【正文】 析 ....................................................................................... 20 電力系統(tǒng)故障簡(jiǎn)介 ........................................................................... 20 故障分析 ........................................................................................... 20 分析結(jié)果 ....................................................................................................... 22 6 結(jié)論 .............................................................................................. 25 第 1 頁(yè) 共 37 頁(yè) 1 前 言 論文研究的目的和意義 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，電力負(fù)荷的增長(zhǎng)明顯加快 ,對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的供電能力、電能質(zhì)量、供電可靠性都有了更高的要求。我國(guó)電力系統(tǒng)的規(guī)模也“水漲船高”，其結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式日趨復(fù)雜，對(duì)電力系統(tǒng)調(diào)度中心自動(dòng)化水平的要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)的采用面向過(guò)程方法編寫(xiě)的軟件已經(jīng)不能滿足越來(lái)越復(fù)雜的管理、監(jiān)視、控制系統(tǒng)和日趨龐大的計(jì)算分析工作。可視化電力系統(tǒng)是目前電網(wǎng)的研究方向之一，是今后電力系統(tǒng)的潮流管理、網(wǎng)絡(luò)控制 、電力市場(chǎng)等的發(fā)展方向。它使程序的使用變得簡(jiǎn)單、直觀，其面向?qū)ο蟮募夹g(shù)使程序代碼易于開(kāi)發(fā)、管理、擴(kuò)充和移植，是今后電力系統(tǒng)分析、仿真程序的發(fā)展方向?？梢暬夹g(shù)的出現(xiàn)不僅為電力系統(tǒng)計(jì)算分析軟件的編寫(xiě)提供了新的方法，而且使軟件具有界面友好、操作簡(jiǎn)單、更好地抽象現(xiàn)實(shí)物理電網(wǎng)、方便的功能擴(kuò)充及代碼重用性等優(yōu)點(diǎn)。所以，通過(guò) PWS 仿真軟件，建立模擬電網(wǎng)，進(jìn)行潮流計(jì)算及無(wú)功優(yōu)化分析，對(duì)電力系統(tǒng)的發(fā)展具有非常重要的意義。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 可視化技術(shù)是 20 世紀(jì) 90 年代初期隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一門(mén)新興技術(shù)，它融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)中的圖形學(xué)、圖像處理、數(shù)據(jù)管理、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人機(jī)界面等諸多分支。利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形或圖像在屏幕上顯示，反應(yīng)客觀世界的本質(zhì)和內(nèi)在聯(lián)系，從而有利于人們正確理解數(shù)據(jù)或過(guò)程的含義。 10 多年來(lái)，可視化技術(shù)在很多領(lǐng)域如研究流體力學(xué)、氣象預(yù)測(cè)與分析、高分子生物合成、醫(yī)學(xué)圖像虛擬再現(xiàn)取得了廣泛的應(yīng)用并獲得了巨大成功，而科學(xué)可視化在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用仍處于研究和初步應(yīng)用階段。 90 年代，電力系統(tǒng)市場(chǎng)化席卷全球 。這時(shí)的系統(tǒng)更加復(fù)雜，數(shù)據(jù)成倍增加 ,可視化的要求也愈加迫切。這方面的研究工作比較突出并且廣泛應(yīng)用于實(shí)踐的首推美國(guó)學(xué)者 Thomas Jeffrey Over bye 教授和 Mark James Laufenberg 博士，其研究課題組和掌管的 Power World公司開(kāi)展了電力系統(tǒng)可視化的系列研究工作，在其提出的電壓等位線 (contouring)顯示技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)（如：節(jié)點(diǎn)電壓、電價(jià)、靈敏度、參與因子、振蕩模態(tài)等）、線路數(shù)據(jù)（如：線路傳輸容量、線路負(fù)載率、線路功率分布因子等）、穩(wěn)定域（如：電壓穩(wěn)定域、功 角穩(wěn)定域等）的算法和顯示進(jìn)行了可視化研究。