基于PWS的区域电力系统运行及分析毕业论文

1、 题 目 基于PWS的区域电力系统运行及分析 学生姓名 张书华 学号 1117024049 所在学院 电气工程学院 专业班级 电气1103 指导教师 李 昂 完成地点 陕西理工学院 2015 年 5 月 26 日 基于PWS的区域电力系统运行及分析张书华 (陕西理工学院电气工程学院电气工程及其自动化专业1103班，陕西 汉中 723000) 指导教师：李昂摘要随着电力系统的不断发展，传统的采用面向过程方法编写的软件已经不能满足越来越复杂的管理、监视、控制系统和日趋庞大的计算分析工作。可视化电力系统是目前电网的研究方向之一，是今后电力系统的潮流管理、网络控制、电力市场等的发展方向。它使程序的使用

2、变得简单、直观，其面向对象的技术使程序代码易于开发、管理、扩充和移植，是今后电力系统分析、仿真程序的发展方向。 在熟悉Power World Simulator软件的基础上，以区域电网的简化模型为例，搭建可视化电网模型，实现单机版的可视化电力系统设计,并且在简化模型搭建准确的基础上完成系统的参数设置，进行系统不同方式下的潮流运行及分析。利用该软件进行各种故障（短路、断线）状况下的模拟运行，分析并记录相关数据，从而为区域电网的规划及运行控制提供参考。关键词Power world simulator；仿真；区域；电力系统分析；短路故障Operation and analysis of region

3、al power system based PWSShuhua Zhang(Grade03,Class11,Major Electrical Engineering and Automation,Electrical Engineering Dept.,Shaanxi University of Technology,Hanzhong723000,Shanxi) Tutor:Ang LiAbstract: With the continuous development of power system, the traditional use of process-oriented way to

4、 write the software can not meet the increasingly complex management, monitoring, control systems and increasingly large computational analysis. Visual Power System is one of the grid research, the future trend of the power system management, network control, power and market development. It makes u

5、se of the program simple, intuitive, and its object-oriented technology to make the program code easier to develop, manage, expand and transplantation, the future development direction of power system analysis, simulation program.In the familiar Power World Simulator software, based on a simplified

6、model of regional power grid, for example, to build the visual grid model, to achieve a single version of the visual design of power systems, and build accurate based on the complete system parameter settings in simplified model system current run and analyze different modes. With this software, a v

7、ariety of fault (short circuit, wire break) under simulated operating conditions, analyze and record data, thereby providing a reference for the planning and operation control regional power grid.Key words: Electric Book Shop; The simulation; Area; Power system analysis; short circuit fault目录 TOC o

8、1-3 u 目录 PAGEREF _Toc16458 41前 言 PAGEREF _Toc18427 1 PAGEREF _Toc3817 1 PAGEREF _Toc206 1 PAGEREF _Toc29955 12 Power world仿真建模 PAGEREF _Toc8423 4 PAGEREF _Toc4383 42.2 Power world simulator主要功能概述 PAGEREF _Toc31872 4 PAGEREF _Toc32560 5 PAGEREF _Toc32213 73电力系统计算机潮流的算法 PAGEREF _Toc11830 8 PAGEREF _To

9、c5844 8 PAGEREF _Toc13224 8 PAGEREF _Toc19790 9 PAGEREF _Toc4966 9 PAGEREF _Toc7602 9 PAGEREF _Toc26629 9 PAGEREF _Toc4246 93.2.3 牛顿-拉夫逊法 PAGEREF _Toc30387 104区域电力系统分析 PAGEREF _Toc415 12 PAGEREF _Toc21253 12 PAGEREF _Toc19073 12 PAGEREF _Toc6767 12 PAGEREF _Toc23347 12 PAGEREF _Toc19505 13 PAGEREF _

10、Toc20616 13 PAGEREF _Toc10752 13 PAGEREF _Toc25805 155电力系统运行及分析 PAGEREF _Toc11964 17电力系统的运行方式的基本概念 PAGEREF _Toc12828 17电力系统运行的特点 PAGEREF _Toc21475 17对电力系统运行的基本要求 PAGEREF _Toc15493 17 PAGEREF _Toc25517 17 PAGEREF _Toc10811 17 PAGEREF _Toc17649 20电力系统故障简介 PAGEREF _Toc610 20故障分析 PAGEREF _Toc22337 20 PA

