基于MATLAB仿真軟件的《電力系統(tǒng)過電壓》課程中的應用

于力 程琳 陳鵬程 衣麗葵

摘要：在我國電網(wǎng)的飛速發(fā)展和巨大變遷的大背景下，為了適應新形勢下電力行業(yè)企業(yè)對應用型人才需求，高等學校教育更應重視學生的實踐動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和訓練。本文以提高學生核心專業(yè)能力、工程實踐能力和創(chuàng)新能力為宗旨，闡述仿真教學在《電力系統(tǒng)過電壓》課程教學中的必要性，并舉例說明在該課程中引入MATLAB仿真軟件進行輔助教學的方法。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng) 實踐能力 創(chuàng)新能力 仿真教學

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A 文章編號1672-3791（2015）06（a）-0000-00

1 仿真教學的必要性

隨著現(xiàn)代仿真技術(shù)的飛速發(fā)展，各類仿真軟件層出不窮。仿真教學作為一種新的科學教學手段，近些年來在高校教育領(lǐng)域得到了極大的發(fā)展。它不僅解決了受實驗設(shè)備局限性而無法完成實踐教學的難題，而且為學生以及專業(yè)教師提供了教學和研究平臺。

在電力系統(tǒng)過電壓課程的教學過程中，實踐教學一直不易開展?；贛 A T L A B/simulink 中 含 有 的simpowersystems模塊，M A T L A B軟件可以成為電力系統(tǒng)的建模和仿真提供有力的工具。本文將matlab/simulink用于電力系統(tǒng)過電壓的教學過程中，以切除空載電纜線路過電壓為例，運用Matlab軟件建立用于仿真切除容性負載時產(chǎn)生過電壓的實驗模型，并進行了相應的仿真，將有利于學生加強對電力系統(tǒng)過電壓的理解、認識。

2 仿真教學設(shè)計方案

在電力系統(tǒng)中開斷空載線路、電容器組等容性元器件時，若斷路器觸頭間有電弧重燃現(xiàn)象發(fā)生，則被切斷的容性元件會通過回路中電磁能量的振蕩，從電源處繼續(xù)獲得能量積累起來，形成過電壓。切除空載線路是電力系統(tǒng)常見的操作之一，這時引起的操作過電壓幅值大，持續(xù)時間也較長，所以按操作過電壓是選擇絕緣水平的重要因素之一[1]。

2.1分閘過電壓的產(chǎn)生機理

以單相集中參數(shù)的簡化等值電路來進行分析，如圖1所示。為輸電線路電感，為線路對地電容，為電源等值電感，電源電勢為。在QF斷開之前線路電壓，設(shè)第一次熄弧發(fā)生在斷路器的工頻電容電流過零時，若不考慮導線的泄漏，經(jīng)過半個周期以后，保留為，而變?yōu)?，這時兩觸頭間的電壓，即恢復電壓達到最大值。如在時刻發(fā)生電弧重燃，線路電容上的電壓要從，過渡到穩(wěn)態(tài)電壓-，產(chǎn)生高頻振動，線路電容上出現(xiàn)的最大電壓將達到，依此類推，若電弧繼續(xù)重燃下去，則可能出現(xiàn) -7Em ，+ 9Em ，… 的過電壓，可見電弧的多次重燃是切除空載線路時產(chǎn)生危險的過電壓的根本原因。系統(tǒng)實測結(jié)果表明，超過 3Em 的過電壓概率是很小的，這是因為過電壓受多種因素影響的緣故[2]。

圖1 斷開空載線路等值電路

2.2 限制過電壓措施

切空線產(chǎn)生過電壓的限制措施概括起來有[4-5]：①改善斷路器的結(jié)構(gòu)，提高觸頭間介質(zhì)強度的恢復速度和滅弧能力，避免重燃。②在斷路器裝設(shè)分閘電阻。③在線路側(cè)若接有并聯(lián)電抗器或電磁式電壓互感器。④裝設(shè)避雷器

2.3 Matlab仿真及其結(jié)果分析

圖2給出了空載線路分閘操作時線路中產(chǎn)生過電壓的仿真模型，圖 3為其仿真波形圖。

圖2仿真模型圖

圖 3 仿真結(jié)果

從圖3可以看出不加任何限制措施，在斷路器斷開時線路末端電壓有明顯增高，這時產(chǎn)生了過電壓對系統(tǒng)有一定沖擊。

為了有效地降低切空線所引起的電壓升高，這里采用并聯(lián)電抗器的方法，并聯(lián)電抗器與線路電容構(gòu)成振蕩衰減，使觸頭間的恢復電壓上升速度大大降低，減少了電弧重燃的可能性，也降低了分閘過電壓。

圖4 限制過電壓仿真模型圖

圖5 仿真結(jié)果

對比圖3與圖5可以看出線路側(cè)并聯(lián)電抗器時，切除空載線路過電壓明顯降低。說明在線路側(cè)并聯(lián)電抗器能很好地限制過電壓。

3 結(jié)束語

本文利用MATLAB/SIMULINK仿真軟件建立了空載線路分閘過電壓的仿真模型，通過線路模型參數(shù)設(shè)置，對切容性負載過程中產(chǎn)生過電壓波形進行動態(tài)顯示，使得操作過電壓的產(chǎn)生原理及其暫態(tài)過程分析更加形象化，易于理解和掌握。課堂教學效果顯示，仿真教學手段的引入不僅加深了學生對電力系統(tǒng)過電壓中操作過電壓暫態(tài)過程知識的理解，而且調(diào)動了學生的積極性，增強了學生的參與意識以及創(chuàng)新意識，對于應用型人才培養(yǎng)起到了積極的促進作用。

參考文獻

[1] 魯鐵成，電力系統(tǒng)過電壓[M] ，北京：中國水利水電出版社，2009.

[2] 土一宇，周于邦等譯，電力系統(tǒng)暫態(tài)[M]，北京：中國電力出版社，2003.

[3] 施圍，郭潔，電力系統(tǒng)過電壓計算（第二版）[M] ，北京：高等教育出版社2006.

[4] 周澤存，高電壓技術(shù)（第三版）[M]，北京：中國電力出版社，2006

[5] 趙智大，高電壓技術(shù)[M]，北京：中國電力出版社，1998.