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电电力力系系统统可可视视化化分分析析程程序序PPoowweerrWWoorrlldd简简明明培培训训教教程程广西电力工业勘察设计研究院数字电网研究中心PowerWorldCorporation2006年11月目录1概述............................................................11.1电力系统可视化技术...................................................................................11.2PowerWorld软件介绍..................................................................................22电力系统建模.....................................................62.1电力系统单线图...........................................................................................62.2仿真环境和参数设置.................................................................................353软件主要功能模块................................................373.1潮流计算(PowerFlow)...............................................................................373.2故障分析(FaultAnalysis)............................................................................763.3电压稳定性分析(VoltageStability)............................................................783.4最优潮流(OPF/SCOPF).............................................................................793.5事故分析(ContingencyAnalysis)...............................................................823.6线性分析(LinearAnalysis).........................................................................843.7可用传输容量分析(ATC)...........................................................................891概述1.1电力系统可视化技术可视化技术是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，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ThomasJeffreyOverbye教授和MarkJamesLaufenberg博士，其研究课题组和掌管的PowerWorld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：数字间的潜1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ThomasJeffreyOverbye教授和MarkJamesLaufenberg博士开发的PowerWorld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、调度和培训。图1.1PowerWorld可视化程序界面1.2PowerWorld软件介绍PowerWorld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PowerWorld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，昀优潮流OPF、无功优化，GIS2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。PowerWorld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PowerWorld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：PowerWorld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PowerWorld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。PowerWorld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。PowerWorld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。PowerWorld可视化分析程序的上述特性被集成在一起，在软件安装完毕后即可领略到它的庞大功能。1)基本功能PowerWorld程序有2种重要的操作模式：编辑模式和运行模式。编辑模式用来创建新模型或修改己存在的工程示例；而运行模式则用来模拟演示实际系统，使用程序具有的各种先进的工具对所建立的电力系统模型进行各种可视化分析。通过点击程序栏的EDITMODE（编辑模式）和RUNMODE（运行模式）按钮，可在两者之间随意切换。每种模式下菜单中的命令不同。通过文件面板（File）可进行存盘、打印、读取等操作。本栏也提供了联机3帮助和查错工具。PowerWorld仿真器允许用户用几种不同的格式存储工程。选择主菜中File中的SaveAs项可出现对话框，在对话框左下角存储文件类型一栏中可选择所需的保存格式。仿真器能以二进制格式（默认值），PTI版本V23～30所用的原始数据类型、IEEE通用格式和GEEPC等格式来存储工程。编辑面板（Edit）包括一些工程编辑工具。可剪切或复制单线图上的单个设备或原件并把它粘贴在原图或其他图中。同样也可通过通常的选取操作或矩形框对一组元件进行相同的操作。用插入面板（Insert）按钮可在现有的单线图上添画新组元。这些组元包括电力系统的元件如节点、输电线、变压器、负荷、发电机和“地区(AREA)”,“区域（ZONE）”以及诸如“饼图(PIECHART)”等提供测量、标注和咨询信息的框件。也可添加文本框或矩形、椭圆形、弧形等形状的显示框，而这些均与系统中其它设备无关。通过格式面板（Format）可改变字体、颜色、线型、图形放大比例及其原件所属层次等。也可设定不同绘图参数的缺省值，并在必要时重设这些值。为显示复杂的电力系统运行图，PowerWorld可视化分析程序可放大和移动单线图。可在图像缩放面板中直接指定放大的尺寸，也可通过选定图中某一矩形区域来设定放大倍数。本栏包含一对话框.可以通过它选择以某一母线为中心显示单线运行图。通过选项/信息栏（Options)，可迅速查阅PowerWorld可视化分析程序的有关信息和设置选项。可设置有关仿真和求解的选项、定义过滤显示、进行单步潮流计算、电压等高线动态着色、各种运行报表和区域控制误差分析、网络拓扑结构分析、二维和三维可视化运行图切换以及工程所包含的原件的所有属性和相关运行参数和控制参数的显示和修改。这两个栏目在编辑模式和运行模式下根据需要不尽相同。工具栏（Tools）提供母线运行信息浏览、全网潮流浏览和指定母线或线路潮流运行信息、静态安全分析、可用传输容量ATC计算、短路电流计算、各种灵敏度分析、电气岛分析、网损计算、功率传输分布因子计算、强制潮流设置与计算、地理信息功能加载（GIS）、制作影视剪接，负荷和出力调整等高级功能。仿真栏（Simulation）提供仿真所采用的各种算法，包括极坐标和直角坐标4的牛顿－拉夫逊法、快速解耦算法、单步法、交直流系统混合潮流计算、鲁棒性潮流加速计算、昀优潮流计算、潮流计算启动终止设置和不收敛的处理办法以及脚本文件的相关处理。昀优潮流（LPOPF）栏提供常规昀优潮流计算、考虑各种运行约束和经济约束的昀优潮流计算以及相关参与昀优潮流的系统各种原件参数的设定和修改。电压安全性和稳定性分析工具（VSAT）以内置的牛顿一拉夫逊法进行的潮流计算为基础，允许用户在某特定传输容量下求解多重潮流解，从而得到给定节点的PV或QV曲线。电压安全性和稳定性分析（VSAT）的目的是在用户定义的传输容量自动增加时允许用户监视系统的任一参数。电压安全性和稳定性仿真计算结束后用户可用可视化仿真曲线显示所监视的参数。2）高级功能除了上述各功能，PowerWorld可视化分析程序还提供方便快捷的局部菜单（在运行图上右击鼠标），主要有限值监视设定、越限后文本区自动