电力系统可视化计算分析软件PowerWorld Simulator及其应用

电力系统可视化计算分析软件PowerWorld Simulator及其应用 第九章 电力系统可视化计算分析软件 PowerWorld/Simulator及其应用 9.1 PowerWorld/Simulator概述 科学计算可视化是20世纪80年代后期随着计算机技术的迅速发展而出现的一门新兴技术。20世纪90年代中期，全球可视化技术的专家，美国伊利诺大学香宾分校的Thomas Overbye教授率领其研究组开展了电力系统可视化的系列研究，在其推出的电压等高线显示技术的基础上，对节点数据(如节点电压、电价等)、线路数据(如线路传输容量、线路负载等)的显示进行了可视化显示研究。PowerWorld Simulator 1.0版本于1993年正式发布。近年来，PowerWorld公司对PowerWorld Simulator不断更新，改进其版本，其V. 13版已经问世。PowerWorld Simulator强大的电力系统分析能力及其可视化环境得到越来越多的大学、工业界的重视、认可，它被广泛地应用在电力企业 培训 焊锡培训资料ppt免费下载焊接培训教程 ppt 下载特设培训下载班长管理培训下载培训时间表下载 、高等教育教学和工业仿真中。 PowerWorld Simulator是一个电力系统仿真软件包，其MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1716760544381_1界面友好，并有高度的交互性。该仿真软件能够进行专业的工程分析。而且由于其可交互性和可绘图性，它也可以用于向非专业用户解释电力系统的运行操作。 PowerWorld Simulator是一个集成的产品，其核心是一个全面、强大的潮流计算程序。它能够有效地计算高达10,0000个节点的电力网络，因此当它作为一个独立的潮流分析软件包时，非常实用。与其它商业潮流计算软件包不同，该软件可以让用户通过生动详细的全景图来观察电力系统。此外，系统模型可以通过使用仿真软件的图形编辑工具很容易地进行修改，用户只需轻轻点击几下鼠标就可以在检修期间切换线路、增加新的线路或发电机、确定新的交易容量。仿真器广泛地使用了图形和动画功能，大大地增强了用户对系统特性、问题和约束的理解，以便于用户对系统进行维护。 本章以PowerWorld Simulator 13.0的中文版为例介绍它的基本功能和用法。 9.2 PowerWorld Simulator 13.0的基本界面 PowerWorld 13.0可以在Windows 95/98/2000/Me/XP和NT 3.5或更高版本的操作系统中运行。该仿真器和用户之间的信息交流主要通过鼠标来实现。通常，鼠标左键用来做一些快速的变化或控制电力系统的元件，鼠标右键用来获取电力系统元件的更多信息和选项列 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 。 PowerWorld有明显不同的两种模式:编辑模式和运行模式。编辑模式用于建立新的仿真实例或修改已有的实例，而运行模式则是用于运行实际的电力系统仿真实例。在任何时候都可以使用工具栏上的编辑模式(Edit Mode)按钮和运行模式(Run Mode)按钮进行两种 130 模式之间的切换。 启动PowerWorld并加载实例后，可以看到如图9-1所示的主窗口，它由应用按钮、功能区组、快捷工具条、应用标题条、帮助按钮、状态栏和用户工作区等组成。 快捷工具条功能区标签应用标题条帮助按钮应用按钮标签组 状态栏用户工作区 图9-1 PowerWorld主窗口 左键点击应用按钮将打开如图9-2所示的下拉式菜单，主要用于实例、单线图、辅助文件以及工程文件的新建、打开、保存、导出和打印等功能。 图9-2 应用按钮 功能区由几个功能区标签组成，每个组一起使用构成了软件的特色。有几个功能区有自己的用途并有自己的帮助主题，分列如下: 131 (1)实例信息功能区(Case Information Ribbon Tab):主要用于引导和查看用户模型的所有信息。 2)绘图功能区(Draw Ribbon Tab):主要用于绘制单线图或编辑已有的单线图，通过( 添加、移动、格式化、或调整已有单线图对象。绘制功能区的大多数选项只有在编辑模式下可用。 (3)单线图功能区(Onelines Ribbon Tab):主要在用户创建单线图后使用。该功能区提供定制用户单线图外观风格。 (4)选项功能区(Options Ribbon Tab):该功能区的所有按钮从其它功能区都可访问到，这个功能区把所有的选项都放在一个地方。 (5)工具功能区(Tools Ribbon Tab):这个功能区可访问到PowerWorld Simulator基础包所有分析工具。 (6)高级功能区(Add Ons Ribbon Tab):提供了访问包括OPF、SCOPF、ATC和PVQV附加工具的功能。 设计这些功能区的目的是建立几个特定任务功能区描述该软件要用到的各种方法。不希望用户花费很多时间在几个功能区之间倒来倒去。 ~7个功能区组。图9-3显示了在绘图功能区标签下各种每个特定功能区标签内，都有4 可用按钮和菜单功能区组(如插入对象、选择和格式化等)。 大按钮菜单只有说明的菜单大按钮有说明的小按钮 图9-3 绘图功能区组 功能区把相互联系的按钮和菜单组成一组。最大的按钮和图标用于标识最常用功能。所有功能通过下拉菜单都可以访问到。 位于主窗口顶部左上方的快捷工具条提供了快速访问大多数常用按钮。快捷访问工具条的默认形式如图9-1，从左至右依次是默认的六个按钮:保存实例、打开辅助文件、模型浏览器、日志信息、单步求解和仿真器选项。 9.3 建立PowerWorld实例和潮流分析 PowerWorld 都是以单线图形式创建实例(Case)的，单线图的目的是把电力系统的信息图形化地显示出来。 9.3.1 创建新实例 启动PowerWorld后，点击主窗口的左上角应用按钮选择新建实例(New Case)。用户工作区的背景将变成白色，这是新建PowerWorld单线图的缺省背景色。此时，程序的工作模式自动设为编辑模式。 132 1. 插入母线 由于电力系统模型中最重要的元素是母线，在有大量元件相互连接的电力系统中母线用来描绘连接点，因此用PowerWorld建立电力系统模型，应先在用户工作区绘制母线，然后加上连接在母线上的发电机和负荷等元件，再通过传输线和变压器连接不同的母线。 功能区标签的“插入对象”中选择“网络”按钮，从“绘图” 打开如图9-4所示的下拉菜单，然后从菜单中选择“节点”按钮，这是在PowerWorld中插入新母线的准备工作。 在用户工作区想插入新母线的位置点击鼠标左键，打开母线选项对话框(如图9-5)，该对话框用来定义母线的编号、名称、方向、形状、大小、宽度、区域、地区和母线的额定电压以及负荷和连接到母线的并联投 切装置。母线编号自动显示为1。PowerWorld要求每一个母线都要有一个图9-4 插入网络唯一的编号。为了方便，也接受缺省值。母线名称可以与编号相同，也可对象菜单 不同。接着，选定“系统平衡节点”(System Slack Bus)字段，也就是 “节点信息”(Bus Information)标签页中“节点电压”下方的选择项。创建平衡节点是为了确保电力系统发出的功率满足负荷的需求，即平衡节点弥补了由系统损耗引起的功率不足。 图9-5 母线选项对话框 图9-6 母线信息对话框 在“节点选项”对话框中完成创建母线后，点击“确定”并且关闭对话框。在对话框关闭后，新建母线将出现在用户工作区设定的位置上。 当需要移动母线的位置时，可在用户工作区用左键选定想要移动的母线，并按住左键移动鼠标即可将母线移动到新的位置。 当需要修改母线信息时，用右键选择想要修改的母线将弹出图9-6所示的对话框，选择最上面的“节点信息对话框”即可弹出图9-5所示的对话框，然后可对母线信息进行修改。 133 2. 插入发电机 接下来把一个发电机连接到该母线。发电机的插入和母线的插入是相似的:从“绘 发电机”(Generator);在用户工作区中，图”功能区标签的“插入对象”选择“网络”>“ 在发电机将要连接的母线(例如母线1)上，左击鼠标，将自动打开发电机对话框(如图9-7)。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等。 图9-7 发电机选项对话框 插入发电机时，每个发电机必须指定输出的有功功率。选中“功率和电压控制”标签页，在“有功出力”字段中输入该发电机的输出有功功率。注意:对于连接到系统平衡节点的发电机，指定的有功输出是任意的，因为发电机的真正输出取决于系统的负荷和损耗。 选择“显示信息”标签页。“方向”字段用来指定发电机相对于母线的方向。