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PowerWorld Simulator在电力系统分析教学中的应用

邵阳 422000)

基金项目:本文系邵阳学院教改课题“PowerWorld在‘电力系统分析’教学改革中的应用研究”的研究成果。

“电力系统分析”是电力相关专业的主干核心课程,由于电力系统是一个庞大、复杂的时变系统,并且该课程具有高度抽象性,传统教学模式更多地拘泥于对具体方法的认识和计算过程的强调,使学生把大量的时间花在公式记忆和公式应用上,导致知识割裂,对很多基本概念理解很模糊,更难于全面把握整个电力系统的概念,造成对实际电网的理解不够深入。在多媒体教学日益普及的今天,亟需借助合适的辅助教学手段提升教学效果。

一、可视化电力系统仿真软件

PowerWorld Simulator(以下简称PWS)融合了多种可视化手段,是一款大型电力系统分析专业商用软件。在算法设计上以高效无缝的潮流计算为基础,以强大的软件功能包为支撑,能够充分满足校内教学以及科研的需求,并且在系统建模过程中体现了良好的用户交互性。 1.优秀的可视化功能

软件开发了多种类型的可视化技术手段来展现电力系统的关键电气信息,包括动画潮流、等高线、三维视图、动态缩放饼图、高亮突显功能、动态格式化、GIS功能、分层显示、过滤器等。动画潮流不仅可以表征数据流动的方向,同时还可以给出线路负载的直观感觉;借助线路饼图的自动变色及放大功能,可方便地获取具体的越限信息;线路等高线有助于从

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整体上去观察和发现全网的薄弱环节。该软件的高级功能,如最优潮流、事故分析、线路传输容量等,需考虑的变量更多,为方便这些领域的研究,软件引入三维可视化技术进行辅助研究。 2.强大的计算功能

PWS的核心是一个综合的、强大的潮流计算软件,它可以有效地求解多达100 000个节点的系统。软件提供单步牛拉法、直流法、快速解耦法、极坐标牛拉法等多种算法供选择,并且经过对稀疏矩阵技术的优化以及潮流算法本身鲁棒性的进一步优化,实现了无缝潮流计算功能,即一旦在图形界面上灵活地修改运行方式(包括进行开断/闭合线路、改变发电机出力、负荷大小、改变网架结构等操作)时,无需任何切换就可以重新进行潮流计算,以可视化的手段展现新的计算结果。借助这种仿真手段,可以实时观察到电网运行方式发生变化时对应的最新潮流及电网运行状况,真正实现了“所见即所得”,这是有别于其他电力系统分析计算软件的。 作为电力系统仿真软件必不可少的部分,该软件还包含了强大的分析功能,即系统静态安全分析、短路计算、灵敏度计算、最优潮流(OPF)/带安全约束的最优潮流(SCOPF)、PVQV分析工具、暂态稳定计算、分时段仿真、差异潮流、电力市场交易等。 3.友好方便的操作界面

二、PWS在电力系统分析教学中的应用 1.电力系统潮流可视化分析

潮流分析计算是电力系统分析课程一个基本而重要的内容,如图1所示,应用PWS做潮流分析,可以直观而形象展示潮流分析的过程和结果。

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在事例中设置了负荷或发电机出力的箭头调节按钮,可以很直观地演示调节负荷或发电机出力,来观察潮流变化情况。在线路和变压器上可以添加饼图,可实时了解它们负载率的变化。母线电压既可以用有名值表示,也可用标幺值表示,电压相角也可很方便地表示出来。有功、无功潮流方向在图1中很清楚地显示出来,这样就容易把握有功、无功流动的内在规律。当线路负载等于自然功率(SIL)时,线路的电压特性曲线是水平的,线路无功网损为0;如果负荷大于SIL,线路消耗无功,负荷电压幅值低于送端电压值;相反,负荷小于SIL,线路发出无功,负荷的电压幅值大于送端电压值。线路、变压器、负荷、补偿等都可以设置断路器,实现这些设备可视化的投退,并可实时查看随之变化的电压、电网潮流转移等全面的综合信息。PWS可视化分析使这些原本抽象枯燥的理论概念一目了然。 2.电力系统最优潮流可视化分析

电力系统最优潮流OPF(Optimal Power Flow),本质上是求解一个大型的非线性(Linear Programme,简称LP)规划问题。目的就是当系统的结构参数及负荷情况给定时,在满足系统各种约束条件下,通过调节控制变量使指定的目标函数值达到最小。PWS中OPF就是将OPF计算和LMP(Locational Marginal Price,节点边际电价)计算结合,考虑输电系统的各种约束,边缘成本局部化,是结合了电力市场知识的LP问题。通过线性规划计算,按照最低成本的目标函数对机组MW作最优分配,并计算出各节点电价LMP,用来指导市场交易。

仿真中,用户可以通过改变机组有功出力和相角变换器来进行控制。发电机总成本,为LP OPF关注的目标函数,最终希望经过求解可以实现

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PowerWorldSimulator在电力系统分析教学中的应用邵阳 422000)基金项目:本文系邵阳学院教改课题“PowerWorld在‘电力系统分析’教学改革中的应用研究”的研究成果。“电力系统分析”是电力相关专业的主干核心课程,由于电力系统是一个庞大、复杂的时变系统,并且该课程具有高度抽象性,传统教学模式更
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