中北大学2012届毕业设计说明书1 引言随着国民经济的持续稳定发展，我国电力系统的规模越来越庞大，其网络结构越来越复杂，输电线电压等级越来越高，电网运行方式的变化越来越频繁[1]，电力系统基础计算分析工作量越来越大，数据录入和计算结果显示要求越来越快速准确，电能质量的要求越来越高为了应对这些新形势下的新问题，电力系统可视化技术应运而生 电力系统可视化技术[２]，是可视化技术与电力系统分析有机结合的产物它指的是利用可视化技术，按照某种算法，将电力系统设备的各种属性、系统运行状态数据处理后，用图形或图像的方式直观显示出来的技术其目的是使系统运行人员更方便、更明晰地了解当前系统的运行状态，以便采取更有效、更有针对性的运行控制措施Power World[３]是美国伊利诺斯大学开发的电力系统可视化仿真软件包，它以潮流分析为核心，采用动画式多色彩的单线圈等可视化技术，模拟电力系统在给定时间内的运行状况，从而直观生动的阐述了电力系统运行的基本概念本设计的目的在于熟练地掌握这一软件，验证其计算性能，对电力系统仿进行潮流计算和短路故障分析，将分析计算结果以可视化的形式直观地表现出来，为进一步的电力系统分析和设计提供基本依据。
2 电力系统分析仿真软件Power World介绍Power WorldV11.0版集电力系统潮流计算[４]、灵敏度分析、静态安全分析[５]、短路电流计算、经济调度EDC/AGC，最优潮流OPF[６]、无功优化，GIS 功能、电压稳定分析PV/QV、ATC计算[８]、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[７]在Power World可视化分析程序中，输电线路的投切、负荷调整[９]、发电机的投退及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[９]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。
2.1 基本功能 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 Power World的用户界面上各个菜单的功能如下：文件面板（File）可进行存盘、打印、读取等操作编辑面板（Edit）包括一些工程编辑工具插入面板（Insert）按钮可在现有的单线图上添画新组元格式面板（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[12]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[10]、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[11]的处理办法以及脚本文件的相关处理 最优潮流（LP OPF）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）[12]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2.2 高级功能 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，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[13]、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[14]、常用表达的定义、移相器建模[15]、直流线路建模、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。
