電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計與潮流計算綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)備相結(jié)合的研究

楊徉　莫禮平　彭麗

【摘 要】電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計在電氣工程及其自動化專業(yè)的專業(yè)培養(yǎng)過程中占有舉足輕重的地位。本文改進(jìn)了傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)課程設(shè)計方法，利用潮流計算綜合實(shí)驗(yàn)硬件設(shè)備和傳統(tǒng)的仿真分析軟件同時進(jìn)行電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計，軟件和硬件結(jié)合，計算與實(shí)操結(jié)合，達(dá)到夯實(shí)學(xué)生基礎(chǔ)，提高學(xué)生能力的效果。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計；潮流計算；潮流計算綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)備

中圖分類號： G642.44 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）06-0015-002

【Abstract】The curriculum design of power system analysis plays a decisive role in the professional training of electrical engineering and automation.This article has improved the traditional power system curriculum design method， using the power flow calculation comprehensive experimental hardware equipment and the traditional simulation analysis software to simultaneously carry out the power system analysis course design，software and hardware combination， calculation and practical operation，to achieve a solid foundation for students，improve students The effect of the ability.

【Key words】Power system analysis course design；Power flow calculation；Power flow calculation comprehensive experiment equipment

0 引言

電氣工程及其自動化專業(yè)是培養(yǎng)能夠從事電力生產(chǎn)、輸送、控制和管理專門人才的專業(yè)。本專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生應(yīng)能在電力系統(tǒng)的設(shè)計、建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)等多方面發(fā)揮作用。本專業(yè)的人才培養(yǎng)質(zhì)量對保證電力系統(tǒng)安全高效運(yùn)行具有十分重要的意義[1]。

《電力系統(tǒng)分析》（包括《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》和《電力系統(tǒng)暫態(tài)分析》）課程是電氣工程專業(yè)的專業(yè)主干課程，其知識體系是電氣工程及其自動化專業(yè)體系的核心部分。課程中的知識點(diǎn)和分析方法不僅是學(xué)習(xí)后續(xù)課程的基礎(chǔ)和提綱，還是學(xué)生能夠勝任專業(yè)相關(guān)工作崗位的主要保證。基于《電力系統(tǒng)分析》的重要地位，本專業(yè)在培養(yǎng)方案中設(shè)置了電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計，旨在鞏固學(xué)生在課堂上學(xué)到的理論知識，培養(yǎng)學(xué)生的復(fù)雜運(yùn)算能力，加深學(xué)生對電力系統(tǒng)乃至整個電力行業(yè)的認(rèn)識。

在《電力系統(tǒng)分析》課程中主要涉及到三大計算，分別是潮流計算、短路計算和穩(wěn)定性計算。其中，潮流計算占有基礎(chǔ)性和關(guān)鍵性地位。在電力系統(tǒng)分析過程當(dāng)中，只有掌握各個節(jié)點(diǎn)功率和電壓的計算方法，才能對電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行分析掌握，從而進(jìn)一步地對電力系統(tǒng)的非正常運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行計算分析[2，3]。因而，學(xué)生對電力系統(tǒng)潮流計算的理解和掌握決定了其后續(xù)學(xué)習(xí)乃至工作過程是否能夠順利進(jìn)行。

1 課程設(shè)計方案研究

電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計在大多數(shù)學(xué)校的電氣工程及其自動化專業(yè)都有設(shè)置。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計即給學(xué)生提供電力網(wǎng)絡(luò)或電力系統(tǒng)，采用手動或PSASP等軟件計算系統(tǒng)的潮流分布，形成節(jié)點(diǎn)功率和電壓分布結(jié)果表，給出對該系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化的方案；另一方面，人為設(shè)置系統(tǒng)短路故障，針對故障進(jìn)行短路計算，給出系統(tǒng)中電氣設(shè)備與元件的選擇參考標(biāo)準(zhǔn)[4-6]。這種傳統(tǒng)的課程設(shè)計方式在夯實(shí)基礎(chǔ)、培養(yǎng)計算能力方面尚能發(fā)揮作用，但由于理論計算過多，學(xué)生往往將重點(diǎn)放在是否能夠計算出結(jié)果或者如何編制程序，而忽略了潮流計算的現(xiàn)實(shí)意義。

吉首大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)是一個年輕的專業(yè)，在制定專業(yè)培養(yǎng)方案時，相關(guān)教師不斷吸取經(jīng)驗(yàn)、總結(jié)不足，力求通過課程與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)置建立并完善學(xué)生培養(yǎng)體系，培養(yǎng)出“立足大湘西、服務(wù)大武陵、做出大貢獻(xiàn)”的電氣工程專業(yè)技術(shù)人才[7]。

以上述目的為導(dǎo)向，在主干課課程設(shè)計的內(nèi)容設(shè)置上，筆者力求夯實(shí)基礎(chǔ)與注重實(shí)踐并存，不但要求學(xué)生熟練掌握基本的潮流計算方法，還要求學(xué)生利用本專業(yè)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行自主選擇和設(shè)計，針對不同情況進(jìn)行潮流計算，并將理論計算結(jié)果與設(shè)備運(yùn)行實(shí)時監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行對比分析，加深對相關(guān)知識的理解和掌握。

電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計方案設(shè)計思路如下：

首先，利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行待分析電力網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計。其次，學(xué)生先通過軟件對設(shè)計出來的電力系統(tǒng)進(jìn)行建模并進(jìn)行仿真分析，計算出該系統(tǒng)的潮流分布與各個節(jié)點(diǎn)的電壓值。再次，在實(shí)驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行操作，將設(shè)計出來的電力系統(tǒng)通電運(yùn)行，利用電力系統(tǒng)監(jiān)控試驗(yàn)平臺進(jìn)行潮流與各節(jié)點(diǎn)電壓的監(jiān)測。最后，將仿真分析的結(jié)果與實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析。

