【正文】 陜西理工學(xué)院 20xx 年 5 月 26 日 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 PWS 的區(qū)域電力系統(tǒng)運(yùn)行及分析 張書華 (陜西理工學(xué)院電氣工程學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè) 1103 班，陜西 漢中 723000) 指導(dǎo)教師：李昂 [摘要 ] 隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的采用面向過程方法編寫的軟件已經(jīng)不能滿足越來越復(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。 Area。所以，通過 PWS 仿真軟件，建立模擬電網(wǎng)，進(jìn)行潮流計(jì)算及無功優(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，在地理圖上真實(shí)地顯示電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。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。國內(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，在地理圖上真實(shí)地顯示 電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。 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)。此外，圖形和動(dòng)畫演示的廣泛使用增加了用戶對(duì)系統(tǒng)特性、存在的問題和限制條件的理解，并且知道如何采取補(bǔ)救措施。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)類型、 IEEE 通用格式和 GEEPC 等格式來存儲(chǔ)工程。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁 共 37 頁 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)話框用來說明新加入的發(fā)電機(jī)機(jī)組的型號(hào)、顯示大小、方向、有功輸出和限制，無功限制，整定點(diǎn)電壓和費(fèi)用模型。圖 所示是潮流求解設(shè)置標(biāo)簽頁。這種情況促使電力系統(tǒng)的研究人員不斷尋求新的更可靠的計(jì)算方法。但是，阻抗法的主要缺點(diǎn)就是占用計(jì)算機(jī)的內(nèi)存 很大，每次迭代的計(jì)算量很大。 在牛頓法的基礎(chǔ)上，根據(jù)電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，抓住主要矛盾，對(duì)純數(shù)學(xué)的牛頓法進(jìn)行了改造，得到了 PQ 分解法。由于電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)計(jì)算速度的要求不斷提高，計(jì)算機(jī)的并行陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁 共 37 頁 計(jì)算技術(shù)也將在潮流計(jì)算中得到廣泛的應(yīng)用，成為重要的研究領(lǐng)域。 (2)在編制年運(yùn)行方式時(shí) ,在預(yù)計(jì)負(fù)荷增長及新設(shè)備投運(yùn)基礎(chǔ)上 ,選擇典型方式進(jìn)行潮流計(jì)算 ,發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)中薄弱環(huán)節(jié) ,供調(diào)度員日常調(diào)度控制參考 ,并對(duì)規(guī)劃、基建部門提出改進(jìn)網(wǎng)架結(jié)構(gòu) ,加快基建進(jìn)度的建議。 上述迭代法是一種逐次逼近迭代法，稱為高斯迭代法。 牛頓 拉夫遜法 牛頓 拉夫遜法是求解非線性代數(shù)方程有效的迭代計(jì)算方法。,2,1,1,1*???siniUYUYUjQPYUnijkjijijkjijiiiiii???????????????????? ???? ???????。其中，高耗能行業(yè)因產(chǎn)能過剩及市場(chǎng)產(chǎn)銷不穩(wěn)等因素，部分黑色 、有色金屬冶煉延壓企業(yè)，以及化工產(chǎn)品制造等企業(yè)不同程度減產(chǎn)、停產(chǎn)，生產(chǎn)用電負(fù)荷及電量明顯減少。除三次錯(cuò)壁峰限電外，全年其余時(shí)段漢中電網(wǎng)的電力電量供需基本平衡，能夠滿足漢中市全社會(huì)生產(chǎn)生活的用電需求。具體見表 。)31( ?????????????????? ??NNk SSpp (kw) ? ? 2233239。 (8） 110kv 略峽線：導(dǎo)線的額定截面積 150 2mm ，導(dǎo)線長度為 ，導(dǎo)線型號(hào)為陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁 共 37 頁 LGJ150，查表得幾何均距為 5m。 1) 保證供電的安全可靠性 保證供電的安全可靠性是對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求。 我國規(guī)定電力系統(tǒng)的額定頻率為 50Hz，大容量系統(tǒng)允許頻率偏差177。因此穩(wěn)定問題是影響大型電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的一個(gè)重要因素。下來就已陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁 共 37 頁 搭建的區(qū)域電網(wǎng)模型進(jìn)行夏主網(wǎng)的運(yùn)行方式的安排。