电力工程实验 指导书使用powerworld.docx

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电力工程实验指导书使用powerworld

电力系统分析

实验指导书

中北大学计算机与控制工程学院

2014年4月

实验一仿真软件的初步认识

一、实验目的

掌握电力系统的结构组成，了解电力系统的主要参数，熟悉PowerWorld电力系统仿真软件（简称PWS）的基本操作，在此基础上用PWS建立一个简单的电力系统模型：

步骤为：

1、添加母线元件2、添加发电机元件3、添加变压器4、添加传输线5、调试调解潮流6、查看潮流结果及系统信息。

二、实验内容

（一）PowerWorld电力系统仿真软件的基本操作

1、创建新工程

点击PowerWorld图标

，在下拉框中选取新建实例，创建一个新的工程面板，如图1-1。

图1-1创建新工程

2、添加母线元件

这时程序自动进入编辑模式，选择绘图页面中网络下拉菜单下的节点，如图2.1-2。

图1-2编辑模式下单选母线模型

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，如图1-3。

填入母线相关信息，再单击确定，则母线添加完毕。

图1-3添加母线

母线选项（母线选项）对话框详解

该对话框用于在编辑模式期间查看或修改系统里的每一条母线的信息。

●母线编号（母线编号）：

1和999之间的唯一的编号用于识别母线。

可以利用字段右边的旋转按钮迅速的移动到下一个地区（点击向上的箭头）和移动的上一个按钮（点击向下的箭头）。

●按编号查找（通过编号查找）：

通过编号来查找一个母线，把编号键入母线编号（母线编号）字段并点击该按钮。

●母线名字（母线名）：

母线的唯一的字母标识符可以由多达八个字符所组成。

●按名字查找（通过名称查找）：

通过名字来查找一个母线，把名字键入母线名字（母线名）字段并点击该按钮。

●标签（标签）：

点击该按钮将打开预定的别名对话框，该对话框列出了所有的标签和为已选母线指派的别名。

●高级查找（查找。

。

。

。

。

。

）：

如果不知道正在查找的准确的母线编号或母线名字，点击这个按钮打开高级搜索。

●确定保存所有的改变并且关闭对话框。

●保存（保存）保存所有的改变，但是不关闭对话框，这就允许用户应用，例如按编号查找（通过编号查找）命令来编辑额外的母线。

●取消（取消）关闭对话框，忽略所有的改变。

母线信息栏

●区域编号（区域编号）：

母线的区域编号，每一条母线必定和一个区域记录相关联。

如果在模型里，一条母线被确定为属于一个并不存在的区域，那么将会创建该区域。

●区域名字（区域名）：

母线的区域的字母标识符，如果该区域已经存在，没有必要键入这个值。

●地区编号（区域编号）：

母线的地区编号，在1和999之间。

每一条母线必定和一个地区记录相关联。

如果在模型里，一条母线被确定为属于一个并不存在的地区，那么将会创建该地区。

地区为拆分大的电力系统提供了一个有用的机制。

母线能被分配到独立于它们的区域指派的地区。

因此，单个区域可以包含多重地区，或者单个地区能横跨多个区域。

可以利用地区对话框把母线列表在一个特定的地区并且很容易地把一组母线从一个地区移动到另一个地区。

●地区名字（区域名）：

母线地区的字母标识符。

如果该地区已经存在，没有必要键入这个值。

●所有者的编号（所有者编号）：

母线的所有者的编号。

●所有者的名字（所有者名）：

母线的所有者的名字。

●变电站编号：

母线所在的变电站的编号。

●变电站名字：

母线所在的变电站的名字。

●额定电压：

母线的额定电压，单位KV

●系统的松弛母线：

仅仅在如果母线可以被看作是系统的松弛母线时才选择。

每个示例至少需要一个松弛母线。

●电压（单位电压），角度（度数）：

母线当前单位电压的大小和角度。

如果用户把一条新母线插入一个已有系统，那么将不会改变初始的单位电压值，而是，当第一次切换到运行模式时，仿真器将将估计新母线的电压大小和角度，以这种方式来减少最初的不匹配。

