电力系统

吉林工程技术师范学院课程设计论文-1-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，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吉林工程技术师范学院课程设计论文-2-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。吉林工程技术师范学院课程设计论文-3-第二章PowerWorld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，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吉林工程技术师范学院课程设计论文-4-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。吉林工程技术师范学院课程设计论文-5-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EDITMODE完成，其过程如下：1)创建工程示例从File栏选取NewCase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（GeneratorInformationDialog）和运行模式下的发电机信息对话框（GeneratorInformationDialog）是完全相同的。4)添加变压器元件从Insert栏中点选变压器（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，填入变压器吉林工程技术师范学院课程设计论文-6-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（TransmissionLine）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）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（DCTransmissionLineOptions）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-terminaldctransmissionline）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”（LineParameters）、“整流器参数”（RectifierParameters）、“逆变器参数”（InverterParameters）及“实际潮流”（ActualFlows）。在编辑模式下，“实际潮流”（ActualFlows）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，吉林工程技术师范学院课程设计论文-7-3.2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。从主菜单上选择OptionsSolution/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。吉林工程技术师范学院课程设计论文-8-第四章软件主要功能计算4.1潮流计算(PowerFlow)单击RunMode，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ChangeFont。对潮流某些信息禁止或改变其颜色，请选择SuppressMessages或ColorMessages，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PrintSelection或Clear。您可以通过点击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SelectAll,或UnselectAll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PrintSelection或CopySelectiontoClipboard.。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ChangeMaximumLines,DisableLogging和SaveLogtoFile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故障分析(FaultAnalysis)故障类型（FaultType）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（SingleLine-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。把吉林工程技术师范学院课程设计论文-9-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（3PhaseBalanced）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（DoubleLine-to-Ground）通过定义一个接地故障阻抗来进行两相对地短路计算。电流单位（CurrentUnits）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