11、GEREF _Toc20288 226 结论 PAGEREF _Toc26849 231前 言随着我国经济的迅速发展，电力负荷的增长明显加快,对整个电力系统的供电能力、电能质量、供电可靠性都有了更高的要求。我国电力系统的规模也“水涨船高”，其结构和运行方式日趋复杂，对电力系统调度中心自动化水平的要求也越来越高。传统的采用面向过程方法编写的软件已经不能满足越来越复杂的管理、监视、控制系统和日趋庞大的计算分析工作。可视化电力系统是目前电网的研究方向之一，是今后电力系统的潮流管理、网络控制、电力市场等的发展方向。它使程序的使用变得简单、直观，其面向对象的技术使程序代码易于开发、管理、扩充和移植，是今

12、后电力系统分析、仿真程序的发展方向。可视化技术的出现不仅为电力系统计算分析软件的编写提供了新的方法，而且使软件具有界面友好、操作简单、更好地抽象现实物理电网、方便的功能扩充及代码重用性等优点。所以，通过PWS仿真软件，建立模拟电网，进行潮流计算及无功优化分析，对电力系统的发展具有非常重要的意义。现状可视化技术是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

13、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Thomas Jeffrey Over bye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

14、、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

15、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 Over bye教授和Mark James Laufenberg博士开发的Power

16、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、调度和培训。本设计主要通过在Power World Simulator软件的基础上，以区域电网的简化模型为例，搭建可视化电网模型，实现了单机版的可视化电力系统设计，直观的表现出所搭建电网的规模，基本运行情况；在模型搭建准确的基础上完成系统参数的设置，如：发电机容量，变压器变比，线路损耗，负荷等。进行系统不同方式下的潮流运行及分析，模拟各种故障（短路、断线）状况下的可视化运行

17、，为区域电网的规划及运行控制提供参考。经过一段时间的努力，以汉中地区电网为基础，结合资料，对汉中电网的网架结构进行整理和分析，在老师的指导下，通过小组讨论的方式，对汉中电网进行了模型简化。在Power world simulator软件中对简化后的电网模型的各个元件进行了仿真，顺利搭建出较为精确的地区电网可视化模型。如图1.1所示。图1.1 建模仿真图2 Power world仿真建模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Thomas Jeffrey Over bye教授和Mark J

18、ames 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。

19、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

20、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 Over bye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、调度和培训。2.2 Power world simulator主要功能概述Power world simulator是一个面向对象的电力系统大型可视化分析和计算程序，

21、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 simulator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。Power world simulator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

22、、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 simulator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 simulator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 simulator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

23、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 simulator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 simulator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 simulator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

24、到它的庞大功能。Power world simulator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Save As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V2330所用的原始数据类型、IEEE通用格式和GEEPC等格式来存储工程。除了上述各功能，Power world simulator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、越限后文本区自动改变颜色、可视化显示内容和参数设定、全屏切换显示和分屏耦合显示、快速查找和定位、鹰眼漫游、负荷预测可视化、考虑气候变化的系

25、统运行状态分析、用户自定义界面、新的插入模板、母线颜色自动选择、动画率可调、饼图和线路颜色的协调等功能。另外还包括潮流计算收敛性加速算法设定、缺省绘图值功能、过滤选项、常用表达的定义、移相器建模、直流线路建模、在线帮助、系统数据导入导出、自动插入和外挂用户自编程序扩展标准接口等高级功能。对任何一个电力系统进行分析前，必须准确地对其建模。在Power world simulator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“编辑模式”下完成，以添加发电机元件为例，介绍绘图方法。其过程如下：创建工程示例从“菜单栏”选取“新建实

26、例”项，创建一个新的工程示例文件，如图2.1所示。图2.1 单线图新建实例添加发电机从“绘图栏”中点击“网络”，再选择“发电机”图标，在与该发电机连接的母线处点击左键，如图2.2所示。图2.2 单选添加发电机发电机信息对话框介绍然后弹出“发电机选项”对话框，如图2.3，这个对话框用来说明新加入的发电机机组的型号、显示大小、方向、有功输出和限制，无功限制，整定点电压和费用模型。选择和输出相关数据，再单击“确定”。本例中在有功输出（MW Output）字段中输入100。图2.3 发电机信息对话框然后适当调整发电机在图中的位置和大小，则发电机添加完毕，如图2.4所示。图2.4 发电机元件的添加按上述

