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PSASP 7.8—電力系統分析軟件

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軟件簡介

電力系統分析綜合程序（Power System Analysis Software Package，PSASP）是中國電力科學研究院電力系統技術分公司（原電網數字仿真技術研究所）開發的一套用于進行電力系統分析計算的軟件包，其主要包括如下模塊：

◆ PSASP圖模一體化平臺
◆ PSASP潮流計算模塊（LF）
◆ PSASP暫態穩定計算模塊（ST）
◆ PSASP短路計算模塊（SC）
◆ PSASP最優潮流和無功優化計算模塊（OPF）
◆ PSASP靜態安全分析模塊（SA）
◆ PSASP網損分析模塊（NL）
◆ PSASP靜態和動態等值計算模塊（EQ）
◆ PSASP用戶自定義模型和程序接口模塊（UD/UPI）
◆ PSASP直接法穩定計算模塊（DST）
◆ PSASP小干擾穩定分析模塊（SST）
◆ PSASP電壓穩定分析模塊（VST）
◆ PSASP繼電保護整定計算模塊（RPS）
◆ PSASP線性/非線性參數優化模塊（LPO/NPO）
◆ PSASP諧波分析模塊（HMA）
◆ PSASP分布式離線計算平臺
◆ PSASP電網風險評估系統
◆ PSASP暫態穩定極限自動求解程序
◆ PSASP負荷電流防冰融冰輔助決策系統

PSASP功能強大、使用方便、高度集成并開放，是具有我國自主知識產權的大型軟件包。其自1973年開發應用以來，經歷了多次大跨越式的改進，并于1985年榮獲首屆國家科技進步一等獎。PSASP立足于易于應用、可擴展、跨平臺、兼容性好、數據庫通用、設置靈活的設計理念和總體架構，以其高可靠性、強大的計算功能、友好的人機界面和開放的平臺贏得了眾多用戶的青睞。目前，PSASP已擁有600多家用戶，遍及全國各網、省、地、縣電力調度運行、電力規劃設計單位、高等院校、科研機構、大工業企業、配電系統、鐵路系統等，市場占有率在80％以上。
依托多年的電力系統計算分析經驗和技術優勢，PSASP在原有諸多功能的基礎上，又開發了分布式離線計算平臺、電網風險評估系統、負荷電流防冰融冰輔助決策系統、暫態穩定極限自動求解程序、PSASP在線應用等多個產品，為提高我國電力系統仿真速度、分析能力和智能化水平提供了有力支撐。

軟件功能模塊

PSASP圖模一體化平臺

為了便于用戶使用以及軟件功能擴充，在電力系統分析綜合程序（PSASP）中設計和開發了圖模一體化支持平臺。該平臺具備多文檔界面（MDI，Multi Document Interface），可以方便地建立電網分析的各類數據，繪制所需要的各種圖形（單線圖、地理位置接線圖、廠站主接線圖等）。該平臺服務于PSASP的各計算模塊，在此之上可以進行各種分析計算，輸出計算結果。
★ 基本特點
功能強大、人機界面友好、使用操作方便，真正實現了圖模一體化，具有良好的可擴展性、兼容性和通用性。

PSASP潮流計算程序

潮流計算是電力系統分析最基本也是最重要的計算。除它自身的重要作用之外，在電力系統分析綜合程序(PSASP)中，潮流計算還是網損計算、靜態安全分析、暫態穩定計算、小干擾穩定計算、短路計算、靜態和動態等值計算的基礎。
★ 基本特點
計算功能強大、圖形顯示直觀、使用操作方便，具有靈活的調節控制功能和用戶自定義建模功能，結果輸出多樣化。