在给母线重新定位时，“锚定”复选框强迫发电机与其指定的母线一起移动。接受所有其他字段缺省属性，在发电机选项对话框上点击“确定”。在对话框关闭后，新的发电机将出现在已选择的母线上。 若要修改发电机的信息，其操作与修改母线信息相同，即用右键选择要修改的发电机将弹出一个对话框，选择最上面的“发电机信息对话框”将弹出图9-7所示的该发电机选项对话框，然后可对该发电机信息进行修改。 3. 插入带负荷的第二条母线 在系统中增加一条带负荷的母线，负荷功率分别为50MW和10Mvar。插入母线的方法同上。在母线上添加负荷有两种方法，第一种方法是在“节点选项”对话框中先选择“附加设备”标签页子菜单，然后选择“添加或编辑节点负荷”打开“负荷选项”对话框(如图 134 9-8)，在“负荷信息”的“有功”和“无功”字段中输入设定的数值。点击“确定”接受其它字段的缺省值。关闭母线选项对话框。应该注意的是，此时用户工作区中并不显示该母线上的负荷，尽管它在电力系统模型中已经存在。若要在该母线上添加负荷并显示出来，可采用第二种方法。 从“绘图”功能区标签的“插入对象”功能区组中选择“网络”>“负荷”，在该母线的中心上，点击鼠标左键，将自动打开“负荷选项”对话框(如图9-9)。若已经采用第一种方法添加了该母线的负荷，则在负荷信息中将显示已添加的负荷有功功率和无功功率值。否则，可在“负荷信息”的“有功”和“无功”字段中输入需设定的负荷功率。对比图9-8和图9-9可知，第二种方法的“负荷选项”对话框中包含了该负荷的“显示信息”的所有字段。除了恒定功率负荷，PowerWorld也允许电压负荷的建模。 图9-8 负荷选项对话框1 图9-9 负荷选项对话框2 若要移动发电机和负荷的位置，移动方法与母线的移动方法相同。注意，由于发电机和负荷均与母线锚定，若移动母线，与该母线所连接的发电机或负荷将随母线一起移动。 4. 插入线路 线路是用来连接母线的。插入线路过程如下，从“绘图”功能区标签的“插入对象”功能区组中选择“网络”>“线路”。在想创建线路的位置左击鼠标，该点通常在预定线路的始端母线上。线路和变压器用一系列的线段绘制，不需要一直按着鼠标，要抬起鼠标键以后拖动鼠标。注意:连接到节点之前线段是随着鼠标移动的。想要结束线段，点击鼠标左键。每点击一次鼠标将会终止一个线段，一个新的端点将指定在线路上。想要绘制下一个线段，移动鼠标到下一个端点的预定位置。注意:这些端点在以后重新调整线路的过程可能会 135 被移动或删除。想要生成曲线，当拖动时要按住鼠标键。要结束最后的线段并完成该线路的绘制，可以在想要结束的端点，双击鼠标左键。端点通常是线路的其他母线。这时将自动打 -10)。 开“线路/变压器选项”对话框(如图9 图9-10 线路/变压器选项对话框 对话框中，“串联电阻”，“串联电抗”和“并联电容”字段用来输入与线路相关的标幺值参数。“并联电容”字段包括线路总的标幺值并联电容。“视在功率极限”字段用于设置线路的最大传输功率极限。设置完参数后，点击“确定”，关闭“线路/变压器选项”对话框，在用户工作区就插入了新的线路。 当已知的线路参数是线路单位长度等值参数和线路长度时，可点击“线路/变压器选项”对话框中的“计算阻抗”>“单位长度阻抗”，打开“线路阻抗标幺值计算”对话框，如图9-11所示。在“R”、“X”、“B”、“G”和“线路长度”字段中输入相应的参数，在 注意，基准电压可以按用户要求选“电抗标幺值”字段中即可得到相应线路参数的标幺值。 定，而系统功率基准值已选定为100MVA，不能改变。当基准电压选定后，基准阻抗和导纳则直接计算出来显示在“阻抗基值”和“导纳基值”的字段中。 5. 在线路上插入线路潮流饼图 当绘制线路时，将自动地包括一个线路潮流饼图。但如果没有在“线路/变压器潮流饼图”中设置该饼图的视在功率极限，则在仿真时不显示该饼图。线路潮流饼图信息的修改可通过用右键点击饼图，打开“线路/变压器潮流饼图”对话框，如图9-12所示，然后设置相应的参数。 136 图9-11 线路阻抗标幺值计算对话框 图9-12 线路/变压器潮流饼图对话框 6. 插入变压器 为了插入变压器，首先要插入不同电压等级的母线。在用户工作区的底部插入一个新的母线，命名为母线3，并且在母线选项中对话框中输入它的额定电压35kV。 在母线2和3之间插入变压器:从“绘图”功能区标签的“插入对象”功能区组中选择“网络”>“变压器”，点击母线2，随后绘制到母线3的一条想作为变压器线路的线路，将自动弹出“线路/变压器选项”对话框(图9-10)。在“参数”标签页中，输入变压器参数。选择“变压器控制”标签页。注意“标幺变比”显示1.000。变压器的实际变比不需要指定，因为它由两个母线间的额定电压比决定。“标幺变比”是用来调整变压器分接头以设 137 定母线电压标幺值，作为标幺值计算的参考基值。点击“确定”，关闭“线路/变压器选项”对话框和插入变压器。 7. 插入并联投切装置 并联投切装置通常由提供无功的电容器或者吸收无功的电抗器组成。并联投切装置可以看作很多导纳，导纳值可以在很多档位上切换。如果至少有一组在工作，就认为并联投切装置是运行的。并联投切装置相应的断路器用来切换并联投切装置的状态。 在母线3 插入一个并联投切装置，可以从“绘图”功能区标签的“插入对象”功能区组选择“网络”>“并联补偿器”。在母线3附近点击，将打开“并联补偿器选项”对话框，如图9-13所示。确定母线的编号是3，如果不是，把它改为3。在“基准无功”中输入想设定的参数。点击“确定”，关闭对话框，插入并联投切装置。 图9-13 并联补偿器选项对话框 8. 插入文本、母线和线路字段 当运行一个仿真实例时，为了监控方便，信息字段可以直接显示在用户工作区。插入一个通用文本字段的操作如下:从“绘图”功能区标签的“插入对象”功能区组中选择“背景”>“文本”。在用户工作区期望放置文本的位置点击鼠标左键将打开一个“文本对象对话框”。在“输入文本”字段中键入想要显示的字符串，点击“确定”。 母线、线路等对象的字段可以显示与对象相关的信息。缺省时，PowerWorld将插入母线名称，发电机、负荷和并联补偿器等的有功功率和无功功率。当需要给对象添加其他信息时，可进行下述操作。 在某一母线添加附加字段:在母线上右击打开该母线的本地菜单(图9-6)，从本地菜 138 单中选择“添加字段:节点”，打开图9-14所示的在所选对象周围插入新字段对话框。用户可以为每个母线添加8个字段。选择想添加新字段的位置，例如“位置1”，这将打开母线 图9-14 在所选对象周围插入新字段对话框(节点字段:选择字段类型前) 字段选项对话框(图9-15)，选择所需显示的“字段类型”，例如“节点电压”。若选择的字段类型包含数值，则可输入字段位数和小数位数。点击“确定”将关闭“节点字段选项”对话框，而“在所选对象周围插入新字段”对话框的所选择的位置上显示出所选择的字段类型名称，如图9-16所示。点击“确定”将关闭“在所选对象周围插入新字段”对话框并在该母线上插入了需要显示的信息。 图9-15 节点字段选项对话框 若要在线路或变压器的每端或饼图上插入显示潮流的字段，则在所选择的线路/变压器上右击打开本地菜单，然后在菜单中选择“添加字段:线路/变压器”，打开图9-17所示的在所选对象周围插入新字段对话框。可以在线路始末两端分别添加4个字段，也可在饼图位置添加2个字段。与在母线上添加显示字段相同，选择所需显示的位置将打开“线路字段选项”对话框，选择和输入所需的信息，点击“确定”关闭“线路字段选项”对话框，再单击“在所选对象周围插入新字段”对话框中的“确定”关闭该对话框，则在该线路上插入了所需显示的信息。 139 图9-16 在所选对象周围插入新字段 图9-17 在所选对象周围插入新字段 对话框(节点字段:选择字段类型后) 对话框(线路/变压器字段) 按照上述步骤，在用户工作区的完成的单线图如图9-18所示。注意，发电机、负荷、变压器和线路等对象的端部有一个实心的红色方块，表示的是断路器。当在运行模式时点击该方块可以切断(方块变为绿色空心)或投入所连接的元件。 图9-18 实例1单线图 9. 保存实例 从应用按钮选择“保存实例”或者点击快捷工具条中的保存实例按钮，可保存目前所做的工作。缺省文件名为“newcase”，实例保存为PowerWorld二进制形式(以*.pwb为扩展名)。PowerWorld也要求用户为保存已经绘制的单线图提供一个名称。单线图文件有一个缺省的扩展名.pwd，表示它是PowerWorld显示文件。它可以使用与实例相同的文件名。注意，由于实例和单线图用不同的文件保存，这样同一实例可以有多个单线图文件，同一单线 140 图也可用于多个实例。 9.3.2 潮流分析 实例创建完成后，潮流分析的过程非常简单，只需点击相应的求解实例按钮即可。实例的求解必须在运行模式下进行。在“模式”功能区组上单击“运行模式”按钮将从编辑模式切换到运行模式。