5 机 14 节点测试系统

描述

IEEE 14 节点测试系统，基于 1962 年 2 月美国电力系统简化而来，是电力系统分析中广泛应用的典型测试系统。该系统包含 14 个母线、5 台发电机和 11 个负荷。

本测试案例基于 IEEE 14 节点标准系统参数搭建，系统参数来源详见¹。模型中添加了同步发电机模型，启动采用 S2M 模式，在仿真第 1s 时解锁。

作为测试，在本案例中，于母线 9 处设置了三相短路故障，故障在仿真第 5s 时发生，持续 0.1s 后消失。用户可根据需要自行修改、删除或添加故障设置。

本算例可用于静态稳定及暂态稳定分析。

模型介绍

模型拓扑

IEEE14 节点测试系统的拓扑如下，其中母线 1 ～ 母线 5 的电压等级为 220kV，设备额定电压 230kV；母线 6、母线 9 ～ 母线 14 的电压等级为 35kV，设备额定电压 37kV；母线 8 的电压等级为 110kV，设备额定电压 115kV。

所有发电机节点中，母线 1 为松弛节点，其余发电机所在母线为 PV 节点。系统中剩余的其他节点均为 PQ 节点。

IEEE14节点系统拓扑图

基于 CloudPS S搭建的 IEEE14 节点算例采用单线图构建，模型拓扑如下。

IEEE14节点算例拓扑图

模型参数

模型中线路参数、变压器参数、负荷参数，和发电机的稳态参数均参考自¹。

• 由于原始数据中无暂态参数，模型中发电机的暂态参数均采用元件默认值。用户可根据仿真需求酌情修改电机参数。

母线数据

原始数据中未给出各母线基准电压，但给出了母线所在的高压/中压/低压分区，本案例根据标准系统的电网拓扑及分区情况，选择 230kV、115kV、37kV 作为各区域基准电压。

母线编号	母线名	节点类型	基准电压(kV)
1	Bus1	松弛	230
2	Bus2	PV	230
3	Bus3	PV	230
4	Bus4	PQ	230
5	Bus5	PQ	230
6	Bus6	PV	37
7	Bus7	PQ	1(变压器中心节点)
8	Bus8	PV	115
9	Bus9	PQ	37
10	Bus10	PQ	37
11	Bus11	PQ	37
12	Bus12	PQ	37
13	Bus13	PQ	37
14	Bus14	PQ	37

负荷数据

母线编号	有功负荷(MW)	无功负荷(MVar)
2	21.7	12.7
3	94.2	19.0
4	47.8	-3.9
5	7.6	1.6
6	11.2	7.5
9	29.5	16.6
10	9.0	5.8
11	3.5	1.8
12	6.1	1.6
13	13.5	5.8
14	14.9	5.0

对地并联无功数据

母线编号	基准电压(kV)	并联电抗器(MVar)	并联电容器(MVar)
9	37	0.0	19

发电机数据

母线编号	给定电压幅值(p.u.)	给定电压相角(角度)	给定有功出力(MW)	无功出力最大限值(MVar)	无功出力最小限值(MVar)
1	1.060	0.0	--	--	--
2	1.045	--	40.0	50	-40
3	1.010	--	0.0	40.0	0.0
6	1.070	--	0.0	24.0	-6.0
8	1.090	--	0.0	24.0	-6.0

线路支路数据

线路参数采用标幺值表示，其中系统基准容量为 100MVA。

送端母线编号	受端母线编号	线路电阻(p.u.)	线路电抗(p.u.)	线路电纳(p.u.)
1	2	0.01938	0.05917	0.0528
1	5	0.05403	0.22304	0.0492
2	3	0.04699	0.19797	0.0438
2	4	0.05811	0.17632	0.034
2	5	0.05695	0.17388	0.0346
3	4	0.06701	0.17103	0.0128
4	5	0.01335	0.04211	0.0
6	11	0.09498	0.1989	0.0
6	12	0.12291	0.25581	0.0
6	13	0.06615	0.13027	0.0
9	10	0.03181	0.0845	0.0
9	14	0.12711	0.27038	0.0
10	11	0.08205	0.19207	0.0
12	13	0.22092	0.19988	0.0
13	14	0.17093	0.34802	0.0

变压器支路数据

变压器阻抗参数采用标幺值表示，其中系统基准容量为 100MVA。

原边母线编号	副边母线编号	变压器电抗(p.u.)	变压器变比(p.u.)
4	9	0.55618	0.969
5	6	0.25202	0.932
4	7	0.20912	0.978
7	8	0.17615	1.0
7	9	0.11001	1.0

仿真案例

稳态潮流仿真

采用本测试案例在 CloudPSS 分别进行潮流计算和无故障暂态仿真，得到的潮流计算结果以及暂态仿真进入稳态后的潮流分布状态与 MatPower 计算结果对比如以下两表所示。

