仿真软件POWER WORLD SIMULATOR在电力系统分析课程中的应用

2016-05-16闫根弟张曼王雯刘慧林

太原学院学报(自然科学版) 2016年4期

闫根弟，张曼，王雯，刘慧林

（太原工业学院，山西太原 030008）

1 Power World Simulator 软件简介

Power World Simulator 是一款面向对象的电力系统大型可视化分析和计算的软件工具，具有操作界面简单、人机交互性良好、易学易用、仿真界面生动形象等显著特点[1]。可以通过该软件建立各种或简单或复杂的电力系统，该软件最高可建立高达10,000个节点的电力系统，因此可以胜任很多工程实例的模型建立，具有很强的实用价值。

Power World Simulator 仿真器有两种不同的模式，各自有着不同的功能和用途。第一种模式是编辑模式（Edit Mode），在建立新的工程实例模型，插入各种元器件，对模型的修改和变动，都要在编辑模式下进行。在编辑模式下，要完成电力系统仿真初期的很多基础工作；第二种模式是运行模式（Run Mode），在工程实例建立完成后，可以在模式功能区选择运行模式，按下运行按钮，则进入到运行仿真界面。在运行模式下，点击Simulation 选项卡中的Solve And Animate 选项，就可以看到电力系统的仿真运行情况；可以通过这种操作方法来查看电力系统各部分的具体参数，可以按照比例改变任何节点上的负荷信息，并联补偿装置等可变信息，而实时看到改变参数后系统的运行情况；可以进行电力系统最基本的潮流分析、故障分析、暂态稳定分析。

2 电力系统仿真建模

本模型以一个14 节点的电力系统为例，在编辑模式（Edit Mode）下，在Power World Simulator仿真软件中建立起电力系统仿真模型[2]。

1）创建模型：点击File-New Case，可以通过创建单线图来创建一个新的模型，在建模的同时设置元件的参数。

2）先进行14 条母线（BUS）添加：从Insert 栏中选择节点（Bus），在模型的空白处单击，则弹出节点的对话框，设置节点的有关参数，注意电压等级正确设置，再点击确定（OK），这时节点添加完毕。如图1 所示。

图1 添加节点/母线元件

3）然后在这些节点上插入（INSERT）其他元件以及设置它们的仿真参数，步骤类似添加节点，最终的仿真模型如图2 所示。

图2 编辑模式下仿真模型图

3 仿真运行

3.1 电力系统潮流计算

在进行模式（Run Mode）下，点击Simulation选项卡中的Solve And Animate 选项，可以看到电力系统的运行情况。

从图3 中可以看出该仿真模型拥有14个节点，其中2 号母线为平衡节点，还可以清晰地看到各个发电机输出的有功和无功、每条母线上的负载以及每条线路上的潮流分布，绿色箭头表示潮流有功Actual MW Power Flow 流向与分布，蓝色箭头表示潮流无功Actual Mvar Power Flow 流向与分布，图中每个节点上显示有电压标幺值和有名值，接有发电机的母线上还显示了相角。

图3 运行模式下仿真模型图

3.2 电力系统无功补偿后潮流计算

从上面的计算结果可以清晰地看到，好多节点的电压偏移不满足电能质量的要求，超过了要求（-5%），因此需进行调整。这里选择最常用的措施，利用无功补偿。在节点4、6 和9 分别加入无功补偿，并进行大小的调节，使各节点的电压偏移在要求的范围内。补偿后的潮流运行如图4 所示。接有无功补偿元件的4、6 和9 节点可以看到无功补偿大小。图中1 号节点上所接的为备用电机，当发电机中的某一台发生故障或停机检修时，该电机投入运行。

图4 加入无功补偿后仿真模型图

3.3 短路仿真

将网络中各元件序参数设置完成后，在主菜单的 “Tools” 标签页的 “Run Mode” 功能区组点击“Fault Analysis” 按钮即可打开故障分析主画面，如图5 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 “Fault Analysis” 来打开。

故障设置是通过 “Fault Location” 来确定的。可以选择不同的元件（节点、线路）故障、故障类型、线路故障地点。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。

图5 故障分析画面

这里是节点2 至3 连接的线路在线路中间即36%location 发生单相接地短路（Single Line-to-Ground）的仿真。在故障分析主画面，选中单相接地短路（Single Line-to-Ground）按钮，将电流单位选中安培Amps，单线图显示选中Phase A，则短路计算结果如表1 所示，单线图显示结果如图6所示，故障分析信息如图7 所示。