本科毕业论文---基于pws的电力系统电压稳定性研究.doc

陕西理工学院毕业论文

基于PWS的电力系统电压稳定性研究

XX
（陕西理工学院电气工程学院电气工程及其自动化专业093班，陕西 汉中723003）
指导老师：XX
【摘要】：了解可视化电力系统设计的基本思想及发展情况以及电压稳定的基本原理，介绍了Power world Simulator的基本功能和使用方法，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；根据区域电网的模型完成了系统参数的设置，并且对电网各节点的电压稳定性进行可视化的运行分析。通过区域电网实例的分析及运行，验证了该软件的合理性与有效性。
【关键字】：Power World Simulator、建模、仿真、可视化、电压稳定

PWS-based power system voltage stability

Wu Dong
(Grade09,class3,Electrical Engineering and Automation, School of Electrical Engineering, Shaanxi university of technology Hanzhong 723003 Shaanxi)
Tutor:Li Ang

[abstracts]: Understand the basic idea of visualization of Power system design and development and the basic principle of voltage stability, this paper introduces the Power World Simulator, the basic function of the Simulator and the using method, simplified model in Regional Power grid as an example, to build visualization grid model, realize the stand-alone version of visualization of Power system design; According to the Regional power grid model to complete the system parameter setting, and each node voltage stability of power grids for visual analysis of the operation. Through the analysis of Regional power grid instance and operation, verify the rationality and validity of this software.
[Key word ]: Power World Simulator, a computer calculation of the trend, visualization, voltage stabilization

目录
第一章 绪论 1
1.1 电压稳定性研究的意义和背景 1
1.2 国内外研究状况 1
第二章 电压稳定的理论基础 3
2.1 电压稳定的概念 3
2.2 电压稳定的分类 3
2.3 电压失稳的机理研究 4
第三章 电压稳定的静态分析 6
3.1 电压稳定的静态分析的基本原理 6
3.2 P-V曲线的介绍 6
3.3 V-Q曲线介绍 9
第四章 Power World Simulator介绍 11
4.1 Power World 软件介绍 11
4.2 电力系统的建模 12
4.2.1 电力系统单线图 12
4.2.2 仿真环境和参数设置 15
4.3 软件主要功能模块 16
4.3.1 潮流计算（PowerFlow） 16
4.3.2 故障分析(Fault Analysis) 18
4.3.3 电压稳定性分析(Voltage Stability) 19
4.3.4 最优潮流(OPF/SCOPF) 19
4.3.5 事故分析(Contingency Analysis) 20
4.3.6 线性分析(Linear Analysis) 20
4.3.7 可用传输容量分析(ATC) 21
第五章 汉中电网的建模与运行分析 22
5.1 汉中电网的建模过程 22
5.2 电网的运行与分析 22
5.3 最大与最小运行方式 22
5.4 各节点电压稳定性分析 26
第六章 提高电力系统电压稳定性的措施 29
6.1 提高电力系统电压稳定的必要性 29
6.2 电压波动和电压管理 29
6.2.1 电压波动 29
6.2.2 电压管理 29
6.3 提高电压稳定性措施的分类 30
6.3.1 规划设计阶段的措施 30
6.3.2 调度运行阶段的措施 30
6.3.3 实时控制方面的措施 31
6.4 提高电压稳定性的措施 31
6.4.1 采用自动调节励磁装置 32
6.4.2 降低系统电抗 32
6.4.3 系统运行方面的措施 33
参考文献 36
中文翻译 40