运行模式下的主窗口如图9-19所示。注意:如果实例中有明确错误，将会出现警告。必须在进入运行模式之前确保没有错误。 图9-19 运行模式下PowerWorld主窗口 1. 求解实例 当PowerWorld工作在运行模式时，在“工具”功能区标签的“潮流工具”功能区组按下“”按钮将进入实时动画仿真求解过程。潮流分析的结果将显示在单线图上所选定的字段中。若要停止实时动画仿真，则按“”按钮。 如果日志窗口可见，可以看到PowerWorld目前的后台运行状态情况，可以关闭该日志窗口。若想要再打开日志窗口，鼠标单击“工具”功能区标签的“日志”功能区组的“日志”按钮。 若想要进行单次潮流分析，可用鼠标单击“潮流工具”功能区 组中的“牛拉法求解”按钮完成单次潮流求解。PowerWorld除了提 供标准的牛顿-拉夫逊潮流分析外，还提供了“快速解耦法”、“极坐 标牛拉法”、“高斯-赛德尔潮流”和“直流潮流法”等潮流分析工 具。用户可通过“潮流工具”功能区组中的“求解”按钮打开如图 9-20所示的下拉菜单，然后选择所需的求解方法即可实现一次潮流图9-20 单次潮流求解求解。 下拉菜单 141 2. 潮流分析的实例信息 潮流分析的结果除了可从单线图上显示的字段信息中查看外，还可点击“实例信息”功能区标签中的“实例信息”按钮或“工具”功能区标签中“其它工具”功能区组的“实例信息”按钮查看。 -21所示的“实例信息浏览器”窗口。 当点击“实例信息”按钮后，将打开如图9 图9-21 实例信息浏览器窗口 浏览器窗口左边包含了可浏览的“历史记录”、“网络”、“集合”、“求解明细”、“实例信息和辅助说明”、“暂态稳定”、“最优潮流”、“短路计算”和“静态安全分析”等9个项目。这些项目可以展开，列出详细的浏览项目选项。图9-21展开了“网络”项目。若要浏览其中的某些项目，则选中需要浏览的信息并双击鼠标左键，浏览器右边将以表格的形式列出详细的信息。图9-21中选择了本实例中节点、发电机和支路状态的信息。当前显示的信息为节点信息。 信息表格中的列可通过最右边的“选项”按钮增加或删除。当点击最右边的“选项”按钮时，将打开图9-22所示的下拉菜单，选择“表格选项”栏将弹出图9-23所示的表格选项对话框，然后即可对信息表格中的列增加或删除。 图9-22 表格选项下拉菜单 图9-23 表格选项对话框 142 表格中显示的数值精度可通过和这两个按钮修 改。选中想要修改数值精度的某一列中任何一个单元格， 按钮一次，该列所有数据的小数点后将增加一每点击 位，反之，每点击按钮一次，该列所有数据的小数将 减少一位。 表格信息还可复制、粘贴和导出，也可发送到Excel 中进行分析、编辑和打印等。例如，要将节点信息全部发 送到Excel中，可在表格中的任何位置单击右键，打开如 图9-24所示的下拉菜单，选择“复制/粘贴/发送”>“全 部发送到Excel”，即完成了将表格发送到Excel的操作。 9.3.3 单线图的使用 图9-24 表格信息发送到Excel的下 拉菜单 PowerWorld是高度可视化和交互性的软件，有效使 用PowerWorld的关键在于理解单线图。本小节对怎样使用单线图作一个最基本的介绍。 PowerWorld中的单线图的目的是把电力系统的信息图形化地显示出来。这样的显示被称为单线图是因为用单线图代替实际电力系统的三线图。PowerWorld采用动画显示、绘制等高线、缩放和平移功能以及对象的条件显示使得单线图变得更为真实。另外，PowerWorld的一个关键方面是允许用户检查和修改许多显示在单线图上的对象。用户可以打开多个单线图，包括同一单线图的多重拷贝。 1. 显示对象和电力系统模型之间的关系 显示对象:单线图中显示的一个具体元件。显示对象通常具有相对应的模型对象。例如包括母线、线路、变压器、发电机和负荷等。无模型对象对应的显示对象称作断开对象。 模型对象:实例中包含的电力系统元件。 PowerWorld最强有力的一点是允许用户图形化地操作电力系统模型。这种功能大大减少了初学者及高级用户在开发和维护电力系统实例时的工作量。但是，切记单线图中的显示对象和由模型对象组成的电力系统实际模型间的不同仍然是很重要的。关键是任何显示对象包括空白对象，都将对应于一个单一模型元件。 PowerWorld使用母线定位模型。换句话说，模型对象可以是母线本身，或是放射地连接于母线的对象(例如负荷，发电机，并联补偿装置)，或连接于两个母线之间的对象(例如线路，变压器或直流线路)。只要在显示对象和模型对象间有一一对应存在，这两者间的不同对用户来说就完全清楚了。 这点是非常合理的，通常也是很有用的，用多个显示对象表示单个模型对象。例如，利用对象的不同条件下显示不同的特点，在一个单线图中用两个不同的显示对象来表示同一母线。一个母线可能在一个具体的放大范围内可见，而另一母线，有不同的大小/浓度，在另一放大范围内可见。也就是说，同一母线在不同的单线图中用不同的显示对象来描述。 当用户用Delete命令来删除对象时，这种概念又变得模糊起来。用户是仅删除显示对象呢，还是连模型对象一起删除呢,为了减少这种问题的产生，当用户要删除附带有模型对 143 象的显示对象时，PowerWorld提示用户是同时删除显示对象和模型对象，还是仅删除显示对象，或取消删除。 此外，没有必要模型对象都有相应的显示对象。因此，用户可以用单线图仅仅显示整个系统的一部分的母线和其它元件。用户也可使用“实例信息”菜单直接查看模型对象，无论其是否显示在单线图中。 2. 单线图工具和选项 1)单线图本地菜单 本地菜单提供了很多直接进入单线图的选项和工具的入口。 将鼠标置于单线图的空白地方，然后点击鼠标右键，即可显示本 地菜单，如图9-25所示。大多数选项在弹出菜单中总是可用 的，一些选项只有在运行模式下的弹出菜单中才可用。 在单线图本地菜单中选择“查找单线图对象”(编辑和运行 模式)将打开“缩放，平移，查找对象”对话框的“查找单线图 对象”标签页。 选择“单线图选项”(编辑和运行模式)将打开“单线图选 项”对话框。该对话框允许用户自定义单线图的外观。 选择“平移/缩放单线图”(编辑和运行模式)将打开“缩图9-25 单线图本地菜单 放，平移，查找对象”对话框的“平移/缩放”标签页。 选择“区域信息”(编辑和运行模式)将打开最接近光标的母线的“区域信息”对话框。 选择“等高线”(仅在运行模式下)将打开“等高线选项”对话框，该对话框允许用户对电压幅值和相角绘制等高线。 选择“差异潮流”(仅在运行模式下)将打开“差异潮流”对话框，该对话框用于比较两个系统的运行点。 选择“显示/隐藏潮流箭头”(仅在运行模式下)将在显示和隐藏潮流箭头之间进行切换。 选择“对象格式定制(当前单线图)”(编辑和运行模式)将打开“对象格式定制(当前单线图)”对话框，该对话框用于在单线图中，按照电力系统所描述对象的状态，改变对象的描述方法。 选择“所有对象”(编辑和运行模式)将打开“图形信息浏览器:所有对象”对话框，显示包含在单线图中的所有对象信息。 选择“所选对象”(仅在编辑模式下)将打开“图形信息浏览器:所有对象”对话框，仅显示单线图中目前选中的对象信息。 选择“复制图像到剪贴板”(编辑和运行模式)可将单线图文件复制到Windows的剪贴板中，然后用户可将此单线图粘贴到诸如文字处理器等其它应用程序中。 选择“导出图像到文件”(编辑和运行模式)可将整个单线图图像的副本保存到文件中。单线图图像文件可以为bitmap(*.bmp)、JPEG(*.jpg)或Windows Metafile(*.wmf，*.emf)等格式保存。 144 2)单线图显示项目 单线图显示项目对话框允许用户自定义单线图的显示。用户可以通过以下方式进入该对话框，通过右击单线图的空白处并从生成的单线图本地菜单中选择“单线图选项”，或通过选择主菜单的“选项”>“单线图选项”。打开的对话框如图9-26所示。对话框分为若干标签页以管理单线图显示的各方面。 图9-26 单线图选项对话框:显示选项 在“显示选项”标签页中包含了“显示类别”、“突显指定对象”、“背景色”等选项。其中“显示类别”显示细节单选框允许用户控制单线图中显示信息的数量，有四种选择:选择最小模式将显示单线图背景，线路断路器，发电机有功输出，负荷有功和无功等信息;选择中等模式将显示除最小模式的所有信息外，还包括母线电压和线路潮流饼图;选择完全模式将显示所有信息;选择自定义模式后，点击“设置”按钮打开自定义对话框，它允许用户自定义单线图的显示以隐藏某些用户不需要的具体信息。当然，为了显示出某些对象，必须由用户亲自设计单线图。 “突显指定对象”选项允许用户在单线图中选择突出显示的元件。通过使用色彩来实现对要突显元件的强调，其它非突显元件则使用淡色。 要突显某些元件，先要选中“突显”，用户选中该选项后，就会打开“筛选需突显的对象对话框”。