3 机 9 节点测试系统

描述

CloudPSS 3 机 9 节点系统是在西部系统协调委员会（Western System Coordinating Council, WSCC）提出的 3 机 9 节点经典系统¹²基础上修改构建的测试系统，由 9 条母线、3 台发电机、3 台双绕组变压器、6 条线路和 3 个负荷组成。所有发电机均采用了励磁系统、电力系统稳定器 PSS、调速器、原动机进行调控。作为测试，在本算例中，于 8 号母线（Bus8）添加了时长 0.1s 的三相接地短路故障，用户可根据需要自行修改、删除或添加其他类型的故障与扰动。

该算例可用于系统动态稳定性研究、功率交换研究、振荡阻尼研究等。

模型介绍

模型拓扑

WSCC 三机九节点算例拓扑图如下，其中 B1 节点为松弛节点。各电机相连的母线（1-3）电压等级分别为16.5kV、18kV、13.8kV，剩下所有母线电压均为 525kV。

WSCC 三机九节点算例拓扑图

CloudPSS 上该算例采用单线图构建，其拓扑如下。

WSCC 三机九节点仿真图

CloudPSS 上的 3 机 9 节点系统中，每台电机包含励磁器、调速器、原动机、电力系统稳定器四种控制器模型。

• 励磁器采用 IEEE 标准的 EXST1_PTI 型励磁调节器，详见：EXST1_PTI
• 调速器采用 IEEE 标准的 STEAM_GOV_1 型调速器，详见：STEAM_GOV_1
• 原动机采用 IEEE 标准的 STEAM_TUR_1 型原动机，详见：STEAM_TUR_1
• 电力系统稳定器采用 IEEE 标准的 PSS1A 电力系统稳定器，详见：PSS1A

模型参数

母线参数与潮流解算

母线参数与潮流解算数据如下表所示：

母线编号	母线名	基准电压	节点类型	电压幅值 (p.u.)	电压相角 (deg)
1	Bus1	16.5	swing	1.0000	0
2	Bus2	18.0	PV	1.0000	0
3	Bus3	13.8	PV	1.0000	0
4	Bus4	525.0	PV	0.9831	-8.88
5	Bus5	525.0	PQ	0.9596	-13.87
6	Bus6	525.0	PQ	0.9646	-16.58
7	Bus7	525.0	PQ	0.9899	-13.97
8	Bus8	525.0	PQ	0.9735	-18.96
9	Bus9	525.0	PQ	0.9877	-21.81

传输线参数

传输线参数如下表所示，参数为线路全长参数：

送端母线	受端母线	电阻 R (%)	电抗 X (%)	电纳 B (%)
4	5	1.00	6.80	17.6
4	6	1.70	9.20	15.8
5	7	3.20	16.10	30.6
6	9	3.90	17.30	35.8
7	8	0.85	5.76	14.9
8	9	1.19	10.08	20.9

变压器参数

变压器参数如下表所示：

送端母线	受端母线	电阻 R (%)	电抗 X (%)	容量基值	绕组分接头位置 (p.u.)
1	4	0	5.76	100	1
2	7	0	6.25	100	1
3	9	0	5.86	100	1

负荷参数

负荷参数如下表所示：

母线	有功 P (MW)	无功 Q (MVAr)
5	125	50
6	90	30
8	100	35

在 CloudPSS 平台中进行暂态模型参数的设置，涉及到的模型动态参数包括发电机参数、励磁系统参数、电力系统稳定器参数。

发电机参数

发电机参数如下：

参数	发电机1	发电机2	发电机3
基准容量	325	325	325
定子漏抗 XI (p.u.)	0.01	0.01	0.01
d轴同步电抗 Xd (p.u.)	0.283875	0.283875	0.283875
d轴暂态电抗 Xd' (p.u.)	0.041	0.041	0.041
d轴次暂态 Xd'' (p.u.)	0.028895	0.028895	0.028895
q轴同步电抗 Xq (p.u.)	0.283875	0.283875	0.283875
q轴暂态电抗 Xq' (p.u.)	0.056603	0.056603	0.056603
q轴次暂态 Xq'' (p.u.)	0.028895	0.028895	0.028895
d轴暂态时间常数 Tdo' (s)	9.01	9.01	9.01
d轴次暂态时间常数 Tdo'' (s)	0.045	0.045	0.045
q轴暂态时间常数 Tqo' (s)	0.956	0.956	0.956
q轴次暂态时间常数 Tqo'' (s)	0.069	0.069	0.069
转动惯量时间常数 Tj (s)	5	5	5

励磁器参数

励磁器采用EXST1_PTI模型，配置参数如下：

母线	Rc	Xc	TR	TC	TB	KF	TF	KA	TA	VRMAX	VRMIN	KC	VIMAX	VIMIN
1	0	0	0.01	1	10	0	1	200	0.015	5	-5	0	0.1	-0.1
2	0	0	0.01	1	10	0	1	200	0.015	5	-5	0	0.1	-0.1
3	0	0	0.01	1	10	0	1	200	0.015	5	-5	0	0.1	-0.1

电力系统稳定器参数

电力系统稳定器采用PSS1A模型，配置参数如下：

母线	T6	Ks	T5	A1	A2	T1	T2	T3	T4	VSTMAX	VSTMIN
1	0	2	10	0	0	1	0.2	1	0.1	0.2	-0.2
2	0	2	10	0	0	1	0.2	1	0.1	0.2	-0.2
3	0	2	10	0	0	1	0.2	1	0.1	0.2	-0.2

调速器参数

调速器采用STEAM_GOV_1模型，配置参数如下：

母线	DB	Kg	TSR	TSM	P_up	P_down	Cmax	Cmin
1	0	6	0	0.075	0.6786	-1	0.9	0
2	0	6	0	0.075	0.6786	-1	0.9	0
3	0	6	0	0.075	0.6786	-1	0.9	0

原动机参数

原动机采用STEAM_TUR_1模型，配置参数如下：

母线	K1	K3	K5	K7	K2	K4	K6	K8	T4	T5	T6	T7
1	0.2	0.4	0.4	0	0	0	0	0	0.3	10	0.6	0
2	0.2	0.4	0.4	0	0	0	0	0	0.3	10	0.6	0
3	0.2	0.4	0.4	0	0	0	0	0	0.3	10	0.6	0

仿真

模型搭建完成后，在 CloudPSS 平台开展电磁暂态仿真测试。在 5s 时于母线 8 处添加一个持续 0.1s 的 A 相短路接地故障，观察仿真结果。

三台电机转速运行结果如下图所示：

WSCC3机9节点系统电机转速运行结果图

三台电机端功率PQ运行结果如下图所示：

WSCC3机9节点系统电机功率运行结果图

7号母线三相电压（电压矢量测量）结果如下图所示：

7号母线电压运行结果图

7号母线电压运行结果图如下图所示：

7号母线电压运行结果图-1

算例地址

点击打开算例地址：3机9节点测试系统

参考文献

脚注

1. P. M. Anderson and A. A. Fouad, Power System Control and Stability, 2nd ed. New York: IEEE Press, 2003. ↩︎

2. 9-Bus System (WSCC Test Case), https://www.al-roomi.org/power-flow/9-bus-system ↩︎