3 潮流计算3.1 潮流计算概述3.1.1 潮流计算的含义和意义电力系统潮流计算是电力系统最基本的计算，也是最重要的计算潮流计算的含义是：在系统正常稳态运行时，已知运行方式、负荷、某些发电机的功率和某些节点电压，求解整个系统的电压和功率分布，包括各节点的电压大小和相位、各支路的电流及功率损耗和传输潮流计算的用途：检查系统各元件是否过负荷[16]，检查各节点电压和支路电流是否满足要求或越限，计算功率损耗、判断功率的分布和分配是否合理潮流计算的意义：它是现有电力系统运行分析和扩建、新系统规划设计、调整运行方式、选择电气设备和供电方案、继电保护[17]和自动装置定整计算[18]、系统安全性[19]和可靠性估计、电力系统故障计算和稳定计算等工作的基础3.1.2 潮流计算的一般步骤建立电力系统数学模型，确定计算方法，制定计算流程[20]，编制计算程序下面分别简要介绍各个步骤：1．建立数学模型发电机组的模型很简单，以其有功功率和给定的端电压或无功功率表示变压器模型有两种，形或形等值电路模型，等值变压器或形等值电路模型，它们分别用于手算和计算机计算电力线路模型中以架空线路为重点，根据导线的型号和长度，计算线路的阻抗、导纳、电晕、临界电压，短线路模型为单一阻抗，中等长度线路为或型等值电路，长线路模型类似于中等长度线路模型。
负荷模型以给定的有功功率和无功功率表示一般来说，建模之后要进行参数的电压级归算和有名值转化为标幺值，这样使计算方便2．确定迭代计算方法电力系统潮流计算问题在数学上是一组多元非线性节点电压方程式的求解问题，其解法关键在于迭代因此，对潮流计算方法的要求可以归纳为以下几点:计算方法可靠地收敛；计算速度快、占用内存量小；计算方便灵活潮流计算曾采用了各种不同的迭代方法，主要有高斯-塞德耳迭代法[21]、牛顿－拉夫逊法[22]、P-Q分解法[23]各种方法的特点如下:（1）高斯-塞德耳迭代法这个方法的原理比较简单，要求数字计算机内存量也比较小，适应当时电子数字计算机制造水平和当时电力系统的理论水平，但它的收敛性较差当系统规模变大时，迭代次数急剧上升,往往出现迭代不收敛代的情况2）牛顿－拉夫逊法牛顿－拉夫逊法是数学中解决非线性方程式的典型方法，它在收敛性、内存要求、速度方面都超过了阻抗法[24]成为只到目前仍在采用的优秀方法解决电力系统潮流计算问题是以导纳矩阵为基础的，因此只要在迭代过程中尽可能保持方程式系数矩阵的稀疏性，就可以大大提高牛顿迭代法潮流程序的效率3) P-Q分解法此法派生于2极坐标表示的牛顿—拉夫逊法，二者的主要区别在于修正方程和计算步骤。
这个方法根据计及电力系统的特点，简化修正方程，虽然迭代次数较牛拉法多，但是每次迭代的时间减少，故在计算速度方面有了很大的提高，迅速得到推广近20多年来，潮流问题算法的研究仍非常活跃，但大多数研究是围绕着改进牛顿法和P-Q分解法进行的此外，随着人工智能理论的发展，遗传算法，人工神经网络，模糊算法[25]也逐渐引入潮流计算，但是，到目前为止这些新模型和新算法还不能取代牛顿法和P-Q法的地位，由于电力系统的不断扩大和对计算速度要求的不断提高，计算机的并行计算技术也引起一些研究人员的兴趣，今后会成为重要的研究领域潮流计算的灵活性和方便性的要求，对数字计算机的应用也是一个很重要的问题潮流程序的编制必须尽可能使计算机人员在计算机计算的过程中加强对计算机过程的监视和控制，并便于作各种修改和调整电力系统潮流计算问题并不是单纯的计算问题，把它当作一个运行方式的调整问题可能更为确切为了得到一个更为合理的运行方式，往往需要根据计算结果修改原始数据在这个意义上，我们编制潮流计算程序时，对使用的方便性和灵活性必须给与足够的重视因此，除了要求计算方法尽可能适用各种修改，调整以外，还要注意输入和输出的方便性和灵活性，加强人机联系，做好界面，使计算机人员能及时监视计算过程并方便地控制计算的进行。
3．制定计算流程计算流程下文将以牛顿—拉夫逊法为例进行详细介绍4．编制计算程序从略3.1.3 利用功率分点解环网电力网络可以分为复杂网络和简单网络复杂网络简化后，可能被视为两类简单网络—辐射形和环形网络的集合，它们的分析方法和一般集总参数交流网络的分析计算方法基本相同辐射形网络的潮流分布计算本质上源于节点电压法，具体体现为由各节点功率平衡觉得网络中的潮流分布环形网络中潮流分布的计算直接运用回路电流法，在求得网络中的功率分点和流向分点的功率后，在功率分点将环网解开[26]，就可以运用计算辐射形网络的方法计算其潮流分布网络中某些节点的功率是由两边向其流动的，这种节点称为功率分点功率分点总是电网中电压最低的点，可在该点将环网解开，将环形网络看作为两个辐射形网络，由功率分点开始，分别从其两侧逐段向电源端推算电压降落和功率损耗，这时运用的计算公式与计算辐射形网络时完全相同3.2 牛顿—拉夫逊法计算潮流3.2.1 变量的分类变量有以下几个：负荷消耗的有功、无功，电源发出的有功、无功,母线或节点电压的大小和相位角、其中负荷消耗的有功和无功功率无法控制,它们取决于用户，称为扰动变量或不可控变量电源发出的有功和无功功率是可控变量，称为控制变量。