用户可以选择想要突显的元件，包括通过区域、地区、电压和屏幕层来筛选要强调的元件，强调的程度(非突显元件的弱化)由滑动条“突显程度”来控制。 单线图背景色的改变可通过选择“更改”来选择单线图背景色的不同颜色。 如果选中“线路有功潮流使用绝对值”，则线路的所有的有功显示都是绝对值。否则，线路的起始端是正值，而线路的末端则是负值。 如果选中“线路无功潮流使用绝对值”，则线路的所有的无功显示都是绝对值。否则，线路的起始端是正值，而线路的末端则是负值。 如果选中“断面有功潮流使用绝对值”，则断面的所有的有功显示都是绝对值。否则，断面的起始端是正值，而断面的末端则是负值。 如果选中“启用鼠标滚轮缩放(所有单线图)”，则鼠标能够滚动缩放。匹配值是鼠标 145 不能滑动缩放。 “停运元件可视化”可以随意的可视化退出运行的元件，可以使它们区别于单线图中运行的元件，退出运行元件的选项包括使用虚线，对退出运行的发电机画一个×以及闪烁，对“闪烁”还有另外的控制:设置闪烁的间隔和颜色。这些选项的任意组合都可以应用于退出运行的元件，除了×选项仅仅应用于退出运行的发电机。 当单线图上包含单线图链接时可使用“编辑单线图浏览路径”选项，不能把单线图的整个路径和名字确定为单线图链接，只能确定文件夹的名字。当在运行模式下点击链接时，PowerWorld将选中所有列表目录，按次序查找和链接存储在一起的单线图文件夹的名字。 3)饼图/计量器选项 图9-27 单线图选项:饼图/计量器 当选中“单线图选项”对话框左边标签页的“饼图/计量 器”时，对话框右边将变为“饼图/计量器”选项，如图9-27所 示。 如果选中“运行模式下显示饼图/计量器”，饼图和计量器就 只在运行模式下才是可见的，若不选，它们只在编辑模式下才是 可见的。 如果选中“仅当相关数据存在时显示饼图/计量器”，则饼图/ 计量器的相关性取决于饼图或计量器的类型。对于MVA， MW，Mvar和Amp类型，如果线路和断面的限制值为零，那么 认为饼图是不相关的。 饼形图和计量器选项分成四部分，分别为线路、断面、饼图 /计量器类型和通用选项，这些选项的大部分可以在选项功能区 按钮“饼图选项”菜单中可以找到，饼图选项菜单如图9-28所 示。 4)动画潮流选项 单线图显示对话框的“动画潮流”标签页的字段值用于自定 义该单线图动画潮流的外观。 图9-28 饼图选项菜单 146 “显示潮流符号”选项决定单线图的潮流是否是动画显示。若不选，单线图中不显示潮流标志。 “显示潮流”项可以使用户选择是否单独在支路、负荷、发电机和补偿设备显示动态潮流。对象的这个对话框不选上，就不显示动态潮流。 单线图的动画潮流描述的可以是实际潮流也可以是功率传输分配因子，这取决于用户在“动画潮流表示的参数”项的选择。用户也可以选择同时动画显示有功和无功潮流或同时显示有功和PTDF 潮流。 “动画”选项决定单线图中的潮流箭头是运动还是静止的。不选的话，潮流箭头静止。 若选中“按比例调整符号速度”复选框，箭头就会以与所表示潮流量成正比关系的速度流动。若不选，所有潮流都以同样速度流动。 若选中“按比例调整符号尺寸”，潮流箭头的大小将随着元件(独立于动态参数)潮流量的大小而变化。否则，不论其所表示的潮流量有多大，该标志的大小在各元件上都相同。 “长度”决定元件上动画潮流标志的相对大小。增加该值就会增加潮流标志的大小。该值的变化范围为1~999。 “密度”决定元件上动画潮流标志的相对密度。增加该值仿真器就会在单线图中每单位长度上显示更多的潮流标志。该值的变化范围为1~999。 当单线图被放大时，动画潮流标志也将变大。“最大缩放等 级”值的设置将会对动画潮流标志的大小设置上限，当超过该 值时潮流标志就不会再增大。 “潮流符号最小尺寸”是对投入运行的电力系统元件的动画 潮流标志设置最小值。该潮流标志的大小是基于流过元件的潮 流值的。对于潮流很小的元件，会很难看到潮流标志，设置该 最小值就可使该标志更明显。最小值越大时，潮流标志就会变 得越均衡，因为元件的大小不再基于实际潮流而是基于该最小 值。 “符号尺寸参考值”设置动画潮流标志的最大参考值。视在 功率参考值越小，单线图上的动画潮流标志将越大。因为实际 潮流与该参考值是成比例关系的。 “潮流外观选项”中的“符号形状”用于设定动画潮流的形 状，PowerWorld可使用箭头、圆圈、方块或三角形来显示动画 潮流。 若单线图动画仿真太快或太慢的话，可以通过“动画速 图9-29 动画选项菜单 率”下面的移动滑动条来调整动画速度。 上述选项的大部分可以在选项功能区按钮“动画选项”菜单中可以找到，动画选项菜单如图9-29所示。 5)对象选项 单线图显示对话框的“对象选项”标签页用于自定义该单线图的对象如发电机、负荷、并联补偿器的断路器和发电机的转子等的显示状态。 选中“显示发电机、负荷和并联补偿器的断路器”复选框将在单线图中显示这些对象 147 的断路器，否则不显示。另外负荷、发电机和并联补偿器也有单独的复选框用来选择是否在单线图中显示这些对象的断路器。 选中“显示转子”复选框将在发电机中显示出转子的形状，否则，发电机的图形为空心圆。“每次刷新后转子角度变化量”用于转子的动画显示。若转子角度变化量设置为零，则在实时仿真时转子不转动。若设置为非零的数值，转子将转动，且设置的数值越大，转动速度越快。若设置的数值为正，转子将向顺时针方向转动，否则将向逆时针方向转动。 发电机转子角度变化也可在选项功能区按钮“其它选项”菜单中可以找到。 9.4 故障分析 9.4.1 概述 故障分析软件的作用是根据电力网络的运行方式和网络元件的参数计算电力网络在系统发生故障的情况下系统故障电流的分布。计算结果可以被继电保护人员用来整定保护定值，还可以作为运行方式和决策人员对电网进行分析研究的工具，在与调度员培训仿真联合时可以对调度员进行培训，提高调度员的运行水平。 PowerWorld故障分析软件采用的核心算法是多口网络理论，综合阻抗矩阵和转移阻抗矩阵。该软件可以进行交直流系统的对称和不对称故障情况下的短路电流计算。可以对全网或对系统中任意指定的某一区域、某一电压等级范围内的所有节点的短路电流进行计算。可给出指定节点故障后与其一级至三级相邻的节点电压及分支电流(包括幅值和相角、相分量和序分量)。可以任意指定在某一线路上任何位置进行各种形式的单一短路故障计算，给出故障线路及与其一级至三级相邻的母线节点电压、分支电流(包括幅值和相角、相分量和序分量)。可将单母线或单线路故障时的计算结果显示在电力系统单线图上。 9.4.2 故障分析的操作 故障分析的元件序参数可通过线路/变压器、发电机和并联补偿器等的选项对话框中的 、图9-10和图9-13中的“短路参数”标签页即可“短路参数”标签页进行设置。打开图9-7 分别设置用于短路计算的发电机、线路/变压器和并联补偿器等的零序参数和负序参数以及变压器和发电机的运行方式。 网络中各元件序参数设置完成后，在主菜单的“工具”标签页的“运行模式”功能区组点击“短路计算”按钮即可打开故障分析主画面，如图9-30所示。故障分析的主画面还可用右键点击任一条母线或线路打开本地菜单，然后选择“短路计算”来打开。 1. 故障设置 PowerWorld中故障设置通过“短路位置”来确定。不同的设备会弹出不同的画面。 1)母线 在“短路位置”选择“节点短路”，故障分析主画面中会列出全网中所有母线的下拉菜 148 单，用鼠标左键点中需要的母线即可。 图9-30 短路计算主画面 主画面中列出了可以选择的母线故障类型，包括单相接地短路、相间短路、三相对称短路和两相接地短路。注意，不对称故障的特殊相为A相。 2)线路 在“短路位置”选择中“线路短路”，故障分析主画面中会列出全网中所有线路的下拉菜单，用鼠标左键点中需要的线路，并需要设置故障点距离首端厂站的距离占线路全长的比例，即“位置%”(此参数仅当线路发生接地故障或短路故障时有效)。 主画面中列出了可以选择的线路故障类型，包括单相接地短路、相间短路、三相对称短路和两相接地短路。 2. 故障计算 在故障计算前，需对“故障选项”进行设定。 1)短路阻抗 无论进行何种故障计算，都要包括短路阻抗。电阻和电抗可以作为短路电流入地的路径，当计算用于决定其他短路的短路电流时，短路阻抗需要被考虑进去。 2)加载数据/保存数据 通过加载数据/保存数据按钮允许用户从外部文件加载故障数据或者是把故障数据保存到外部文件里。当前支持的两种文件类型是PSS/E序列数据文件(.seq)和PowerWorld的仿真辅助文件(.aux)。这两种格式的文件中的任意一个都能被加载和保存。 3)零序互阻抗 在互阻抗记录表格中用户可以储存和修改零序互阻抗。通常情况下，可以从一个序数据中选择“插入”或者“删除”，也可以从互阻抗记录表格中插入和删除互阻抗数据。 当从互阻抗记录表格弹出的快捷菜单中选择“插入”或者显示对话框，打开互阻抗记录对话框，在这个对话框里可以插入或修改互阻抗值。 