BPA-CloudPSS 算例转换工具
本文档介绍 BPA-CloudPSS 算例自动转换工具的功能特色与使用流程,并以 BPA 标准测试系统算例进行演示。
功能定义
CloudPSS 提供了 BPA-CloudPSS 算例自动转换工具,可基于中国电力科学研究院电力系统分析软件(BPA)的算例工程,快速构建大规模交直流电网的全电磁暂态仿真算例。
功能说明
算例转换工具特性
该算例转换工具具备四大重要特性:
1:模型丰富,覆盖 64 种交直流系统设备
2:基于潮流结果,快速初始化电磁暂态仿真
3:极速转换与高效仿真
4:基于地理信息图,自动布局场站
- 模型丰富
- 基于潮流结果快速初始化
- 极速转换与高效仿真
- 基于地理信息图自动布局场站
针对 BPA 软件中的每一种设备模型, CloudPSS 均建立了一一对应的设备模型模板,并设计了参数转换及补全方法,实现了由潮流/机电暂态元件模型向全电磁暂态元件模型的映射。所建立的设备模板与 BPA 进行了详细对比,保证了稳态和暂态计算精度。下图展示了 CloudPSS 同步发电机设备模板,包含了完整的电机、励磁、调速、 PSS 元件及连接关系。

目前, BPA→CloudPSS 算例转换工具已支持含同步发电机(包括励磁、调速和 PSS )、负荷、传输线、变压器、串/并补、 SVC 、特高压直流输电系统,风机、光伏发电系统等 64 种设备元件的算例转换。

对于目前尚未支持的电气元件,CloudPSS 提供了电压源/负荷等效的方法,保证任意算例转换后的大规模电磁暂态算例均可稳定仿真。
为保证转换后的算例可直接从指定潮流断面启动,算例转换工具通过读取 BPA 潮流作业文件和潮流结果数据,将潮流信息直接写入电磁暂态仿真算例中。其中,光伏、直驱风机、双馈风机等新能源模型默认采用 CloudPSS 内置的通用模型,同时也支持含黑盒控制器的新能源模型接入,保证控制策略与实物控制器的保持高度一致,使仿真结果更接近实际情况。

转换后的算例首先须通过 CloudPSS 的潮流计算功能对 BPA 潮流结果进行调整,将变压器相移等因素考虑在内,生成适用于暂态仿真启动的潮流断面,进而可直接启动电磁暂态仿真,并迅速进入预定的潮流断面。

借助 CloudPSS 平台提供的基于“分解-协调”的交直流系统稳态启动功能,可实现大规模交直流系统指定断面电磁暂态仿真的极速启动,针对包含 2712 条三相电压母线、6 回直流的的大规模交直流电网算例,采用 CloudPSS 仿真内核,仿真 10s 仅需 57s!


由于 BPA 软件提供了分区管理功能,在算例转换时,用户可灵活选择一个或多个电网分区,生成省级、区域级甚至全网级电磁暂态算例。区域外的系统将在区域边界被自动等效为电源、负荷或戴维南等值元件。下表列举了相同测试环境下不同规模电网在 CloudPSS 上的算例转换及仿真效率对比。

若 BPA 算例工程提供了地理信息接线图文件,算例转换工具可根据地理信息图,按照场站信息对元件进行自动分组和布局,并将低压场站合并至相应高压母线的场站内,自动生成 CloudPSS 上的可视化算例。

