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BPA与PowerWorld电力系统仿真结果对比分析


V ol. 28 No. 4 Aug . 2009

河北电力技术
H EBEI ELE CTR IC POW ER

第 28 卷 第 4 期 2009 年 8 月

BPA 与 Pow er W orld 电力系统仿真结果对比分析
Simulation Result Comparison Analysis between BPA and Power World Power System 刘 勇, 林 榕, 王 涛
( 河北省电力勘测设计研究院, 石家庄
摘要 : 对电力系统仿 真软 件 BPA 与 Pow er Wo rld 的变 压器 数学模型及潮流 、 稳定 、 短路计算结果进行对比分析 , 通过算 例 , 验证 2 个程序的计算结果存在一致性 。 关键词 : 电力系统仿真 ; BP A; Po wer Wo rld Abstract: T his paper co mpar es the tr ansfo rmer mathemat ical model and the r esult s o f flow , stabilizat ion, short circuit a bout BPA and Pow er Wo rld of system simulat ion so ftwar e, throug h the ex ample, confir ms results o f the tw o pr ocedures unifo rmit y. Key words: po wer system simulatio n; BP A ; P ower Wo rld 中图分类号 : T M 743 文献标志码 : B 文章编号 : 1001 - 9898( 2009) 04 -0052 - 03 图1 BP A 软件采用的变压器模型

050031)

节点。结合实际运行的电力系统及计算仿真需要, BPA 与 P W 都包含由发电机控制其他节点电压的 模型; 2 个软件发电机、 无功补偿模型一致; 线路模 型有些不一致, BPA 中所取线路对地标幺值为B/ 2, P W 中为 B, 其他参数设置相同; 2 个计算软件变压 器模型 ( 图 1、 图 2 分别为 BPA 与 PW 2 个软件下的 变压器模型 ) 有较大的不同, 经过仿真研究 , 得出 2 个软件的计算模型和折算方法如下:

1 概述
BPA 程序是美国邦纳维尔电力局 20 世纪 60 年代 初开发的大型电力系统离线分析程序。目前国内电力 系统多数单位所用的 BPA 程序是中国电力科学研究 院经消化吸收、 开发而成的中国版程序, 已在我国电力 系统规划设计、 调度运行和试验研究等各部门得到广 泛应用, 是我国电力系统分析计算的重要工具之一[ 1] 。 Power World( PW) 是美国伊利诺伊大学开发的面向对 象的电力系统大型可视化分析和计算程序, 其设计特 点是用户界面友好和交互性能优异。PW 程序已经应 用到 42 个国家的 500 多个电力公司( 其中包括美国 BPA 公司) 的规划、 运行、 调度和培训 。 以下主要对 PW 潮流、 稳定、 短路计算结 果进 行验证, 鉴于国内大多数单位采用 BP A, 其 计算的 结果较为可信, 此次验证选 BP A 的计算结果作为对 比分析的参考标准 , 取相同的数据源将 BPA 与 PW 计算结果进行对比。
[2]

图2

PW 软件采用的变压器模型

K g= K d= K=

U ga U gN Uda U dN Kg Kd
2 d

( 1)

( 2)

Z = Z1 K

式中: K 为变压器变比; Z 为变压器的阻抗; Uga 、 U da 为变压器高、 低压侧分接头电压 ; U gN 、 U dN 为变压器 高、 低压侧额定电压。 式 ( 2) 计算得到的变比和阻抗值即为 PW 下的 参数值。 例如, BPA 中变压器卡 ( T 卡) 数据中, 变压器高 压侧基准电压为 230 kV; 变压器低压侧基准电压为 115 kV; 额定容量为 180 MVA ; 阻抗标幺值为 0. 85; 高、 低压侧分接头分别为 220 kV 、 121 kV 。则有 : K g= Uga = 0. 956 5 U gN ( 3)

2 相关元件模型
在进行电网系统仿真时 , 一般将系统中的节点 就给定变量的不同而分为 PQ 节点、 PV 节点和平衡
收稿日期 : 2009 -03 - 27 作者简介 : 刘

Uga K d = dN = 1. 052 2 U

勇 ( 1980- ) 男 , 工程师 , 主要从事电力系统规划设计和电网仿真研究工作。

52

V ol. 28 No. 4 Aug . 2009 K= Kg = 0. 909 Kd

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PW 计算 的发 电机 2 、 发电 机 3 的 初始 功角 5. 49 ,

