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第卷第期年月电网技术《电力系统分析综合程序》用户程序接口的开发和应用吴中习周泽听张启沛电力部电力科学研究院计算研究所 , 包忠明北京 , , ” , 一基的设计思想。它为有关电力摘要本文介绍了在《电力系统分析综合程序》础上开发用户程序接口系统用户程序的资源创造了良好的环境 , 不但可大大减少量 , 提高其可靠性 , 而且也为了有利的条件。提供了较高的开发平台和利用开发的工作自身的开拓和发展提供关扭词电力系统分析综合程序软件包用户程序接口用户程序用户自定义引言《电力系统分析综合程序》用户程序接口 , 是提供的一种功能和环境 , 使执行模块联合运行 , 共同完执行模块和成某一计算任务。设实现式的计算式中一 , , , 九 , 一 , 人 , … , , 一尸实现式 , , , … , 的计算 , , 一式中则通过图所示的式的计算 , … , 。运行方式 , 共同完成了‘、了诬、、、产、, 只只夕眨护 , 均一尸 , 均图的运行方式这种运行方式为充分利用创造了极好的条件 , 不但可大大减少开发作量 , 提高其可靠性 , 而且也为和发展提供了非常广阔的环境。互为补充 , 相互利用 , 各得其所。的资源的工自身的开拓两者和的设计思想是开发新程序的坚实基础和宝贵资源《电力系统分析综合程序》是一大型电力系统分析软件包 , 是电力系统规划、运行、科研的重要工具 , 它的开发也相当复杂。作为电力系统稳态运行的潮流计算 , 是根据给定的电网结构和运行条件 , 求出各母线电压及各支路的功率分布等 , 在数学上是求解非线性方程组 , 其各种解法都存在着迭代的收敛性问题。因此 , 在程序中需开发多种方法以保证计算的收敛。此外 , 采用稀疏矩阵技巧扩大计算的规模和加快计算

速度也是十分必要的。现作为电力系统的动态运行的暂态稳定计算 , 是用于分析系统受到大干扰后 , 系统同步运行稳定性的问题。其数学模型包括一次电网的数学描述网络方程和发电机、负荷、直流、静补及调压器、调速器等一次设备和二次装置的数学描述微分方程以及各种可能发生的扰动方式和稳定措施的模拟等 , 可归结为线性方程组和微分方程组联立求解的问题 , 其中有微分方程数值积分方法的的稳定性 , 线性方程和微分方程的交接误差 , ‘ 计算方法的截断误差和计算机的舍入误差等等问题。开发一套可靠的暂态稳定计算程序 , 不但要有严密的设计 , 复杂的编程 , 而且需要经过大量实际工程计算的考验。此外 , 作为应用软件 , 使用的方便也是非常重要的因素 , 如要具备友好的数据编辑环境 , 完善的计算结果处理 , 图形或曲线的显示和打印 , 计算过程的可视等。实现上述功能 , 又需要相当大的投入。综上 , 一套经过多年研究开发的电力系统分析软件包是智力、经验、时间的结晶。应该使它能够成为开发有关程序的坚实基础和宝贵资源。是开拓功能的有效方法近年来 , 随着电力系统和电力电子技术的发展 , 新型元件不断投入 , 系统控制技术不断进步 , 要求在潮流计算中能够模拟若干新型元件和一些控制功能。同样 , 随着新型高压输电设备、发电机组和各种调节和保护装置的不断研制开发和投入运行 , 要求暂态稳定程序能够灵活建立各种一次设备和二次装置的模型。若采用在程序中编写固定模型的传统方法 , 不但工作量大 , 开发周期长 , 而且也不能满足不断发展的需要。为此 , 设计了用户自定义模型方法。一 , 所谓方法是在无需了解内部结构和编程设计的条件下 , 用户可按自己计算分析的需要 , 用工程人员熟悉的概念和容易掌握的方法设计各种模型 , 使其在原则上可以灵活模拟任何系统元件、自动装置和控制功能 , 从而使在功能上有了本质的飞跃。为电力系统用户程序的开发建立了一个高平台前述方法为用户参与建模创造了条件 , 它模型实现编程后 , 融为一个模块运行。该方法具有应的工作原理是通过使之与用简单、计算快速的优点 , 不足之处是对由于受功能框的限制 , 使得有些功能难以实计算或应用数学表达式用功能框搭砌 , 不如编程方便。则使用户可以通过自由编程的方式参与的资源。它的工作原理的执行模块交替运行。是这种两者兼容的功能 , 使在某种程度上变成一个开放的软件包 , 它建立了一个高平台 , 使用户程序在一高起点上开发。的执行模块和和的连接与的关系类似 , 如图所示。其中的看作一个个用户程序执行模块系统看作是执行模块息和输出信息分别为该子系统和主系统子系统可以主电力输入信的输入信息文件和输出信息文件。的运行模式如图和图所示。士电力系统筋卜以 … 、 ’卜、布、丫即兰二上巴叫长且土竺脚里口里、 ’舫圣乡 · ‘兰兰士生图吸子斟淤 ‘目忆以目 ” ’ ’ 切子系统 ‘ 巴竺竺当子系统与主电力系统的连接关系和与的连接关系形形成护翰人信息文件护耳佗凡 ,, , 执执行用户程序 , , …… 处处理精出信息文件 , ,, 图连接的的流程卫 , 曰图用户程序流程任取联合运行同时可以运行可以同时与多个用户程序程序名可以模型。此外 , 还