PSASP暫態穩定計算程序

暫態穩定計算的目的在于確定系統受到大干擾（如發生短路故障、負荷瞬間發生較大的突變、切除大容量的發電、輸電或變電設備等）以后，各發電機組是否能維持同步運行。并在此基礎上完成對系統暫態穩定的分析。主要應用范圍包括：復雜和嚴重事故的事后分析，通過再現事故后系統的動態響應，了解穩定破壞的原因，并研究正確的反事故措施；在規劃設計階段，考核系統承受極端嚴重故障的能力，即超出正常設計標準的嚴重故障，以研究減少這類嚴重故障發生的頻率和防止發生惡性事故的措施；對電力系統電壓穩定性進行分析評估，從系統承受故障的能力，如 N-1、N-2 事故仿真、故障臨界切除時間和系統傳輸功率極限等方面進行計算分析，對動態元件的配置及其對暫態穩定的影響進行考慮，例如：電氣制動、快速調整汽門、切機、單相重合閘等的研究。
★ 基本特點
計算功能強大、模型種類豐富、故障和擾動方式設置靈活多樣，并具有靈活的用戶自定義模型功能，使用操作方便。

PSASP短路計算程序

短路計算的目的主要用于解決下列問題：
① 電氣主接線方案的比較與選擇，或確定是否需要采取限制短路電流的措施
② 電氣設備及載流導體的動熱穩定校驗和開關電器、管型避雷器等的開斷能力的校驗
③ 接地裝置的設計
④ 繼電保護裝置的設計與整定
⑤ 輸電線對通訊線路的影響
⑥ 故障分析
求解短路電流的一般方法是：利用對稱分量法實現ABC系統與120系統參數轉換；列出正、負、零序網絡方程；推導出故障點的邊界條件方程；將網絡方程與邊界條件方程聯立求解，求出短路電流及其他分量。
★ 基本特點
計算功能強大，故障方式設置靈活，結果輸出形式多樣。

PSASP電磁暫態仿真計算程序

電磁暫態計算，主要用于分析和計算故障或操作后可能出現的暫態過電壓和過電流，以便根據所得到的暫態過電壓和過電流對相關電力設備進行合理設計，確定已有設備能否安全運行，并研究相應的限制和保護措施。此外，對于研究新型快速繼電保護裝置的動作原理，故障點探測原理以及電磁干擾等問題，也常需要進行電磁暫態過程分析。由于電磁暫態過程變化很快，一般需要考慮元件的電磁耦合，計及輸電線路分布參數所引起的波過程，有時甚至要考慮線路三相結構的不對稱、線路參數的頻率特性以及電暈等因素的影響。
★ 應用范疇
電磁暫態計算可用于解決如下的電力系統分析計算問題：
① 電力系統的故障分析
② 故障或操作引起的暫態過電壓、過電流分析
③ 高壓直流輸電系統的動態特性仿真
④ 由串聯電容補償、直流輸電等引起的次同步振蕩現象分析
⑤ PSS等控制器參數設計
⑥ 直流輸電系統（HVDC）和靈活交流輸電系統（FACTS）控制器設計

PSASP最優潮流和無功優化計算程序

最優潮流(Optimal Power Flow OPF)是最優化技術在電力系統中的一種應用，是保證電力系統經濟和安全運行的一種潮流計算方法，它把電網的經濟調度、質量控制和安全運行協調起來，對電力系統的規劃和運行有著重要意。PSASP 中最優潮流的主要功能是在滿足電力系統各節點正常的功率平衡及各種安全約束的條件下，求以網損、煤耗或發電費用、無功補償經濟效益為目標函數最優的潮流分配。
★ 基本特點
計算功能強大，目標函數、優化方式、約束條件選擇多樣化，可進行分區優化調整，結果輸出靈活多樣，顯示直觀方便。

PSASP靜態安全分析計算程序

靜態安全分析是根據給定的電網結構、參數和發電機、負荷等元件的運行條件及給定的切除方案，確定切除某些元件是否危及系統的安全，即系統中所有母線電壓是否在允許的范圍內，系統中所有發電機的出力是否在允許的范圍內，系統中所有線路變壓器是否過載等等。
★ 基本特點
計算功能強大，切除方案定義簡單、靈活，圖形化顯示直觀、方便，結果輸出內容和形式多樣化。

PSASP網損分析計算程序

網損分析計算的主要任務是根據給定的電網結構、參數以及典型日 24 小時的負荷水平、發電機出力、電容電抗器投切、變壓器檔位設置、開關刀閘狀態及支路投切等條件，確定電網中各元件的損耗水平。并根據電網運行所關心的電量關口，按照規定的方式進行系統網損計算結果的統計。
★ 基本特點
計算功能強大，優化計算方法和流程具有較高計算可靠性和速度，網損計算靈活精確，結果輸出內容和形式多樣化。