( 4) 2 Z = Z 1 K d = 0. 941 1 将 K = 0. 909, Z = 0. 941 1 填入 PW 变压器参数 的对应项, 即可得到与 BPA 中等效的变压器模型。

3 算例分析
3. 1 仿真模型建立 以 3 机 9 节点系统为例 , 分别应用 BPA 和 PW 建立仿真模型, 其中发电机 1 为平衡节点, 变压器参 数设置见 表 1( 电抗 为标 幺值 , 基准 容量 均为 100 MVA) , 其它元件参数设置相同。
表1
变压器 变压器 1 变压器 2 变压器 3

变压器参数设置
BPA PW 电抗 变比 电抗

基准电压 / kV 分接头 / k V 16. 5/ 230 18. 0/ 230 13. 8/ 230 16. 5/ 242 18. 0/ 242 13. 8/ 242

图3

BP A 计算结果

0. 0567 1. 052 0. 0567 0. 0625 1. 052 0. 0625 0. 0586 1. 052 0. 0586

注: 变压器 1 位于发电机 1 至母线 1 之间; 变压器 2 位于发电机 2 至母线 2 之间 ; 变压器 3 们于发电机 3 至母线 3 之间。

3. 2

潮流仿真结果分析 潮流仿真结果见表 2。
表 2 潮流仿真结果
名称 发电机 1 发电机 2 发电机 3 母线 1 母线 2 母线 3 母线 A 母线 B 母线 C 发电机 1 发电机 2 发电机 3 母线 1- 母线 A 母线 2- 母线 A 母线 2- 母线 C 母线 3- 母线 C 母线 3- 母线 B 母线 1- 母线 B BPA 计算结果 16. 7 18. 2 13. 9 238. 9 239. 9 242. 3 231. 4 235. 1 237. 3 0. 0 5. 1 1. 5 - 3. 4 - 0. 7 - 1. 3 - 6. 2 - 5. 5 - 3. 1 PW 计算结果 16. 7 18. 2 13. 9 238. 9 239. 9 242. 3 231. 4 235. 1 237. 3 0. 0 5. 1 1. 5 - 3. 4 - 0. 7 - 1. 3 - 6. 2 - 5. 5 - 3. 1

节 点 电 压

图4

PW 计算结果

这是由于两者选取的参考角不同造成的, BPA 中选 择发电机 1 的功角为参考角 , PW 中以发电机 1 所 接的母线为参考角。 发电机 1 的功角计算可根据隐极式发电机的向 量图( 见图 5) 计算, 从图可得关系式 ( 5) 。

105. 4+ j43. 7 163. 0+ j38. 6 85. 0+ j17. 2 62. 5+ j29. 2 48. 2+ j0. 0 63. 7+ j5. 7 36. 8+ j12. 9 64. 3+ j5. 7 43. 0+ j7. 2

105. 4+ j43. 7 163. 0+ j38. 6 85. 0+ j17. 3 62. 5+ j29. 2 48. 2+ j0. 0 63. 7+ j5. 7 36. 8+ j12. 9 64. 3+ j5. 7 43. 0+ j7. 2

线 路 潮 流

注 : 节点电压单位为 kV

( ) ; 线路潮流单位为 M W+ jM var 。

BPA 和 P W 计算结果单线图见图 3 、 图 4。 BPA 和 P W 潮流仿真结果和计算结果表 明, 2 个程序的 9 节点仿真结果有着很好的一致性。 3. 3 稳定计算结果分析 3. 3. 1 初始功角 BPA 计算的发电机 2、 发电机 3 初始功角均滞后

图5

隐极发电机向量图

t g( + ) =

IX d + Usin Uco s
1 1

( 5) 为 5. 49 , 从上表可看出 的值, 由此可判断 53

可求出发电机的功角

BPA 和 PW 计算结果相差正是 发电机初始功角计算是一致的。

V ol. 28 No. 4 Aug . 2009 3. 3. 2 发电机摆动曲线

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第 28 卷 第 4 期 2009 年 8 月

法有所差别 , 相同的数据源的计算结果也不可能完 全一致 , 若两者稳定、 短路计算相差较小、 稳定曲线 趋势一致, 则可判定 P W 结果可信。通过以上进行 9 节点潮流、 稳定、 短 路计算表明 , 2 个 软件结果一 致 , PW 计算结果具有较高的可信度。 在其它功能方面, PW 除可实现与 BP A 相同的 潮流显示功能外, 还对数据进行了分析处理, 以图形 和动画的形式展示大量的电网计算、 运行数据, 用动 画技术表示系统的潮流情况 , 仿真过程中可以看到