算例转换流程
BPA-CloudPSS 算例转换流程如下图所示,包括了 BPA 工程文件选择、分区选择、转换参数设置、算例上传等步骤。

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选择 BPA 工程文件、潮流作业与地理信息接线图文件
选择 BPA 工程文件、潮流作业与地理信息接线图文件。由于转换工具会根据 BPA 潮流结果文件进行转换,转换时请确保 dat 文件所在文件夹下存在 *.bse 格式的潮流结果文件。若没有,则需要在 BPA 软件进行一次潮流计算生成 *.bse 文件再进行转换。
选择 BPA 工程文件、潮流作业与地理信息接线图文件 -
选择分区
由于 BPA 软件提供了分区管理功能,在算例转换时,用户可灵活选择一个或多个电网分区,生成省级、区域级甚至全网级电磁暂态算例。区域外的系统将在区域边界被自动等效为电源、负荷或戴维南等值元件。BPA 分区的具体含义可在 dat 文件中的
/NETWORK_DATA\
控制语句处进行查看。选择分区 -
设置转换参数
用户可选择启动设置、交流线路转换设置、输出设置等转换参数。
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启动设置可设置使用潮流初值进行启动,自动将初值写入电磁暂态仿真模型。
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交流线路转换设置可以限制阻抗参数过小交流线路的最小值, 为负数的交流线将被转换为串补;、、 均小于上述阈值的交流线将被转换为联络线。
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输出设置可以选择需要输出的信号类型。
设置转换参数 输出设置自动生成的示波器
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开始转换
开始转换后,程序会输出全部过程信息,方便用户调试可能出现的错误。
转换过程 -
算例上传与进行仿真
转换成功后,需要将所生成的成的 cmdl 算例文件上传到 CloudPSS 仿真平台进行潮流计算与电磁暂态仿真。
算例上传
案例介绍
- BPA 标准算例转换
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选择算例、潮流任务与地理信息接线图文件
选择算例、潮流任务与地理信息接线图文件 -
选择分区
选择分区 -
设置转换参数,选择输出信号类型
设置转换参数 -
转换过程
转换过程 -
算例上传
算例上传 -
启动潮流计算
潮流计算结果 -
启动电磁暂态仿真
电磁暂态仿真结果
常见问题
- 软件无法运行,提示安装 XX.NET 框架。
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按提示下载安装即可。
- 为什么进行转换时无法选择分区?
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这是由于 dat 文件缺少指定网络数据的控制语句
/NETWORK_DATA\
,在 dat 文件控制语句处添加/NETWORK_DATA\
后可正常识别分区。无法选择分区 添加指定网络数据的控制语句 修正 dat 文件后 - 为什么我的 BPA 算例中有 12 个光伏场站模型(或其他元件模型),转换得到算例只有 6 个光伏场站模型(或其他元件模型)?
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由于 BPA-CloudPSS 算例转换工具是基于潮流结果进行转换的,对于出力为 0 的设备将不会被转换。需要对 dat 文件进行修改,重跑潮流后进行转换。
dat 文件-光伏场站 6 的出力为 0 转换得到算例 dat 文件-修改光伏场站 6 的出力 转换得到算例-修改后 - BPA 算例转换得到的算例报错:变压器参数为负。
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这是由于 BPA 数据存在错误,可以在 BPA 的 dat 文件中搜索找到对应的变压器,修改参数后重新转换。也可以直接在 CloudPSS 平台上修改。
变压器参数为负 报错的 dat 文件 - BPA 算例转换得到的算例报错:变压器引脚悬空。
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这是由于 BPA 数据存在错误,需要在 BPA 的 dat 文件中搜索找到对应的变压器,添加对应的母线。
变压器引脚悬空 搜索找到对应的变压器 报错的 dat 文件 修改后的 dat 文件 - 潮流计算不收敛时如何排查错误?
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1. 根据潮流仿真报错信息检查相应的元件,常见的潮流仿真报错信息包括:
- 缺少 PV 节点或平衡节点,报错码为:
Buses xxx, and xxx are isolated, with neither a slack bus nor a PV bus found in this area.
- 母线间短路,报错码为:
xxx is a short circuit. Try eliminating it.
- 元件连接了非母线节点,报错码为:
Pin Pin - of xxx is connected to a non-bus node.
- 一条传输线连接了不同电压等级的母线,需要检查 BPA 数据准确性,报错码为:
The base voltage of XXX(525kV) and XXX(800kV) which are on ether side of xxx. does not match
.
2. 通过潮流计算结果表格进行检查:
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Buses 表格的 参数按正序或负序排序,如有大于 10 或小于 -10 的参数,检查连接该母线的同步发电机、三相交流电压源、静态负载、变压器等元件的容量、电压等参数是否设置合理。
检查 P_res -
Branches 表格的 参数按正序或负序排序,如有大于 50 或小于 -50 的参数,检查该元件的容量是否设置的太小。
检查 P_loss
- 缺少 PV 节点或平衡节点,报错码为:
- 电磁暂态仿真报错:
Thread 0: KLU Error: singularin block 145
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一般是由于新能源出力或高压直流输电系统直流线路电感参数为 0 导致:
KLU Error: singularin block 145 -
新能源出力为 0 ,修改后正常运行。
新能源出力为 0 -
高压直流输电系统直流线路电感参数为 0 ,修改后正常运行。
直流线路电感参数为 0
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- 电磁暂态仿真:启动电机后母线电压异常升高
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一般是由于电机控制器部分上下限参数异常导致,一般上限需要大于 0,下限需要小于 0。
励磁系统电压调节器最小输出大于 0 - 电磁暂态仿真:启动电机后母线电压与电机功率大幅度振荡
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一般是由于 GA、GM、GN 等电机控制器参数异常导致:
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GA 控制器的 PGV DELAY (功率输出信号的纯延迟时间参数)过大,修改为 0.1 后正常运行。
功率波形振荡 PGV DELAY 过大 修改 PGV DELAY 参数后正常运行 -
GN 调节系统模型的 TYP(模式选择)为 2-开度模式,修改为 1-功率模式后正常运行。
功率波形振荡 模式选择为开度模式 修改为功率模式后正常运行 -
GM 调节系统模型的 DBMAX (一次调频上限)小于 0,修改为 1 后正常运行。
一次调频上限小于 0
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- 电磁暂态仿真:仿真可以观察到电压(或是其他波形)异常,如何快速定位到参数异常的设备模型?
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以光伏场站模型启动时间为例,可以通过修改设备启动时间,通过异常波形产生的时刻进行定位。
修改光伏场站模型启动时间 - 对于目前算例转换工具尚未支持的用户自定义设备元件,如何进行转换?
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对于用户自定义构建的设备元件,用户可以通过配置自定义元件的 json 文件进行匹配。元件 json 文件用于映射 BPA 设备元件参数与 CloudPSS 对应的元件参数,包含 BPA 元件参数 json 文件配置与 CloudPSS 元件参数 json 文件配置两部分。
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BPA 设备元件参数 json 文件配置
下图所示为 MM 型风电机组卡片参数配置,需要基于 BPA 中的数据格式要求进行设置。以第一行
_0":"1,2,A2,1,1,=,MM,MM,数据卡标识
为例,1,2
代表起止列数;A2
代表标识符;MM
代表数据卡标识。BPA 设备元件参数 json 文件配置 -
CloudPSS 元件参数 json 文件配置
下图所示为 CloudPSS 元件参数 json 文件配置,需要基于 BPA 元件参数以及潮流结果对进行 CloudPSS 元件参数配置。
CloudPSS 元件参数 json 文件配置 其中
RID
为元件资源 ID,如model/CloudPSS/DFIG_WindFarm_Equivalent_Model
代表CloudPSS
用户下的DFIG_WindFarm_Equivalent_Model
元件,可以在 SimStudio 实现标签页-属性栏处获取。元件 RID 获取 Args
代表元件的参数,与下图所示的 CloudPSS 元件参数一一对应,如Dblk_Gsc
代表网侧变流器启动延时,Dblk_Rsc
代表机侧变流器启动延时。CloudPSS 元件参数列表 对于 BPA 元件卡参数没有的参数,一般采用元件的默认参数值进行补全,如
Dblk_Gsc
的默认值为 0.2s。对于 BPA 元件卡参数中包含以及与潮流结果相关的参数,需要通过表达式进行输入,如
VLL_Gr
的默认值为MM.BusBase
*bus_o.Volt
,其中MM.BusBase
代表 BPA 元件卡MM
的BusBase
参数值,bus_o.Volt
代表母线电压的潮流计算结果。如pf_P
的默认值gen_o.PgMw
代表元件有功功率的潮流计算结果,pf_Q
的默认值gen_o.QgMvar
代表元件无功功率的潮流计算结果。
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