27、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。下面可以进行仿真环境和参数设置，从菜单栏选项仿真选项，单击打开PWS选项对话框，如图2.5所示。图2.5 PWS选项对话框该对话框的左端有7个选项，分别是：潮流求解设置、单线图设置、仿真环境设置、极限管理设置、实例显示设置、文件管理设置、消息日志设置。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。图2.5所示是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。3电力系统计算机潮流的算法 利用电子计算机进行潮流计算从20世纪50年代中期就已经

28、开始。此后，潮流计算曾采用了各种不同的方法，这些方法的发展主要是围绕着对潮流计算的一些基本要求进行的。对潮流计算的要求可以归纳为下面几点：（1）算法的可靠性或收敛性（2）计算速度和内存占用量（3）计算的方便性和灵活性电力系统潮流计算属于稳态分析范畴，不涉及系统元件的动态特性和过渡过程。因此其数学模型不包含微分方程，是一组高阶非线性方程。非线性代数方程组的解法离不开迭代，因此，潮流计算方法首先要求它是能可靠的收敛，并给出正确答案。随着电力系统规模的不断扩大，潮流问题的方程式阶数越来越高，目前已达到几千阶甚至上万阶，对这样规模的方程式并不是采用任何数学方法都能保证给出正确答案的。这种情况促使电力系

29、统的研究人员不断寻求新的更可靠的计算方法。在用数字计算机求解电力系统潮流问题的开始阶段，人们普遍采用以节点导纳矩阵为基础的高斯-赛德尔迭代法（一下简称导纳法）。这个方法的原理比较简单，要求的数字计算机的内存量也比较小，适应当时的电子数字计算机制作水平和电力系统理论水平，于是电力系统计算人员转向以阻抗矩阵为主的逐次代入法（以下简称阻抗法）。20世纪60年代初，数字计算机已经发展到第二代，计算机的内存和计算速度发生了很大的飞跃，从而为阻抗法的采用创造了条件。阻抗矩阵是满矩阵，阻抗法要求计算机储存表征系统接线和参数的阻抗矩阵。这就需要较大的内存量。而且阻抗法每迭代一次都要求顺次取阻抗矩阵中的每一个元

30、素进行计算，因此，每次迭代的计算量很大。阻抗法改善了电力系统潮流计算问题的收敛性，解决了导纳法无法解决的一些系统的潮流计算，在当时获得了广泛的应用，曾为我国电力系统设计、运行和研究作出了很大的贡献。但是，阻抗法的主要缺点就是占用计算机的内存很大，每次迭代的计算量很大。当系统不断扩大时，这些缺点就更加突出。为了克服阻抗法在内存和速度方面的缺点，后来发展了以阻抗矩阵为基础的分块阻抗法。这个方法把一个大系统分割为几个小的地区系统，在计算机内只需存储各个地区系统的阻抗矩阵及它们之间的联络线的阻抗，这样不仅大幅度的节省了内存容量，同时也提高了节省速度。克服阻抗法缺点的另一途径是采用牛顿-拉夫逊法（以下简

31、称牛顿法）。牛顿法是数学中求解非线性方程式的典型方法，有较好的收敛性。解决电力系统潮流计算问题是以导纳矩阵为基础的，因此，只要在迭代过程中尽可能保持方程式系数矩阵的稀疏性，就可以大大提高牛顿潮流程序的计算效率。自从20世纪60年代中期采用了最佳顺序消去法以后，牛顿法在收敛性、内存要求、计算速度方面都超过了阻抗法，成为直到目前仍被广泛采用的方法。在牛顿法的基础上，根据电力系统的特点，抓住主要矛盾，对纯数学的牛顿法进行了改造，得到了P-Q分解法。P-Q分解法在计算速度方面有显著的提高，迅速得到了推广。牛顿法的特点是将非线性方程线性化。20世纪70年代后期，有人提出采用更精确的模型，即将泰勒级数的高

32、阶项也包括进来，希望以此提高算法的性能，这便产生了保留非线性的潮流算法。另外，为了解决病态潮流计算，出现了将潮流计算表示为一个无约束非线性规划问题的模型，即非线性规划潮流算法。近20多年来，潮流算法的研究仍然非常活跃，但是大多数研究都是围绕改进牛顿法和P-Q分解法进行的。此外，随着人工智能理论的发展，遗传算法、人工神经网络、模糊算法也逐渐被引入潮流计算。但是，到目前为止这些新的模型和算法还不能取代牛顿法和P-Q分解法的地位。由于电力系统规模的不断扩大，对计算速度的要求不断提高，计算机的并行计算技术也将在潮流计算中得到广泛的应用，成为重要的研究领域。 通过几十年的发展，潮流算法日趋成熟。近几年，

