閆根弟，張曼，王雯，劉慧林

（太原工業(yè)學(xué)院，山西 太原 030008）

1 Power World Simulator 軟件簡介

Power World Simulator 是一款面向?qū)ο蟮碾娏ο到y(tǒng)大型可視化分析和計(jì)算的軟件工具，具有操作界面簡單、人機(jī)交互性良好、易學(xué)易用、仿真界面生動(dòng)形象等顯著特點(diǎn)[1]?？梢酝ㄟ^該軟件建立各種或簡單或復(fù)雜的電力系統(tǒng)，該軟件最高可建立高達(dá)10,000個(gè)節(jié)點(diǎn)的電力系統(tǒng)，因此可以勝任很多工程實(shí)例的模型建立，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

Power World Simulator 仿真器有兩種不同的模式，各自有著不同的功能和用途。第一種模式是編輯模式（Edit Mode），在建立新的工程實(shí)例模型，插入各種元器件，對模型的修改和變動(dòng)，都要在編輯模式下進(jìn)行。在編輯模式下，要完成電力系統(tǒng)仿真初期的很多基礎(chǔ)工作；第二種模式是運(yùn)行模式（Run Mode），在工程實(shí)例建立完成后，可以在模式功能區(qū)選擇運(yùn)行模式，按下運(yùn)行按鈕，則進(jìn)入到運(yùn)行仿真界面。在運(yùn)行模式下，點(diǎn)擊Simulation 選項(xiàng)卡中的Solve And Animate 選項(xiàng)，就可以看到電力系統(tǒng)的仿真運(yùn)行情況；可以通過這種操作方法來查看電力系統(tǒng)各部分的具體參數(shù)，可以按照比例改變?nèi)魏喂?jié)點(diǎn)上的負(fù)荷信息，并聯(lián)補(bǔ)償裝置等可變信息，而實(shí)時(shí)看到改變參數(shù)后系統(tǒng)的運(yùn)行情況；可以進(jìn)行電力系統(tǒng)最基本的潮流分析、故障分析、暫態(tài)穩(wěn)定分析。

2 電力系統(tǒng)仿真建模

本模型以一個(gè)14 節(jié)點(diǎn)的電力系統(tǒng)為例，在編輯模式（Edit Mode）下，在Power World Simulator仿真軟件中建立起電力系統(tǒng)仿真模型[2]。

1）創(chuàng)建模型：點(diǎn)擊File-New Case，可以通過創(chuàng)建單線圖來創(chuàng)建一個(gè)新的模型，在建模的同時(shí)設(shè)置元件的參數(shù)。

2）先進(jìn)行14 條母線（BUS）添加：從Insert 欄中選擇節(jié)點(diǎn)（Bus），在模型的空白處單擊，則彈出節(jié)點(diǎn)的對話框，設(shè)置節(jié)點(diǎn)的有關(guān)參數(shù)，注意電壓等級(jí)正確設(shè)置，再點(diǎn)擊確定（OK），這時(shí)節(jié)點(diǎn)添加完畢。如圖1 所示。

圖1 添加節(jié)點(diǎn)/母線元件

3）然后在這些節(jié)點(diǎn)上插入（INSERT）其他元件以及設(shè)置它們的仿真參數(shù)，步驟類似添加節(jié)點(diǎn)，最終的仿真模型如圖2 所示。

圖2 編輯模式下仿真模型圖

3 仿真運(yùn)行

3.1 電力系統(tǒng)潮流計(jì)算

在進(jìn)行模式（Run Mode）下，點(diǎn)擊Simulation選項(xiàng)卡中的Solve And Animate 選項(xiàng)，可以看到電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況。

從圖3 中可以看出該仿真模型擁有14個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中2 號(hào)母線為平衡節(jié)點(diǎn)，還可以清晰地看到各個(gè)發(fā)電機(jī)輸出的有功和無功、每條母線上的負(fù)載以及每條線路上的潮流分布，綠色箭頭表示潮流有功Actual MW Power Flow 流向與分布，藍(lán)色箭頭表示潮流無功Actual Mvar Power Flow 流向與分布，圖中每個(gè)節(jié)點(diǎn)上顯示有電壓標(biāo)幺值和有名值，接有發(fā)電機(jī)的母線上還顯示了相角。

圖3 運(yùn)行模式下仿真模型圖

3.2 電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償后潮流計(jì)算

從上面的計(jì)算結(jié)果可以清晰地看到，好多節(jié)點(diǎn)的電壓偏移不滿足電能質(zhì)量的要求，超過了要求（-5%），因此需進(jìn)行調(diào)整。這里選擇最常用的措施，利用無功補(bǔ)償。在節(jié)點(diǎn)4、6 和9 分別加入無功補(bǔ)償，并進(jìn)行大小的調(diào)節(jié)，使各節(jié)點(diǎn)的電壓偏移在要求的范圍內(nèi)。補(bǔ)償后的潮流運(yùn)行如圖4 所示。接有無功補(bǔ)償元件的4、6 和9 節(jié)點(diǎn)可以看到無功補(bǔ)償大小。圖中1 號(hào)節(jié)點(diǎn)上所接的為備用電機(jī)，當(dāng)發(fā)電機(jī)中的某一臺(tái)發(fā)生故障或停機(jī)檢修時(shí)，該電機(jī)投入運(yùn)行。

圖4 加入無功補(bǔ)償后仿真模型圖

3.3 短路仿真

將網(wǎng)絡(luò)中各元件序參數(shù)設(shè)置完成后，在主菜單的 “Tools” 標(biāo)簽頁的 “Run Mode” 功能區(qū)組點(diǎn)擊“Fault Analysis” 按鈕即可打開故障分析主畫面，如圖5 所示。故障分析的主畫面還可用右鍵點(diǎn)擊任一條母線或線路打開本地菜單，然后選擇 “Fault Analysis” 來打開。

故障設(shè)置是通過 “Fault Location” 來確定的。可以選擇不同的元件（節(jié)點(diǎn)、線路）故障、故障類型、線路故障地點(diǎn)。故障類型，包括單相接地短路、相間短路、三相對稱短路和兩相接地短路。

圖5 故障分析畫面

這里是節(jié)點(diǎn)2 至3 連接的線路在線路中間即36%location 發(fā)生單相接地短路（Single Line-to-Ground）的仿真。在故障分析主畫面，選中單相接地短路（Single Line-to-Ground）按鈕，將電流單位選中安培Amps，單線圖顯示選中Phase A，則短路計(jì)算結(jié)果如表1 所示，單線圖顯示結(jié)果如圖6所示，故障分析信息如圖7 所示。

表1 節(jié)點(diǎn)2～3線路發(fā)生單相接地短路計(jì)算結(jié)果

圖6 A相單相短路的故障電流分布圖

圖7 A相故障分析信息圖

仿真結(jié)果分析：當(dāng)輸電線路發(fā)生A 相接地短路時(shí)，故障點(diǎn)A 相電壓為零，A 相電流增大；與故障線路相連的節(jié)點(diǎn)2 和節(jié)點(diǎn)3 的A 相電壓降低，B、C 相電壓升高，與理論是吻合的。

4 結(jié)論

通過以上分析，看出在Power World Simulator軟件可以很直觀地看到電力系統(tǒng)分析課程中必須掌握的難以理解的潮流計(jì)算、短路計(jì)算內(nèi)容，在課程的教與學(xué)中起到了很好的作用，而且該軟件是免費(fèi)的，值得推廣。