电力系统.doc

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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作第一章 概 述可视化技术是20世纪90年代初期随着计算机技术的发展而出现的一门新兴技术，它融合了计算机技术中的图形学、图像处理、数据管理、网络技术和人机界面等诸多分支。利用计算机图形学和图像处理技术，将数据转换成图形或图像在屏幕上显示，反应客观世界的本质和内在联系，从而有利于人们正确理解数据或过程的含义。10多年来，可视化技术在很多领域如研究流体力学、气象预测与分析、高分子生物合成、医学图像虚拟再现取得了广泛的应用并获得了巨大成功，而科学可视化在电力系统中的应用仍处于研究和初步应用阶段。 90年代，电力系统市场化席卷全球。这时的系统更加复杂

2、，数据成倍增加，可视化的要求也愈加迫切。这方面的研究工作比较突出并且广泛应用于实践的首推美国学者Thomas Jeffrey Overbye教授和Mark James Laufenberg博士，其研究课题组和掌管的Power World公司开展了电力系统可视化的系列研究工作，在其提出的电压等位线(contouring)显示技术的基础上，对节点数据（如：节点电压、电价、灵敏度、参与因子、振荡模态等）、线路数据（如：线路传输容量、线路负载率、线路功率分布因子等）、稳定域（如：电压稳定域、功角稳定域等）的算法和显示进行了可视化研究。主要分两个方面：其一是侧重于大型复杂电网规划、运行和调度控制的工程应

3、用，其二是针对电网技术培训、演示和教学。 国内这方面的研究还处于萌芽阶段，主要是将电力系统与地理信息系统有机地结合起来，在地理图上真实地显示电力系统的运行状态。研究中利用传统的静态安全分析和故障排序方法，实现静态安全分析数据的可视化和稳定运行域的可视化。 可视化研究只有在和所研究的领域有机融合后才能发挥其优势，大量的研究也证明了这一点，将系统数据不加处理而简单地利用图形显示的做法是低效的。电力系统可视化技术不是为了可视化而可视化，电力系统可视化基本原理在于：一幅生动逼真的画面可以表达很多数字才能表述的信息。可视化软件的应用是为了将大量数字表述的信息用图形方式表达出来，而且更为重要的是：数字间的

4、潜 在联系也可能通过图形信息更清楚的体现，对计算所得到的海量数据进行数据挖掘和综合，发现其内部的本质联系以得到可准确反映系统状态的简洁指标，并以正确的方式予以可视化显示才是可视化技术在电力系统中应用的真正内涵。无疑地，美国伊利诺斯(Illinois)大学学者Thomas Jeffrey Overbye教授和Mark James Laufenberg博士开发的Power World大型电力系统可视化程序及其各种附加专业软件包以其庞大、灵活的功能和互动、细腻的三维可视化技术赢得了科研机构、电网规划以及调度和运行人员的格外亲睐。这套软件已经应用到42个国家的300多个国家级电力公司的规划、运行、调度

5、和培训。第二章 PowerWorld软件介绍Power World是一个面向对象的电力系统大型可视化分析和计算程序，其设计特点是用户界面友好以及优异的交互性能。交互能力和可视化方法使它在胜任严谨的电网运行分析的同时，还可以用来向非专业人员阐明电力系统的运行原理和进行专业培训。V11.0版的Power World集电力系统潮流计算、灵敏度分析、静态安全分析、短路电流计算、经济调度EDC/AGC，最优潮流OPF、无功优化，GIS功能、电压稳定分析PV/QV、ATC计算、用户定制模块等多种庞大复杂功能于一体，并利用数据挖掘技术实现强大丰富的三维可视化显示技术。使用方便、功能强大、可视化程度相当高，其

6、界面如图1.1所示，图中所示系统为广西电网2010年三维可视化运行全景图。 Power World可视化程序确切地说是多个产品的集成。它的核心是一个综合的、强大的潮流计算的软件，它可以有效地求解多达100,000个节点的大型复杂电力系统。这使得Power World作为一个独立的潮流分析软件包十分有用。与其他同类商业应用软件不同的是：Power World允许用户通过可缩放的彩色动画单线图来模拟一个系统。用户可以运用可视化分析程序个性鲜明的示例（CASE）编辑器对模型任意进行修改直至满意。在Power World可视化分析程序中，输电线路的投切、负荷调整、发电机的投退及其各种功能切换以及联络线

7、的建立等等，这一切只需点击鼠标就可完成。此外，图形和动画演示的广泛使用增加了用户对系统特性、存在的问题和限制条件的理解.并且知道如何采取补救措施。 Power World提供了极为方便的模拟电力系统时间特性的工具。同样它可以可视化地显示负荷、发电量和联络线功率随时间的变化，以及因此产生的系统运行状况的变化。这项功能在解释例如电网扩建引起网络结构变化等问题上十分有用。Power World可视化分析程序还具有一体化的经济调度、联络线功率交换经济性分析、功率传输分配因子(PTDF)计算、短路计算和故障分析的强大功能，所有这一切都通过一个主界面来实现。 Power World可视化分析程序的上述特性