主要分兩個(gè)方面：其一是側(cè)重于大型復(fù)雜電網(wǎng)規(guī)劃、運(yùn)行和調(diào)度控制的工程應(yīng)用，其二是針對(duì)電網(wǎng)技術(shù)培訓(xùn)、演示和教學(xué)。國(guó)內(nèi)這方面的研究還處于萌芽階段，主要是將電力系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，在地理圖上真實(shí)地顯示電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。研究中利用傳統(tǒng)的靜態(tài)安全分析和故障排序方法，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)安全分析數(shù)據(jù)的可視化和穩(wěn)定運(yùn)行域的可視化?？梢暬芯恐挥性诤退芯康念I(lǐng)域有機(jī)融合后才能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，大量的研究也證明了這一點(diǎn)，將系統(tǒng)數(shù)據(jù)不加處理而簡(jiǎn)單地利用圖形顯示的做法是低效的。電力系統(tǒng)可視化 技術(shù)不是為了可視化而可視化，電力系統(tǒng)可視化基本原理在于：一幅生動(dòng)逼真的畫(huà)面可以表達(dá)很多數(shù)字才能表述的信息。可視化軟件的應(yīng)用是為了將大量數(shù)字表述的信息用圖形方式表達(dá)出來(lái)，而且更為重要的是：數(shù)字間的潛在聯(lián)系也可能通過(guò)圖形信息更清楚的體現(xiàn)，對(duì)計(jì)算所得到的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和綜合，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部的本質(zhì)聯(lián)系以得到可準(zhǔn)確反映系統(tǒng)狀態(tài)的簡(jiǎn)潔指標(biāo)，并以正確的方式予以可視化顯示才是可視化技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的真正內(nèi)涵。無(wú)疑地，美國(guó)伊利諾斯 (Illinois)大學(xué)學(xué)者 Thomas Jeffrey Over bye 教授和 Mark James Laufenberg 博士開(kāi)發(fā)的 Power World 大型電力系統(tǒng)可視化程序及其各種附加專(zhuān)業(yè)軟件包以其龐大、靈活的功能和互動(dòng)、細(xì)膩的三維可視化技術(shù)贏得了科研機(jī)構(gòu)、電網(wǎng)規(guī)劃以及調(diào)度和運(yùn)行人員的格外親睞。這套軟件已經(jīng)應(yīng)用到 42 個(gè)國(guó)家的 300 多個(gè)國(guó)家級(jí)電力公司的規(guī)劃、運(yùn)行、調(diào)度和培訓(xùn)。 論文研究的內(nèi)容和取得的成果 本設(shè)計(jì)主要通過(guò)在 Power World Simulator 軟件的基礎(chǔ)上，以區(qū)域電網(wǎng)的簡(jiǎn)化模型為例，搭建可視化電網(wǎng)模型，實(shí)現(xiàn)了單機(jī)版的可視化電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)，直觀的表現(xiàn)出所搭建電網(wǎng)的規(guī)陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 共 37 頁(yè) 模，基本 運(yùn)行情況；在模型搭建準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上完成系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，如：發(fā)電機(jī)容量，變壓器變比，線路損耗，負(fù)荷等。進(jìn)行系統(tǒng)不同方式下的潮流運(yùn)行及分析，模擬各種故障（短路、斷線）狀況下的可視化運(yùn)行，為區(qū)域電網(wǎng)的規(guī)劃及運(yùn)行控制提供參考。 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的努力， 以漢中地區(qū)電網(wǎng)為 基礎(chǔ) ， 結(jié)合 資料， 對(duì) 漢中電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu) 進(jìn)行整理 和 分析，在老師的指導(dǎo)下， 通過(guò)小組討論的方式， 對(duì)漢中電網(wǎng)進(jìn)行了模型簡(jiǎn)化 。 在 Power world simulator 軟件中 對(duì) 簡(jiǎn)化后的 電網(wǎng) 模型 的各個(gè)元件進(jìn)行了仿真， 順利 搭建出較為精確的地區(qū)電網(wǎng)可視化模型。 如圖 所示。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 共 37 頁(yè) 圖 建模仿真圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 共 37 頁(yè) 2 Power world 仿真建模 電力系統(tǒng)可視化技術(shù) 90 年代，電力系統(tǒng)市場(chǎng)化席卷全球。這時(shí)的系統(tǒng)更加復(fù)雜，數(shù)據(jù)成倍增加 ,可視化的要求也愈加迫切。