李惜玉，洪 敏，陳偉德，楊康宜

(廣東工業(yè)大學 自動化學院，廣東 廣州 510006)

1 MATLAB/Simulink和PSASP簡介

Simulink是MATLAB上具有仿真鏈接的一個部件，能夠針對任何能夠用數(shù)學描述的系統(tǒng)進行建模，如航空航天動力學系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等。Sim-PowerSystems庫是Simulink下面的一個專用模塊庫，是在Simulink環(huán)境下進行電力、電子系統(tǒng)建模和仿真的先進工具。SimPowerSystems庫提供了一種類似電路建模的方式進行模型繪制，在仿真前自動將仿真系統(tǒng)圖變化成狀態(tài)方程描述的系統(tǒng)形式，然后在Simulink下進行仿真分析。它為電路、電力電子系統(tǒng)、電機系統(tǒng)、發(fā)電、輸變電系統(tǒng)和配電計算提供了強有力的解決方法，尤其是當設計開發(fā)內容涉及控制系統(tǒng)設計時，優(yōu)勢更為突出。

電力系統(tǒng)分析綜合程序(PSASP)是一套歷史長久、功能強大，使用方便的電力系統(tǒng)分析程序，是高度集成和開放具有我國自主知識產權的大型軟件包。PSASP為我國一些重大電力工程項目的建設和運行做出了重要貢獻，廣泛應用于全國各網省調、中國香港地區(qū)的電網規(guī)劃設計、生產調度運行、科學研究、高等院校、大工業(yè)用電企業(yè)、地調和縣調等，已擁有超過600家用戶，成為電力系統(tǒng)設計運行和實驗研究的必備工具[1－4]。

2 無功功率平衡與調壓措施簡介

維持用戶處的電壓接近額定值是電力系統(tǒng)運行調整的基本任務之一。在額定電壓附近，電力系統(tǒng)的運行電壓水平取決于無功功率的平衡。電力系統(tǒng)無功功率平衡的基本要求，即系統(tǒng)中的無功電源可能發(fā)出的無功功率應該大于或至少等于負荷所需的無功功率和網絡中的無功損耗之和。電壓調整的措施有發(fā)電機調壓、改變變壓器變比調壓、利用無功功率補償調壓和線路串聯(lián)電容補償調壓。利用無功功率補償調壓中采用的無功補償設備有靜電電容器和同步調相機，以及靜止無功補償器和靜止同步補償器等等[5－6]。

另外，在DFACTS裝置中帶儲能能力的動態(tài)電壓恢復器(DVR)除無功功率外，有補償有功功率的能力，可以有效抑制動態(tài)和穩(wěn)態(tài)的電壓暫降、浪涌、閃變等電能質量問題[7－8]。

電壓調整的實現(xiàn)不僅要考慮措施，在實際運用當中，還應考慮不同時間、不同區(qū)域電網的電壓調整方式。電網平時的電壓調整方式與節(jié)假日的電壓調整方式也不一致，含小水電多的電網對電網電壓調整帶來了較大的難度[9－11]，其無功補償?shù)膬?yōu)化可參考文獻[12]。對于變壓器抽頭調壓，三相并聯(lián)有源電力濾波器的電壓調節(jié)等措施可參考文獻[13－15]，這里不再贅述。本文以最基礎的，最常用的并聯(lián)電容器作為研究對象。

3 基于靜電電容器補償調壓的建模仿真

靜電電容器補償調壓的方式其裝設的容量可大可小，而且既可集中使用，又可分散裝設來就地供應無功功率，以降低網絡的電壓損耗。電容器每單位容量的投資費用較小且與總容量的大小無關，運行時功率損耗亦較小，約為額定容量的0.3%～0.5%。此外由于它沒有旋轉設備，維護也較方便。由于以上特點，本文以基于靜電電容器補償調壓的方式建模仿真，即采用三機九節(jié)點的系統(tǒng)來進行仿真，

三機九節(jié)點系統(tǒng)如圖1所示，其具體參數(shù)如下。

基準值取SB=100 MVA，UB=230 kV，系統(tǒng)頻率為50 Hz。

1)發(fā)電機參數(shù)。

2)變壓器參數(shù)。

繞組連接方式都為D－YG。

3)線路參數(shù)。

將發(fā)電機G1設為系統(tǒng)的平衡節(jié)點(slack)，設置電壓幅值為1.04 pu，電壓參考相角為0°；將G2和G3設為PV節(jié)點，分別設置有功出力為1.63 pu和0.85 pu，設置電壓幅值都為1.025 pu。

圖1 三機九節(jié)點電路連線圖

3.1 建模仿真

1)PSASP建模如圖2所示。

圖2 PSASP建模仿真圖

2)MATLAB建模如圖3所示。

圖3 MATLAB建模仿真圖

3.2 潮流計算

分別采用PSASP和MATLAB兩種軟件進行潮流仿真計算，得到的潮流結果如表1和表2所示。

表1 PSASP仿真潮流結果

表2 MATLAB仿真潮流結果

3.3 調壓過程

將母線Bus8處的負荷從(100＋j35)MVA增加至(100＋j70)MVA，負荷無功加倍。由于負荷增加，故母線Bus8處電壓下降，此時接入一個XC?=－2.95 pu的靜電電容器，得到電壓的幅值如表3和表4所示。