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁 共 37 頁 圖 線路和發(fā)電機(jī)參數(shù) 通過對(duì)上面數(shù)據(jù)的觀察，該運(yùn)行方式能夠滿足負(fù)荷需求，網(wǎng)絡(luò)入口容量富余很大。 圖 故障分析主畫面 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁 共 37 頁 下面將對(duì)故障計(jì)算主畫面的三大功能部分分別進(jìn)行介紹。只有在進(jìn)行故障計(jì)算時(shí)該標(biāo)簽頁才是可視的。同時(shí)觀察三相的信息有助于我們?cè)谕粋€(gè)時(shí)間在圖表上獲取豐富的信息。 滿滿的都是難以忘卻的回憶， 這里有我的 好 友， 有我的 恩師， 有我的知己 ， 也有我的青春 。 祝你們身體健康，萬事如意。曹金山 .電力系統(tǒng)中的可視化技術(shù) [J].農(nóng)村電氣化 ,20xx,(09) [14] 陳 躍龍 .萬峻 .電力系統(tǒng)可視化技術(shù)在紅河電網(wǎng)中的應(yīng)用 [A]。第一次在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，害怕實(shí)驗(yàn)儀器帶電，總是站在別人后面，弄得個(gè)尷尬的情形，后來也變成電氣人。感謝你們的陪伴，再見了，那些一起奮斗的同學(xué)們，請(qǐng) 謹(jǐn)記你們的理想，用汗水灌溉一條成功之路，用辛勤搭起一座夢(mèng)想之橋！相信我們的明天我們的努力而精彩，而絢爛無比！ 再見了，我的老師！ 廣博深厚的學(xué)識(shí)和睿智的思想給了我莫大的啟迪，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，孜孜不倦的奮斗精神，為我樹立了標(biāo)桿，為我的學(xué)習(xí)和奮斗指明了方向。 電力系統(tǒng)運(yùn)行及分析是從事相關(guān)行業(yè)的必需能力，通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多，也知道了自己還存在很多不足，比如：在模型搭建和軟件運(yùn)用上，不夠嫻熟，也沒有深入學(xué)習(xí)，到后期運(yùn)作時(shí)，才感到壓力巨大。其中最為重要的一個(gè)附加選項(xiàng)可能是能夠把星型連接的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣輸出轉(zhuǎn)化為一個(gè) Matlab 的 M 文件，矩陣輸入 Matlab 后進(jìn)行一些額外的處理，比如說節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣通過轉(zhuǎn)置 運(yùn)算獲得與之等價(jià)的節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣。如圖 所示。這些故障都能在 Power world simulator 仿真中進(jìn)行建模和分析，電力系統(tǒng)短路故障是各種系統(tǒng)故障中出現(xiàn)最多、情況最為嚴(yán)重的一種。 （ a） (b) (c) 圖 所選負(fù)荷 可以通過實(shí)例信息，修改當(dāng)前參數(shù)值如圖 所示。 5) 保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性 電能成本的降低不僅會(huì)使各用電部門的成本降低，更重要的是節(jié)省了能量資源，因此會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和長遠(yuǎn)的社會(huì)效益。 5%； 10kV 線路額定電壓允許偏差177。 2) 保證電能的良好質(zhì)量 頻率、電壓和波形是電能質(zhì)量的三個(gè)基本指標(biāo)。 2) 正常輸電過程和故障過程都非常迅速。 (4） 220kv 漢洋線：導(dǎo)線的額定截面積 300 2mm ，導(dǎo)線長度為 ，導(dǎo)線型號(hào)為LGJQ300，查表得幾何均距為 6m。 4) 順正變主變壓器參數(shù) 變 壓 器 型 號(hào) ： OSFPSZ240000/330 ； 額 定 容 量 (MVA) ： 240MVA ； 額 定 電 壓 ：345? 8?%/121/35KV。具體見表 。進(jìn)入冬季，漢中平川地區(qū)雨雪稀少，氣溫偏低，干燥寒冷，取暖負(fù)荷基本從 11 月 下旬開始形成，最大約 100120 兆瓦左右，同時(shí)受部分行業(yè)年末生產(chǎn)任務(wù)飽滿等因素推動(dòng)，全網(wǎng)用電負(fù)荷及電量增長加快， 12 月 22 日全網(wǎng)最大負(fù)荷創(chuàng)歷史新高，達(dá) 兆瓦， 12 月 22 日供電量創(chuàng)歷史新高，達(dá) 萬千瓦時(shí)。?? ? kkk xJxF ????xFx??xF x ? ?kkk xFJx ??? ? 0xJxf k ??陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁 共 37 頁 （ 1）形成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣； （ 2）給各節(jié)點(diǎn)電壓設(shè)初值； （ 3）將節(jié)點(diǎn)電壓初值代入，求出修正方程式的常數(shù)項(xiàng)向量； （ 4）將節(jié)點(diǎn)電壓初值代入，求出雅可比矩陣元素； （ 5）求解修正方程式，求出變量的修正向量； （ 6）求出節(jié)點(diǎn)電壓的新值； （ 7）如有 PV 節(jié)點(diǎn)，則檢查該類節(jié)點(diǎn)的無功功率是否越限； （ 8）檢查是否收斂，如不收斂，則以各節(jié)點(diǎn)電壓的新值作為初值自第 3 步重新開始下一次迭代，否則轉(zhuǎn)入下一步。一般寫成如下迭代式： 其中： ，稱為雅可比因子。 