母线或节点电压的大小和相位是受控制变量控制的因变量，称为状态变量3.2.2 节点的分类电力系统的的节点一般分为以下三种类型：１．节点这类节点给出的参数是该点的有功率和无功率,待求量为该点的电压向量通常将变电所母线作为节点当某些发电厂的出力给定时，也作为节点在潮流计算种，系统中大部分节点都属于这类节点2．节点这类节点给出的运行参数为该点的有功功率及电压幅值，待求量是该点的无功功率及电压向量的角度这种节点在运行中往往要有一定可调节的无功电源，用于维持给定的电压值因此，这种节点是系统中可以调节电压的母线通常选择有一定无功功率储备的发电厂母线作为节点当变电所有无功补偿设备时，也可以作为节点处理3．平衡节点在潮流计算中这类节点一般在系统中只设一个对这个节点，我们给定该点的电压幅值，并在计算中取该点电压向量的方向作为参考轴，相当与给定该点电压向量的角度为零对平衡节点来说，待求量为该点的有功功率及无功功率，整个系统的功率平衡由这一点来完成平衡节点一般选择在调频发电厂母线比较合理，但在计算时也可能按其它原则来选择例如，为了提高导纳法潮流程序的收敛性，有时选择出线最多的发电厂母线作为平衡节点以上3种节点的给定量和待求量不同，在潮流计算中处理的方法也不一样。
3.2.3 牛顿—拉夫逊迭代法的数学原理牛顿法是解非线性方程式的有效方法这种方法的思路是:先对该方程组设定一组近似解，将自变量的精确解用其近似解加差值表示，即，并以差值为新的自变量，函数与其近似值的差称为不平衡量然后把函数展开成差值的泰勒级数，略去泰勒级数中的高次项，得到线性化的方程组，对其移项整理，写成矩阵方程的形式，就得到所谓的修正方程修正方程的形式是，不平衡量的列向量等于雅可比矩阵乘以差值列向量，即，用解线性方程组的方法解之，可得差值，即得到了新的一组近似解，这样就完成了第一次迭代再将此组近似解作为新设定的近似解带回到原方程中，重复上面的过程，一次次地迭代下去，最终可以获得足够接近精确解的近似值这种方法把非线性方程式的求解过城变为线性方程式的求解过程,即逐次线性化的过程，这是牛顿法的核心电压：实部及虚部，修正方程记为：即3.2.4 节点导纳矩阵有个节点的电力系统导纳矩阵是一个阶矩阵，记作矩阵中主对角线上的元素具有两个相同的下标，称为节点的自导纳，也称输入导纳物理概念上它相当于在等值网络的第个节点与地之间加上一个单位电压，而将其余节点全部接地时由节点流入网络的电流用数学式表示为，实质上自导纳就是在的各节点全部接地时，节点的所有对地导纳之和。
导纳矩阵中非对角元素称为互导纳它的物理意义是在节点与地之间加上一单位电压，其余节点全部接地时，由节点注入网络的电流其数学表达式为实际上互导纳等于节点与节点之间的支路导纳的负值，即节点导纳矩阵是一个对称的稀疏矩阵，这是它的典型特点3.2.5 修正方程和雅可比矩阵牛顿-拉夫逊法的修正方程是：其中，雅可比矩阵为：，各元素的计算公式为：修正方程式还可写成更为简单的形式：雅可比矩阵具有以下特点：1．各元素是各节点电压的函数，迭代过程中每迭代一次各节点电压都要变化，因而各元素每次也变化；2．不是对称矩阵；3．互导纳,与之对应的非对角元素亦为零，此外因非对角元素，故雅可比矩阵是稀疏的3.2.6 牛顿—拉夫逊法迭代流程1．形成节点导纳矩阵；2．设置各节点代电压初始值，；3．计算各节点功率及电压偏移量、、；4．求雅可比矩阵各元素；5．解修正方程式，求出各节点电压的修正量、；6．求解的电压初始值的一次迭代结果，其公式为：；7．用新的初始值代入修正方程，计算新的各节点功率及电压偏移量、、；8．检查计算是否已收敛，若电压趋近于真实解时，功率偏移量将趋于零因而其收敛检验可以用下式进行：，其中，为预先给定的正小数。