只有在没有以任何方式修改电压的情况下，这个自动估计才是有用的。

画面栏

●方向：

设置母线的方向。

通用的选择是右、左、上、下。

对通用的母线对象矩形和椭圆形，右和左类似于水平方向，上和下类似于竖直方向。

●形状：

设置母线对象的形状。

●像素浓度（像素大小）：

母线的浓度，单位是像素

●宽度：

确定椭圆形母线的水平轴或者矩形母线的水平侧的长度。

●高度：

确定椭圆形母线的竖直轴或者矩形母线的垂直侧的长度。

●高度和宽度的比例：

当选择该选项时，改变宽度将致使高度也自动的调整以保持高度和宽度有不变的比例。

想要不依赖于宽度来调整高度，可以不选择该选项或者在调整好宽度后再单独调整高度。

●链接到新母线：

如果右键点击母线并且打开母线信息对话框（母线信息对话框），那么就可以在母线编号（母线编号）字段里改变该母线的编号并且点击该键强行把单线图上的母线链接到新母线编号和负荷潮流数据库里的信息。

附加设备栏

1-4母线附加设备栏

●节点负荷总计：

在母线旁边显示净余有功负荷和无功负荷。

从显示上用户不能改变这两个字段的任意一个。

●并联导纳：

母线旁并联补偿的实部和虚部分别表达为有功和无功。

3、添加发电机元件

同样从网络下拉菜单中点选发电机，如图1-5。

图1-5单选发电机模型

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，如图1-6。

填入发电机相关信息，再单击确定，然后适当调整发电机位置，则发电机添加完毕。

图1-6添加发电机

发电机选项对话框详解（如图1-6）

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（母线编号）：

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（区域/地区/所有者过滤器）所确定的标准的发电机的母线。