33、对潮流算法的研究仍然是如何改善传统的潮流算法，即高斯-塞德尔法、牛顿法和快速解耦法。牛顿法，由于其在求解非线性潮流方程时采用的是逐次线性化的方法，为了进一步提高算法的收敛性和计算速度，人们考虑采用将泰勒级数的高阶项或非线性项也考虑进来，于是产生了二阶潮流算法。后来又提出了根据直角坐标形式的潮流方程是一个二次代数方程的特点，提出了采用直角坐标的保留非线性快速潮流算法。潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种基本电气计算，常规潮流计算的任务是根据给定的运行条件和网路结构确定整个系统的运行状态，如各母线上的电压（幅值及相角）、网络中的功率分布以及功率损耗等。潮流计算的结果是电力系统稳定计算和故障分析

34、的基础。具体表现在以下方面：(1)在电网规划阶段,通过潮流计算,合理规划电源容量及接入点,合理规划网架,选择无功补偿方案,满足规划水平的大、小方式下潮流交换控制、调峰、调相、调压的要求。(2)在编制年运行方式时,在预计负荷增长及新设备投运基础上,选择典型方式进行潮流计算,发现电网中薄弱环节,供调度员日常调度控制参考,并对规划、基建部门提出改进网架结构,加快基建进度的建议。(3)正常检修及特殊运行方式下的潮流计算,用于日运行方式的编制,指导发电厂开机方式,有功、无功调整方案及负荷调整方案,满足线路、变压器热稳定要求及电压质量要求。 (4)预想事故、设备退出运行对静态安全的影响分析及作出预想的运行

35、方式调整方案。总结为在电力系统运行方式和规划方案的研究中，都需要进行潮流计算以比较运行方式或规划供电方案的可行性、可靠性和经济性。同时，为了实时监控电力系统的运行状态，也需要进行大量而快速的潮流计算。因此，潮流计算是电力系统中应用最广泛、最基本和最重要的一种电气运算。在系统规划设计和安排系统的运行方式时，采用离线潮流计算；在电力系统运行状态的实时监控中，则采用在线潮流计算。 考察下列形式的方程：这种方程是隐式的，因而不能直接得出它的根，但如果给出根的某个猜测值，代入上式的右端，即可求得：再进一步得到：如此反复迭代：确定数列 有极限则称迭代过程收敛，极限值 为方程的根。上述迭代法是一种逐次逼近迭

36、代法，称为高斯迭代法。在高斯法的每一次迭代过程中是用上一次迭代的全部分量来计算本次的所有分量，显然在计算第i个分量时，已经计算出来的最新分量并没有被利用，从直观上看，最新计算出来的分量可能比旧的分量要好些。因此，对这些最新计算出来的第k+1次近似分量加以利用，就是高斯-塞德尔迭代法。高斯-塞德尔迭代法计算潮流功率方程的特点：描述电力系统功率与电压关系的方程式是一组关于电压的非线性代数方程式，不能用解析法直接求解 。 假设有n个节点的电力系统，没有PV节点，平衡节点编号为s，功率方程可写成下列复数方程式： 对每一个PQ节点都可列出一个方程式，因而有n-1个方程式。在这些方程式中，注入功率Pi和Q

37、i都是给定的，平衡节点电压也是已知的，因而只有n-1个节点的电压为未知量，从而有可能求得唯一解。高斯-塞德尔迭代法解潮流如下： 如系统内存在PV节点，假设节点p为PV节点，设定的节点电压为Up0。假定高斯-塞德尔迭代法已完成第k次迭代，接着要做第k+1次迭代前，先按下式求出节点p的注入无功功率：然后将其代入下式，求出节点p的电压： 在迭代过程中，按上式求得的节点p的电压大小不一定等于设定的节点电压Up0，所有在下一次的迭代中，应以设定的Up0对电压进行修正，但其相角仍保持上式所求得值，使得: 如果所求得PV节点的无功功率越限，则无功功率在限，该 PV节点转化为PQ节点。3.2.3 牛顿-拉夫逊