若不收敛返回到第4步重新迭代，若收敛则作下一步；9．计算各支路中的功率分布及平衡节点功率，最后打印出计算结果牛顿-拉夫逊法潮流计算流程如图3.1所示输入原始数据形成导纳矩阵给定节点电压初始值 、 V置迭代次数K=0用修正方程计算 ， 检验收敛用各定义式计算雅可比矩阵各元素用修正方程求 ， 计算 ， 计算平衡节点功率，计算各支路功率打印结果结束k=k+1YN图3.1 牛顿-拉夫逊法潮流计算流程4 用Power World仿真潮流计算4.1 在Power World上建立电力系统模型建模过程如下：打开Power World，进入用户界面，选择编辑模式Edit Mode,在主菜单上依次点击File→ New Case，屏幕背景将变成白色在Insert下拉菜单下，选择母线Bus，此时光标变成+形，在要放置母线处单击鼠标左键，弹出母线参数设置对话框，如图4.1所示，输入所需参数，确认后母线添加成功图4.1 母线参数设置对话框中然后再从Insert菜单中选择其他元器件并设置器件参数，如发电机、负荷、并联电容器、输电线路等，添加到图中，并用用输电线将各个元件和母线连接好，模型如下：图4.2 电力系统仿真模型在各个元件旁边添加标注字，注明节点电压幅值、相角、发出或吸收的有功功率、无功功率、潮流饼图、线路损耗等，以显示运行状态，如图4.2所示： 图4.2 加标注的电力系统仿真模型将鼠标放在图中线路上，点击鼠标右键选择bus information dialog项可查看该母线的参数，如图4.3所示：图4.3 节点1参数设置母线二、三、四、五方法同上。
查看输电线参数：将鼠标放在输电线上点击右键，选择line information dialog选项如图4.4所示图4.4 母线四与五之间输电线路参数设置图4.5 母线四与五之间输电线路阻抗计算依据表4.１ 输电线路的已知数据输电线路名称视在功率极限MVA2-50.00450.05000.00000.880012.04-50.002250.0250.00000.440012.02-40.009000.10001.72000.000012.0表4.2 变压器的已知数据母线号最大MVA1-50.001500.02006.03-40.000750.010010.04.2 潮流仿真计算在菜单中Options/Tools →Simulator/environment选项中选择Full Newton Power Flow(牛顿－拉夫逊算法)进行潮流计算，如图4.6所示图4.6 潮流仿真方法设置在运行模式下Run Mode就可以查看潮流仿真结果了图4.7 牛顿-拉夫逊法潮流仿真结果从图中可以看到该系统是五母线系统，母线一和母线三由发电机向系统输入功率，母线一与母线五，母线三与母线四之间用变压器连接在母线二、母线三上分别接有负载。
发电机1和3发出的有功功率流入节点2和3的负载，绿色箭头所代表的是有功功率，而蓝色箭头代表的是无功功率而图中所见的圆饼图标其表示的是各线路或变压器上流动的潮流占线路所承受的功率负荷的百分比4.3 潮流仿真计算结果标幺值计算的基准值为，，母线1、3上的额定电压，，母线2、4、5、6上的额定电压，， 以下的有功功率，无功功率，电压，角度都采用标么值计算母线1，平衡节点，和是未知的母线3，节点，和是未知的母线2、4、5，节点，和是未知的据此，潮流计算仿真结果如图4.8所示：图4.8 节点仿真参数上表转化成Excel表格如表4.3所示下：表4.3 节点仿真参数节点名称基准电压标幺电压实际电压相角(度)有功负荷无功负荷发电机无功发电机无功1151150401.56118.5723450.831286.73-22.728062803151.0515.75-0.718040520342.2943451.018351.50-2.9453450.973335.83-4.63不直接相连的节点之间的互导纳为零，其余相连接的节点导纳按公式计算读取节点导纳矩阵值如图4.9所示图4.9 节点导纳矩阵 表4.4 节点导纳矩阵节点名称节点1节点2节点3节点4节点513.73-j49.72000-3.73+j49.72202.68 -j28.460-0.89 + j9.92-1.79+j19.843007.46-j99.44-7.46+j99.44040-0.89 +j9.92-7.46+j99.4411.92-j147.96-3.57+j39.685-3.73+j49.72-1.79+j19.840-3.57+j39.689.09-j108.58读取雅可比矩阵结果如图4.10所示下图4.10 节点导纳矩阵表4.5 雅可比矩阵名称雅可比方程相角节点2相角节点3相角节点4相角节点51Real Power22.46-7.65-14.813Real Power106.61-106.614Real