PSASP靜態和動態等值計算程序

等值計算用于對大規模電力系統進行化簡，把不需要進行詳細分析的部分進行等值簡化，從而縮小整個系統的規模。通過對大系統的有效等值，用對等值系統的研究取代對原系統的研究，在保證必要精度的條件下，可極大地節省人力和物力。
★ 基本特點
計算穩定、準確，可進行穩態和/或暫態條件的等值計算，容錯性高，結果輸出方式靈活。

PSASP用戶自定義模型和程序接口

隨著電力系統和電力電子技術的發展，新型系統元件的不斷投入和系統控制技術的日益進步，要求在電力系統計算中能夠模擬若干新型元件和各種控制功能。而通過在程序內部增加固定模型的做法已經越來越不能滿足電力系統發展的需要。為此，PSASP設計了用戶自定義(User Definition, UD)建模方法，即在無須了解程序內部結構和編程設計的條件下，用戶可按自己計算分析的需要，用工程技術人員熟悉的概念和容易掌握的方法，設計各種模型，使其在原則上可以靈活模擬任何系統元件、自動裝置和控制功能，從而使PSASP在功能上產生了本質的飛躍。
另外，PSASP還開發了用戶程序接口(User Program Interface，UPI)功能(PSASP/UPI)，使PSASP和用戶程序的執行模塊，通過接口文件傳遞數據，交替運行，共同完成一個計算任務。這使得用戶在開發新程序時，能夠充分利用PSASP的資源，不但可大大減少開發的工作量，縮短開發周期，而且能提高新程序的可靠性。PSASP也因此變成一個開放的軟件包，一方面其資源可為其他程序共享，另一方面也為PSASP自身的開拓和發展創造了非常有利的條件。
★ 基本特點
用戶可自行建立各種元件及控制裝置的模型，建模、模型調用操作簡單方便，還可與通過各種語言自由編程得到的用戶程序接口，充分拓展了PSASP的功能，使PSASP變成開放的軟件包。

PSASP直接法穩定計算程序

電力系統規模的擴大、互聯部分的增多，使得事故的波及面隨之擴大，因此保證大電力系統的安全穩定運行問題顯得尤為重要。為防止穩定破壞事故，需對可能發生的各種運行方式進行大量的計算。暫態穩定傳統的時域仿真法或稱逐步積分法(Step by Step, SBS)具有計算準確、可考慮各種復雜模型等優點，但因計算量大、計算速度慢等不足已不能滿足現有安全穩定分析的需要，而直接法具有計算快速且能夠提供穩定裕度指標等優點，可作為傳統SBS法的補充，從而顯著提高暫態穩定計算分析的效率。 直接法穩定計算程序，就是在現有PSASP的基礎上，應用勢能邊界面(Potential Energy Boundary Surface, PEBS) 原理和梯形隱積分求最大勢能的方法，進行系統暫態穩定的計算。該方法不僅計算簡便，而且能考慮多種同步機模型、負荷模型以及直流輸電、靜止無功補償器、調壓器、電力系統穩定器等多種設備，同時能給出各故障的臨界切除時間和指定切除時間下的穩定裕度，可方便地利用直接法進行大量故障篩選之后再用SBS法進行校驗，使兩者相輔相成，提高計算效率。
另外，PSASP還開發了用戶程序接口(User Program Interface，UPI)功能(PSASP/UPI)，使PSASP和用戶程序的執行模塊，通過接口文件傳遞數據，交替運行，共同完成一個計算任務。這使得用戶在開發新程序時，能夠充分利用PSASP的資源，不但可大大減少開發的工作量，縮短開發周期，而且能提高新程序的可靠性。PSASP也因此變成一個開放的軟件包，一方面其資源可為其他程序共享，另一方面也為PSASP自身的開拓和發展創造了非常有利的條件。
★ 基本特點
計算功能強大，可考慮各種模型（包括自定義模型），故障設置簡便，輸出方式靈活，圖面顯示直觀、方便。