用户可以直接从下拉列表中选择一个母线编号，或者用户可以利用旋转按钮循环通过发电机母线列表来选择。

●母线名字（母线名）：

附在发电机上的母线的一个字母标识符，可以有多达八个字符组成。

利用下拉框和有效的区域/地区/所有者筛选（区域/地区/所有者过滤器）一起来查看示例中所有发电机名字的列表。

●ID：

文字和数字的ID可以用开区别和母线相连的多个发电机。

匹配值是1。

●燃料类型：

这个模型表示发电机所用的燃料类型。

在大多数示例中，对于正常的负荷潮流分析该字段时多余的，因此匹配值是未知的，但是在考虑安全性的最优潮流分析中要用到该值。

●机组类型：

表示发电机机组的类型，例如联合循环、蒸汽、水等。

●按编号查找（通过编号查找）：

通过编号和ID来查找一个发电机，把编号键入母线编号（母线编号）字段，把ID键入ID字段，并点击该按钮。

●按名字查找（通过名称查找）：

通过名字和ID来查找一个发电机，把名字键入母线编号（母线名）字段，把ID键入ID字段，并点击该按钮。

●高级查找（查找……）：

如果不知道正在查找的确切的发电机的编号或名字，点击这个按钮打开高级搜索。

●状态（状态）：

发电机的状态，既可以是闭合的（连接到终端母线上），也可以是断开的（没有连接到终端母线上）。

用户可以利用该字段来改变发电机的状态。

●区域名字（区域名）：

对终端母线区域的字母标识符。

●同终端母线有相同的所有者（与末端母线的所有者相同）：

是只读选项，表明发电机和终端母线的所有者是否是同一个。

●标签（标签）：

点击该按钮将打开预定的别名对话框，该对话框列出了所有的标签或者为已选发电机指派的别名。

为了使发电部分更详细，该对话框上另有六个信息区域：

画面信息；有功和电压控制；成本；事故参数；所有者、区域、地区；备忘录。

发电机有功及电压控制控制栏

●有功输出：

发电机的当前有功出力。

●最小和最大的有功输出：

发电机的最小和最大的有功输出约束。

如果做了实行有功约束选项，那么模拟器将不允许有功输出低于最小值或者高于最大值。

●可用（AGC）：

确定发电机是否可用自动发电装置（AGC），通常应该选中该选项。

但是，有时用户想要手动控制发电的输出（比如你要使用发电机来排除一线路越限），在这种情况下，用户应当不选择该项。

任何时候用户手动地改变发电机的输出时，把发电机放在“手动”控制上。

如果希望发电机参与区域发电调度，那么可以把发电机放回到“onAGC”。

●实行有功约束：

如果选中该项，发电机将实施最小和最大有功约束，倘若也选择了在PowerWorld模拟器选项对话框上的约束标签（限制级Tab）上的实施发电机有功输出。

如果选中该字段并且一个发电机有功越限，那么会立即改变发电机的有功输出。

●分配因子：

分配因子是用来定义当发电机可用AGC并且区域是分配因子控制时的反应负荷的发电机的有功输出如何变化。

当用户利用PTI原始数据格式打开示例时，该字段初始化为发电机每单位功率额定值。

因此，分配因子信息并不以PTI格式保存。

●有功斜率约束：

当按次数运行仿真时，发电机的每次步长不会超过该值，必须打开全局选项以遵守发电机斜率约束。

●无功输出：

发电机的当前无功出力。

仅仅当没有选中可用AVR时，用户才可以手动改变该值。

●最小和最大的无功输出：

确定最大或最小的允许的发电机无功输出。

●可用：

确定发电机是否可用自动电压调整（AVR）。

当选中该项时，发电机将自动改变它的无功输出以保持期望的终端电压在确定的无功范围之内。

如果达到一个无功界限，那么发电机将不再能够保持其电压在设定值，并且其无功将保持在界限值恒定。

●应用能量曲线：

如果选中，那么发电机的无功功率约束就确定应用无功能量曲线。

无功能量曲线描述了发电机无功功率约束和其有功功率输出的依赖关系。

因此，将应用最小无功输出和最大无功输出字段里的固定值。

发电机的无功能量可以用显示在对话框底部的表格来定义。

更详细的信息请看发电机无功能量曲线。

●调节母线编号：

发电机正在调节的母线电压的母线的编号。

通常是发电机的接线端母线，而并不一定是。

多个发电机能调节同一个远程母线，但所调节的母线一定不是另外一个发电机的母线。

如果发电机是松弛节点，那么它必定调节自己的接线端电压。

选择母线信息,其它,远端控制母线查看远动调节母线对话框（，该对话框识别所有的能远动调节的母线。

●定值电压：

确定期望的发电机在调节母线调节的每单位定值电压值。

调节母线不一定是发电机的接线端母线。

●远动调节百分比：

该选项仅仅用于在不同的母线的多个发电机调节一个远动母线（例如：

不是它们的接线端母线）时。

该字段确定远动母线维持其应有发电机供应的电压所需要的总的无功功率的百分比。