Power-8.16-105.99153.59-39.445Real Power-15.71-39.23102.892Reactive power-9.913.556.363Voltage Magnitude4Reactive power-2.1312.12-12.382.385Reactive power-3.614.7-8.61名称雅可比方程节点电压2节点电压3节点电压4节点电压51Real Power-7.47-3.49-6.533Real Power12.02-3.754Real Power2.56-11.5512.15-2.455Real Power4.34-4.618.842Reactive power20.28-7.51-15.213Voltage Magnitude14Reactive power-9.82-100.94150.75-40.525Reactive power-18.9-38.51105.694.4 加装无功补偿装置对潮流的影响加装并联无功补偿器前潮流仿真结果如图4.11所示图4.11 未加装无功补偿器时潮流仿真结果加装并联无功补偿器后潮流计算结果如图4.12所示图4.12 装无功补偿器后潮流仿真结果两图对比可明显看出无功补偿装置加装后，线路的无功损耗降低。
5 短路电路计算5.1 短路概述5.1.1 短路的类型电力系统在正常运行情况以外 ，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接叫做短路三相系统中发生的短路有 4 种基本类型:三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路三相短路是称对称短路，其余三类均属不对称短路在中性点接地的电力网络中，以一相对地的短路故障最多，约占全部故障的90％在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路 5.1.2 短路的危害短路电流值远大于额定电流短路点的电弧可能烧毁电气设备，导体会受到很大的电动力冲击，导致导体变形甚至损坏短路还会引起电网中电压降低，使部分用户的供电受到破坏系统短路相当于改变电网结构，引起系统中功率变化，严重时引起并列的发电机失步，大面积停电不对称短路引起的不平衡电流产生不平衡磁通，对通信造成干扰5.1.3 短路计算的意义为电气设备选型、继电保护整定、确定限制短路电流措施提供依据 5.1.4 短路计算的基本步骤 1．制定电力系统故障时的等效网络；2．网络化简； 3．对短路暂态过程进行实用计算5.1.5 短路计算的假设和近似处理1．简单三相电路中发生突然对称短路的暂态过程中，假设电源电压的复制和频率均保持不变，在这种电源称为无限大功率电源，其特点是: 频率恒定（有功变化量远小于电源的有功功率）； 电压恒定（无功变化量远小于电源的无功功率）； 电源内阻抗为0，电压恒定。
实际上真正的无限大电源不存在，常用的判断依据是当功率变化量小于3%电源功率，或者电源内阻抗小于短路回路总阻抗的10%时候，可认为电源为无限大电源2．在计算高压电器中的短路电流时,只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗,而忽略其电阻；对于架空线和电缆,只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻,一般也只计电抗而忽略电阻 3．短路电流计算公式或计算图表,都以三相短路为计算条件因为单相短路或二相短路时的短路电流都小于三相短路电流.能够分断三相短路电流的电器,一定能够分断单相短路电流或二相短路电流4．磁路的饱和、磁滞忽略不计系统中各元件的参数便都是恒定的，可以运用叠加原理5．不对称短路故障可以用对称分量法转化成对称零、正、负三组对称短路故障进行分析，仿照三相对称短路故障6．各元件的电阻略去不计如果短路是发生在电缆线路或截面较小的架空线上时，特别在钢导线上时，电阻便不能忽略此外，在计算暂态电流的衰减时间常数时，微小的电阻也必须计及7．短路为金属性短路 5.2 对称分量法与不对称短路电流计算电力系统发生不对称短路时，尽管除短路点以外，三相系统的元件参数都是对称的，但是，三相电路电流和电压的基频分量都变成不对称的相量。