XC?計算過程:系統(tǒng)缺額的QC=35 MVar，無功功率由電容器補償。

表3 PSASP仿真電壓對比

表4 MATLAB仿真電壓對比

3.4 對比分析

1)參數(shù)設置差異:MATLAB/Simulink參數(shù)設置詳細，比較接近于實際情況。PSASP參數(shù)設置較理論化，特別是對于發(fā)電機來說，MATLAB對發(fā)電機的參數(shù)具體到繞組類型、阻尼繞組參數(shù)、初始條件等，這些都是PSASP所沒有的。

2)潮流結果:通過對潮流結果的對比分析，可知，兩個軟件潮流計算的結果很接近，能保證在5%的誤差范圍之內。從表1和表2中發(fā)現(xiàn)，MATLAB中發(fā)電機端口電壓比PSASP中發(fā)電機的端口電壓相角均超前30°，這是因為MATLAB中變壓器連接組別為YD11，它考慮了變壓器D側相電壓比Y側相電壓超前30°的情況，而PSASP中的變壓器則僅僅考慮電壓的幅值變換而不考慮相位超前的問題，故在MATLAB中將出現(xiàn)明顯變壓器電壓D側超前Y側30°的現(xiàn)象，而PSASP中則不會。

3)調壓結果:對比表1和表3，表2和表4可以看出，無論是MATLAB或PSASP，都可以看出負荷加倍后，母線Bus8處的電壓從232 kV下降至227 kV，其他母線變化不大，這是由于環(huán)網系統(tǒng)穩(wěn)定性較高，離負荷變化處較遠的母線受到的影響不大。當在PSASP中加入XC=－2.95 pu的并聯(lián)電容后，電壓恢復到負荷增加前的電壓，與理論相符，可以看出靜電電容器明顯的調壓效果。在MATLAB接入等值的并聯(lián)電容后，電壓基本恢復到負荷增加前，但有一點誤差，這是兩個軟件在算法和參數(shù)設置產生的差異。

4 結束語

MATLAB/Simulink與PSASP均能對電力系統(tǒng)進行較為準確仿真分析及計算，且其結果差異不大，在不同方面，各有優(yōu)勢。在建模仿真方面，PSASP參數(shù)設置簡單，比較適用于理論化分析及精度要求不高的研究。MATLAB參數(shù)設置詳細，比較接近于實際運行，更適用于對實際電力系統(tǒng)的設計研究和仿真。在調壓仿真方面，MATLAB/Simulink具有相當豐富的電壓調整措施，除了普通的發(fā)電機調壓、變壓器調壓、靜電電容器和同步調相機調壓外，還有靜止無功補償器(SVC)、靜止同步補償器(STATCOM)，當對調壓措施進行進一步深入研究時，這一點是PSASP所無法做到的。在操作使用方面，PSASP操作簡單，因為參數(shù)設置簡單，所以當對仿真結果沒有較高要求和較深入的研究時，可采用PSASP進行仿真，以提高效率。而MATLAB/Simulink操作復雜，適用于容易出現(xiàn)細微參數(shù)差錯而不能運行的情況。所以當對仿真結果有精確要求，或調壓方式較多，PSASP已無法滿足要求時，可采用MATLAB仿真。

[1]王晶，翁國慶，張有兵.電力系統(tǒng)的MATLAB/SIMULINK仿真與應用[M].西安:西安電子科技大學出版社，2008.

[2]陳帥，王勇，楊恒.基于MATLAB與PSASP的電力系統(tǒng)分析與計算[J].上海電力學院學報，2012，28(1):19－22.

[3]陸超，唐義良，謝小榮，等.仿真軟件 MATLAB(PSB)與PSASP模型及仿真分析[J].南京:電力系統(tǒng)自動化，2000，24(9):23－27.

[4]張偉，郭偉.基于PSASP的電力系統(tǒng)潮流計算研究[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2010(7):74－75.

[5]何仰贊，溫增銀.電力系統(tǒng)分析(下冊)[M].3版.武漢:華中科技大學出版社，2002.

[6]HERNANDEZ R Y，HIYAMA T.Distance measure based rules for voltage regulation with loss reduction[J].Journal of Electromagnetic Analysis and Applications，2012， 1(2):85－91.

[7]KALYANKUMAR D，Dr.KIRUBAKARAN V.D－STATCOM based voltage regulation and harmonic damping[J].International Journal of Computer Applications， 2010， 7(4):39－43.

[8]劉沛清，陽江華.現(xiàn)代電力系統(tǒng)電壓調節(jié)措施分析綜述[J].技術與市場，2011，18(6):190－191，193.

[9]葉鵬.電網無功、電壓調整分析與策略[J].城市建設理論研究(電子版)，2016，6(7):1837－1838.

[10]高福，李為民，李峻峰，等.試論電力系統(tǒng)的電壓調整[J].科技視界，2015(15):233－234.

[11]楊桂梅.供電系統(tǒng)電壓調整與無功補償[J].通訊世界，2015(22):73－73，74.

[12]張勇軍，陳艷.高壓配電網無功補償配置原則的優(yōu)化[J].華南理工大學學報(自然科學版)，2014，42(6):17－24.

[13]TODOROVSKI M.Transformer voltage regulation—compact expression dependent on tap position and primary/secondary voltage[J].IEEE Transactions on Power Delivery， 2014， 29(3):1516－1517.

[14]JAYAKRISHNA G，ANJANEYULU K S R.Fuzzy logic control based three phase shunt active filter for voltage regulation and harmonic reduction[J].International Journal of Computer Applications， 2010， 10(5):24－28.

[15]KOSE S， TAM S， PINZON S.et al.Active filterbased hybrid on－chip dc－dc converter for point－ofload voltage regulation[J].IEEE transactions on very large scale integration(VLSI)systems， 2013， 21(4):680－691.