2 課程設(shè)計內(nèi)容研究

2.1 電力網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計

我專業(yè)目前使用的是浙江天煌公司的電力系統(tǒng)自動化實(shí)驗(yàn)平臺與電力系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)平臺。現(xiàn)有五臺發(fā)電機(jī)組及其對應(yīng)的雙回網(wǎng)絡(luò)（THLZD-2）、一臺連接各發(fā)電機(jī)組并有電力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的監(jiān)控實(shí)驗(yàn)平臺（THLDK-2）和四十臺潮流監(jiān)控終端（微機(jī)終端）。使用以上設(shè)備，可以有選擇性地建立不同結(jié)構(gòu)的電力網(wǎng)絡(luò)。

以2-3名學(xué)生為一組，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況科學(xué)分組，令學(xué)生根據(jù)以往進(jìn)行電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)分析實(shí)驗(yàn)的情況選擇電力網(wǎng)絡(luò)，由教師把關(guān)確保該網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜程度達(dá)到要求。學(xué)生繪制出所選網(wǎng)絡(luò)的電氣示意圖，給出自選網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型。組內(nèi)成員相互檢查數(shù)學(xué)模型，確保下一步工作的正確進(jìn)行。同時，在實(shí)驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行連線，連接出本組對應(yīng)的電力網(wǎng)絡(luò)。

2.2 軟件建模與理論計算

學(xué)生使用MATLAB仿真軟件或PSASP電力系統(tǒng)仿真軟件對上一步形成的電力網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模。這一過程可分成三個部分：首先，計算所選網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)（發(fā)電機(jī)、變壓器、電力線路、負(fù)載等）；其次，通過計算形成該網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；最后，在軟件中搭建該網(wǎng)絡(luò)的模型并加載各類參數(shù)。接著，學(xué)生可使用軟件對搭建好的網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行潮流分析計算，得出網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的電壓值與網(wǎng)絡(luò)中的潮流分布，制成潮流分布表。在這個過程中，學(xué)生能夠?qū)φn堂上學(xué)到的潮流計算的理論知識進(jìn)行復(fù)習(xí)和鞏固，克服“只看不練”的習(xí)慣。

2.3 實(shí)驗(yàn)操作

在理論計算過后，學(xué)生帶著理論計算和仿真分析中的結(jié)果和疑問，重新回到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。根據(jù)第一步已經(jīng)連接完成的電力網(wǎng)絡(luò)，直接開機(jī)進(jìn)行運(yùn)行。每個小組的學(xué)生分工合作，一方面確保網(wǎng)絡(luò)連線正確，系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，不會發(fā)生短路事故；一方面調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，使該系統(tǒng)與仿真分析時的運(yùn)行情況一致。系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行之后，可在監(jiān)控微機(jī)終端上查看該電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中的潮流分布情況和各節(jié)點(diǎn)電壓值。設(shè)置時間節(jié)點(diǎn)，令實(shí)驗(yàn)平臺輸出節(jié)點(diǎn)電壓和潮流分布表。

2.4 分析總結(jié)

在2.2和2.3中分別形成了兩組潮流計算結(jié)果，學(xué)生可逐個對節(jié)點(diǎn)電壓和功率進(jìn)行對比并對電力網(wǎng)絡(luò)的整體運(yùn)行情況和潮流分布進(jìn)行對比分析。如果仿真結(jié)果與實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果不吻合，則進(jìn)行檢查和分析，找出計算結(jié)果不吻合的原因，形成分析報告。在這一過程中，能夠鍛煉學(xué)生自主分析問題和解決問題的能力，同時使得學(xué)生對潮流計算的全過程有更深刻的認(rèn)識。

進(jìn)一步地，對于學(xué)有余力的學(xué)生，可以在其潮流計算課程設(shè)計中加入短路故障分析的內(nèi)容，操作過程不變。

3 結(jié)語

電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計對電氣工程及其自動化專業(yè)有著極其重要的意義。將電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計與潮流計算綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)備相結(jié)合，不僅夯實(shí)了潮流計算基礎(chǔ)，鞏固了潮流計算方法，還能提高學(xué)生的熟練程度，加深學(xué)生對潮流計算的認(rèn)識。不僅訓(xùn)練了學(xué)生的建模仿真能力，還兼顧了硬件實(shí)操能力，使學(xué)生全方位，多角度地掌握和應(yīng)用電力系統(tǒng)分析的相關(guān)知識，達(dá)到升華專業(yè)知識，提高學(xué)生能力的效果。

【參考文獻(xiàn)】

[1]安軍.初壯，等.電力系統(tǒng)潮流計算課程設(shè)計改革研究[J].現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)信息.2014，42（11），422-424.

[2]陳珩.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析（第四版）[M].北京：中國電力出版社，2015：71-169.

[3]方萬良.李建華，等.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析（第四版）[M]. 北京：中國電力出版社，2017：107-170.

[4]卞建鵬.崔躍華，等.卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)下的電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計[J].科技文匯，2015，319（1），49-50.

[5]穆剛.李國慶，等.面向工程強(qiáng)化實(shí)踐的電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計改革與實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2010，32（1），143-146.

[6]陳權(quán).楊喜軍，等，課程設(shè)計在電氣主干課教學(xué)中的橋梁作用[J]，電氣電子教學(xué)學(xué)報，2015，37（3），28-32.

[7]彭麗.楊京渝，等，武陵山片區(qū)電氣工程及其自動化專業(yè)實(shí)踐基地建設(shè)方案探討[J]，科技資訊，2015，21（1），190-191.