假設(shè)有 n 個(gè)節(jié)點(diǎn)的電力系統(tǒng)，沒有 PV 節(jié)點(diǎn)，平衡節(jié)點(diǎn)編號(hào)為 s，功率方程可寫成下列復(fù)數(shù)方程式： )(xx ??)( 01 xx ??)( 12 xx ??)(1 kk xx ???kx xx ???lim*??kx?x陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁 共 37 頁 對(duì)每一個(gè) PQ 節(jié)點(diǎn)都可列出一個(gè)方程式，因而有 n1 個(gè)方程式。同時(shí)，為了實(shí)時(shí)監(jiān)控電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，也需要進(jìn)行大量而快速的潮流計(jì)算。后來又提出了根據(jù)直角坐標(biāo)形式的潮流方程是一個(gè)二次代數(shù)方程的特點(diǎn)，提出了采用直角坐標(biāo)的保留非線性快速潮流算法。另外，為了解決病態(tài)潮流計(jì)算，出現(xiàn)了將潮流計(jì)算表示為一個(gè)無約束非線性規(guī)劃問題的模型，即非線性規(guī)劃潮流算法。 克服阻抗法缺點(diǎn)的另一途徑是采用牛頓 拉夫遜法（以下簡稱牛頓法）。阻抗矩陣是滿矩陣，阻抗法要求計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存表征系統(tǒng)接線和參數(shù)的阻抗矩陣。對(duì)潮流計(jì)算的要求可以歸納為下面幾點(diǎn)： （ 1）算法的可靠性或收斂性 （ 2）計(jì)算速度和內(nèi)存占用量 （ 3）計(jì)算的方便性和靈活性 電力系統(tǒng)潮流計(jì)算屬于穩(wěn)態(tài)分析范疇，不涉及系統(tǒng)元件的動(dòng)態(tài)特性和過渡過程。 圖 發(fā)電機(jī)元件的添加 仿真環(huán)境和參數(shù)設(shè)置 按上述講解陸續(xù)將系統(tǒng)中各元件正確添加，并輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，調(diào)整外觀，則完成了系統(tǒng)單線圖的繪制。在 Power world simulator軟件中，通過創(chuàng)建單線圖來實(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，這是可視化分析的前提條件。 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 共 37 頁 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，所有這一切都通過一個(gè)主界面來實(shí)現(xiàn)。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。無疑地，美國伊利諾斯 (Illinois)大學(xué)學(xué)者 Thomas Jeffrey Over bye 教授和 Mark James Laufenberg 博士開發(fā)的 Power World 大型電力系統(tǒng)可視化程序及其各種附加專業(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。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁 共 37 頁 圖 建模仿真圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁 共 37 頁 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。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，而且更為重要的是：數(shù)字間的潛在聯(lián)系也可能通過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。 90 年代，電力系統(tǒng)市場(chǎng)化席卷全球 。傳統(tǒng)的采用面向過程方法編寫的軟件已經(jīng)不能滿足越來越復(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。 在熟悉 Power World Simulator 軟件的基礎(chǔ)上，以區(qū)域電網(wǎng)的簡化模型為例，搭建可視化電網(wǎng)模型，實(shí)現(xiàn)單機(jī)版的可視化電力系統(tǒng)設(shè)計(jì) ,并且在簡化模型搭建準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上完成系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置，進(jìn)行系統(tǒng)不同方式下的潮流運(yùn)行及分析。利用該軟件進(jìn)行各種故障（短路、斷線）狀況下的模擬運(yùn)行，分析并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，從而為區(qū)域電網(wǎng)的規(guī)劃及運(yùn)行控制提供參考?？梢暬娏ο到y(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。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。無疑地，美國伊利諾斯 (Illinois)大學(xué)學(xué)者 Thomas Jeffrey Over bye 教授和 Mark James Laufenberg 博士開發(fā)的 Power World 大型電力系統(tǒng)可視化程序及其各種附加專業(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。這套軟件已經(jīng)應(yīng)用到 42 個(gè)國家的 300 多 個(gè)國家級(jí)電力公司的規(guī)劃、運(yùn)行、調(diào)度和培訓(xùn)。與其他同類商