匹配值时100%。

如果总值不是100%，那么所有的将矫正所有的调节因子以得到一个调节百分比。

发电机成本栏（如图1-7）

发电机信息对话框（运行模式下）的成本标签页是用来显示和改变与发电机的运行成本相关联的值。

想要了解更详细请看发动机成本信息。

成本数据可以用发电机成本数据文档保存或加载。

图1-7发电成本信息

●成本模型：

模拟器能把发电机看作没有成本模型，或者既可以是三次方成本模型也可以是分段线形模型。

用户所选择的成本模型决定了对话框余下的内容。

●单位燃料成本：

燃料的成本，单位是$/MBtu。

仅仅当用户已经选择用三次方成本模型时才能指定该值。

●可变的运行和维修成本：

运行和维修成本。

仅仅用于三次方成本模型。

●固定成本：

与运行机组相关联的固定成本。

发电机故障参数栏（如图1-8）

当运行一个故障分析时，用到该标签页上的参数。

图1-8发电机故障参数信息

●发电机基功率：

对发电机假定的基功率。

当对内部的发电机参数计算故障分析值时，用到该值。

●中性点接地：

如果发电机已经中性点接地，请选择该项。

●与发电机相连的变压器：

如果对发电机的内部模型，那么所作的与升压变压器相连的发电机的电阻、电抗和分接头设置。

匹配情况下，假定没有内部变压器模型。

●内阻抗：

这些字段表征了发电机三个相序的内阻抗。

匹配情况下，这三组值和发电机负荷潮流内阻抗是相同的。

这三组值都可以修改，即可以手动修改，也可以用故障分析对话框从一个外文档加载值。

●中性点接地阻抗：

发电机的中性点接地阻抗。

这些值和零序导纳矩阵一起使用。

注意：

如果发电机原形模糊地模拟与发电机相连的升压变压器即使确定了中性点接地阻抗，将不会用中性点接地阻抗。

所有者、区域、地区栏（如图1-9）

该标签页用于显示或改变发电机的所有者信息、区域信息和地区信息。

图1-9发电机所有者、区域、地区信息栏

●所有者：

通常，模拟器支持四个发电机四个所有者。

想要添加发电机的所有者，把其中一个字段该为新的所有者编号，然后更新所有者的百分比。

想要修改其中一个所有者所有权的百分比，只要修改那个所有者所在字段的百分值即可。

如果把一个所有者的百分比设置为0，那么该所有者将会从元件的所有者的列表中移除。

用户也可以通过把那个所有者的所有者字段改变为0来把所有者从元件所有者中移除。

注意：

如果用户没有设置所有指定所有者中的新所有者的百分比，因为总共为100%，那么当在发电机对话框上点击保存或者确定时，模拟器将自动校正该百分比使得总共为100%。

●区域编号、区域名字：

发电机所属区域的编号和名字。

注意：

用户可以把发电机的区域改为和终端母线的区域不同的值。

●地区编号、地区名字：

发电机所属地区的编号和名字。

注意：

用户可以把发电机的地区改为和终端母线的地区不同的值。

4、添加变压器

用1.2节相同的方法添加138kV的母线2、18kV的母线3。

从插入栏中点选变压器模型，如图1-10。

图1-10点选添加变压器

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，如图1-11。

填入变压器相关参数，则变压器模型添加成功。

图1-11变压器控制信息对话框

变压器选项对话框详解（如图1-11）：

需要说明的是，线路选项对话框与变压器选项对话框一样，这里一并讲解。

线路/变压器信息对话框用于查看、设定系统中相关传输线及变压器参数。

也可通过本对话框插入新的传输线及变压器。

●起始母线编号及名字。

对于变压器，起始母线即为有分接头边。

●末端母线编号及名字。

●回路：

用一个2字母长度的量区分连接相同两条母线的多条线路。

默认值为“1”。

●通过编号查找：

通过输入始端母线及终端母线编号和电路标识符寻找线路或变压器。

鼠标单击该键，按扩展键的表遍寻系统中的线路和变压器。

●通过名字查找：

通过输入始端母线及终端母线名字和电路标识符寻找线路或变压器。

鼠标单击该键，按扩展键的表遍寻系统中的线路和变压器。

●查找…：

在不知道欲寻找的始端或终端母线号或名字时，通过鼠标单击该键可启动高级搜索引擎。

●从末端计：

本项仅适用于线路及变压器连接两个地区做为联络线路的情况。

当本项被选择为联络线路时，元件的始端被定义为从末端计。

否则，使用终端母线计算。

默认值为使用始端母线计算。

计算端的确定在电力传输中十分重要，因为哪部分计算传输成本要由其决定。

●默认所有者（与母线相同）：

只读选项。

显示线路所有者是否与母线所有者相同。

●首端和末端目线额定电压：

终端总线的铭牌电压，单位为KV。