這方面的研究工作比較突出并且廣泛應(yīng)用于實(shí)踐的首推美國(guó)學(xué)者 Thomas Jeffrey Over bye 教授和 Mark James Laufenberg 博士，其研究課題組和掌管的 Power World公司開(kāi)展了電力系統(tǒng)可視化的系列研究工作，在其提出的電壓等位線 (contouring)顯示技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)（如：節(jié)點(diǎn)電壓、電價(jià)、靈敏度、參與因子、振蕩模態(tài)等）、線路數(shù)據(jù)（如：線路傳輸容量、線路負(fù)載率、線路功率分布因子等）、穩(wěn)定域（如：電壓穩(wěn)定域、功角穩(wěn)定域等）的算法和顯示進(jìn)行了可視化研究。主要分兩個(gè)方面：其一是側(cè)重于大型復(fù)雜電網(wǎng)規(guī)劃、運(yùn)行和調(diào)度控制的工程應(yīng)用，其二是針對(duì)電網(wǎng)技術(shù)培訓(xùn)、演示和教學(xué)。國(guó)內(nèi)這方面的研究還處于萌芽階段，主要是將電力系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，在地理圖上真實(shí)地顯示 電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。研究中利用傳統(tǒng)的靜態(tài)安全分析和故障排序方法，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)安全分析數(shù)據(jù)的可視化和穩(wěn)定運(yùn)行域的可視化?？梢暬芯恐挥性诤退芯康念I(lǐng)域有機(jī)融合后才能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，大量的研究也證明了這一點(diǎn)，將系統(tǒng)數(shù)據(jù)不加處理而簡(jiǎn)單地利用圖形顯示的做法是低效的 .電力系統(tǒng)可視化技術(shù)不是為了可視化而可視化，電力系統(tǒng)可視化基本原理在于：一幅生動(dòng)逼真的畫(huà)面可以表達(dá)很多數(shù)字才能表述的信息?？梢暬浖膽?yīng)用是為了將大量數(shù)字表述的信息用圖形方式表達(dá)出來(lái)，而且更為重要的是：數(shù)字間的潛在聯(lián)系也可能通過(guò)圖形信息更清楚的體現(xiàn)，對(duì)計(jì)算所得到的 海量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和綜合，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部的本質(zhì)聯(lián)系以得到可準(zhǔn)確反映系統(tǒng)狀態(tài)的簡(jiǎn)潔指標(biāo)，并以正確的方式予以可視化顯示才是可視化技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的真正內(nèi)涵。無(wú)疑地，美國(guó)伊利諾斯 (Illinois)大學(xué)學(xué)者 Thomas Jeffrey Over bye 教授和 Mark James Laufenberg 博士開(kāi)發(fā)的 Power World 大型電力系統(tǒng)可視化程序及其各種附加專(zhuān)業(yè)軟件包以其龐大、靈活的功能和互動(dòng)、細(xì)膩的三維可視化技術(shù)贏得了科研機(jī)構(gòu)、電網(wǎng)規(guī)劃以及調(diào)度和運(yùn)行人員的格外親睞。這套軟件已經(jīng)應(yīng)用到 42 個(gè)國(guó)家的 300 多 個(gè)國(guó)家級(jí)電力公司的規(guī)劃、運(yùn)行、調(diào)度和培訓(xùn)。 Power world simulator 主要功能概述 Power world simulator 是一個(gè)面向?qū)ο蟮碾娏ο到y(tǒng)大型可視化分析和計(jì)算程序，其設(shè)計(jì)特點(diǎn)是用戶界面友好以及優(yōu)異的交互性能。交互能力和可視化方法使它在勝任嚴(yán)謹(jǐn)?shù)碾娋W(wǎng)運(yùn)行分析的同時(shí)，還可以用來(lái)向非專(zhuān)業(yè)人員闡明電力系統(tǒng)的運(yùn)行原理和進(jìn)行專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)。 版的 Power world simulator 集電力系統(tǒng)潮流計(jì)算、靈敏度分析、靜態(tài)安全分析、短路電流計(jì)算、經(jīng)濟(jì)調(diào)度 EDC/AGC，最優(yōu)潮流 OPF、無(wú)功優(yōu)化， GIS 功能、電壓穩(wěn)定分析 PV/QV、 ATC計(jì)算、用戶定制模塊等多種龐大復(fù)雜功能于一體，并利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大豐富的三維可視化顯示技術(shù)。使用方便、功能強(qiáng)大、可視化程度相當(dāng)高。 Power world simulator 可視化程序確切地說(shuō)是多個(gè)產(chǎn)品的集成。它的核心是一個(gè)綜合的、強(qiáng)大的潮流計(jì)算的軟件，它可以有效地求解多達(dá) 100,000 個(gè)節(jié)點(diǎn)的大型復(fù)雜電力系統(tǒng)。這使得 Power world simulator 作為一個(gè)獨(dú)立的潮流分析軟件包十分有用。