第卷第期电网技术提供了互连接组合的功能。衣、、衣之间的相暂态稳定的算法及消除与间交接误差用户程序和暂态稳定程序的接口原理用户程序和暂态稳定程序的连接关系暂态稳定计算的数学模型可以归结为以下三部分电网线性方程 , , 式中一一人 , , … , 人为网络方程组为网络方程求解的变量发电机、负荷等设备和自动装置微分方程 , … , , , , , , 式中一一 , , , … , 二了为微分方程组 , 为 , … , , 为微分方程求解的变量扰动方式和稳定措施的模拟如电网的简单或复杂故障、冲击负荷、快关汽门、切机、切负荷等 , 这些因素作用的结果是改变、设的数学模型为 , , 。式中的变量在分 , 积分步长山 , 每一时段需要根据、根据 ‘ 、计算中 , 微分方程的求解过程是分步积 ‘ 、求出 ‘ 求出 , 自然也要求 ‘ 、、 , 。因此 , 和之间 , 每一时段需交替执行一次 , 如图所示。戈戈一戈 , , 仪矶矶 , 一以戈 , 矶 , 从形形成即输入信息息息文文件件件处处理畴畴行出信息息息息息息息息息息息息息息息息文文文牛牛一洲砚砚砚一戈 , 矶 , 仪不去词词一一一一一一一一一一一一一应童童一一 , , … , , , , 姚 , … , “ , 为用户程序方程为用户程序方程求解分计算的方法在计算中 , 微分方程的求解采用梯形隐式积分的迭代法以保证数值的稳定性。网络方程的求解采用直接三角分解和迭代相结合的方法以保证计算的快速。又将两者的迭代过程结合在一起 , 交替进行 , 直至共同收敛。这样做不但可加快计算速度 , 而且可消除微分方程和网络方程的交接误差 , 如式、所示。 , , , 一。 , , 。 , , , 叶 , , , 此时再转入计算 , 即 , , 一 , , , , , 可见 , 存在着交接误差。为此 , 可采用式式和、式、之间还和之间再迭代的方法 , 可以用指定迭代次数来控制。经验证明 , 经过一次迭代即可达到满意的效果。计算不涉及求解微分方程时 , 则无需上自然 , 当述迭代。暂态稳定用户程序的开发要求作为和暂态稳定联合运行的用户程的计算方法和过程保持一序 , 它的开发应该同致。为此 , 对有如下要求需计算微分方程初值需按的积分步长山完成一个时段的积需设置存放微分方程上一时段变量的文件 · , 即执行模块所占内存不得超过。当不涉及微分方程的计算时 , 上述的、均不需要 , 因此应用实例的开发变得非常简单。以暂态稳定为平台和起点开发的用户程序 , 有极为广泛的应用 , 小至加一个干扰信号、编写一个自动装置的模型 , 大到把当作系统原型做电力系统辨识。例它励常规或快速励磁系统及可控硅调节器型该模型是一 , 可以通过前述以通过编写统 , 其中、暂态稳定中的固定模型之方法建模 , 如图所示 , 也可一母线的实验系、号机的调压器先后采用固定模型、模块的计算结果如表所示。实现。对于图的连接关系模型、

达达注褚月月对子左 ,, 反该环节图型框图止超笋井一二图用功能框建立的型模型由表可以看出 , 用三种方法计算所得调压器 , 输出量励磁电压模块是和表固定模型、映曰杭的结果是一致的。其中迭代一次的结果。、计算结果的比较。。。 , 。。。。。。。。 , 。。。。。 , 。。。。。。。。。 , 。。。。。。。。。。。。用户程序和潮流程序的接口原理用户程序和潮流程序的连接关系式中式中 , 九 , … , 人一 , , … , 二为非线性方程组为时求解的变量设尸的数学模型为 , , , … , 了为用户程序方程一 , , , 一 , 和则流方式和求解式直至和和的连接关系是求解式为一。时求解的变量算一个潮方程交替执行 , 计算其中之一结束计算为止。设为交替运行的次数 , 则和的连接关系如图所示。潮流的计算方法潮流问题的网络方程是一非线性方程组 , 其各种求解方法都离不开迭代 , 因此 , 就存在着迭代是否收敛的问题。在潮流计算中设置了如下多种计算方法 , 供用户选择 , 以保证各种电网和运行方式的收敛性。 · 一分解法 · 牛顿一拉夫逊法功率式 · 牛顿一拉夫逊法电流式 · 最佳乘子法潮流计算的数学模型可以归结为 · 一分解转牛顿法以下的非线性方程组