正序分量、负序分量、零序分量是三组对称的相量，任何一个相量都可以看成一个正序分量、一个负序分量和一个零序分量的合成将不对称相量用这三种分量来表示，转化成对称分量的问题，这就是解决不对称短路电流计算的核心思想应用对称分量法分析计算简单不对称故障时，对于各序分量的求解要借助于复合序网图进行，即根据不同故障类型所确定的边界条件，将三个序网络进行适当的连接，组成一个复合序网，对复合序网进行计算，便可求出电流、电压的各序对称分量 5.3 三相对称短路１．选择基准电压和基准容量基准电压，以选择短路点所在的电网额定电压；基准容量，选择100MVA或系统短路容量2．求元件的电抗标么值3．求短路回路总电抗标么值 从电源到短路点前的总电抗是所有元件的电抗标么值之和4．求三相短路电流周期分量有效值在短路计算中，如选短路点所路额定电压为基准电压，则a相短路电流周期分量为：a相短路电流自由分量为： a相短路电流为：由于三相短路电流对称，故只需将上式中的用（）和（）代替就能得到b、c两相的短路电流5.4 单相接地短路（1）故障边界条件 假定a相接地短路，短路处用相量来示的边界方程为：，用对称分量表示 ： ，（2）复合序网根据故障处的边界条件：三个序电流相等，三个序电压之和等于零，可以将三个序网串联组成一个复合序网。
图5.1 单相接地短路时的复合序网图5.5 两相短路 （1）故障边界条件假定bc两相短路，以相量表示的边界条件方程为：，， 两相短路的以序分量表示的三个边界条件为：，，（2）复合序网图5.2 两相短路时的序网及复合序网图由于相间故障时不存在零序分量，所以复合序网只包括正序和负序网络根据两相短路的边界条件： ，图中的正序和负序网络联成一个复合序网络 (3)电流的计算 根据bc两相短路故障的边界条件和复合序网的接线图得：，故障处的各相电流：，，4)电压计算 根据bc两相短路故障的边界条件和复合序网的接线图得到：，故障处的各相电压为： ，，，远离发电机的地方发生两相短路时，可以认为整个系统的，此时有5.6 两相接地短路 （1）故障边界条件 假定两相接地短路，短路处以相量表示的边界条件为：,, 用对称分量表示： ,（2）复合序网 短路处的各序电压相等，而各序电流之和等于零 图5.3 两相接地短路复合序网图6 用Power World仿真短路电流计算6.1 仿真计算三相对称短路打开软件，在Edit Mode模式下，选择初始电路如6.1所示图6.1 仿真电路图然后，在Run Mode模式下，在节点一处单击右键，选择短路项，弹出短路故障的对话框，再选择短路故障的类型，分别计算三相对称短路／最后点击Calculate则可进行计算。
如下图：图6.2 母线一发生三相短路时各节点电压 表6.1 母线一发生三相短路时各节点电压节点编号相电压 A相电压 B相电压 C相角 A相角 B相角 C100000020.128080.128080.1280814.11-105.89134.1130.299330.299330.2993336.33-83.67156.3340.238410.238410.2384134.68-85.32154.6850.109410.109410.1094130.73-89.27150.73由于在母线一处发生了三相短路，所以母线一处的电压应该为零，从表中可以直观的看到其电压为零，同理也可以验证其他点处的电压与软件得出的答案一致，所以可以看到软件计算的准确性图6.3 节点一处发生三相对称短路时发电机处的电流 表6.2 母线一发生三相短路时发电机短路电流节点编号相电流 A相电流 B相电流 C相角 A相角 B相角 C14.57194.57194.5719-28.56-148.5691.4436.272686.272686.27268-41.17-161.1778.83表6.3 母线一发生三相短路时各线路短路电流首端节点编号末端节点编号是否变压器相电流 A 首端节点相电流 B 首端节点相电流 C 首端节点相电流 A 末端节点相电流 B 末端节点相电流 C 末端节点15Yes5.454955.454955.454955.454955.454955.4549542No1.081771.081771.081771.340651.340651.3406552No0.797870.797870.797870.73990.73990.739934Yes6.122576.122576.122576.122576.122576.1225754No5.182235.182235.182235.106855.106855.10685表6.4 母线一发生三相短路时负荷处短路电流节点名称ID相电流 A相电流 B相电流 C211.582061.582061.58206310.242830.242830.242836.2 用软件计算三相不对称短路6.2.1 单相直接接地短路分析点击 Edit Mode，变为编辑模式。