发电机 BP A 和 P W 功角摆动曲线见图 6。

( a)

BPA

有功功率、 无功功率在输电线、 变压器、 发电机上流 动 , 箭头的密度、 速度表示功率流动的大小 , 饼图代 表线路、 变压器的负载率。相对 BP A 来说, P W 在 稳定计算方面还不够完善 , 目前只能计算三相短路 故障; 在短路计算方面 , 只能进行计算单个节点的短 路电流 , 不支持对指定区域、 指定电压等级进行短路 容量扫描。 P W 是对传统的 电力系统 仿真软 件的研 究改 进 , 将大量数字表达的信息用图形方式表达出来 , 通

( b) 图6

PW

BP A 与 PW 功角摆动曲线

从 BP A 和 P W 发电机功角摆动曲线看, 2 个软 件计算的趋势走向基本一致。从初始功角和发电机 摆动曲线综合来看, 2 个软件的稳定计算结果一致。 3. 4 短路计算结果分析 PW 与 BP A 的短路计算路均基于网络 拓扑结 构和网络参数, 不考虑潮流计算结果、 负荷的影响 , 得出短路电流见表 3。
表3
母线 母线 1 母线 2 母线 3 母线 A 母线 B 母线 C BPA / kA 3. 62 3. 03 2. 84 2. 44 2. 29 2. 47

过图形信息更清楚的体现电网数据间的内在联系, 对计算所得到的海量数据进行数据挖掘 , 发现其内 部的本质联系, 以得到可准确反映系统状态的简洁 指标, 并以正确的方式予以可视化显示, 以加深研究 者对仿真结果的理解 , PW 其用户界面友好以及优 异的交互性能的特点极大增强了技术人员对系统特 性、 网络结构、 存在问题的分析能力, 实现了规划过 程的可视化。

BPA 和 PW 的短路计算结果
三相短路 PW / kA 3. 63 3. 05 2. 92 2. 33 2. 23 2. 43 误差 /% 0. 3 0. 7 2. 8 - 4. 5 - 2. 6 - 1. 6 BPA / kA 3. 87 3. 37 3. 24 1. 81 1. 69 2. 04 单相短路 PW / kA 3. 96 3. 44 3. 36 1. 76 1. 66 2. 03 误差 /% 2. 3 2. 1 3. 7 - 2. 8 - 1. 8 - 0. 5

5 结束语
通过对 BPA 与 PW 2 个电力系统仿真软件的变 压器模型进行对比分析和 9 节点实例计算, 表明 2 种 程序的 9 节点计算结果有着很好的一致性, 具有较高 的可信度。PW 最大的优点是将大量电网信息用科 学可视化的手段展现出来, 增强技术人员对电力系统 的研究分析能力, 但 PW 不能对指定区域、 指定电压 等级的多节点进行短路计算, 只能对单一的节点进行 短路计算, 这个问题正与 PW 公司沟通解决。鉴于本 次主要是进行的 9 节点验证, 所以 PW 的计算结果仍 需要在工程实践中进一步检验其可信度, 以促进 PW 在电力系统中的应用。
参考文献
[ 1] [ 2] 张秀钊 . BPA 与 SIM PO W 应用于电力系统仿真研究 [ J] . 云南 电力技术 , 2007, 35( 4) : 12 -14. 卢 静 . 广西电 网规划建 设应用可 视化技术 实践 [ J ] . 电力 设 备 , 2006, 7( 11) : 58 -61.

从计算结果看, P W 短路电流计算结果相差不 大, 误差在 4. 5% 以下。 相对于 BP A 而言, P W 不能对指定区域、 指定 电压等级的多节点进行短路计算 , 只能对单一的节 点进行短路计算 , 这一缺点将影响短路计算的效率 , 增加计算人员的工作量。

4 BPA 与 PW 结论对比
由于 2 个软件采用的模型以及计算时采用的算 54

本文责任编辑: 杨秀敏


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