38、法牛顿-拉夫逊法是求解非线性代数方程有效的迭代计算方法。在牛顿-拉夫逊法的每一次迭代过程中，非线性问题通过线性化逐步近似。以单变量问题为例：设非线性函数：设解的初值为 ，与真解的误差为 ，则上式写为：经泰勒展开为： 将 作为新的初值上述式子，再求出新的修正量。如果两次迭代解的差值小于某一给定的允许误差值，则认为所求的值为该问题的解。一般写成如下迭代式： 其中： ，称为雅可比因子。这就是单变量的牛顿-拉夫逊法。将单变量问题推广到具有n个未知变量的 的n阶非线性联立代数方程组 ，此时 可写成：其中：为函数向量 对变量 的一阶偏导数的雅可比矩阵，是n阶方阵。 每次迭代的修正量为：牛顿-拉夫逊法计算电

39、力系统潮流的基本步骤：（1）形成节点导纳矩阵；（2）给各节点电压设初值；（3）将节点电压初值代入，求出修正方程式的常数项向量；（4）将节点电压初值代入，求出雅可比矩阵元素；（5）求解修正方程式，求出变量的修正向量；（6）求出节点电压的新值；（7）如有PV节点，则检查该类节点的无功功率是否越限；（8）检查是否收敛，如不收敛，则以各节点电压的新值作为初值自第3步重新开始下一次迭代，否则转入下一步。（9）计算支路功率分布，PV节点无功功率和平衡节点注入功率，最后输出结果，并结束。4区域电力系统分析本次模型采用汉中地区电网，通过简化汉中电网模型，在PWS平台上搭建出简化后汉中地区电网可视化模型，通过仿

40、真软件的来对做区域电力系统运行及分析。4.1汉中电网电力供需形势 2014年，国内外经济形势未见明显好转的背景下，受国家整体宏观经济政策调控导向的影响，汉中地方经济的发展增速放缓，保持低速平稳增长态势，由此影响到汉中地区电网全年用电量增幅减小。其中，高耗能行业因产能过剩及市场产销不稳等因素，部分黑色、有色金属冶炼延压企业，以及化工产品制造等企业不同程度减产、停产，生产用电负荷及电量明显减少。工业用电负荷及电量增减变化的“晴雨表”，是汉中电网电力供需紧张程度的重要影响因素，占据汉中电网用电负荷及电量70%左右的高耗能负荷的下降，使得今年前三季度电力供需相对具有一定裕度。此外，2014年夏汉中地区

41、高温天气持续时间较长，降温负荷增长明显。前三季度全网日平均负荷946.44兆瓦，日均供电量2285.08万千瓦时，与2013年同比略有增长。进入冬季，汉中平川地区雨雪稀少，气温偏低，干燥寒冷，取暖负荷基本从11月下旬开始形成，最大约100-120兆瓦左右，同时受部分行业年末生产任务饱满等因素推动，全网用电负荷及电量增长加快，12月22日全网最大负荷创历史新高，达1549.47兆瓦，12月22日供电量创历史新高，达2808.06万千瓦时。2014年汉中电网全年供电量84.913亿千瓦时，增长率5.79%。2014年，汉中电网与外网连接的网架结构基本保持2013年末状态，网内除局部110千伏输变电

42、设备增容改造，提高供电能力及可靠性外，网架没有发生实质性的结构变化。2014全年负荷水平及供电量均保持低速增长，全年电网整体运行平稳。除三次错壁峰限电外，全年其余时段汉中电网的电力电量供需基本平衡，能够满足汉中市全社会生产生活的用电需求。但2015年用电客户报装情况及汉中市经济发展情况预测，2015年汉中全网最大负荷16201670兆瓦，现有的供电电源点已不满足供电需求。4.2汉中电网电力系统现状4截止2014年末，汉中地区电网装机总容量467.5兆瓦。主要以水电为主，其中110千伏水电站10座，装机容量170.63兆瓦；35千伏水电站30座，装机容量180.67兆瓦，10千伏及以下水电站14