8、被集成在一起，在软件安装完毕后即可领略到它的庞大功能。第三章 电力系统建模3.1 电力系统单线图对任何一个电力系统进行分析前，必须准确地对其建模。在 PowerWorld软件中，通过创建单线图来实现建模功能，并且保存建模参数到后台数据库，这是可视化分析的前提条件。 电力系统单线图建模在EDIT MODE完成，其过程如下： 1)创建工程示例 从File栏选取New Case项，创建一个新的工程示例文件。2) 添加母线元件 从Insert栏中点选母线（Bus）模型或者直接点击母线图标即可添加母线元件。在面板空白处的合适位置单击鼠标左键，确定母线位置。此时自动弹出母线信息对话框，填入母线相关信息，再

9、单击确定（OK），则母线添加完毕。3)添加发电机元件 从Insert栏中点击选择发电机（Generator）或直接点击发电机图标。在与该发电机连接的母线处点击左键，则弹出发电机信息对话框，填入发电机相关信息，再单击确定（OK），然后适当调整发电机位置，则发电机添加完毕。 该对话框是用来查看和修改和系统中每条发电机相关联的参数。它也能用来插入新的发电机，删除现有的发电机。编辑模式下的发电机信息对话框（Generator Information Dialog）和运行模式下的发电机信息对话框（Generator Information Dialog）是完全相同的。4)添加变压器元件 从Insert栏

10、中点选变压器（Transformer）模型，先左键单击连接该变压器的两条母线中的一条，然后左键双击另一条母线则会在画面上添加变压器，并弹出变压器控制信息对话框，填入变压器相关参数，则变压器模型添加成功。 5)添加线路元件从Insert栏中点选传输线（Transmission Line）模型，先左键单击连接该传输线路的两条母线中的一条，然后左键双击另一条母线，则会在画面上添加传输线，并弹出传输线控制信息对话框。填入传输线相关参数，则传输线模型添加成功。线路选项对话框与变压器选项对话框一样。值得指出的是，利用该对话框，也可以添加串联电容器，。 6) 添加负荷 从Insert栏中点选负荷（Load）

11、模型在与该负荷连接的母线处点击左键，则弹出负荷信息对话框，填入负荷相关信息，再单击确定（OK），然后适当调整负荷位置，则负荷模型添加完毕。7)添加DC线路 PowerWorld程序提供直流线路模型，包括两端和多端直流线路。下面给出常见的两端直流线路建模方法。选择直流线路元件，会弹出直流传输线路选项（DC Transmission Line Options）对话框。 该对话框用于查看和修改系统中与每一条两端直流输电线路相关的参数。也可用于添加新的“两端直流输电线路”（two-terminal dc transmission line）或删除已存在的线路。本对话框由四个独立的标签页组成：“线路参数

12、”（Line Parameters）、“整流器参数”（Rectifier Parameters）、“逆变器参数”（Inverter Parameters）及“实际潮流”（Actual Flows）。在编辑模式下，“实际潮流”（Actual Flows）页面不可用。可以通过对话框顶部的标签进入各个页面。可通过各页查看或修改直流线路模型参数。 9)添加变电站元件 在电力系统建模时，可以直接使用变电站(substation) 绘制单线图， 3.2 仿真环境和参数设置 按上述讲解陆续将系统中各元件正确添加，并输入相关数据，调整外观，则完成了系统单线图的绘制。下面，就可以进行仿真参数设置了。从主菜单上选

13、择Options Solution/Environment，打开对话框，就可以进行仿真环境和仿真参数设置。 该对话框的顶端有7个按钮，分别是：示例显示设置、消息日志设置。文件管理设置、仿真环境设置、极限管理设置、单线图设置以及潮流求解设置，点击其中任何一个按钮就可以单独打开一个标签页进行设置。 潮流求解设置标签页。其中较重要的设置是：潮流计算算法选择、基准能力、允许误差、迭代最大次数、对电压控制的设置等等。 第四章 软件主要功能计算4.1 潮流计算(Power Flow) 单击Run Mode，进入运行模式，进行潮流运行调试。在运行模式下，点击Play键，则开始按已设置好的参数运行潮流图如果潮

14、流出现不收敛的情况，可以查看日志信息。要显示日志信息，点击工具栏的Log按钮即可调出日志信息对话框日志信息显示了求解潮流的细节，记录了计算的迭代过程。也记录了仿真器在进行各种操作是的信息，例如打开或确认示例等。当你解决具体的仿真示例时日志信息是非常有用的。对于Viewer来说，用不到日志信息。右击运行日志可以看到其局部菜单。要改变日志的字体，选择Change Font。对潮流某些信息禁止或改变其颜色，请选择Suppress Messages或Color Messages，这样所渴望的信息特点得到改变。要打印其中突出的部分或清除日志，请选择Print Selection或Clear。您可以通过点

