电力系统.doc

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Thomas Jeffrey Overbye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、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 Overbye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。
第二章 PowerWorld软件介绍
Power World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Power World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。
Power World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Power World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。
Power World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。
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EDIT MODE完成,其过程如下:
1)创建工程示例
从File栏选取New Case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(Generator Information Dialog)和运行模式下的发电机信息对话框(Generator Information Dialog)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(Transmission Line)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(DC Transmission Line Options)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-terminal dc transmission line)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”(Line Parameters)、“整流器参数”(Rectifier Paramet