I

第一章 绪论
1.1 电压稳定性研究的意义和背景
电力系统是一个复杂的包含很多电气和机电设备的大规模非线性系统，而电力系统稳定性分析作为电力运行和规划当中非常重要的一环，一直受到学界的广泛关注。作为电压稳定性研究的两个方面，电力系统的功角稳定和电压稳定则是研究重点中的重点。一直以来功角稳定受到学者们的广泛关注，随着计算机技术和更先进的控制技术的运用，功角稳定的研究取得了不少有价值的成果。但是受到条件和技术水平的限制，作为电力系统稳定的另一个方面，电压稳定的却发展却停滞不前，直到上个世纪七十年代末期才受到电力学界的广泛关注。
近几十年来不断发生地区、甚至国家的电网电压失稳事故，带来了巨大的经济损失。1972年7月27日湖北电网，1973年7月12日大连电网，1987年6月张家口电网等，这些都是我国近几十年来发生的停电事故，虽然停电范围不大，影响较小，但对于正步入大电网，超高压，大机组，远距离的我国电力系统提供了宝贵的经验。全国联网后，我国电力系统已经跻身于世界最大的系统之一，面临的稳定性问题将更复杂，波及面将更广，由此产生的后果也将更严重。但电力建设普遍落后于经济发展水平，并且此情况在短期内得不到有效的改变，这迫使电力系统常常运行在稳定极限附近状态下。因此，借鉴国外恶性停电事故和我国以往的局部失稳的经验和教训，深入研究电压不稳定的起因，研究加强系统的安全性，对于避免电压崩溃事故的发生具有重大的意义。从而对电压失稳的机理、电网电压稳定指标、防止电压失稳事故发生的策略等一系列研究课题成为研究者们关注的热点。电压是衡量电力系统电能质量的标准之一，电压的过高和过低都将对人身及用电设备产生重大的影响。保证用户的电压接近额定值是电力系统运行调度的基本任务之一，当电力系统的电压偏离允许值时，电力系统必须应用调压技术调节系统电压的大小，使其维持在允许范围之内。否则会对运行中的用电设备造成不良的影响，而且电压下降，使网络中的功率损耗和能量损耗增大，电压过低还可能危及电力系统运行的稳定性。在系统无功功率不足，电压水平底的情况下，某些枢纽变电站所在母线电压发生微小扰动的情况下，顷刻之间会造成电压大幅度下降的“电压崩溃”现象，其后果是相当严重的，可能导致发电厂之间失去同步，造成整个系统瓦解的重大停电事故。所以研究电压稳定性的分析方法，实现对电力系统电压稳定水平的准确评估，提出预防电压失稳的措施，研究电压不稳定的接近程度（稳定裕度）及其机理、影响因素，从而可以找到某些电压薄弱点，并利用并补装置进行补偿，对于防止电压失稳和提高输送电系统的安全可靠性都具有十分重要的意义。
1.2 国内外研究状况
20世纪40年代马尔科维奇已经提出了电力系统电压稳定的问题，但是受到当时电力系统机组容量，网络规模，电压等级及输电距离的限制，电压稳定未受到足够的重视，直到70年代后，世界上一些大的电网连续发生以电压崩溃为特征的大停电事故，造成了巨大的经济损失，引起社会生活混乱，致使电压稳定这一长期被忽视的课题变成关注的焦点，对此国内外进行了大量深入的研究。美国EPRI输电小组在1982年规划电力系统运行的研究方向时把电压崩溃和电压失稳问题作为两个最重要的研究课题，IEEE专门成立了电压稳定的两个专家小组TF38.02.10和TF38.02.11.在众多专家的不懈努力下，取得了丰硕的成果。一般处于对电压崩溃机理的探讨认为电压失稳是由于无功不足造成的，但深入研究表明，电压失稳与整个系统的所有元件的动态特性，系统结构，负荷特性及控制系统等有着密切的联系。
电压稳定研究作为电力系统领域一个重要的课题，在近三十年来取得了很多重要的成果，但是目前仍然存在很多问题，学术界的声音也不统一，目前存在的问题和今后可能的研究方向主要归纳为以下几点：
（1）对电压崩溃机理的认识处于模糊阶段导致对电压稳定性的定义也不明确，不同的专家持有不同的看法。
（2）对各种元件的动态特性缺乏充分，全面的了解。建立符合实际情况的模型仍然是电力系统稳定性分析的重点和难点。
（3）电压稳定和功角稳定是电力系统稳定的两个主要方面，在实际的电力系统中，两者密不可分，不存在单一电压稳定的问题，也不存在单一的功角稳定问题。本文的研究只针对电压稳定。
（4）在进一步研究电压稳定机理的同时，我们应该充分与现实联系起来。首先要解决分析工具的问题，它应该具备以下几种功能：给出定量的电压稳定指标和稳定裕度；能够预测复杂网络中的电压崩溃；能够确定电压失稳或者电压崩溃的极限传输功率；能够识别电压不稳定敏感的弱电压点或者弱电压区域；能够决定临界电压水平，能够识别影响电压失稳或电压崩溃的关键因素；能够对系统特性进行深入的研究和认识以帮助开发校正控制。其次，要指定电压稳定的规划与运行导则，包括以下几点：无功的补偿优化配置（何地安装哪类，多少容量的无功源）；无功的储备和稳定裕度的确定；线路保护，发电机保护与系统内在要求之间的协调；如何使用励磁调节系统；系统运行调度人员的操作。