15、击Find，在显示的对话框中输入要查找的文本，来查找该文本。您也可以分别点击Select All, 或 Unselect All高亮显示日志中的所有文本，或相反地不选高亮显示的文本。要打印或复制日志中高亮显示部分的内容到剪贴板窗口中，选择Print Selection 或 Copy Selection to Clipboard.。您也可以通过选择Clear来清除日志中的内容。最后，您将找到一些有效的日志选项，例如Change Maximum Lines, Disable Logging 和 Save Log to File等选项，这些选项在负荷潮流分析中会自动地将日志保存为一个文档。4.2故障

16、分析(Fault Analysis) 故障类型（Fault Type） 通过选择下面四种故障处故障类型中的一种来进行计算： 单相对地短路（Single Line - to - Ground） 通过用户定义的一个对地故障阻抗来进行单相对地短路计算。把A相设为故障相。 两相短路（Line - to - Line） 假设一个值为999+j999的对地阻抗进行两相短路计算。把B相和C相设为故障相。三相短路（3 Phase Balanced） 通过用户定义的一个对地故障阻抗来进行三相短路计算。 两相对地短路（Double Line - to - Ground） 通过定义一个接地故障阻抗来进行两相对地短路

17、计算。 电流单位（Current Units） 允许用户是选择观察故障时标幺值还是电流的实际值。 故障结果在故障分析对话框下部以表格的形式显示，故障结果也可以在单线图里以图形化的形式显示出来。通过选择，可以把任何一个三相值单独地显示出来，或者是使三相值同时显示。 计算（Calculate） 点击这个按钮软件将进行故障分析。为了保证能够进行计算，潮流应该处于一个对于结果来说有关的、可解的状态。因此当按下计算（Calculate）按钮时要做的第一件事是解潮流。用户可以在运行计算程序时通过查看信息日志来观察这一步。一旦解潮流完毕，故障分析计算开始运行，计算结果将被显示出来故障阻抗（Fault Imp

18、edance） 无论进行何种故障计算，都是要包括故障阻抗的。电阻和电抗可以作为故障电流入地的路径，当计算用于决定其他故障量的故障电流时，故障阻抗需要被考虑进去。PowerWorld程序提供的电力系统线性分析工具包括分布因子计算和灵敏度计算。 1）分布因子计算工具 功率传输分配因子功率传输分配因子（PTDF）：用来衡量从一个区域到另外一个区域的电力传输发生变化时，系统设备上电力负荷的响应或变化的程度，以功率传输变化的百分比来表示。这些数值提供了一个关于在买方和卖方之间传输的改变所导致的在传输线路与断面之间潮流如何流动的线性近似，这些值可以在动态潮流单线图上看到。 第五章 心得通过对PowerWo

19、rld的学习，我了解很多关于这个软件的知识，从中学到了很多。，学习这个在以后的学习和工作中，一定会有很大的用处，通过这次的课程设计，又让我们多了一门技术，将来在工作中又多了一个出入，转眼进入大三的学习中，在学校的实践已经过去了一半，在以后的两年中，我要学习更多的知识，增加对知识的拓展。争取了解的透彻，俗话说，师傅领进门，修行在个人。老师只是起到了一个引导的作用，让你对这门只是有个初步的了解，有了一定的兴趣，我们就要更加深入的学习和探索。在这次设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。在此

20、要感谢我的指导老师，感谢高老师给我这样的机会锻炼。在整个设计过程中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。虽然这个项目还不是很完善，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。大学的生活丰富多彩，将来的社会竞争更是激烈。所以我们要把握好每一个机会，把自己变得优秀，将来在社会中才不会被淘汰，要做自己的主人。参考文献周茜,彭建春;基于P-Q解耦的可用输电能力的计算分析J;电力科学与工程;2005年03期 顾承红;艾

21、芊;考虑电压稳定约束的最优潮流J;电网技术;2006年16期蔡晓波;吴政球;匡文凯;方日升;王良缘;李可文;基于直流分布因子的可用输电能力灵敏度分析J;电网技术;2006年18期 束洪春;董俊;孙士云;廖泽龙;王文;杨强; J;电网技术;2006年20期 张立志;赵冬梅;考虑FACTS配置的电网输电能力计算J;电网技术;2007年07期 朱文涛;孙士云;王超;吴水军;云南电网暂态稳定裕度仿真研究J;昆明理工大学学报(理工版);2007年02期 马瑞,贺仁睦,王鹏,杨华春,张进,胡国强;计及负荷静态电压特性的多目标交易研究J;中国电机工程学报;2005年09期 孙景强,房大中,锺德成;暂态稳定约束下的最优潮流J;中国电机工程学报;2005年12期 杭乃善,廖青华,李如琦,杨柳林;电力系统临界电压崩溃潮流的柔性节点算法J;中国电机工程学报;2005年17期郭琦;赵晋泉;张伯明;赵传霖;李钦;一种线路极限传输容量的在线计算方法J;中国电机工程学报;2006年05期 - 13 -