43、1座，装机容量116.2兆瓦。具体见表3.1。表3.1 2014年度末汉中地区电网装机容量统计表 单位：兆瓦2014年度末装机容量合计总容量火电水电风电其它座数台数容量座数台数容量座数台数容量座数台数容量座数台数容量18138100017637338000058110千伏35千伏10千伏以下座数台数容量座数台数容量座数台数容量103430831412644截止2014年末，汉中地区电网35千伏及以上变电总规模如下：330千伏变电站共五座（其中勉钢变为大用户变电站）,分别为汉中变、武侯变、洋县变、顺正变和勉钢变，变压器台数12台，变电容量2610兆伏安；110千伏变电站45座，变压器85台，变电

44、容量3675.5兆伏安；35千伏变电站80座，变压器24台，变电容量780.1兆伏安，合计变电总容量7065.6兆伏安。具体见表3.2。表3.2 2014年度末汉中地区电网变电规模统计表 单位：兆伏安总规模330千伏110千伏35千伏座数台数容量座数台数容量座数台数容量座数台数容量1522995122610671268016142014年度末汉中地区电网35千伏及以上输电线路多达220条，总长度3779.061千米，其中330千伏线路13条，长度592.851千米；110千伏线路111条，长度2024.070千米；35千伏线路96条，长度1160.140千米。具体见表3.3。表3.3 2014

45、年度末汉中地区电网输电规模统计表 单位：千米总规模330千伏110千伏35千伏条数长度条数长度条数长度条数长度22013111964.3手工计算4汉中变主变压器参数变压器型号：OSFPSZ7-240000/330；额定容量(MVA)：240MVA；额定电压：34581.25%/121/35KV。武侯变主变压器参数变压器型号：OSFPSZ-240000/330；额定容量(MVA)：240MVA；额定电压：34581.25%/121/35KV。洋县变主变压器参数变压器型号：OSFPSZ10-240000/330；额定容量(MVA)：240MVA；额定电压：34581.25%/121/35KV。顺正

46、变主变压器参数变压器型号：OSFPSZ-240000/330；额定容量(MVA)：240MVA；额定电压：34581.25%/121/35KV。勉钢变主变压器参数变压器型号：SFSZ-150000/330；额定容量(MVA)：150MVA；额定电压：34581.25%/38.5/10.5KV。以汉中1#主变求阻抗。首先将短路损耗归算至变压器的额定电容量，即：（kw）(kw)(kw)各绕组的短路损耗为：(kw)(kw)(kw)由此得各绕组的电阻为：由此得各绕组的电阻的标幺值为：求各绕组短路电压百分数：求各绕组的电抗：求各绕组的电抗的标幺值：求电导：求电导的标幺值：通过以上方法，计算各主变压器参数

47、，并在注入搭建好的模型中。4(1）330kv马汉线：导线的额定截面积300，导线长度为73.653km，导线型号为2xLGJ-300/40，查表得几何均距为6.5m。(2）220kv略勉线：导线的额定截面积300，导线长度为55.3km，导线型号为LGJQ-300，查表得几何均距为6m.(3）220kv汉勉线：导线的额定截面积300，导线长度为40.382km，导线型号为LGJQ-300，查表得几何均距为6m。(4）220kv汉洋线：导线的额定截面积300，导线长度为55.953km，导线型号为LGJQ-300，查表得几何均距为6m。(5）220kv石洋线：导线的额定截面积300，导线长度为8

48、5.77km，导线型号为LGJQ-300，查表得几何均距为6m。(6）110kv洋西线：导线的额定截面积300，导线长度为42.17km，导线型号为LGJ-300，查表得几何均距为5.5m。(7）110kv石西线：导线的额定截面积150，导线长度为60.55km，导线型号为LGJ-150，查表得几何均距为5m。(8）110kv略峡线：导线的额定截面积150，导线长度为32.374km，导线型号为LGJ-150，查表得几何均距为5m。(9）110kv峡勉线：导线的额定截面积150，导线长度为25.949km，导线型号为LGJ-150，查表得几何均距为5m。以求阻抗及导纳的值：求阻抗及导纳的标幺值

49、：设=100MVA，=345kv通过以上方法，计算各主线路参数，并在注入搭建好的模型中。5电力系统运行及分析5.1电力系统的运行方式的基本概念5电力系统运行的特点电能的生产和使用同时完成。正常输电过程和故障过程都非常迅速。具有较强的地区性特点。与国民经济各部门关系密切。5对电力系统运行的基本要求对电力系统运行的基本要求可以简单地概括为：“安全、可靠、优质、经济”。保证供电的安全可靠性保证供电的安全可靠性是对电力系统运行的基本要求。为此，电力系统的各个部门应加强现代化管理，提高设备的运行和维护质量。应当指出，目前要绝对防止事故的产生是不可能的，而各种用户对供电可靠性的要求也不一样。因此，应根据电