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第二章 电压稳定的理论基础
2.1电压稳定的概念
电力系统的稳定涉及到电力系统的大部分电气元件及各种负荷，因此对于电力系统中的电压稳定现象不同的研究人员就有不同的见解。关于电力系统电压稳定的概念一直备受电力界的争议，而关于电力系统稳定的概念也一直有多种的定义，主要包括以下几条术语：
《电力系统安全稳定导则》中将电压稳定性定义为：电力系统受到小的或者大的扰动后，系统电压保持或者恢复到允许范围内，不发生电压崩溃的能力。
IEEE（美国电气和电子工程师协会）电压稳定工作小组在1990年最早给出了电压稳定性，电压崩溃和电压安全性的定义。报告中指出：如果电力系统能够维持电压来确保负荷增加时，负荷消耗的功率随之增大，则认为系统是稳定的，反之，认为系统不稳定。
CIGRE（国际大电网会议）TF38.02.10工作组与1993年的年度报告中提出：在系统受到一定扰动后，邻近节点负荷电压达到扰动后平衡的值，并且受扰动的状态处于扰动后稳定平衡的吸引区域内，那么就认为系统的电压是稳定的，不然，如果扰动发生后平衡状态下负荷邻近的节点电压低于可接受的极限值，那么就认为系统电压崩溃。
CIGRE和IEEE在2004年联合发布报告认为：电压稳定是指电力系统在初始的稳定状态受到扰动后维持母线电压稳定的能力。这种维持系统稳定的能力受到系统中负荷侧和发电机的限制。下面是2004年IEEE和CIGRE在“电力系统稳定性的定义和分类”中关于电压稳定性的定义的一些论述。
电压稳定性是指电力系统遭受到偏离给定的起始运行条件的扰动后维持系统中各节点稳定电压的能力。它取决于电力系统中维持/恢复负荷需求和负荷供给之间的平衡。可能产生的电压不稳定以某些母线电压持续的下降或者不断上升的形式发生。电压不稳定可能的结果是一部分区域失去负荷，或者传输线断开，可能造成其停运或者造成磁场电流限制器的越限。
在我国的电力界，研究人员关于电压稳定的定义达成的共识为：”电力系统电压稳定是指系统在受到扰动后，在系统特性和负荷特性共同作用下，维持负荷点电压在平衡点运行的能力。”一些专家还强调电压稳定是维持系统电压在可以接受范围内的能力；也有部分专家认为，所谓的维持电压的稳定就是对电压的可控性，即向负荷点注入无功时电压应该升高，反之电压失稳。总之对于各种各样的说法，还没有一个被学界完全接受，清晰的电压稳定的定义。
电压失稳：既是电力系统失去稳定，表现在电力系统电压持续下降（或上升），从而导致系统的控制系统达到工作极限，并加速系统电压失去稳定的现象。
电压崩溃：由于电压的不稳定最后导致系统电压的大面积，大幅度的下降的过程。电压崩溃包括两个阶段：电压失稳和电压崩溃。一般在电压崩溃之前都会有较缓慢的电压失稳现象，这一过程可能只有几秒钟，也有可能长达几分钟甚至几十分钟。在这个过程中腰考虑电力系统各个电器元件对电压的影响，比如发电机的励磁系统，PSS，SVC,负荷特性等等。
2.2 电压稳定的分类
电压稳定按扰动的性质不同可以分为“小扰动电压稳定”和“大扰动电压稳定”两类。
（1）小扰动电压稳定
小扰动电压稳定是指系统在受到小的电压扰动后（负荷的缓慢变化）维持各个节点电压在一定范围内的能力。在电压稳定分析中，小扰动通常结合非线性的分岔理论来研究电压失稳的机理。由于小扰动下系统可以线性化，因此可以在这种电压稳定分析中使用矩阵特征值，参与因子，灵敏度等小扰动稳定分析中的常用手段。
（2）大扰动电压稳定
大扰动电压稳定是指系统在经历诸如断线，短路，切机等故障后系统维持电压稳定的能力。这种能力由系统的负荷特性，连续与离散的控制和保护共同作用所决定的。大扰动稳定的确定需要在合适时间长的时间内观察系统的非线性动态特性以便获取如ULTC和发电机励磁电流限制器等一些装置的相互的作用情况。研究的阶段可从几秒延长到几十分钟。因此需要通过长期的动态模拟仿真分析。大扰动稳定的判据，是在给定扰动及其随后的系统控制后，所有的母线都必须达到可以接受的稳态水平。
2.3 电压失稳的机理研究
电压失稳最本质的原因还是功率的平衡的问题，电力系统稳定性分析的前提是系统必须包含一个平衡节点。
当电力系统的节点提供的无功和有功能够满足负荷的需求，切平衡节点能够提供抑制系统扰动的能力的情况下，电力系统的电压即为稳定，反之当系统不能维持这种平衡，从而导系统电压的持续下降，最终电力系统崩溃。
在电力系统运行不正常时，首先是接近重负荷地区的发电机组停运，这样就加重了其它母线的传输压力，在平衡节点不能维持系统电压稳定的情况下，无功得不到必要的补偿，断路器工作，将重负荷线路转移到其它线路，导致其它线路的无功损耗大大增加，电压降低，断路器断开，引起级联跳闸。
由于负荷中心无功的缺乏带来周围电压的降低，这将反过来影响配电系统，将导致负荷二次侧电压的下降，此时变压器工作，在很短时间内将电压水平恢复到初始状态。而变压器分接头的每一次变化都将引起传输母线传输的负荷加重且加大了线路的损耗，增加的负荷又反过来因此高压传输线路电压的降低。在高压传输母线的功率极限每增加1MVA，相应的线损将增加几兆瓦，随着变压器分接头的每一次动作，发电机提供的无功将增加，在这种无功输出加大的情况下，系统内发电机输出的无功达到极限的电机越来越多，在第一台发电机的电压出现下降，在其端电压下降的情况下维持恒定的功率输出，导致定子电流变大，这将进一步限制无功的出力。为了保持这台发电机的定子的电流不超过一定范围，这台发电机将负荷转移到相邻的发电机上，在这样的循环中，一台台电机达到它的运行极限，在这种情况下电压不稳很容易发生。同时在无功补偿装置不够的情况下，也削弱了无功补偿装置的作用。
以上是对电压失稳的分析，这种状况持续得不到改善将会引起电压崩溃造成大面积停电事故。下面以一简单系统为例分析这一过程。