PSASP小干擾穩定分析程序

電力系統小干擾穩定性既包括系統中同步發電機之間因同步力矩不足或電壓崩潰造成的非周期失去穩定(即通常所指的“靜態穩定”)，也包括因系統動態過程阻尼不足造成的周期性發散失去穩定(即通常所指的“動態穩定”)。
PSASP小干擾穩定計算程序可用于計算分析上述兩種基本類型的電力系統小干擾穩定性問題，其主要的計算用途包括：
① 計算電力系統靜態功角穩定性，求取輸電系統非周期失步的靜態功角穩定極限
② 計算電力系統靜態電壓穩定性，求取輸電系統非周期電壓失穩的靜態電壓穩定極限
③ 計算互聯電力系統因阻尼不足造成的低頻振蕩，研究采取增加系統阻尼的技術措施，如電力系統穩定器(PSS)的配置和參數整定
④ 計算交/直流并列運行電力系統的小干擾穩定性，研究采用直流調制增加系統阻尼的技術措施，如調制信號的選取和調制參數的整定
⑤ 計算輸電線因采用串聯電容補償產生的次同步諧振(SSR)問題，研究確定合理的補償度和抑制SSR的技術措施
⑥ 研究分析各種FACTS裝置和控制系統對電力系統小干擾穩定性的影響，研究FACTS裝置包括可控串補裝置、靜止無功補償裝置以及新型發電機勵磁調節、原動機調節裝置的合理配置、控制系統結構和參數整定
★ 基本特點
模型處理能力強、突破系統規模的限制，分析手段方便實用、靈活多樣，還可與暫態穩定計算結果彼此校驗。

PSASP電壓穩定分析程序

PSASP電壓穩定計算程序屬于小干擾電壓穩定分析的范疇，即分析系統在遭受任何小擾動后，負荷電壓恢復至擾動前電壓水平的能力。采用已有的PSASP暫態穩定程序，并考慮感應電動機及高壓直流(HVDC)輸電線路兩端換流站等具有快速響應特性的負荷，即可進行暫態電壓穩定分析。另外，PSASP在現有程序的基礎上，還將進一步開發中長期電壓/功角穩定程序，用于分析有載調壓變壓器的分接頭和發電機勵磁電流限制器等帶有時延動作特性的元件以及空調、熱水器等響應比較緩慢的負荷等對系統穩定性的影響。
★ 基本特點
計算處理功能強大，結果輸出內容、形式靈活、多樣，可在單線圖上進行電壓穩定極限計算以及模態分析。

PSASP繼電保護整定計算程序

電力系統繼電保護裝置的可靠運行涉及到繼電保護裝置的配置設計、安裝制造、整定計算、運行維護等諸多方面，其中合理的保護配置和正確地進行整定計算，對保證繼電保護裝置的可靠運行具有十分重要的作用。
PSASP繼電保護整定計算的流程和結構如下圖所示：

其中：
① 電網基礎數據為各種計算所共用，可以通過文本或圖形方式建立。
② 保護數據可以通過文本或圖形方式建立。
③ 繼電保護計算作業的內容包括：電網結構，保護選擇，初始運行方式，計算控制等。
④ 繼電保護整定計算中，程序會根據需要，自動進行圖論、短路、分支系數和整定規則等計算。
⑤ 輸出整定計算結果時，可以直接生成繼電保護定值單。定值單生成功能使用靈活、方便，定值單內容和格式可以與用戶日常工作中已有的定值單相同。
★ 基本特點
嚴格遵從保護整定規程，計算過程標準化、簡單化，計算結果準確、計算效率高，與用戶交互性良好，輸出方式靈活多樣。

