Matlab在電力系統(tǒng)分析教學(xué)中的應(yīng)用

張艷麗++劉曉敏++崔繼仁++牛國玲++梁秋艷

[摘 要] 電力系統(tǒng)分析課程計(jì)算量大、生澀難懂、概念性較強(qiáng)，是相關(guān)專業(yè)學(xué)生接觸最早的專業(yè)課程之一。為了調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和自主性，實(shí)行軟硬結(jié)合，利用Matlab軟件進(jìn)行了仿真。針對潮流計(jì)算的特點(diǎn)，給出了潮流的仿真曲線，使得學(xué)生客觀地分析與掌握潮流的計(jì)算方法，從而挖掘和提升學(xué)生的設(shè)計(jì)潛力與分析能力。

[關(guān)鍵詞] Matlab；電力系統(tǒng)分析；仿真；教學(xué)；應(yīng)用

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 19. 093

[中圖分類號] G420 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2017）19- 0223- 02

1 引 言

電力系統(tǒng)分析是電氣工程及其自動化專業(yè)和農(nóng)業(yè)電氣化專業(yè)的核心課程，它是強(qiáng)電方向的專業(yè)基礎(chǔ)課，與電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)、高電壓技術(shù)等后續(xù)課程緊密聯(lián)系。該課程概括起來為3大計(jì)算，分別為潮流計(jì)算、短路計(jì)算和穩(wěn)定計(jì)算。

電力系統(tǒng)的短路是電力系統(tǒng)故障的典型，存在損失巨大的風(fēng)險。短路時強(qiáng)大的短路電路會降低系統(tǒng)的電壓，削弱其他元件的功能，更影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，造成嚴(yán)重的損失。因而電力系統(tǒng)短路分析意義重大。而電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)很多，節(jié)點(diǎn)之間聯(lián)系程度不一，這樣就造成了潮流計(jì)算的困難，為此在電力系統(tǒng)分析授課過程中采用了Matlab進(jìn)行了短路計(jì)算，提供了方便、快捷、程序化的教學(xué)工具，是學(xué)生通過仿真能夠掌握電力網(wǎng)絡(luò)潮流的計(jì)算方法。

2 Matlab簡介

MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）的簡稱[1]，是美國MathWorks公司所出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，主要用于、數(shù)據(jù)的可視化以及數(shù)值計(jì)算的交互式環(huán)境和高級技術(shù)計(jì)算語言，它主要包括了MATLAB和Stimulink兩大部分。在一般情況下，它可以代替底層的編程語言，比如C和C++語言。在計(jì)算的要求相同的情況下，人們使用MATLAB編程會使工作量大大地減少[2]。而基于MATLAB的電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算中使計(jì)算機(jī)在計(jì)算、分析以及研究復(fù)雜的電力系統(tǒng)的潮流分布的問題上又邁進(jìn)了大一步。但是不管采用什么樣的算法，所有的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算都是基于矩陣的迭代的運(yùn)算。而MATLAB的語言正是以處理矩陣見長的。

經(jīng)過實(shí)踐表明，MATLAB語言在電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算中的仿真研究的應(yīng)用是可行的，而且由于它強(qiáng)大的矩陣的處理功能，可以完全地應(yīng)用于電力系統(tǒng)的其它的分析和計(jì)算中；用MATLAB語言編程時的效率很高， 程序的調(diào)試也是十分地方便，它大大地縮減了軟件的開發(fā)周期[3]。如果像在控制界那樣開發(fā)出了電力系統(tǒng)自己的專用工具箱的話，那就可以將系統(tǒng)分析用的一些基本的計(jì)算函數(shù)形式直接調(diào)用，就可以使潮流計(jì)算更容易地實(shí)現(xiàn)。

3 軟硬結(jié)合，仿真模擬，提高教學(xué)成效

教學(xué)過程中，以工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)為側(cè)重點(diǎn)，盡可能多的增加一些能夠提高動手能力的教學(xué)模塊，比如各種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。學(xué)生始終是教學(xué)活動的主體，而教師發(fā)揮著重要的主導(dǎo)作用，需要充分調(diào)動學(xué)生的積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

通過實(shí)際控制模擬操作臺和Matlab兩者硬件、軟件結(jié)合，仿真出來的圖像生動地描繪了短路發(fā)生后電壓和電流的變化。下面以發(fā)生故障頻率最高單相接地短路為例，所得數(shù)據(jù)和實(shí)際狀況相符，如圖1、圖2所示。

運(yùn)行仿真，雙擊Scope得到單相短路時的電壓波形圖。剛開始時，系統(tǒng)電壓處于穩(wěn)定的狀態(tài)，在0.2 s時，發(fā)生單相短路故障，A相相電壓的電壓變?yōu)?，B相和C相電壓增大。在0.1 s時，切除短路故障，系統(tǒng)電壓又重新趨于穩(wěn)定。剛開始時，電路的電流處于穩(wěn)定狀態(tài)，在0.02 s時發(fā)生短路故障時，A相電流突然增大，B、C相電流發(fā)生微小的變動。在0.1 s時切除短路故障，系統(tǒng)各相電流又重新趨于穩(wěn)定。

4 結(jié) 語

目前，Matlab軟件已經(jīng)在電力系統(tǒng)分析中得到了充分利用，無論是電力系統(tǒng)三大計(jì)算、還是電機(jī)模擬中，其獨(dú)有的電力系統(tǒng)工具箱更是為教學(xué)提供了極大的方便。學(xué)生通過Matlab可以自主設(shè)計(jì)，并可將其應(yīng)用到大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目中，極大地提高了學(xué)生的設(shè)計(jì)熱情。

主要參考文獻(xiàn)

[1]夏華鳳，許勝. MATLAB仿真技術(shù)在《電機(jī)與電力拖動》課堂教學(xué)中的應(yīng)用[J].教育現(xiàn)代化，2016（28）.

[2]王育飛，李海霞.基于MATLAB仿真的太陽能發(fā)電系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)案例研究[J].中國電力教育，2014（23）：16-18.

[3李鵬飛，曹紅英. ATLAB仿真軟件在《電力電子技術(shù)》教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國電力教育，2010（9）：85-87.endprint