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西华煤矿供电系统可视化潮流仿真

摘要

针对煤矿供电系统要求安全、稳定、经济运行的实际问题，本设计利用美国伊利诺伊大学开发的电力系统仿真软件包PowerWorld对电力系统进行可视化潮流分析仿真设计。PowerWorld具有良好的用户界面和交互性，仿真结果可以很直观、形象的反映情况，使电网达到更安全、稳定、经济的运行的目的，也让运行调度人员对煤矿供电网运行状况有更清晰明确的认识。
本设计还研究了潮流计算的基本数学模型和相关解法，分析比较各个数学模型的特点，并在此基础上对牛顿－拉夫逊算法作出改进，使其适合煤矿供电系统的潮流分析。
通过仿真模型的建立，分析供电网在正常运行状态、改投切状态和故障状态下的潮流分布，并对该煤矿供电网改造进行预测分析。研究表明将可视化潮流分析软件引入煤矿供电系统在生产实践中具有重要的理论意义和实用价值。
关键词：煤矿；供电系统；PowerWorld；可视化；潮流分析；仿真

Abstract

In allusion to the practical problems of mine power supply system safety,stability and economic operation, this text uses the power system simulation software package PowerWorld Simulator which developed by the US ILLinois University for the simulation design of power system visualization power flow analysis.  PowerWorld Simulator is a visible power system simulation package with excellent user interface intuitionistic and visual interactivity. The simulation result can reflect circs very intuitively and visually ，so that power grid can achieve a more secure, stable, and the purpose of economical operation, and then staff can specific realize the operating situation of coal mines power supply network.
This design also studies the basic mathematical model and related method of power flow analysis.It analyzes the characteristics of the various mathematical models and compares them.Based on that we improve the Newton - Raphson algorithm to make it fit power flow analysis of mine power system.
Through the  establishment of simulation model,it analyzes the load distribution in the states of normal operation of the electricity supply network, switching and fault, and then forecast the alterationcoal of power supply network. Visualization power flow analysis software is used in power supply system. Research shows that this plan has very important theory significance and practical value.
Keywords： mine；power supply system ；PowerWorld ；visualization；power flow analysis；simulation

0 前言 1
1 绪论 1
1.1 我国煤矿供电系统的发展现状和存在的问题 1
1.2 煤矿供电系统可视化潮流分析 2
1.2.1 煤矿供电系统可视化潮流分析的必要性 3
1.2.2 电力系统可视化潮流分析的发展现状 5
1.2.3 可视化潮流分析的仿真工具 7
1.3 本设计的意义和内容 7
1.3.1 本设计的意义 7
1.3.2 本设计的内容 7
2 煤矿供电系统潮流计算 8
2.1 煤矿供电系统潮流计算内容及目的 8
2.2 煤矿供电系统潮流计算基本数学模型 9
2.2.1电力系统潮流计算的功率方程式 9
2.2.2牛顿－拉夫逊法潮流计算 11
2.2.3 P－Q分解法潮流计算 14
2.2.4高斯－赛德尔法计算结果作为初值的牛顿－拉夫逊法 18
2.2.5常用三种算法特点的比较 18
2.3  潮流计算方法的改进 20
2.3.1 保留非线性潮流算法原理 20
2.3.2 保留非线性潮流算法数学模型 20
3 可视化潮流分析软件 24
3.1本设计潮流计算软件的选择 24
3.1.1可视化潮流分析软件Power World Simulator 24
3.1.2 图形化的潮流计算软件Power Flow 25
3.1.3 智能、简单、有趣、实用电气专业软件CEES 26
3.2  Power World软件简介 27
3.2.1 Power World可视化软件的特点 27
3.2.2 Power World软件的基本功能 29
4   PowerWorld软件简单仿真实例 33
4.1 系统正常运行状态仿真分析 33
4.1.1电力系统节点运行数据等高线图 35
4.1.2电力系统潮流分析雅克比矩阵 36
4.2 系统非正常运行状态仿真分析 37
4.3电力系统故障分析 39
5 西华煤矿可视化潮流分析仿真设计 41
5.1西华煤矿供电网可视化潮流分析 41
5.1.1正常运行状态下系统潮流分析 41
5.1.2改投切运行状态下系统潮流分析 43
5.1.3故障状态下系统潮流分析 46
5.2煤矿供电网改造预测分析 47
6技术经济分析 50
7结论 52
致谢 53
参考文献 54
附录A  译文 55
附录B  外文原文 61
附录C  PowerWorld Simulator（Version 12.0)报价单 67