PSASP線性/非線性參數優化程序

電力系統發生低頻振蕩后，應采取一定的措施，如加裝電力系統穩定器PSS。在電力系統規模較大的情況下，PSS的參數整定是一個較為復雜的問題。PSASP參數線性優化計算程序則是根據小干擾線性化的系統狀態方程式，采用留數法進行控制器（如電力系統穩定器）的參數整定，使該控制器能提供一定的附加阻尼，提高系統的動態穩定性。該程序還可進行可控串補裝置TCSC以及靜止無功補償器SVC的參數整定。
隨著電力系統的發展，各種新型調節控制裝置，如調壓器、調速器、電力系統穩定器、靜止無功補償器、可控串補TCSC等，不斷投入運行。為改善系統的穩定性，需對各種調節控制裝置的參數進行優化配置和協調。PSASP參數非線性優化計算程序則是采用基于時域仿真的非線性優化方法，對各種調節控制裝置的參數進行優化，以提高系統的暫態和動態穩定性。
★ 基本特點
可進行PSS、TCSC、SVC等各種模型的參數整定和優化，可對一個模型的參數進行優化，也可對多個模型的參數進行協調。

PSASP諧波分析程序

電力系統諧波分析是根據給定的電網結構、參數以及負荷、諧波源濾波器等元件的運行條件，通過諧波潮流計算確定系統中諧波電流的分布以及各部分的電壓和電流波形的畸變程度，或通過計算網絡的頻率相應判斷系統是否臨近諧波諧振狀態以及怎樣減小系統諧振發生的可能性的計算。
PSASP諧波分析計算的流程和結構如下圖所示：

★ 基本特點
計算功能強大，諧波源輸入簡單、方便、靈活，可進行多個諧波源的諧波潮流計算，分析模型種類豐富，計算結果準確，結果輸出內容和形式多樣。

PSASP分布式離線計算平臺

PSASP分布式離線計算平臺是由若干計算機(節點)通過局域網或因特網連接的“計算機群”和相應軟件組成的電力系統分析計算系統，其是把大量的離線計算任務按一定的調度規則分配到計算節點上，充分利用并行計算機群的計算效率和服務器的存儲能力，并把歷史結果存放在服務器上。該平臺支持多用戶，并方便用戶查詢歷史結果及查看其他用戶提交的計算及結果，節省計算時間，高效快速地完成用戶提交的大批量離線計算任務。

★ 基本特點
離線分析速度快，作業定義簡單、方便、快捷，大幅減輕計算工作量，計算過程中可實時監控平臺任務的執行情況，結果輸出靈活多樣。

PSASP分布式離線計算平臺

電網風險評估是對電力系統面臨的不確定性因素，給出可能性與嚴重性的綜合度量。PSASP電網風險評估系統主要考慮的是針對系統級的基于風險的靜態安全評估，其是以靜態安全分析的結果為基礎，對相應的越界情況進行過濾，同時考慮各種故障發生的概率，利用概率風險評估方法(PRA)進行各項可靠性指標的評估，從而為運行決策提供數據支持、定位薄弱環節、指引電網規劃改造。

★ 基本特點
算法先進，風險評估結果可信，科學安排電網運行方式，避免停電事故發生，減少運行停電損失，確保電網投資效益。

PSASP暫態穩定極限自動求解程序

電力系統暫態穩定傳輸功率極限是指為保證系統暫態穩定，某一輸電線路或某一傳輸功率截面允許傳輸的最大功率，其是衡量電力系統穩定性的重要指標。PSASP暫態穩定極限自動求解程序，則是以PSASP原有程序為基礎，根據不同的穩定判據，對系統在不同故障情況下的斷面各支路暫態穩定傳輸功率極限進行計算，以輔助進行穩定控制決策。
★ 基本特點
計算規模大，自動化程度高，過渡方式潮流收斂性好，可適應不同網絡的暫態穩定極限計算。

PSASP負荷電流防冰融冰輔助決策系統

PSASP負荷電流防冰融冰輔助決策系統基于psasp6.0地理圖，將線路的環境信息導入到潮流數據系統中，進行各種融冰參數的計算和預測，為電網調整提供數據參考，并對調整完畢后的潮流數據進行潮流計算和暫穩計算，對負荷電流調整決策提供輔助數據。

★ 基本特點
采用離線方式計算，數據編輯操作簡單，計算靈活，可進行多種故障下的特定方式融冰電流計算，系統運行方式調整方便，結果顯示直觀、完整、清晰。

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