4)初始状态 149 改变这个选项内容决定了使用何种初始状态进行故障分析计算。初始状态的选择会对星形接法的节点值、故障电流值和故障后电压值产生影响。 )特征选项 5 当所选择的配置文件是“IEC-909”或者“典型”，一些附加的故障前配置文件是可用的。如果选择“变压器变比设置为1.0”选项，所有变压器抽头的变比被假定在它们的额定抽头位置。如果选择“线路充电电容设为0”选项，在计算中将忽略所有线路的负荷容量。 在“并联元件”选项中可选择正常的处理并联元件，也可选择在正序网中被忽略并联元件，或者是在所有的序网中忽略并联元件。 “IEC 参数”这一选项只能用于IEC-909 类型的初始状态。对于每一个节点可以指定它的电压幅值。此外，当发电机的电流需要进行基于节点电压和功率(有功功率和无功功率)的计算时，可以指定对应于节点的发电机的功率因数角(以度为单位)。 6)互阻抗记录 互阻抗记录表是一个 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 信息显示栏，可以像其他的方案信息显示一样自定义它。可以从一个序数据文件里读入零序互阻抗记录并显示到这个表里，也可以通过选择弹出的快键菜单中的“插入”项自动生成零序互阻抗并显示到这个表里。 在互阻抗记录栏的公共部分显示的内容包括:第一行标识符的首端末端节点号、回路号。这部分内容描述的是线路1的支路起止节点号、回路号;第一行标识符的首端末端节点号、回路号。这部分内容描述的是线路2的支路起止节点号、回路号;互阻抗以电阻和电抗(标幺值)的形式显示;互阻抗的同名端标记惯例假定每条支路的首端节点是同名端，并标注上根据惯例所设置的互感阻抗值的符号;线路1互感起止位置，这部分内容描述的是第一对互感支路的互感起止位置，该值是在零至1的区间内的，表示的是在整条支路的上的百分数。只有在计算一个线路内部故障，以决定线路上故障点两边互阻抗的影响时这部分才被使用到;线路2互感起止位置，这部分内容描述的是第二对互感支路的互感起止位置。这个值是在零至1的区间内的，表示的是在整条支路的上的百分数。只有在计算一个线路内部故障，以决定线路上故障点两边互阻抗的影响时这部分才被使用到。 完成了以上故障选项的设定后，就可以点击“计算”按钮进行故障计算。 3. 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。计算结果的值可以以标么值显示也可以以有名值显示。 当需要将故障分析结果以Excel形式输出时，可在故障分析主画面点击“复制/粘贴/发送选项”按钮并选择“全部发送到Excel”或“发送选定部分到Excel”，或在数据表格的任何位置点击右键打开本地菜单，选择“复制/粘贴/发送”>“全部发送到Excel”或“发送所选到Excel”。 在“节点导纳矩阵”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“节点导纳矩阵”列表中有三个子列表。每一个子列表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 150 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。 在故障分析主画面“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在同一个时间在图表上获取丰富的信息。例如，对于实例1，若选择母线1发生相间短路故障，并在“单线图显示”选项中选择B相，此时单线图中故障显示的结果如图3-31所示。 图3-31 实例1母线1发生相间短路故障时故障分析的B相计算结果 9.5 静态安全分析 9.5.1 概述 静态安全分析是根据给定的电网结构、参数和发电机、负荷等元件的运行条件及给定的切除方案，确定切除某些元件是否危及系统的安全(即系统中所有母线电压是否在允许的范围内，系统中所有发电机的出力是否在允许的范围内，系统中所有线路变压器是否过载等)。通过静态安全分析，可以快速检查指定区域中每一个元件故障后系统状态，指出系统运行的薄弱环节，为电网运行、规划提供依据。 PowerWorld静态安全分析计算实际上是进行多个潮流方案计算，PowerWorld电力系统可视化分析软件中的静态安全分析主要使用全牛顿法或者使用直流负荷潮流算法来分析每一次事故。全牛顿法不如直流负荷潮流算法快速，但是它的计算结果更加准确一些，并且计算考虑了电压/无功功率的影响。 静态安全分析计算的主要功能和特点可概括为以下几个方面: (1)可选择进行全网，某区域网或某电压等级网的N-1计算，以及对指定切除方案的计算; (2)切除方案信息的给定简单、方便、灵活，一个方案可以是线路、变压器、发电机 151 或负荷中的某个元件，也可是其中多个元件的任意组合。 (3)以潮流计算为基础，其基本数据包括所基于潮流的全部数据和发电机及其调速器的部分数据。 (4)结果输出的内容和形式多种多样。既可分别输出每个切除方案的多种信息(如各种物理量的越限信息等)，也可对所有切除方案作各种形式的统计(如可按一个物理量、一 或一个变压器)输出。 个范围、一个母线、一条线路 9.5.2 静态安全分析计算作业的建立 在执行静态安全分析计算之前，首先需对建立的单线图进行潮流计算并要求潮流计算结果收敛;其次应建立静态安全分析计算作业，设定需要分析的事故。 在运行模式下，用鼠标左键点击“工具”功能区标签页中“运行模式”功能区组的“静态安全分析„”选项，即可打开静态安全分析主画面，如图9-32所示。 图9-32 静态安全分析主画面 在静态安全分析主画面中，对事故方案有三种选择方式:自动插入、从文件中加载和用户自定义。 1. 自动插入事故 左键点击静态安全分析主画面中“插入事故”按钮，将打开自动插入事故对话框，如图9-33所示。 自动插入事故对话框含有下述控制: “插入事故”:单击“插入事故”按钮生成事故列表。 “事故对象”:该选项定义每个自动插入事故的故障类型选择。本选项中罗列了单条线路、变压器、线路或变压器、发电机和节点故障等故障类型。在该选项中还可以通过“组合…”按键定义一个组合事故，然后说明该组合事故中各类型(线路，变压器和发电机单元)事故分别有多少。当选择“组合…”选项，会自动将所有可用的事故类型调用出来并创 152 建组合事故。组合事故不允许包括节点事故。 图9-33 自动插入事故对话框 “事故命名方式”:通过该选项可以给自动插入故障记录进行命名。要对故障命名需进行下列设置: (1)线路标识符前缀:对发电机，线路，变压器和节点四种对象允许用户分别指定一个前缀，以便于自动生成事故记录里定义故障包含的故障元件对象。默认状态下，发电机标识符前缀是G，线路标识符前缀是L，变压器标识符前缀是T，节点标识符前缀是B。当然，用户根据需要可以重新制定新的前缀给它们。 (2)节点标识:该选项方便用户判断每项故障是否以节点编号，节点名称或者两者兼有来进行标记。无论用户选择哪种方式来做标记，它都会配合其指定的前缀唯一的与自动生成事故记录里的某个故障元件相对应起来。 (3)包括基准电压:该复选框用来设定故障时是否以事故标记显示节点电压。 当自动生成需插入的事故时，通过“选项”下的菜单选择可进一步挑选相关节点的事故类型。该“选项”下的菜单有: (1)删除现有故障:当一个新的故障对象被自动插入时已有的故障将被删除。 (2)使用区域/地区过滤器:选中该选项，自动生成事故的各故障元件可以在区域/分区过滤器对话框进行定义。点击“区域/分区过滤器”按钮可打开“区域/分区/所有者过滤器”对话框。 (3)仅包括符合高级过滤条件的支路:选中该选项，自动生成事故的支路，发电机或者节点等故障就会依照高级过滤器使用条件要求进行设置。单击“定义支路过滤器”按钮对使用条件进行设定。 (4)仅包含距离该节点x个节点以内地元件:选中该项，事故列表中只会列出与指定节点电气上相连的节点的故障。例如，如果节点1和2存在电气上的链接，然后依次和节点3连接。如果只指定节点1引进故障，那么事故记录就会包括节点1和2之间支路的部分。然 153 而节点2和3，以及节点2、3所连接的其他装置，都不包括在故障当中，因为只有节点2是跟节点1电气相连的。在该选项中还可以使用查找功能找到指定的节点。查找时允许用户使用名称或编号两种方式。如果用户知道节点的编号，那么选择按编号进行查找，并在查找框里填写节点编号;如果用户知道节点的名称，那么选择按名称进行查找，并在查找框里填写节点名称。如果不确定节点的名称，可以使用通配符在节点列表中查找，直到找到想用的节点为止。 2. 从文件中加载 左键点击静态安全分析主画面中“加载”按钮，将会弹出事故分析文件对话框，如图9-34所示。 图9-34 静态安全分析文件对话框 在该对话框需指定要加载的静态安全分析文件。在文件类型下拉框里指定文件类型，并选择适当的文件。