50、力用户的重要性不同，区别对待，以便在事故情况下把给国民经济造成的损失限制到最小。保证电能的良好质量频率、电压和波形是电能质量的三个基本指标。当系统的频率、电压和波形不符合电气设备的额定值要求时，往往会影响设备的正常工作，危及设备和人身安全，影响用户的产品质量等。因此要求系统所提供电能的频率、电压及波形必须符合其额定值的规定。其中，波形质量用波形总畸变率来表示，正弦波的畸变率是指各次谐波有效值平方和的方根值占基波有效值的百分比。我国规定电力系统的额定频率为50Hz，大容量系统允许频率偏差0.2Hz，中小容量系统允许频率偏差0.5Hz。35kV及以上的线路额定电压允许偏差5%；10kV线路额定电压

51、允许偏差7，电压波形总畸变率不大于4；380V/220V线路额定电压允许偏差7，电压波形总畸变率不大于5。保证电力系统运行的稳定性当电力系统的稳定性较差，或对事故处理不当时，局部事故的干扰有可能导致整个系统的全面瓦解（即大部分发电机和系统解列），而且需要长时间才能恢复，严重时会造成大面积、长时间停电。因此稳定问题是影响大型电力系统运行可靠性的一个重要因素。保证运行人员和电气设备工作的安全保证运行人员和电气设备工作的安全是电力系统运行的基本原则。这一方面要求在设计时，合理选择设备，使之在一定过电压和短路电流的作用下不致损坏；另一方面还应按规程要求及时地安排对电气设备进行预防性试验，及早发现隐患，

52、及时进行维修。在运行和操作中要严格遵守有关的规章制度。保证电力系统运行的经济性电能成本的降低不仅会使各用电部门的成本降低，更重要的是节省了能量资源，因此会带来巨大的经济效益和长远的社会效益。为了实现电力系统的经济运行，除了进行合理的规划设计外，还须对整个系统实施最佳经济调度，实现火电厂、水电厂及核电厂负荷的合理分配，同时还要提高整个系统的管理技术水平。5.2电力系统运行分类按时域分：分为年、季度和日运行方式（正常运行方式）；按系统状态分：分为正常运行方式、事故运行方式和特殊运行方式(也称为检修运行方式)。5.3夏大运行方式近几年来，由于温室效应的不的加强，特别是2014年夏，全国各地区高温不断

53、，高温天气持续时间较长，降温负荷增长迅猛，这对电力系统来说都是需要重视的地方。下来就已搭建的区域电网模型进行夏主网的运行方式的安排。陕西汉中市全市用电负荷再次突破100万千瓦，达到109万千瓦，电网继续处于高负荷运行状态。汉中供电局调度部门坚持科学管理，优化调度运行方式，采取积极措施应对用电高峰，确保夏季电网安全稳定。以模型为例，提升负荷的用电量，如图5.1中(a)所示，8号节点所连接的负荷，从48MW提升至60MW；如图5.1中(b)所示19号节点所连接的负荷，从66MW提升至80MV；如图5.1中(c)所示30号节点所连接的负荷，从90MW提升至110MV。 （a） (b) (c)图5.1

54、 所选负荷可以通过实例信息，修改当前参数值如图5.2所示。图5.2 负荷有功修改界面修改后，各节点放大图如图5.3所示。图5.3 负荷修改后的节点视图由于当初系统出力和用电量是平衡的，现在改变负荷功率，就要提高相对的发电机的出力情况，同上，我们选择了节点21，22，34分别连接的发电机，并且提高的出力的20%，如图5.3所示，图5.4 发电机出力情况修改完相关参数，我们进行夏大运行方式的分析。观察线路和变压器参数，如图5.5所示。图5.5 线路和发电机参数通过对上面数据的观察，该运行方式能够满足负荷需求，网络入口容量富余很大。但内网的发电机出力有待提高，在满足地区用电的同时，还有争取对其它用电