图2.1 单机系统
通过图2.1分析电力系统变量之间的关系。变量主要包括有功功率，无功功率，电压幅值，电压相角。
送端功率：
（2.1）
得到：
（2.2）
（2.3）

（2.4）
（2.5）
得到单机供电方程：
（2.6）
（2.7）
将式(2.6)代入式(2.7)式得：
（2.8）
解得电压与受端负荷功率的关系为：
（2.9）
从上式可以看出，的最小值当时存在最低点的电压，既稳定运行时的临界电压，可见，越大，既有功负荷越大，系统要求的最低稳定运行电压越高。同时还可以看出受端有功过大（P）过大，或者系统输电电抗（X）过大，或系统电压过低，为了保护受端负荷的稳定运行，受端区域必须有足够的无功补偿，除了补偿无功负荷外，还必须向系统输入一定的无功，用来持受端母线电压有足够高的运行电压水平才能稳定运行。当系统电源电动势E下降，一般会导致受端母线电压随之降低，从而引起受端负荷P、Q值的变化。假设P对电压变化不敏感取定值，当E下降时，降增大。如果要保持原来的受端母线电压，那就要相应的增加受端的无功补偿，如果不能随E的下降而相应的增大此无功补偿，受端母线电压将下降。并且，通过送端与受端的功率比较，可以看出线路功率损耗为：
（2.10）
从式(2.10)可以看出，随着有功传输的增大，线路两端的相角差将增大，而从式(2.8)中可以看出，线路两端相角差增大，则线路上无功的损耗将增大，随着有功传输的增大，线路上消耗的无功也将增大。并且可以看到，在传输相同的有功时，如果传输线路两端电压低，则相角差将增大，将导致消耗的无功也要增大。