选择初始电路图如下：图6.4 仿真电路图点击Run Mode，变为运行模式1）母线五单相接地短路模拟右击母线5，点设置故障，此时出现对话框如下，然后先点击选择单相接地短路，最后点击计算，则可得出各项数据，如图6.5所示图6.5 母线五单相短路接地短路电流单相接地短路时，故障点处的三个边界条件为：所以母线一处的电压应该为零，从表中可以直观的看到其电压为零，同理也可以验证其他点处的电压与软件得出的答案一致，所以可以看到软件计算的准确性2）线路单相接地短路模拟单击四五节点之间的线路，设置短路位置如图6.6所示：图6.6 线路单相接地短路仿真仿真结果如图6.7所示，与实际相符：图6.7 线路单相接地短路仿真结果 表6.5 线路单相接地短路仿真结果首端节点编号末端节点编号是否变压器相电流 A 首端节点相电流 B 首端节点相电流 C 首端节点相电流 A 末端节点相电流 B 末端节点相电流 C 末端节点15Yes4.600125.413143.154534.600125.413143.1545342No4.836084.336512.134764.220693.435055.0419852No7.760366.795825.235237.410176.160016.7141834Yes8.76996.162623.687638.76996.162623.6876354No0000006.2.2 两相短路在母线2上设置两相短路，计算结果如下图6.８ 线路两相短路仿真结果 表6.６ 线路两相短路仿真结果节点编号相电压 A相电压 B相电压 C相角 A相角 B相角 C10.999990.322410.811560-133.68163.320.831110.415560.41556-22.72157.28157.2831.049990.367960.85241-0.71-132.14160.4141.018840.340510.79878-2.94-140.98160.550.973430.311190.73913-4.63-149.93161.516.2.3 两相接地短路 在节点四五之间设置线路两相接地短路，如图6.9所示：图6.9 线路两相接地短路仿真仿真结果如下，符合实际： 图6.10 线路两相接地短路仿真结果 表6.7 线路两相接地短路的短路电流首端节点编号末端节点编号是否变压器相电流 A 首端节点相电流 B 首端节点相电流 C 首端节点相电流 A 末端节点相电流 B 末端节点相电流 C 末端节点15Yes4.186984.499913.809044.186984.499913.8090442No3.239493.84443.152763.909343.670224.1807252No6.101776.68816.176916.393456.564876.6733534Yes5.084236.092995.349265.084236.092995.3492654No0000007 结论本文主要目的是通过电力系统潮流计算和短路电流计算的实例仿真分析，介绍Power World这一电力系统可视化仿真软件的强大功能。
本文主要包括以下几个部分：Power World软件介绍、潮流计算理论概述、潮流计算实例仿真、短路电流计算理论概述、短路电流计算实例仿真通过理论与仿真结果的对照，可以看出此软件计算的准确、迅速，它为电力系统的分析提供了一个优秀的平台，将电气技术人员从浩繁的计算工作中解脱出来，使之能更好的投入到系统的分析和设计中去，无疑是专业技术人员的良好工具本文只是对电力系统最基本的两种计算——潮流和短路进行了仿真，并未涉及Power World的其他高级功能，因此尚有诸多待改进丰富之处，欢迎诸位师长和朋友对本文提出批评和指正参 考 文 献[1] 董国防.电网调度可视化系统的研究.硕士学位论文.