與其他同類(lèi)商業(yè)應(yīng)用軟件不同的是： Power world simulator 允許用戶通過(guò)可縮放的彩色動(dòng)畫(huà)單線圖來(lái)模擬一個(gè)系統(tǒng)。用戶可以運(yùn)用可視化分析程序個(gè)性鮮明的示例（ CASE）編輯器對(duì)模型任意進(jìn)行修改直至滿意。在 Power world simulator 可視化分析程序中，輸電線路的投切、負(fù)荷調(diào)整、發(fā)電機(jī)的投退及其各種功能切換以及聯(lián)絡(luò)線的建立等等，這一切只需點(diǎn)擊鼠標(biāo)就可完成。此外，圖形和動(dòng)畫(huà)演示的廣泛使用增加了用戶對(duì)系統(tǒng)特性、存在的問(wèn)題和限制條件的理解，并且知道如何采取補(bǔ)救措施。 Power world simulator 提供了極為方便的模擬電力系統(tǒng)時(shí)間特性的 工具。同樣它可以可視化地顯示負(fù)荷、發(fā)電量和聯(lián)絡(luò)線功率隨時(shí)間的變化，以及因此產(chǎn)生的系統(tǒng)運(yùn)行狀況的變化。這項(xiàng)功能在解釋例如電網(wǎng)擴(kuò)建引起網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化等問(wèn)題上十分有用。 Power world simulator 可視化分析程序還具有一體化的經(jīng)濟(jì)調(diào)度、聯(lián)絡(luò)線功率交換經(jīng)濟(jì)性分析、功率傳陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 共 37 頁(yè) 輸分配因子 (PTDF)計(jì)算、短路計(jì)算和故障分析的強(qiáng)大功能，所有這一切都通過(guò)一個(gè)主界面來(lái)實(shí)現(xiàn)。 Power world simulator 可視化分析程序的上述特性被集成在一起，在軟件安裝完畢后即可領(lǐng)略到它的龐大功能。 Power world simulator 仿真器允許用戶用幾種不同的格式存儲(chǔ)工程。選擇主菜中 File 中的 Save As 項(xiàng)可出現(xiàn)對(duì)話框，在對(duì)話框左下角存儲(chǔ)文件類(lèi)型一欄中可選擇所需的保存格式。仿真器能以二進(jìn)制格式（默認(rèn)值）， PTI 版本 V23～ 30 所用的原始數(shù)據(jù)類(lèi)型、 IEEE 通用格式和 GEEPC 等格式來(lái)存儲(chǔ)工程。 除了上述各功能， Power world simulator 可視化分析程序還提供方便快捷的局部菜單（在運(yùn)行圖上右擊鼠標(biāo)），主要有限值監(jiān)視設(shè)定、越限后文本區(qū)自動(dòng)改變顏色、可視化顯示內(nèi)容和參數(shù)設(shè)定、全屏切換顯示和分屏耦合顯示、快速查找 和定位、鷹眼漫游、負(fù)荷預(yù)測(cè)可視化、考慮氣候變化的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)分析、用戶自定義界面、新的插入模板、母線顏色自動(dòng)選擇、動(dòng)畫(huà)率可調(diào)、餅圖和線路顏色的協(xié)調(diào)等功能。另外還包括潮流計(jì)算收斂性加速算法設(shè)定、缺省繪圖值功能、過(guò)濾選項(xiàng)、常用表達(dá)的定義、移相器建模、直流線路建模、在線幫助、系統(tǒng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出、自動(dòng)插入和外掛用戶自編程序擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)接口等高級(jí)功能。 電網(wǎng)的建模 對(duì)任何一個(gè)電力系統(tǒng)進(jìn)行分析前，必須準(zhǔn)確地對(duì)其建模。在 Power world simulator軟件中，通過(guò)創(chuàng)建單線圖來(lái)實(shí)現(xiàn)建模功能，并且保存建模參數(shù)到后 臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，這是可視化分析的前提條件。電力系統(tǒng)單線圖建模在“編輯模式”下完成，以添加發(fā)電機(jī)元件為例，介紹繪圖方法。其過(guò)程如下： 1) 創(chuàng)建工程示例從“菜單欄”選取“新建實(shí)例”項(xiàng)，創(chuàng)建一個(gè)新的工程示例文件，如圖 所示。 圖 單線圖新建實(shí)例 2) 添加發(fā)電機(jī) 從“繪圖欄”中點(diǎn)擊“網(wǎng)絡(luò)”，再選擇“發(fā)電機(jī)”圖標(biāo)，在與該發(fā)電機(jī)連接的母線處點(diǎn)擊左鍵，如圖 所示。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 共 37 頁(yè) 圖 單選添加發(fā)電機(jī) 3) 發(fā)電機(jī)信息對(duì)話框介紹 然后彈出“發(fā)電機(jī)選項(xiàng)”對(duì)話框，如圖 ，這個(gè)對(duì)話框用來(lái)說(shuō)明新加入的發(fā)電機(jī)機(jī)組的型號(hào)、顯示大小、方向、有功輸出和限制，無(wú)功限制，整定點(diǎn)電壓和費(fèi)用模型。選擇和輸出相關(guān)數(shù)據(jù)，再單擊“確定”。本例中在有功輸出（ MW Output）字段中輸入 100。 圖 發(fā)電機(jī)信息對(duì)話框 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) 共 37