●首端和末端目线区域名：

终端母线所属的控制区名字。

●标签：

鼠标单击本键，打开SubscribedAliases对话框，列出选定分支的标签。

●确定,保存,删除,和取消：

鼠标单击确定键将保存修改并退出本对话框；鼠标单击保存键将保存修改但不退出对话框。

通过本选项，可以使用例如通过编号查找命令来编辑附加负荷等功能；鼠标单击删除键删除当前负荷；鼠标单击取消键退出对话框，不保存修改。

参数/显示栏（如图1-12）：

图1-12变压器参数设置栏

图1－13传输线/变压器参数及显示信息框

●状态：

元件的当前状态。

●电阻,电抗,并联补偿（B）：

元件标幺值的电阻、电抗及并联电纳（B）

●限制级：

以MVA为单位为传输线路或变压器分级。

PowerWorldSimulator仿真环境允许最多八个不同限制级。

●线路并联补偿：

选择查看补偿对话框。

用于更改并联线路的值。

●计算每一单元阻抗：

鼠标单击打开每单元线路阻抗计算器对话框。

用于实际阻抗及当前约束与标幺值阻抗及视在功率之间的相互转换。

●长度：

获取线路长度的信息。

●把线路转换成变压器：

鼠标单击将当前选择的传输线路转化为变压器。

使变压器用于指定场合。

●像素大小：

显示对象的象素大小。

●锚定：

选择该项，负荷项与相应负荷连接，随负荷改变而改变。

详见锚定Objects。

●连接到新母线：

创建新线路与对话框中的实体相连接。

与保存键有相同的功能。

注意：

在这里加入新线路并不是在显示的线上加入新的传输线路。

新线路只在本模型中存在。

可以用常用的方法（例如主菜单中的插入,线路）将新建立的线路模型加入到线路。

●符号段：

仅对变压器及电容器组对象有效。

将包含变压器或电容器符号的支路命名为“segment”。

每个segment包含线路最高点之间的一部分，以从母线开始计数。

●符号大小：

仅对变压器及电容器组对象有效。

指定支路中变压器或电容器符号的大小（宽度）。

●符号百分长度：

符号在包含其分支的segment上的长度。

变压器控制栏（如图1－14）

图1－14变压器控制信息

变压器用于不同幅值电压之间的转换或规范有功、无功潮流的传输。

大部分变压器被设计成为满足电压转换或满足有功或无功潮流传输的线圈。

这种变压器称为LTC变压器（load-tap-changing）或TCUL变压器（tap-changing-under-load）。

另一种变压器称为移相变压器（或phaseshifter）。

移相变压器通过改变相位角来控制通过其的MW潮流，其应用没有LTC变压器广泛。

主要应用于电力系统中有功功率的控制。

●非额定调节比和相移度：

非额定变比项包括电压变化信息；相移度项包括相移角度。

如果变压器不是自动控制，这些值都可以手动改动。

非额定抽头比决定了相于对应额定变化的相对变化。

该值通常在0.9到1.1之间变化。

对于相移变压器，相移角度范围通常为-40°到40°之间。

对于LTC和装配变压器，相移角度项应为非零。

如果变压器按三角-星形或星形-三角方式配置，其值应为大约+/-30°。

当进行错误分析时，变压器的配置十分重要。

●在编辑模式下，对话框还显示变压器种类。

有如下可能：

1）无自动控制在本控制设置中，变压器将工作在给定的变比及相移上。

除非用户手动改变参数，变压器将保持其工作状态；2）AVR（自动voltageregulation）当工作在自动电压控制状态，变压器自动保持在基准母线（通常为变压器的一条终端母线）电压在给定的单位值下最大和最小值之间变化。

可通过鼠标单击自动控制选项键获取参数。

注意：

仅在指定基准母线的前提下才能使用自动控制。

LTC变压器的抽头位置由其从指定位置移动的步数决定（在非额定情况下其比率为1.0）。

当非额定的变比大于1.0时，称抽头位于“raise”位置，用其数值后的“R”来表示。

相应的，当非额定的变比小于1.0时，称抽头位于“low”位置，用其数值后的“L”来表示。

例如，一个步长为0.00625、非额定变比为1.05的变压器，其抽头位置应该为8R。

仅当变压器脱离自动电压控制模式时，抽头位置才可以由手动改变。

在此，左键鼠标单击抽头位置抽头上升一步，右键鼠标单击下降一步。

●在并行控制变压器时，PowerWorldSimulator仿真环境也会监测整个过程以避免控制器相互矛盾及潜在的抽头位置矛盾。

否则将会引起变压器对象的不必要循环。

本项操作是默认的，但可以在潮流求解一般选项中将其关闭；3）无功功率控制当工作在自动无功功率控制模式下，变压器抽头在用户指定的范围内自动地改变以保持通过变压器（从母线测量）的无功潮流。