如果被选定的文件原本已经定义了事故记录，那么就弹出对话框证实用户是否要删除已有的记录。如果在追加新的事故定义前，要删除已有的事故定义，就给予肯定答复。否则，单击否定按钮，那么新的事故将会附加在已有事故列表当中。 对话框中文件类型需是下列三种类型的文件: (1)PowerWorld附带格式文件(*.aux)(也可以参看事故子数据文件)。 (2)PowerWorld 5~7版本的事故格式文件(*.ctg)(参看旧版用户使用说明或者跟联系POWERWORLD 公司联系)。 (3)PTI PSS/E 格式的事故文件(*.con)。 3. 用户自定义 在静态安全分析主画面“事故”表格的任何位置点击右键打开快捷菜单，选择“插入”，会弹出事故定义对话框，如图9-35所示。 154 图9-35 事故定义对话框 在事故自定义对话框中不但可以查看并修改已有事故的定义，还可以为事故添加新的故障元件或者删除一个事故。 事故自定义完之后，单击确定按钮保存所作的修改并且关闭对话框。单击取消按钮关闭对话框但是不保存所作的修改。单击保存按钮保存所作的修改(包括新增一个事故)。单击删除按钮把从事故列表中选中的事故元件删除。 事故自定义对话框有下列控制选项: (1)事故标签:辨识当前显示事故的名称。使用下拉菜单选择一个不同的事故，或者使用滚动条查看事故列表。每次新增一个事故，事故标签将会显示“新事故”。单击事故重新命名，用户就可以改变事故的标签。 (2)添加事故:单击“添加事故”按钮为实例的事故列表创建一个新事故。系统会提示为新事故填写一个唯一的名称。填写事故名称之后，它会出现在事故标签上，然后就可以在事故定义中插入新的故障元件。 (3)插入新元件:单击“插入新元件”按钮为事故添加新的故障元件。这时事故元件对话框打开，可以进行故障元件对应的操作，模型标准及注释等的定义(详见事故元件对话框)。当用户重回到事故定义对话框，故障元件列表中会包含最新的插入故障元件信息。 (4)全部清除:清除事故定义中的所有故障元件。事故故障元件标签页将会成为空表，只是事故不包含任何操作。 (5)重命名事故:允许用户对选定事故进行重命名。 (6)定义解法选项:单击“定义解法选项”打开事故求解选项对话框，用来对选定事故定义特殊的潮流求解选项。 (7)使用定义的解法选项:用户选择该选项，将使用事故“定义解法选项”。 在事故定义对话框中单击“插入新元件”按钮会弹出事故元件对话框，可以使用该对话框修改现有事故的定义或者为新增事故或者现有事故增加新故障元件，如图9-36所示。当插入好新的故障，点击“确定”，则在事故自定义对话框中会添加一条新的故障元件。 事故故障元件对话框有下述控制选项: 元件类型:指示事故涉及的故障元件操作是支路、发电机、负荷、并联补偿器、节点、断面、注入组、串联补偿器、直流线路、移相器、三绕组变压器、求解潮流还是事故集等。 155 图9-36 事故元件对话框 选择元件:对话框这部分内容用来选择操作中涉及到的故障元件。这部分作用跟在软件中使用高级搜索对话框操作一样。 动作类型:定义事故操作指定的改变。从故障元件类型中选择可供使用的操作类型选项。 数量:填写用户希望事故故障元件产生的状态改变量(内容包括:有功，有功和相角，无功或者百分比)。 9.5.3 静态安全分析结果显示 建立了静态安全分析作业之后，点击静态安全分析主画面中“开始运行”按钮，即执行静态安全分析计算。计算完成后，静态安全分析主画面中会显示计算结果。 静态安全分析结果主要输出到下列表格中:事故列表、事故越限列表。 静态安全分析主画面事故列表中列出了对已定义的所有事故扫描后的结果。事故列表中显示下列选项: 标签:已定义事故的名称。 跳过:指示静态安全分析运行时是否跳过相应的事故。一旦一个已定义事故被列为跳过选项，那么事故分析运行时该项将不参与其中分析。 已处理:指示已经分析运行的事故是否作为当前事故运行。 已求解:对于已经运行过的事故，求解区会显示该事故引起的潮流是否在系统承受范围以内。如果事故引发的潮流无法求解，用户就要深入调查一下是否该事故对系统稳定影响过大。 电气岛负荷:显示由于事故影响而被从系统中隔离出去的负荷总量。这部分负荷是余下系统无法担负的。 越限:辨别特定事故引起的越限项数。该数据反映事故引发的其它问题(线路过载+节 156 点电压越限+断面越限)的总和。 最大支路越限%:显示当前事故下所造成线路过载中过载最严重的线路的过载百分数。 最低电压:显示事故造成的全网节点最低电压。如果事故中没有节点电压低于限度值则该区域显示为空白。 最高电压:显示事故造成的全网节点最高电压。如果事故中没有节点电压高于限度值则该区域显示为空白。 最大断面,:显示当前事故下能够承受的最大断面过负荷百分数。如果事故不含断面越限，这部分将显示空白。 静态安全分析主画面事故越限列表中列出了在事故列表中被选中的事故所造成的所有越限现象。事故越限列表中显示下列选项: 种类:越限的种类。 元件:越限的元件。它既可以是一条支路，一个节点也可是一个断面。如果是一条线路，字符串将提供过载线路、线路两端过载最严重的那端和线路中有功走向等信息。如Jamie(22)> Amy(33)CKT 1 at Amy(33)，则表示Jamie(22)到Amy(33)的线路过载，过载情况较严重的在Amy(33)端，“>”表示该线路有功走向是从Amy到Jamie。 值:该选项指出越限元件的数值。 极限:元件的极限值。例如，如果越限种类是线路视在功率，那么通过该元件的极限就是该线路的极限输送功率。 百分数:元件中实际值占极限值的比例。 区域名称:指的是与越限元件相关联的区域。如果元件是线路，那么区域名称就按照每条线路终端所在处进行确认。如果元件是节点，那么区域名称就按照节点所在处进行确认。如果元件是区域间的断面，那么区域名称就按照断面连接进行确认。 基准电压:指的是与越限元件相关联的最大电压。如果元件是线路，那么最大电压值显示线路较高电压值端的电压。如果元件是节点，那么最大电压定为节点的正常电压。如果元件是断面，且它由很多条线路组成，那么最高电压列出所有线路终端电压的最大值;否则，它会显示-9999.9。 9.6 暂态稳定计算 9.6.1 概述 电力系统暂态稳定是指电力系统受到大干扰后，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力。电力系统遭受大干扰之后是否能继续保持稳定运行的主要标志:一是各机组之间的相对角摇摆是否逐步衰减;二是局部地区的电压是否崩溃。 通常大干扰后的暂态过程会出现两种可能的结局:一种是各发电机转子间相对角度随时间的变化呈摇摆状态，且振荡幅值逐渐衰减，各机组之间的相对转速最终衰减为零，各节点电压逐渐回升到接近正常值，使系统回到扰动前的稳态运行状态，或者过渡到一个新的稳态运行状态。在此运行状态下，所有发电机仍然保持同步运行。这种结局，电力系统是暂态 157 稳定的。另一种结局是暂态过程中某些发电机转子之间的相对角度随时间不断增大，使这些发电机之间失去同步或者局部地区电压长时间很低。这种结局，电力系统是暂态不稳定的，或称电力系统失去暂态稳定。发电机失去同步后，将在系统中产生功率和电压的强烈振荡，结果使一些发电机和负荷被迫切除。在严重的情况下，甚至导致系统的解列或瓦解。 为了保证电力系统的安全性，在系统规划、设计和运行过程中都需要进行暂态稳定计算分析。电力系统暂态稳定计算的目的在于确定系统受到大干扰(如发生短路故障、负荷瞬间发生较大的突变、切除大容量的发电、输电或变电设备等)以后，系统各发电机组是否能维持同步运行，分析影响电力系统暂态稳定的各种因素，并在此基础上研究提高电力系统暂态稳定性的措施。即当稳定性不满足规定要求，或者需要进一步提高系统的传输能力时，需要研究和采取相应的提高稳定措施。例如:电气制动、快速调整汽门、切机、单相重合闸等的研究。另外，在系统发生稳定性破坏事故以后，往往需要通过暂态稳定计算进行事故分析，找出稳定破坏的原因，并研究相应的对策。特别是随着大容量远距离输电和大电网互联的发展趋势以及新型元件的投入运行，电力系统稳定问题的研究和计算更是一个至关重要的课题。 9.6.2 算法和模型 PowerWorld/Simulator暂态稳定程序是用于分析电力系统在稳态下受到各种干扰时的系统动态行为之有力工具。如前所述，暂态稳定是研究系统受到大干扰后，同步运行稳定性的问题。因此，暂态稳定计算首先是以某一稳态的潮流计算结果作为初始状态。此外，暂态稳定计算的数学模型包括一次电网的数学描述(网络方程)和发电机，负荷，无功补偿，直流输电，发电机的调压器、调速器、电力系统稳定器动态特性的数学描述(微分方程)以及各种可能发生的扰动方式的模拟等。 因此暂态稳定计算的数学模型可归为以下三个部分: (1)电网的数学模型，即网络方程: 0,g，，x,y (9.1) (2)发电机(励磁系统、电力系统稳定器、原动机调速器)、负荷等一次设备的数学模型，即微分方程: dx，，,fx,y (9.2) dt 上述两式中，x为描述系统动态过程的状态变量;y为系统中的代数变量;f、g为适当维数的函数。 (3)扰动方式的模拟，如电网的三相短路故障以及切机、切负荷、切线路等操作。这些因素的作用结果是改变x、y，即系统节点导纳矩阵和微分方程组要作相应的修改。 对于上述的微分代数方程组，其计算方法基本上可分为两类:一类是直接法，一般根据能量函数的原理，对系统的稳定性直接加以判断;另一类是分步积分法，根据一步步求出的系统变量轨迹，分析和判断系统的稳定性，后者是广泛应用的基本方法。 PowerWorld中的暂态稳定算法采用分步积分法，该方法可简述如下:采用四阶龙格-库塔法求解微分方程;采用直接三角分解和迭代相结合的方法求解网络方程;微分方程和网络 158 方程两者交替迭代，完成一个时间段的求解。 9.6.3 稳定计算建模 暂态稳定计算中，需要考虑一次设备的动态模型。目前，PowerWorld暂态稳定分析程序支持多种同步发电机及其励磁系统、电力系统稳定器、原动机调速器系统和负荷的模型。 1. 发电机模型 PowerWorld/Simulator稳定分析程序中的发电机模型支持BPA、GE 和PTI 三种电力系统仿真软件的发电机模型。当然，其中有部分发电机的模型是相同的，在此只列出支持BPA软件中的发电机模型及其数学方程。 1)负的负荷模型。在潮流中具有非零发电出力的母线在暂态计算中如不用发电机卡表示，程序自动把发电机出力转换为负的负荷。对应BPA中的LN卡。 ,2)经典二阶模型，即恒定模型(GENCLS)。此模型的数学方程为 E , ,,,uEXiri,，,ddqqad,,,,u,E，Xi,ri (9.3) ,qqddaq,2dd,,,T，D,T,Tjme2,dtdt, ，,,,,,EEE,E，jE上式中，恒定，其中、为恒定常数。注意，此模型不能与励磁系统模型dqdq 联用。 ,,,,,EEE3)考虑、、电动势变化的5阶模型(GENSAL)。该模型一般用来模拟凸极机dqq (水轮机)，使用二次型函数来模拟同步电机空载饱和特性。其数学方程为 ,,,,,，,uEXiri,ddqqad,,,,,u,E，Xi,riqqddaq,,,,dEq,,,,,,,,,，，T,E,E,X,Xid0qqddd,dt,,,dE,X,Xqdd (9.4) ,,,,,,,，，T,E,E,E,Ed0fqqqq,,,dtX,X,dd,,,dEd,,,,,,,,,，，T,E,E，X,Xiq0ddqqq,dt,2,,dd,T，D,T,Tjme2,dtdt, ,,,,,EEE4)考虑、、电动势变化的5阶模型(GENSAE)。该模型一般用来模拟凸极机qdq (水轮机)，与GENSAL的差别在于在考虑同步电机空载饱和特性特性曲线时，使用指数型函数来模拟。 ,,,,,,EEEE5)考虑、、、电动势变化的6阶模型(GENROU)。该模型一般用来模拟qdqd 隐极机(汽轮机)，使用二次型函数来模拟同步电机空载饱和特性。其数学方程为 159 ,, ,,,,,u,E，Xi,ri,ddqqad,,,,,u,E，Xi,riqqddaq, ,,,dEq,,,,,,,,,，，T,E,E,X,Xid0qqddd,dt,,dE,X,X,qdd,,,,, (9.5) ，，T,E,E,E,E,d0fqqqq,,,dtX,Xdd,,,,dEd,,,,,,,,，，T,E,E，X,Xi,q0ddqqqdt, ,,X,X,dEqqd,,,,,,，，T,,E,E,Eq0ddd,,,dtX,X,qq,2,,dd,T，D,T,Tjme2,dtdt, ,,,,,,EEEE6)考虑、、、电动势变化的6阶模型(GENROE)。该模型一般用来模拟ddqq 隐极机(汽轮机)，与GENROU的差别在于在考虑同步电机空载饱和特性曲线时，使用指数函数来模拟。 支持GE软件中的同步发电机模型有GENCC、GENCLS、GENROU、GENSAL、GENTPF和MOTOR1等。 支持PTI软件中的同步发电机模型有CIMTR1、GENCLS、GENDCO、GENROE、GENROU、GENSAE、GENSAL和GENTRA等。 2. 励磁系统模型 PowerWorld/Simulator稳定分析程序中的励磁系统模型支持BPA、GE和PTI三种电力系统仿真软件的励磁系统模型。当然，其中有部分励磁系统的模型是相同的，在此只简要说明支持BPA软件中的励磁系统模型，详细的传递函数框图可参考PowerWorld用户手册。 BPA中的励磁系统分为E和F两个系列。E系列励磁系统主要是IEEE在1968年定义的，而F系列主要是IEEE在1981年定义的模型以及部分新的励磁模型。 E系列包含9个励磁系统模型，分别为BPA_EA(连续、旋转直流励磁系统)、BPA_EB(无刷旋转交流式励磁系统)、BPA_EC(改进型无刷旋转交流式励磁系统)、BPA_ED(复式励磁系统)、BPA_EE(不连续调节变阻式励磁系统)、BPA_EF(无刷旋转交流励磁系统)、BPA_EG(可控硅励磁系统)、BPA_EJ(大古力电站3#机型的励磁系统)、BPA_EK(交流励磁系统)。 F系统包含21个励磁系统模型，分别为BPA_FA(直流整流子励磁机励磁系统)、BPA_FB(直流整流子励磁机励磁系统)、BPA_FC(具有不可控整流器的交流发电机-整流励磁系统)、BPA_FD(复合源整流励磁系统)、BPA_FE(具有非连续作用调节器的直流整流子励磁机系统)、BPA_FF(具有不可控整流器的交流发电机-整流励磁系统)、BPA_FG(交流发电机可控整流励磁系统)、BPA_FH(交流发电机整流励磁系统)、BPA_FJ(电势源-可 160 控整流励磁系统)、BPA_FK(电势源-可控整流励磁系统)、BPA_FL(复合源可控整流励磁系统)、BPA_FM(有刷或无刷旋转励磁系统模型?)、BPA_FN(有刷旋转励磁系统模型 )、BPA_FP(有刷旋转励磁系统模型?)、?)、BPA_FO(有刷或无刷旋转励磁系统模型? BPA_FQ(有刷或无刷旋转励磁系统模型?)、BPA_FR(有刷旋转励磁系统模型?)、BPA_FS(有刷或无刷旋转励磁系统模型?)、BPA_FT(有刷旋转励磁系统模型?)、BPA_FU(旋转励磁系统)和BPA_FV(自并励静止励磁系统)等。 支持GE软件中的励磁系统模型有31个，而支持PTI软件中的励磁系统模型更多，有46个。 3. 电力系统稳定器模型 电力系统稳定器(PSS)模型必须与励磁系统模型配套使用，即要使用PSS模型时，必须先选择好励磁系统模型。 PowerWorld/Simulator暂态稳定分析程序中的电力系统稳定器模型支持BPA、GE和PTI 三种电力系统仿真软件的PSS模型。在此只简要列出支持BPA软件中的电力系统稳定器模型的类型，详细的传递函数框图可参考PowerWorld用户手册。 支持BPA软件的PSS模型有6个，其中BPA_SS、BPA_SP、BPA_SF和BPA_SG的传递函数相同，只是输入变量不同，这四个模型有两个输入信号，其中一个输入信号相同，均为发电机端电压偏差，另一个输入信号SS型采用轴滑差、SP型采用加速功率、SF型采用母线频率变化、SG型采用电磁功率偏差。BPA_SH的输入信号为发电机输出的有功功率，而BPA_SH+的输入信号为原动机输出功率、发电机输出功率和发电机角频率偏差。 支持GE软件中的PSS模型有4个，支持PTI软件中的PSS模型有11个。 4. 原动机+调速器模型 PowerWorld/Simulator稳定分析程序中的原动机+调速器模型支持BPA、GE 和PTI三种电力系统仿真软件的原动机+调速器模型。在此只简要说明支持BPA软件中的原动机+调速器模型，详细的传递函数框图可参考PowerWorld用户手册。 支持BPA软件的原动机+调速器模型有6个，BPA_GG模型为调速器和原动机组合在一起的模型，用作水轮机和汽轮机通用模型;BPA_GH模型为调速器和原动机组合在一起的模型，用作水轮机调速器和原动机模型;BPA_GSTA模型由汽轮机液压调速器模型和原动机模型组合在一起的模型，其中GS表示汽轮机调速器模型，TA表示无再热器汽轮机模型;BPA_GSTB模型由汽轮机液压调速器模型和原动机模型组合在一起的模型，其中GS表示汽轮机调速器模型，TB表示串联组合、单再热器汽轮机模型;BPA_GSTC模型由汽轮机液压调速器模型和原动机模型组合在一起的模型，其中GS表示汽轮机调速器模型，TC表示串联组合、双再热器汽轮机模型;BPA_GWTW模型由水轮机调速器模型和原动机模型组合在一起的模型，其中GW表示水轮机调速器模型，TW表示水轮机模型。 支持GE软件中的原动机+调速器模型有15个，支持PTI软件中的原动机+调速器模型有26个。 