保定：华北电力大学，2003[2] 顾晓辉.电力系统可视化潮流计算软件的研究与开发.硕士学位论文.长沙：湖南大学，2001[3] 甘家峰.可视化技术在电力调度自动化系统中的应用.硕士学位论文.天津：天津大学，2007[4] 陈树勇，宋书芳，李兰欣等.智能电网技术综述.电网技术，2009，第33卷 第8期[5] 韩晓平.智能电网——信息革命和新能源革命的整合.中国能网,2009-02-01 [6] 石珊珊.GE：开启智能电网新纪元.电力系统装备，2009-05-01[7] 国家电网公司.国家电网部署加强统一坚强智能电网建设.国家电网公司，2009[8] 王丽丽.可视化供电能力计算软件的开发及应用.硕士学位论文.北京：华北电力大学，2006 [9] 广西电力工业勘察设计研究院数字电网研究中心.Power World Corporation .电力系统可视化分析程序Power World简明培训教程.2006-11-01[10] 李炜.配电网可视化短路电流计算软件的研究.硕士学位论文.保定：华北电力大学，2008[11] 徐蔚.基于PSS/E的电力系统可视化软件的研究与实现.硕士学位论文.杭州：浙江大学，2008[12] 张洁.基于SVG的可视化技术在电力系统中的应用.硕士学位论文.杭州：浙江大学2006 [13] J. Duncan. Glover, Mulukutla.S.Sarma. Power System Analysis and Design.北京：机械工业出版社，2004[14] 李光琦.电力系统暂态分析.第三版.北京.中国电力出版社,2007.1[15] 陈珩.电力系统稳态分析.第三版. 北京.中国电力出版社,2009.1[16] 王葵，孙莹.电力系统自动化.第二版.北京.中国电力出版社,2007.7[17] Huang, ShaoweiChen, YingShen, Chen. Distributed OPF of Large Scale Interaction Power Systems. Power System Technology (POWERCON) and IEEE Power India Conference，New Delhi, India，2001.01.01[18] Fang HualiangMao ChengxiongZhang BuhanLu Jiming .THE GRID COMPUTING MODEL FOR OPF. 41st International Universities Power Engineering Conference (UPEC2006), vol.1. Newcastle upon Tyne，UK, 2006.01.01 [19] Zaborszky J . Some Basic Issues in Voltage Stability and Viability. EPRI Report EL-6183.Potosi, 1988 [20] YU Yixin, JIA Hongjie, WANG Chengshan. Chaotic phenomena and small signal stability region of electrical power systems. Science In China, 2001.4, 187-199致 谢几个星期以来，在张海燕老师的悉心指导下，我的毕业设计终于即将完成。
在这段的时间里，我先后完成了资料收集、理论回顾、软件学习、计算验证、画流程图、整理论文等多方面的工作设计中也遇到了不少问题例如电力系统的潮流计算的数学原理在理解时破费心思，英文版软件的使用开始也不顺畅，这些给毕业设计带来了一些的挑战，也带来了乐趣每当完成一项计算、搞懂一个知识点时，都使我受益匪浅毕业设计不但加深了我对专业知识的理解，而且使这些知识同实践有机的联系了起来，同时，也加强了我的计算机操作能力毕业设计的顺利完成离不开张老师的耐心指导、闫晓欣和田凤桐等同学的热心帮助，他们在理论知识、软件操作、专业英语等方面给了我很多支持，是我的良师益友同时，也要感谢我的父母，他们的爱是我战胜一切困难和挫折的源动力！在毕业之际，我也要衷心地地感谢中北大学电气工程系的各位领导和老师，您们的教诲和指导使我在大学乃至今后的人生都受益匪浅第 41 页 共 41 页。