第三章 电压稳定的静态分析
3.1 电压稳定的静态分析的基本原理
电压稳定的静态分析方法是沿时间轨迹捕捉不同时间断面上的系统状态。通过假设断面上的系统状态变量的微分为零，从而将描述非线性动态电力系统的微分—差分—代数方程组简化为纯代数方程组。由于早期的电压失稳事故多表现为中长期电压失稳过程，其时间跨度较长，而且通常是由于负荷的缓慢增长或系统输出功率转移而导致的，因此在较长的一段时期内，静态分析方法成为电压稳定研究的主流。
静态电压稳定性的研究经历了较长时间的积淀，取得了丰富的研究成果。由于这种分析方法在一定程度上能较好地反应系统的电压稳定水平，并能给出电压稳定性指标以及对状态变量、控制变量等的灵敏度信息，便于系统的监视和优化调整，能够较好地适应实际应用的要求。
在静态分析方法中，忽略了电力系统中动态元件的动力学特性，其所要求的系统元件模型相对简单，一般为稳态或准稳态模型。随着对电压稳定认识的深入，越来越多的静态分析模型中考虑了系统实际调节和限制特性，使得静态分析方法更加符合电力系统实际。
在电力系统静态电压稳定分析中，发电机有功功率由发电机输出功率决定，另外由于励磁调节作用，使得发电机的母线电压幅值能够维持在一定范围内，所以对于发电机节点，有功功率P、电压幅值V可以给定，而电压相角、无功功率Q待求。因此，发电机通常以PV节点表示。但在潮流计算过程中，有可能出现发电机节点为了维持给定的电压，无功出力可能超过容许范围，特别是当电力系统无功电源不太充裕时，往往出现PV节点无功越界的现象。因此，需对PV节点的无功功率加以监视，当无功功率超出给定范围时，通常的做法是将该节点的无功处理固定在限制值上，将该节点由PV节点转化为PQ节点。当然，若某些发电机的有功出力、无功出力给定，待求量为电压幅值和相角时，则将作为PQ节点处理。
另外，由于在潮流计算中通常需指定一个平衡节点，节点的电压幅值和相角为给定，待求量为有功功率和无功功率，也称为V节点。
负荷是电力系统的组成部分，负荷模型的选取是电压稳定研究的基础，在很大程度上影响电压稳定的分析结果。由于电力系统负荷由各种不同种类的负荷所组成，不仅组成情况随时发生变化，而且各个节点的负荷构成也不尽相同，要准确的获得各个节点的负荷模型是很困难的。因此，往往根据研究内同和目的的不同，对负荷模型也作相应的简化。在潮流为基础的静态电压稳定分析中，通常只考虑负荷的静态特性模型。
电压稳定的静态分析方法是建立在系统潮流方程的基础上，其电压稳定的临界点，在物理上是系统达到最大传输功率的点，在数学上是系统潮流雅可比矩阵奇异点。因此，从本质上来说，静态电压稳定分析是研究潮流是否存在可行解的问题。
3.2 P-V曲线的介绍
电力系统电压失稳往往发生在系统接近最大传输功率运行阶段。在临界状态下，如果负荷在增加相当小的数量，系统电压变回急剧下降，导致系统电压失稳。PV曲线是一种基于电压稳定机理的基本静态电压稳定分析的工具，其中，P可以表示为某区域的总负荷，也可以表示传输断面或区域联络线上的传输功率，V为关键母线电压。通过建立负荷与节点电压的关系，能够形象地、连续地现实随负荷的增加，系统电压降低乃至崩溃的过程。同时，通过计算系统中各节点的PV曲线，能够得到关于系统电压稳定性的两个重要参量：负荷点的临界电压和极限功率，可用以指示系统的电压稳定裕度，表征各负荷节点维持电压稳定性能力的强弱。
图3.1 简单的电力系统
对于图3.1 所示的简单电力系统：
（3.1）
（3.2）
其中我们取 ，则：
（3.3）
（3.4）
将式(3.3)代入式(3.4)式得：
（3.5）
对于单位功率因数，；对该式求导并令其等于零，由此可求得临界电压和最大功率。
(3.6)
(3.7)
(3.8)
以及
(3.9)
另外，在功率最大点处，。
对于电阻性负荷情况，可以证明当负荷电阻R等于电源电抗X时功率为最大值
(3.10)
当负荷为纯阻抗，表示送端发出的无功功率，Q表示负荷无功功率，求“电压崩溃临近指标（Voltage Collapse Proximity Indicator,VCPI）” 。即有：
(3.11)
(3.12)
(3.13)
(3.14)
同样可验证有关最大功率的理论，以标准化形式表示如下
(3.15)
(3.16)
电压崩溃临近指标（VCPI）的计算方法如下：
(3.17)
(3.18)
(3.19)
(3.20)
由以上计算结果知，当系统由空载变化到最大负荷时，电压V的数值由E降到，而VCPI则从1增加到无穷大。这表明在接近最大负荷功率时，如果负荷功率有一微小增量，则需要送端增加相当大的无功来满足负荷要求。因此VCPI可以看作为系统逼近电压崩溃的一种灵敏性指标，类似的灵敏性指标还有相应的无功备用的启动用量和无功损耗大小。
对于简单的模型，图3.2所示为一簇标准化的P-V曲线，分别对应着不同负荷的功率因数。功率因数越超前（并通过并联补偿来获得超前的负荷功率因数），最大功率值越大，相应的临界电压也越高。这是电压稳定性问题中非常重要的一个因素。