母线编号	母线名	参数类型	MatPower计算结果	CloudPSS潮流计算结果	CloudPSS暂态仿真进入稳态后的结果	误差绝对值
1	Bus1	Vm(pu)	1.060	1.060	1.060	0.000
		Va(deg)	0.000	0.000	-	0.000
2	Bus2	Vm(pu)	1.045	1.045	1.045	0.000
		Va(deg)	-4.983	-4.983	-	0.000
3	Bus3	Vm(pu)	1.010	1.010	1.010	0.000
		Va(deg)	-12.725	-12.725	-	0.000
4	Bus4	Vm(pu)	1.018	1.018	1.018	0.000
		Va(deg)	-10.313	-10.313	-	0.000
5	Bus5	Vm(pu)	1.020	1.020	1.020	0.000
		Va(deg)	-8.774	-8.774	-	0.000
6	Bus6	Vm(pu)	1.070	1.070	1.070	0.000
		Va(deg)	-14.221	-14.221	-	0.000
7	Bus7	Vm(pu)	1.062	1.062	变压器中心节点，无量测	0.000
		Va(deg)	-13.360	-13.360	-	0.000
8	Bus8	Vm(pu)	1.090	1.090	1.090	0.000
		Va(deg)	-13.360	-13.360	-	0.000
9	Bus9	Vm(pu)	1.056	1.056	1.056	0.000
		Va(deg)	-14.939	-14.939	-	0.000
10	Bus10	Vm(pu)	1.051	1.051	1.051	0.000
		Va(deg)	-15.097	-15.097	-	0.000
11	Bus11	Vm(pu)	1.057	1.057	1.057	0.000
		Va(deg)	-14.791	-14.791	-	0.000
12	Bus12	Vm(pu)	1.055	1.055	1.055	0.000
		Va(deg)	-15.076	-15.076	-	0.000
13	Bus13	Vm(pu)	1.050	1.050	1.050	0.000
		Va(deg)	-15.156	-15.156	-	0.000
14	Bus14	Vm(pu)	1.036	1.036	1.036	0.000
		Va(deg)	-16.034	-16.034	-	0.000

送端母线	受端母线	参数类型	MatPower计算结果	CloudPSS潮流计算结果	CloudPSS暂态仿真进入稳态后的结果	误差绝对值
Bus1	Bus2	P(MW)	156.88	156.88	156.91	0.03
		Q(Mvar)	-20.40	-20.40	-20.41	0.01
Bus1	Bus5	P(MW)	75.51	75.51	75.51	0.00
		Q(Mvar)	3.85	3.86	3.85	0.01
Bus2	Bus3	P(MW)	73.24	73.24	73.23	0.01
		Q(Mvar)	3.56	3.56	3.56	0.00
Bus2	Bus4	P(MW)	56.13	56.13	56.12	0.01
		Q(Mvar)	-1.55	-1.55	-1.55	0.00
Bus2	Bus5	P(MW)	41.52	41.52	41.51	0.01
		Q(Mvar)	1.17	1.18	1.17	0.01
Bus3	Bus4	P(MW)	-23.29	-23.29	-23.29	0.00
		Q(Mvar)	4.47	4.48	4.47	0.01
Bus4	Bus5	P(MW)	-61.16	-61.16	-61.16	0.00
		Q(Mvar)	15.82	15.83	15.82	0.01
Bus4	Bus7	P(MW)	28.07	28.07	28.06	0.01
		Q(Mvar)	-9.68	-9.68	-9.68	0.00
Bus4	Bus9	P(MW)	16.08	16.08	16.08	0.00
		Q(Mvar)	-0.43	-0.43	-0.43	0.00
Bus5	Bus6	P(MW)	44.09	44.09	44.08	0.01
		Q(Mvar)	12.47	12.48	12.47	0.01
Bus6	Bus11	P(MW)	7.35	7.35	7.35	0.00
		Q(Mvar)	3.56	3.56	3.56	0.00
Bus6	Bus12	P(MW)	7.79	7.79	7.79	0.00
		Q(Mvar)	2.50	2.50	2.50	0.00
Bus6	Bus13	P(MW)	17.75	17.75	17.75	0.00
		Q(Mvar)	7.22	7.22	7.22	0.00
Bus8	Bus7	P(MW)	0.00	0.00	0.01	0.01
		Q(Mvar)	17.62	17.62	17.62	0.00
Bus9	Bus7	P(MW)	-28.07	-28.07	-28.08	0.01
		Q(Mvar)	-4.98	-4.98	-4.98	0.00
Bus9	Bus10	P(MW)	5.23	5.23	5.23	0.00
		Q(Mvar)	4.22	4.22	4.22	0.00
Bus9	Bus14	P(MW)	9.43	9.43	9.43	0.00
		Q(Mvar)	3.61	3.61	3.61	0.00
Bus10	Bus11	P(MW)	-3.79	-3.79	-3.79	0.00
		Q(Mvar)	-1.62	-1.62	-1.61	0.01
Bus12	Bus13	P(MW)	1.61	1.61	1.61	0.00
		Q(Mvar)	0.75	0.75	0.75	0.00
Bus13	Bus14	P(MW)	5.64	5.64	5.64	0.00
		Q(Mvar)	1.75	1.75	1.75	0.00

测试案例在 CloudPSS 进行潮流计算所得结果以及进行无故障暂态仿真进入稳态后的潮流分布与 MatPower 计算结果吻合。

暂态故障仿真

采用本测试案例进行故障暂态仿真，故障点设置于母线9处，故障类型为三相短路，发生时刻为仿真第 5s 时，持续 0.1s 后消失。

对各母线电压和各线路功率进行观测，得到故障期间及故障前后系统中电压、有功、无功的分布波形如以下三图所示。

IEEE14节点系统故障仿真电压分布波形图

IEEE14节点系统故障仿真有功分布波形图

IEEE14节点系统故障仿真无功分布波形图

以故障近区的 Bu4 母线为例，观测其在故障过程中的瞬时电压波形如下图所示。

IEEE14节点系统故障仿真瞬时电压波形图

仿真案例模拟了电网在故障后的恢复过程。

算例地址

点击打开算例地址：5机14节点测试系统

参考文献

脚注

1. IEEE 14 Bus Power Flow Test Case(https://labs.ece.uw.edu/pstca/pf14/pg_tca14bus.htm) ↩︎ ↩︎²