55、量大的地区输送一点的电量，以保证系统的稳定。为保证电力系统的安全、可靠运行，在电力系统设计和运行分析中，不仅要考虑系统在正常运行状态下的运行情况，还应该考虑系统发生故障时的运行情况及故障的后果等。5.4电力系统故障分析5.4.1电力系统故障简介电力系统故障主要有：发电机故障，交流线故障，变压器故障和并联电容电抗器故障等。这些故障都能在Power world simulator仿真中进行建模和分析，电力系统短路故障是各种系统故障中出现最多、情况最为严重的一种。下面就以交流线短路为例，进行分析。5.4.2故障分析如图所示，故障分析主画面中的操作主要包括三个部分，首先是“故障设置”，然后进行“故障计

56、算”，最后“结果显示”。在工具栏中用鼠标左键点击“工具”中的“短路计算”选项，就可以到故障分析主画面。图 故障分析主画面下面将对故障计算主画面的三大功能部分分别进行介绍。故障设置在“短路位置” 选择“节点短路”，故障分析主画面中会列出具有全网中所有母线的下拉菜单，用鼠标左键点中需要的母线即可。短路类型：主画面中列出了可以选择的故障类型，包括单相接地短路、相间短路、三相对称短路、两相接地短路。这里我们选择1号节点单相接地短路，这是一条330KV母线。如图所示。图 1号节点单相接地短路结果显示故障分析计算的结果可以以表格的形式或 EXCEL 的形式输出，还可以在单线图上显示短路计算结果。计算结果的

57、值可以以标么值显示也可以以有名值显示。在矩阵（Matrices）列表里用户可以查看故障时的正序、负序和零序导纳矩阵。只有在进行故障计算时该标签页才是可视的。在矩阵列表中有的三个子列表。每一个子列表显示的目的在于显示特定序的导纳矩阵。 这三个矩阵显示列表的一个重要特征之一是能够在显示位置上通过点击鼠标右键，在弹出的快键菜单上引出一些附加的显示选项。其中最为重要的一个附加选项可能是能够把星型连接的节点导纳矩阵输出转化为一个Matlab 的M文件，矩阵输入Matlab后进行一些额外的处理，比如说节点导纳矩阵通过转置运算获得与之等价的节点阻抗矩阵。如图所示。图节点导纳矩阵5.4分析结果在故障分析主画面

58、“单线图显示”选项中，通过选择选项组中的一个选项，故障结果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出来。同时观察三相的信息有助于我们在同一个时间在图表上获取丰富的信息。如图所示。图 单相接地短路故障分析图（部分）由图可以看出，当1号节点单相接地短路时，其所连接的发电机在不断的吸收功率，导致电力系统对外输电能力明显降低，负荷供电不足，可能导致系统崩溃，所以因该马上切断1号节点或者由新的母线来替代其工作，电网的设计之初，就为330KV变电站架设有2条母线，就是为了防止此类事故的发生，而且定期检修时也不用断开电源点，极大的提高的电力系

59、统的可靠性。6 结论了解可视化电力系统设计的基本思想及发展情况，介绍了Power world Simulator的基本功能和使用方法，以汉中电网模型为实例，对电网模型进行简化,搭建可视化的电网简化模型，实现单机版的可视化电力系统设计，并进行系统潮流计算的可视化分析和典型运行方式下，变压器短路故障的分析。电力系统运行及分析是从事相关行业的必需能力，通过本次毕业设计，我学到了很多，也知道了自己还存在很多不足，比如：在模型搭建和软件运用上，不够娴熟，也没有深入学习，到后期运作时，才感到压力巨大。希望今后能加强学习，努力为我国电力行业出力。致 谢 HYPERLINK :/bylw.yjbys / t

60、:/bylw.yjbys /lunwenzhixie/_blank 毕业论文即将成稿，我的四年大学生活也接近尾声。回首往昔，那些我曾经住过的宿舍；那些曾经常驻的食堂；那些曾经上课的教室；那些曾经逛过的校园。满满的都是难以忘却的回忆，这里有我的好友，有我的恩师，有我的知己，也有我的青春。一点一滴，无不留恋。再见了，我的同学！一起生活的四年，我们情同手足，不分你我。一起笑，一起闹，一学习，一起运动，那些快乐的时光在我眼前不断的重复，重复。感谢你们的陪伴，再见了，那些一起奋斗的同学们，请谨记你们的理想，用汗水灌溉一条成功之路，用辛勤搭起一座梦想之桥！相信我们的明天我们的努力而精彩，而绚烂无比！再见了