图3.2 恒定电源（无穷大）和纯阻抗网络条件下的标准化P-V曲线
PV曲线的顶点对应着系统的负荷能力极限状态，即电压稳定的临界点。PV曲线的上半支是高电压解或可行解，是系统能过稳定运行的平衡点，下半支是低电压解或不可行解，是系统不平衡点，当系统负荷逐渐增加将使得系统运行点从PV曲线上半支向下半支过度，在拐点处系统将失去稳定，为电压运行的临界点。
3.3 V-Q曲线介绍
根据图3.2所示的标准化P-V曲线，可以作出系统相应的V-Q曲线，当P恒定时，Q和V之间对应的关系（每个功率因数对应两个点）如图3.3所示。

图3.3 单电源单负荷系统的VQ曲线
由图可以看出，高负荷水平下的临界电压值很高，因此无功裕度小，电压稳定性差。曲线的右侧，是电压稳定的，代表系统的正常运行区域，其斜率可以表示母线的电压稳定性强弱；左侧，是电压不稳定的，代表系统的不稳定运行区域；曲线的底部，为电压稳定的临界点。
对于大型电力系统，VQ曲线可以通过一系列潮流计算求得。它表示关键母线电压与该母线无功功率之间的关系。假设在潮流计算程序中，观测母线装有虚拟同步调相机，不收无功功率限制，为PV节点，通过设置不同端电压值，得到对应的无功功率输出值，然后将电压作为独立变量，为横坐标，无功功率作为纵坐标，且容性为正，感性为负，即可得到VQ曲线。
VQ曲线能够反映母线的无功裕度。如果曲线的最低点在V轴的上方，曲线与V轴无交点，则表示系统的无功不足，若没有无功注入，则无法运行，需要附加无功补偿避免电压崩溃。如图3.3中的p=0.75和p=1.0所示，其最低点与V轴的垂直距离代表一个负的无功裕度，表明系统运行中，至少需注入的无功功；如果去曲线的最低点在V轴的下方，则曲线将与U轴存在两个交点，如p=0和p=0.25所示，其最低点与V轴的垂直距离表示系统具有的无功裕度。
通过VQ曲线，可以了解电压稳定性和无功补偿要求，而且获得曲线的计算速度快，收敛性好，能够反映无功补偿的需求、无功裕度以及电压的稳定性。因此，VQ曲线在电压稳定分析领域的应用相当广泛。但是VQ曲线也存在自身的局限性，当系统规模大时，如果需要对很多节点的每个功率水平和每个故障计算VQ曲线，计算量很大。除此之外VQ曲线只能给局部补偿的要求，不能给出全局的最优补偿方案。