无功功率控制参数通过鼠标单击自动控制选项键查得；4）相移控制显示变压器基准值和阻抗对话框对话框。

用户可通过本对话框设定变压器单位参数。

鼠标单击确定将全部变压器参数值转化为普通潮流求解选项中设定的系统基准值。

当变压器工作在相移控制模式下，变压器相移角自动改变以保正通过变压器的MW潮流（从from母线测量）在最大、最小值之间变化。

相移角度的限定在最小和最大相移字段中设定，单位为度。

这些参数通过鼠标单击自动控制选项键查得。

相移角度以离散的步数改变，每步大小在步长字段中设定，单位为度。

当相移角按步长增加时，MWPerPhaseAngleStepSize为controlledMWflow值变化提供基准。

串联补偿器栏（如图1－15）：

图1－15串联补偿器信息

●状态：

补偿器本身具有二种状态：

旁路及运行。

当串联补偿器处于运行状态时，其支路视为参数/显示页的线路参数无功支路进行处理。

如果补偿器处于旁路状态，将会给补偿器引入一个小阻抗（并联）支路。

注意：

支路状态的打开或闭合用来指示全部电路都在工作，而与补偿器自身的旁路或运行状态无关。

●是串联补偿器：

选中该项，将把该支路看做具有旁路或运行状态的串联电容器。

短路参数栏（如图1－16）：

图1－16短路参数

●零序阻抗

●零序线路并联导纳

●接地阻抗

●配置。

配置仅决定了变压器绕组怎样接地，相移需要在变压器控制栏作为控制数据输入。

5、添加传输线

从网络下拉菜单中点选传输线模型，如图1－17。

图1－17添加传输线

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，如图1－18。

填入传输线相关参数，则传输线模型添加成功。

图1－18添加传输线

线路选项对话框与变压器选项对话框一样，已在添加变压器一节中讲解，这里不再赘述。

6、添加负荷

从网络下拉菜单中点选负荷模型，如图1－19。

图1－19添加负荷模型

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，如图1－20。

填入负荷相关信息，再单击确定，然后适当调整负荷位置，则负荷模型添加完毕。

图1－20弹出负荷选项对话框

负载选项（负载选项）对话框详解（如图1－20）:

这个对话框是用来输入和修改系统中负荷相关的参数。

它也可以用来插入新的负载和删除已有的负载。

它与它在RunMode模式中的结构几乎是一样的。

负载信息对话框能用来检查和修改母线负荷的模型。

在负载处点击鼠标右键从菜单中选择Load信息Dia日志就可以看到负载信息对话框。

●母线编号：

用1到99,999之间一个数命名每一条挂了负荷的母线。

下拉控件通过对有效的区域/分区/所有者筛选，对所有负载母线提供列表。

当要在图中插入对象时，母线编号和母线名通常根据对象的位置自动修改。

●母线名：

按照顺序用一个唯一的数命名挂了负载的母线，通过有效的地区/区域/所有者筛选可以在下拉控件中列出所有负载节点的名称。

●ID：

当一条母线上有多个负载时，可以用两个不同的ID加以区别。

默认，负载ID等于“1”。

可以用99个数字表示不同的负载。

●通过编号查找：

可以通过数字或者ID查找负载，将数字输入母线编号栏中，然后将ID数输入到ID栏中，最后点击通过编号查找按钮。

●通过名称查找：

可以通过姓名和ID查找一个负载，在母线编号栏中输入母线姓名，在ID栏中输入ID，点击通过名称查找。

●查找…：

如果用户不知道已有负载母线的代码或者名称，用户可以通过点击查找…打开一个更加高级的搜索引擎。

●状态：

负荷的状态：

闭合（与终端母线相连接）或断开（不与终端母线相连接）。

用此选项改变负载状态。

●区域编号,区域名：

以数字来计数和命名负荷的范围。

●区域编号,区域名：

以数字来计数和命名负荷