第。卷第期电网技术 , 仪。。形形成护轴入信息文件件才才一曰曰凡 , 认一口口图的连接关系潮流用户程序的开发要求由于潮流及其用户程序都是稳态计算 , 因此 , 对用户程序的开发要求也比较简单 , 完成给出计算结束的信息计算了非常友好的环境 , 其过程相当于提供一份表格 , 当用户填写完毕后 , 即实现建立双方约定的目的。按照性质 , 可分为以下几方面内容。的描述信息这些信息是与而定 , 一个相对应的 , 它们随只需建立一次。其中包括的输入信息 , 描述该的输入量是什么 , 是向量数组还是单个变量 , 若是单个变量 , 其取自哪几个母线和哪几条支路输电线 , 变压器。这里的母线和支路是设定的哑母线和哑支路 , 不针对具体的电网。的输出信息 , 描述该的输出量是什么 , 输出量是作用于哪几个母线和哪几条支路。同样 , 这里的母线和支路是设定的哑母线和哑支路。的变量打印信息。若中某些关心的帮助加工处理成表格或曲线 , 则需量需要要填写此信息。。的调用信息应用实例与相同 , 以潮流计算为平台和起点开发用户程序 , 其应用范围也极其广泛 , 如新型元件和某些控制功能的模拟以及最优化间题等。例电力系统优化潮流目标函数 , 约束条件 , 镇镇式作可由在满足式标函数同完成该优化问题 , 如图所示。为潮流计算的非线性方程组 , 这一工的任务变为的 , 即控制量约束条件的前提下 , 求目共 , 如煤耗、网损等极小。完成。因此 , 和万 , , 扔护些厂而不了 ‘《艺簇图组合的电力系统的优化潮流该信息包括给出所调用的所涉及输入、输出的母线名和支路编号 , 即将前述的哑母线和哑支路赋以实在的内容 , 即将应用于具体的电网。名及该接口的数据文件的调用信息和的描述信息相结合 , 接口的具体数据文件 , 其中、输出数据文件。这些数双方约定和即实哑结合 , 则生成包括输入数据文件和变量打印数据文件据文件的内容和格式 , 即是的具体化。用户程序连接组合的方法在和有用户自约定临时信息交换变量可以起到常灵活的连接组合作用。、的输入、输出信息中 , 都。, 它们之间非一、这样 , 不但大大减少了开发的工作量 , 而且表所示。在计算中 , 每个母线有个信息交换变量 , 如也提高了可靠性。的应用环境表临时信息交换变卜为了保持和有共同遵守的约定 , 该约定是和连接方法的依据。的协调一致 , 双方必须开发的依据 , 也是为此创造

例如一个模型 , 两个模块如图所结论示型鲤垣画嘿器型些竺州丽蔺骊些三些些黑黔匹呵竺些些图模型和模块的结构示意衣供了一个较高的开发平台 , 使的资源 , 开发起点较高。为有关电力系统用户程序提能充分利用的开发自由、灵活 , 可以用、、等开发工具。只要求模块所占内存不超过。环境 , 使和很容易协调。提供了非常友好、界面清楚的上述模型、模块组合成一个新的模型 , 如图所示。蘸赢缨些生巨画、蛇玖五】肠由攻石丽丽获面瑟乏了护模块模型和模块的组合成表格和曲线 , 这为了极其方便的工具。的 , 它具有和模型和之间 , 使已有的的资源。此外 , 还可将大的内存不超过。可为中的指定量加工处理的调试和结果的整理提供是在的全部功能。由于基础上开发之间 , 之间的连接组合灵活方便 , 这程序模块又变成可以利用模块分解 , 使其所占上述的连接组合功能 , 一方面使已有的模模块又变成可以利用的资源另一方面 , 还模块分解 , 使其所占内存不超过型和可将大的。收稿日期一一。吴中习教授级高工 , 年毕业于中国科学技术大学应用数学系 , 长期从事电力系统分析方法研究及软件开发。湖北省超高压输变电局湖北省超高压输变电局于输变电系统 —平武工程投产后集中管理年组建 , 是我国第一个箱变电设备的大型供电企业 , 现拥有条交直流拾变电线路 , 变电容量 , 总长度。建局以来 , 解决了余次省电力局及以上科技进步奖。其中多个设备和技术上的难题 , 荣获架空地线合理换位、大跨越导线舞动防治和技术等项目 , 不仅填补了国内空白 , 而且在某些方面达到了交直流带电作业国际领先水平。续建局以来 , 全局累计实现个百日安全无事故、个连天长周期安全记录和个全年安全无考核事故 , 创造天的历史最高安全记录和连续年了连续安全生产无人身死亡事故 , 连续年无火灾事故记录。该局是湖北省 “ 安全生产、文明生产先进单位 ” , 是电力部安全文明生产达标企业 , 荣获全国总工会授予的 “ 全国先进集体 ” 称号和颁发的 “ 五一劳动奖状 ” 。

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