摘要：目前市场上主流使用的电力系统仿真软件较多，主要依据使用背景和业务目标的差异进行软件的选择。本文基于此对使用率较高的DIgSILENT、PSS/E和PSASP三种软件进行了基于潮流计算的对比分析，为软件的选择提供参考依据。
【关键词】电力系统；仿真软件；潮流计算
随着电力系统仿真技术的发展，先进的仿真软件不仅可以仿真电力系统的动态行为，也可实现对复杂系统的快速精确控制。将仿真作为手段与实际工程经验结合，可以对系统特性进行预测，因此在电力系统的规划和运行中应用广泛。目前市场上电力系统仿真软件很多，但是采用的算法在细节上稍有差别，导致在计算速度、结果收敛度和精确度上也有所区别，因此对于不同的开发者、不同的使用背景和实现目标，需要对仿真软件进行选择。本文研究了市场上使用率较高的三种软件，进行了基于潮流计算的对比分析，为使用者在实际仿真中提供一定的参考。
1潮流计算时间
随着计算机技术的快速发展，大型电力系统进行潮流计算的时间大幅减少，甚至在线计算的瓶颈也得到突破，因此，使用潮流计算进行仿真对比分析成为可能。本文进行潮流计算测试，基于IEEE118节点算例构造出944节点算例，并利用DIgSILENT、PSS/E和PSASP三种软件分别进行仿真计算，计算结果显示很快完成仿真，CPU占用时间很短，说明不同软件用于潮流计算的时间差别很微小。
2潮流计算收敛性
牛顿法由于较好的二次收敛性因此仍然是电力系统进行潮流计算的主要算法，仿真软件也基本是使用基于牛顿法进行仿真计算。因此，仿真结果的不收敛主要原因并不是由算法导致的，潮流方程无解主要是由于仿真参数不合理或是计算细节不同导致的。采用潮流计算的收敛性进行仿真软件的对比是验证软件性能的有效方法。为进行对比分析，均采用完整的牛顿拉夫逊法，参数设置相同（迭代25次、所有母线功率误差均小于1kVA、平值启动）。
2.1输电线路R/X比值过大造成的不收敛
电力系统中输电线路的R/X比值一般都较小，线路电阻在有些情况下也可忽略不计，但是配电网的潮流计算经常不收敛是由于R/X比值过大直接导致的。本节测试中采用IEEE5节点系统，在各线路电抗保持不变时逐步增大线路R/X比值，采用DIgSILENT、PSS/E和PSASP三种软件进行潮流计算仿真。采用IEEE5节点系统，仅通过增大线路的电阻值来增大线路的R/X值，分别使用三种软件进行潮流计算仿真，仿真结果与上面的测试基本相同。采用IEEE30节点等算例对三种软件分别进行仿真也得到同样的仿真结果。对于由R/X比值过大导致的不收敛问题，仿真结果表明：（1）DIgSILENT和PSASP收敛性相似——随着R/X比值增大，DIgSILNET和PSASP迭代次数基本相同。（2）相对于PSS/E软件，DIgSILENT和PSASP收敛性较好——当PSS/E由于R/X值较大仿真结果不收敛时，另外两种软件仍能继续进行迭代计算。（3）在未到收敛极限时，PSS/E的迭代次数要等于或小于另外两种软件的迭代次数。另外，DIgSILENT软件在进行潮流计算仿真时，当仿真结果不收敛时，程序不仅提示不收敛，且自动进行模型线性化转换以便于计算出结果，以便于使用者对不收敛原因进行分析。而另外两种软件不具备这种功能，无法提供更多信息以便于使用者尽快找到并解决问题。
2.2节点功率超过临界点造成的不收敛
分析电压稳定研究中的系统节点PV曲线可得，当节点功率越界时，系统不存在电压解，此时仿真软件对电网的合理潮流分布无法进行计算，导致计算结果的不收敛。导致节点功率超过临界点的原因主要有大负荷的投切、输电线路和变压器的传输容量限制、发电机容量无法满足负荷要求等。本节测试采用IEEE5节点系统，在其他电网参数保持不变时，增加接在母线上的负荷功率，分别采用三种软件进行潮流计算。采用其他算例进行仿真也可得出相同的结果，并且仿真结果表明，对于节点功率越界导致的潮流计算不收敛问题与上节的问题具有相似的情况。（1）DIgSILENT和PSASP收敛性相似——随着负荷功率的增大，起初DIgSILNET迭代次数较大，但是到仿真后期基本相同。（2）相对于PSS/E软件，DIgSILENT和PSASP收敛性较好——随着负荷功率的增大，PSS/E仿真结果出现不收敛时，另外两种软件仍能继续进行迭代计算。（3）在未到收敛极限时，PSS/E的迭代次数要等于或小于另外两种软件的迭代次数。2.3平衡节点远离电网重心造成的不收敛平衡节点的位置也是影响潮流计算收敛性的一个因素，在正常情况下，平衡节点越远离电网重点，即到全网各母线的电气距离较长，越容易导致不收敛，因此，平衡节点要尽可能接近电网重心。对平衡节点与电网重心距离进行仿真分析，各软件的仿真结果也是不尽相同的。在本节测试中，使用基于IEEE118节点系统构造的两个944节点算例，利用PSS/E和PSASP进行潮流计算仿真，对收敛情况进行对比分析。算例一：共8个IEEE118节点系统，将第2至第7个系统的55号节点分别通过一条输电线路直接与第1个系统的55号节点相连，并将第1个系统的平衡节点69号节点定为整个944节点系统的平衡母线。算例二：共8个IEEE118节点系统，将后一个系统的55号节点通过一条输电线路与前一个的55号节点相连（第2个连接第1个，第3个连接第2个，以此类推，直至第8个连接第7个），再将第1个系统的平衡节点69号节点定为整个944节点系统的平衡母线。分别使用PSS/E和PSASP对上述两个算例进行潮流计算，仿真结果如下所示：（1）算例一均收敛，迭代次数分别为5次和6次。（2）算例二中，PSS/E不收敛，但PSASP通过7次迭代得到该网络潮流分布。以上测试结果表明，对于平衡节点远离电网重心的情况，相比于PSS/E仿真软件，PSASP软件的收敛性更好。
3结论
仿真软件所采用的算法不同，因此需要基于使用者的用途和目标进行选择。本文所讨论的DIgSILENT、PSS/E和PSASP三种软件虽然使用率较高，但是也有使用方面的区别。在本文对比分析的基础上进行选择，可为工程师更好的开展仿真工作提供参考。
参考文献
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作者：刘泽 刘雅倩
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