功功率的迭代分开来进行。快速分解法根据电力系统实际运行状态的物理特点，对牛顿-拉夫逊法潮流计算的数学模型进行合理的简化。

实验1

节点参数、线路参数及变压器参数分别见表1～表3。

表1  IEEE 9节点算例节点参数

表2  IEEE 9节点算例线路参数

表3  IEEE 9节点算例变压器参数

注：表1-表3中功率基准值为100MVA；电阻、电感值为标幺值。

程序如下：

(POWERFLOW,CASEID=IEEE9,PROJECT=IEEE_9BUS_TEST_SYSTEM) 

/SOL_ITER,DECOUPLED=2,NEWTON=15,OPITM=0\\ 

./P_INPUT_LIST,ZONES=ALL\\ 

/P_OUTPUT_LIST,ZONES=ALL\

/RPT_SORT=ZONE\

/NEW_BASE,FILE=IEEE90.BSE\\ 

/PF_MAP,FILE = IEEE90.MAP\\ 

/NETWORK_DATA\

BS      GEN1  16.5                    999.     999.      1.04    

B     GEN1    230.

BE    GEN2    18.0                        163.0999       1.02    

B     GEN2    230                                                

BE    GEN3    13.8                        85.0 999       1.02    

B     GEN3    230                                                

B     STATIONA230   125.050.0                                    

B     STATIONB230   90.0 30.0                                    

B     STATIONC230   100.035.0                                    

.L--------------------------Transmission Line-------------------

L     GEN1    230  STATIONA230        0.01000.0850      0.0440                  

L     GEN1    230  STATIONB230        0.01700.0920      0.0395                  

L     STATIONA230  GEN2    230        0.03200.161       0.0765                  

L     STATIONB230  GEN3    230        0.03900.17        0.05                  

L     GEN2    230  STATIONC230        0.00850.0720      0.0372                  

L     STATIONC230  GEN3    230        0.01190.1008      0.0522                  

.T-------------------------Transformer----------------------------

T     GEN1    16.5 GEN1    230              0.0576            16.5 230.

T     GEN2    18.0 GEN2    230              0.0625            18.0 230.

T     GEN3    13.8 GEN3    230              0.0586            13.8 230.

(END)

试验结果为：

计算结果是收敛的

由此建立的系统单线图为：

心得体会：

以后学习中，不仅要知道怎么做，还必须亲手去经历过，否则，谁也不知道会出现什么样的拦路虎。本次试验，我学会了BPA的简单使用，能用它进行简单的潮流计算了，为我以后走上工作岗位打下了很好的基础。

实验2（课后作业2-5）

节点参数、线路参数及变压器参数分别见表4～表6                 

表4.节点参数

(POWERFLOW,CASEID=IEEE9,PROJECT=IEEE_9BUS_TEST_SYSTEM)

/SOL_ITER,DECOUPLED=2,NEWTON=15,OPITM=0\

./P_INPUT_LIST,ZONES=ALL\

/P_OUTPUT_LIST,ZONES=ALL\

/RPT_SORT=ZONE\

/NEW_BASE,FILE=IEEE90.BSE\

/PF_MAP,FILE = IEEE90.MAP\

/NETWORK_DATA\

B     负荷1   1.0   0.32 0.2                                     

B     负荷2   1.0   0.56 0.16                                    

BE    发电机3 1.0                     999 0.5  999       1.10    

BS    发电机4 1.0                     999      999       1.050   

.L---------------------transmission lines----------------------

L     发电机4 1.0  负荷1   1.0        0.12  0.51        0.019                   

L     发电机4 1.0  负荷2   1.0        0.08  0.40        0.014                   

L     负荷1   1.0  负荷2   1.0        0.11  0.40        0.015                   

.T---------------------transformers----------------------------

T     发电机3 1.0  负荷1   1.0        0.07  0.35              1.1  1.0          

(END)

实验结果为：

计算结果是收敛的。

由此建立的系统单线图为：

心得体会：

试验中，一开始不知道怎么把书上题目中的导纳（阻抗）形成矩阵输入到BPA中，后来，才知道，所谓的导纳矩阵就是试验1中的那些数据，只需要做成类似的卡片就可以了。再次做这个试验，让我对BPA的理解进一步加深了。下载本文