第四章 Power World Simulator介绍
4.1 Power World 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。
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。
Power World程序有2种重要的操作模式：编辑模式和运行模式。编辑模式用来创建新模型或修改己存在的工程示例；而运行模式则用来模拟演示实际系统，使用程序具有的各种先进的工具对所建立的电力系统模型进行各种可视化分析。通过点击程序栏的EDIT MODE（编辑模式）和RUN MODE（运行模式）按钮，可在两者之间随意切换。每种模式下菜单中的命令不同
帮助和查错工具。Power World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V23～30所用的原始数据类型、IEEE通用格式和GEEPC等格式来存储工程。
编辑面板（Edit）包括一些工程编辑工具。可剪切或复制单线图上的单个设备或原件并把它粘贴在原图或其他图中。同样也可通过通常的选取操作或矩形框对一组元件进行相同的操作。用插入面板（Insert）按钮可在现有的单线图上添画新组元。这些组元包括电力系统的元件如节点、输电线、变压器、负荷、发电机和“地区(AREA)”,“区域（ZONE）”以及诸如“饼图(PIECHART)”等提供测量、标注和咨询信息的框件。也可添加文本框或矩形、椭圆形、弧形等形状的显示框，而这些均与系统中其它设备无关。
通过格式面板（Format）可改变字体、颜色、线型、图形放大比例及其原件所属层次等。也可设定不同绘图参数的缺省值，并在必要时重设这些值。为显示复杂的电力系统运行图，Power World可视化分析程序可放大和移动单线图。可在图像缩放面板中直接指定放大的尺寸，也可通过选定图中某一矩形区域来设定放大倍数。本栏包含一对话框.可以通过它选择以某一母线为中心显示单线运行图。
通过选项/信息栏（Options)，可迅速查阅Power World可视化分析程序的有关信息和设置选项。可设置有关仿真和求解的选项、定义过滤显示、进行单步潮流计算、电压等高线动态着色、各种运行报表和区域控制误差分析、网络拓扑结构分析、二维和三维可视化运行图切换以及工程所包含的原件的所有属性和相关运行参数和控制参数的显示和修改。这两个栏目在编辑模式和运行模式下根据需要不尽相同。
工具栏（Tools）提供母线运行信息浏览、全网潮流浏览和指定母线或线路潮流运行信息、静态安全分析、可用传输容量ATC计算、短路电流计算、各种灵敏度分析、电气岛分析、网损计算、功率传输分布因子计算、强制潮流设置与计算、地理信息功能加载（GIS）、制作影视剪接，负荷和出力调整等高级功能。仿真栏（Simulation）提供仿真所采用的各种算法，包括极坐标和直角坐标的牛顿－拉夫逊法、快速解耦算法、单步法、交直流系统混合潮流计算、鲁棒性潮流加速计算、最优潮流计算、潮流计算启动终止设置和不收敛的处理办法以及脚本文件的相关处理。最优潮流（LPOPF）栏提供常规最优潮流计算、考虑各种运行约束和经济约束的最优潮流计算以及相关参与最优潮流的系统各种原件参数的设定和修改。
电压安全性和稳定性分析工具（VSAT）以内置的牛顿一拉夫逊法进行的潮流计算为基础，允许用户在某特定传输容量下求解多重潮流解，从而得到给定节点的PV或QV曲线。电压安全性和稳定性分析（VSAT）的目的是在用户定义的传输容量自动增加时允许用户监视系统的任一参数。电压安全性和稳定性仿真计算结束后用户可用可视化仿真曲线显示所监视的参数。
除了上述各功能，Power World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。
4.2电力系统的建模
4.2.1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Power World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EDITMODE完成，其过程如下：
（1）创建工程示例从File栏选取新建实例（New Case）项，创建一个新的工程示例文件。
（2）添加发电机元件
从绘图栏中点击网络并选择发电机（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。

图4.1 单选发电机

图4.2添加发电机
（3）发电机选项对话框详解（如图4.2）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和运行模式下的发电机信息对话框是完全相同的。
母线编号（Bus Number）：1和999之间的可以用来识别附在发电机上的母线一个数。下拉列表列举了示例中所有满足由区域/地区/所有者筛选（a