161 9.6.4 故障操作设置 暂态稳定计算时，一般都需要设置一定的扰动，包括扰动发生的时间和内容，当前，PowerWorld/Simulator稳定分析程序中支持的故障操作的类型包括: (1)母线扰动设置，分别有母线发生三相直接接地短路、母线发生经某一阻抗三相接地短路、母线经某一导纳三相接地短路和母线故障清除操作等四种类型。 (2)发电机扰动设置，分别有投入发电机(原来处于停止状态)和切除发电机(原来处于开机状态)这两种类型。 (3)负荷扰动设置，分别有投入负荷(原来处于闭合状态)和切除负荷(原来处于打开状态)两种类型。 (4)并联补偿器扰动设置，分别有投入并联补偿器(原来处于闭合状态)和切除并联补偿器(原来处于打开状态)两种类型。 (5)支路(交流线路/变压器)扰动设置，分别有支路上任何位置发生三相直接接地短路、支路上任何位置发生经某一阻抗接地短路、支路上任何位置发生经某一导纳三相接地短路、支路上故障清除、支路打开操作(原来处于闭合状态)以及支路闭合操作(原来处于打开状态)等六种类型。 9.6.5 仿真控制设置 1. 模型统计和浏览 当分别完成电力系统各元件的动态模型的创建工作后，就可以在PowerWorld/Simulator 中方便地统计并一一浏览。 在运行模式或编辑模式下，点击“高级功能>暂态稳定信息>暂态稳定实例概况”，会弹出一个如图9-37所示的对话框。 图9-37 暂态稳定模型概况对话框 对话框上分类统计出暂态稳定文件中所有的动态模型。包括:模型名称(Model Name)、有效模型总数(Active model Count)、无效模型总数(Inactive model Count)等信息。注意，一个系统元件可以选择多个模型类型，但是只有一种类型可以被激活(在复选框中打勾选中即可)而有效。 在运行模式或编辑模式下，点击“高级功能>暂态稳定信息>暂态稳定发电机概要”，会弹出一个如图9-38所示的对话框。 162 图9-38 发电机暂态稳定模型概况对话框 对话框上显示暂态稳定文件中发电机所述的同步发电机模型、励磁系统模型、调速器模型和稳定器模型的名称。 若要浏览暂态稳定文件中的动态模型参数，用户可通过两种途径打开。其一点击“实例信息”按钮，打开如图9-39所示的实例信息对话框并打开暂态稳定文件夹，分别点击“励磁系统”、“发电机模型”、“稳定器”和“调速器”，可以对其一一浏览。也可在运行模式或编辑模式下，点击“高级功能>暂态稳定信息>励磁系统或调速器或发电机模型或稳定器”，程序会分别弹出相应的对话框，用户可以对其一一浏览。 图9-39 实例信息浏览器:发电机模型对话框 2. 暂态稳定计算相关设置 在完成系统元件的动态建模工作后，要进行暂态稳定计算，必须完成下述设置。在运行模式或编辑模式下，点击“高级功能>暂态稳定„”，程序会弹出一个如图9-40所示的对话框。 在“仿真控制”标签页，可以设置仿真开始时间、结束时间和仿真步长。仿真的开始和结束时间以秒为单位，而仿真步长可以按照秒或周期来设置。 暂态稳定计算的扰动设置可在“暂态稳定事件列表”下面的任何空白区域点击鼠标右键，在弹出的菜单栏中选择“插入„”，程序将自动弹出如图9-41所示的对话框。用户可以设置扰动发生的时间以及扰动内容(参见9.6.4节)。 在图9-40的对话框的“选项”标签页下的“一般”标签页中，包含下述选项: (1)保存到PWB文件选项。可以通过三个可选项来选择是否保存稳定参数和结果。 (2)发电机基准容量选项。发电机、稳定器以及调速器的参数都是基于同一基准容量。发电机基准容量有两个选项，分别为“使用各自的基准功率值”和“使用相同的功率基准值。前者为发电机的基准容量，后者为潮流计算时系统的基准容量(一般为100MVA)。 163 图9-40 暂态稳定分析窗口对话框 图9-41 暂态稳定事件对话框 (3)事件和结果中的节点标识。在进行扰动设置和计算结果的显示时，可以选择显示的内容。 (4)自动更新并传递结果到潮流选项。 (5)当实例具有暂态模型时显示确认对话框。 (6)合法性检查。 (7)最大允许角度差(度)。当最大角度差超过该设定值时，程序将停止仿真。 在图9-40的对话框的“选项”标签页下的“系统设置”标签页中，包含下述选项: (1)电力系统参数。在该选项中可以设置系统基准频率:一般设置为50Hz并显示系统功率基值:100MVA(不可设置)。 164 (2)无穷大节点。根据实际电网特点，可以设置“没有无穷大节点”、“平衡节点为无穷大节点”，用户可以点击鼠标分别切换。 )相角基准设置(仅当没有无穷大节点时使用)。用户可以点击鼠标分别切换系统中(3 所有“发电机角度平均值”、系统中所有“发电机角度加权平均值”、“发电机机端电压角度”、“发电机内电势角度”和“同步参考结构(无相角偏移)”。 “初始化时参考角度设为0”:在复选框中勾选时有效。 “基准相角发电机选择”:选择一个参考发电机。 (4)调速器快关阀门设置。 3. 模型错误/警告检查 点击暂态稳定分析对话框上的“错误/警告”标签页，切换到动态模型的错误/警告检查功能页面，点击“合法性检查”即可检查当前实例的暂态稳定性分析的设置是否有错误。 根据对模型中参数的检查，对话框上将分别统计并显示“错误数量”和“警告数量”的个数，同时在对话框的下方罗列出程序检查出来的错误/警告参数及其所对应的模型。如果有错误需修改仿真参数或模型参数。 例如，当对上述实例1设置了暂态稳定模型参数和仿真参数后，点击“合法性检查”将给出如图9-42所示的错误/警告。说明母线3的发电机参数需要修改或修改暂态仿真步长。原因是当发电机模型中设置了次暂态时间常数时，次暂态时间常数必须比暂态仿真的时间步长大两倍。此实例中设定的母线3发电机的次暂态时间常数为0.03秒，而仿真步长设置为0.02秒。因此可将仿真设置为0.015秒以下。 图9-42 实例1暂态稳定性分析合法性检查结果 9.6.6 仿真结果 1. 计算结果显示 当实例中所有暂态稳定计算的元件模型、仿真控制参数设置完成，并在“合法性检查”中没有错误/警告信息时，点击“暂态稳定分析窗口”对话框中的“暂态稳定计算”按 165 钮，即可完成暂态稳定计算，主对话框将自动切换到“结果”页面，显示计算所得的结果(经过用户设置所制定的结果或默认下的全部结果)，如图9-43所示。 图9-43 暂态稳定性计算结果 数据表格中第一列为仿真计算次数，第二列为与计算次数所对应的时间，从第三列开始，首先列出所有发电机的各种暂态稳定计算结果数据，然后为所有母线的计算结果数据。发电机的暂态稳定性计算结果数据分别为发电机的功率角(转子角度，单位为度或弧度)、转子的相对角速度或绝对角速度、输入机械功率、输出有功率、输出无功功率、发电机端电压(标幺值)、励磁电压、励磁电流和电力系统稳定器电压。母线的暂态稳定性计算结果数据分别为母线的电压幅值(标幺值)、相位角(度或弧度)、频率偏差(Hz)、母线所连接的发电机有功功率、发电机无功功率、负荷有功功率和负荷无功功率。 2. 曲线绘制 为了更直观地进行暂态稳定性分析，PowerWorld暂态稳定性计算结果的数据可以绘制成曲线图形，其过程如下。 首先，在对话框下方的表格上选择需要绘制曲线的电气量所在的列，右击鼠标，在弹出的菜单中选择“数据列曲线„”，即可弹出绘制好的曲线对话框，如图9-44所示。图9-44的数据曲线为实例1暂态稳定性计算结果母线1的1#发电机的功率角随时间变化的曲线。 在绘制曲线对话框的左边，罗列出所有的用户指定的变量，用户用鼠标即可选择特定的变量并绘制其曲线。用户可以自定义曲线的粗细、颜色和线形。 绘制的曲线默认的横坐标为时间，通过对话框中“横轴变量”的下拉选项，可以选择数据列中其它数据作为横坐标。例如如果要绘制母线1的1#发电机输出功率-功角特性特性 166 曲线，可将图9-44中的横坐标选择为母线1的1#发电机的输出有功功率，然后点击“绘图”按钮，则可得到如图9-45所示的数据曲线。 图9-44 暂态分析结果数据列曲线绘制对话框 图9-45 实例1的1#发电机的有功功率-功率角特性曲线 PowerWorld暂态稳定计算可在一张图中绘制多条不同的曲线。其操作过程为在罗列的数据变量中，首先选择想要添加的数据序列变量，然后双击该变量的“Plot?”列显示的“NO”，将其改为“YES”，最后点击“绘图”按钮，则将该数据序列添加到右侧的图形中。例如，在图9-44所示的母线1的1#发电机转子角度所时间变化的曲线中添加母线3的1#发电机的转子角度变化曲线，依次按照上述操作，得到的图形如图9-46所示。 另外，暂态稳定计算的曲线图形可以保存为“.bmp”文件或复制到Windows的剪贴板中，然后可插入或粘贴到其他应用文件中。其操作过程为在右侧的曲线图形中单击鼠标右键，打开下拉菜单，然后选择“保存”或“复制”即可。 最后，通过选择对话框中的“缩放/选项”，可对曲线图形进行局部放大，以便观察曲线中的细节部分。 167 图9-46 实例1的母线1和母线3的1#发电机转子角度随时间变化的曲线 168