談電力系統穩態實驗課程教學方法改革

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摘要：電力系統穩態分析課程是電氣專業的核心課程，在其課程體系中具有承上啟下的作用。針對其實驗教學中普遍存在廣泛采用物理實驗，且其實驗內容和教學方法單一的問題，對其實驗環節進行了改革，引入仿真實驗、教學中注重將仿真與理論相結合的教學方法，既拓寬了實驗教學內容，又進一步鞏固了理論知識。

關鍵詞：電力系統穩態分析；實驗教學；仿真軟件

1課程介紹

《電力系統穩態分析》是電力系統專業方向課程模塊的核心課程，是技術理論課，實驗課程占有非常重要的地位。其實驗課程傳統上采用物理實驗，物理實驗有接近實際現場設備等突出的優點，但也存在著實驗臺數少、靈活性差和實驗內容受限的缺點，導致許多實驗只能演示，學生不能實際操作。本文探討該實驗課程的新的教學方式方法，如將仿真軟件應用于實驗教學，以期進一步提高這些實驗課程的教學效果。而中國目前常用的電力系統實驗仿真軟件如PSASP、BPA等在電能質量方面的建模精度、算法收斂性等方面的選擇都比較單一。國際通用的電力系統仿真軟件ETAP是一種功能全面的綜合型電力及電氣分析計算軟件，能為電力系統的規劃、設計、分析、計算、運行、模擬提供全面的分析平臺和解決方案，并且提供了更為方便的建模方法和分析算法，利用ETAP軟件進行仿真實驗時，只需點擊相應的功能模塊按鈕，并進行合理的參數設置，即可獲得分析結果，分析結果較一般電力系統分析軟件更準確、快速和智能化，且結果可以以直接顯示、文本報告的形式等多種形式直觀地輸出。可見，將ETAP軟件應用于仿真實驗，并將研究結果應用于指導電力系統的安全、穩定運行，具有很好的價值［1－3］。

2仿真實驗應用于實驗教學

ETAP可以提供完整的圖形和編輯器，以最簡潔的方式對電力系統進行建模，且能快速而準確地對系統進行仿真分析，分析結果能以多種形式直觀地輸出。下面通過電壓調整仿真實驗來展示ETAP仿真軟件是如何應用于實驗教學的。［1］

2．1運用ETAP仿真軟件對系統進行建模在利用

ETAP軟件進行仿真實驗之前，首先要建立系統的仿真模型。本次的建模仿真，需要的元件包括發電機、變壓器、靜態無功補償器、母線、導線。在左側的元件欄里找到相應的元件，鼠標左鍵單擊，然后拖拽到圖紙OLV1（EditMode）上。每個元件都有可供連接的端子，一般是紅色的，鼠標左鍵點擊連接端子，然后拖動另一個元件的連接端子，根據任務書中的接線圖依次連線，已建立的單線圖如圖1所示。系統中各元件的參數取自文獻［2］。系統建模完成后，就可以進行潮流分析了。之所以要潮流分析，是因為可以得出各個母線的電壓。在ETAP軟件的編輯界面，從上往下數，第四排就是“Model”工具欄，點擊第一個“LoadFlowAnalysis”按鈕切換到潮流分析模式，上面一排就會出現“LoadFlowAnalysisStudy”工具欄，點擊“EditStudyCase”，打開潮流分析案例編輯器。這個編輯器有五個欄，需要設置一下才能進行潮流分析。把這個潮流分析案例編輯好之后，點擊右側工具欄第一個“RunLoadFlow”按鈕，ETAP軟件就會進行潮流計算，計算的結果會顯示在系統的建模圖上，如圖2所示。通過ETAP軟件的仿真分析數據，可以直觀地看到有些母線電壓質量不合格，需要采取一些措施對電壓質量進行調整。而在通常采用的物理實驗中，進行電壓調整實驗時需要將一些設備投入或切除，實驗電壓比較高，學生進行實驗時有一定的潛在危險，另外，實驗結果不太直觀。下面通過ETAP軟件仿真實驗展示仿真試驗獨特的優勢。

2．2運用ETAP仿真軟件對系統電壓進行調整

2．2．1改變發電機端電壓進行調壓當發電機端電壓升高6％。雙擊圖中最左邊的發電機，打開發電機的編輯頁面。現在要將原來的額定電壓10．5kV提高百分之六，經過計算得出為11．13kV，在發電機編輯頁面的“額定”欄中將電壓改為11．13kV。這樣所示就完成了將發電機端電壓升高百分之六的操作。然后點擊右側運行潮流的按鈕即可將調整后的變壓器中壓側的電壓計算出來了。具體計算結果如圖3所示。通過對于調壓前后中壓側電壓的比較我們可以看出，經過發電機端電壓升高6％后，中壓側電壓由原來的41．848kV，升高到了43．581kV，電壓的變化量為1．733kV。

2．2．2改變變壓器變比進行調壓在將變壓器的變比減小2．5％之前，我們需要將上一步已經調整了的發電機端電壓再調整回來。這樣做是為了保證變量的唯一性，在這次的仿真中只有變壓器的變比是發生了變化的。雙擊圖中唯一一個三相變壓器，在打開的編輯頁面選擇“變比”欄，可以看到一次側、二次側和三次側的變比都可以調節，在此我們只調節一次側的變比，在“Prim”后面的“％Tap”欄里輸入2．5％可，調壓結果參見圖4。通過對于調壓前后中壓側電壓的比較我們可以看出，經過變壓器的變比減少2．5％后，中壓側電壓由原來的41．848kV，減少到了41．103kV，電壓的變化量為0．745kV。

2．2．3改變無功功率分布進行調壓將變壓器與發電機都調整為最初的量，雙擊圖中的電容器，在編輯頁面的“額定”欄中將無功功率從15Mvar改為25Mvar，點擊“確定”按鈕就完成了對電容器的設置。潮流計算結果如圖5所示。通過對于調壓前后中壓側電壓的比較我們可以看出，經過增加10Mvar無功功率后，中壓側電壓由原來的41．848kV，增加到了42．88kV，電壓的變化量為1．032kV。

3結論

本文首先探討了ETAP仿真軟件在實驗教學中的應用，通過ETAP軟件仿真實驗，使得相關教學內容實現了直觀可視化效果，教學效果反饋也表明學生對相關概念方法的理解更加迅速、概念更加清晰，充分體現了ETAP仿真軟件在實驗課程教學中的優勢。通過教學實踐證明，這種教學方法不僅能激發學生的學習興趣，還能使學生更加深刻理解電力系統的運行特點，達到事半功倍的效果。

參考文獻

［1］馮煜，王雷，陳陳．電力系統仿真軟件ETAP的特性與功能簡介［J］．供用電，2005（5）：23－26．

［2］陳衍．電力系統穩態分析［M］．北京：中國電力出版社，2007．

［3］熊信銀．電氣工程基礎［M］．武漢：華中科技大學出版社，2005．

［4］朱蘭．電力系統分析課程教學及實踐環節教學方法［J］．電氣電子教學學報，2011（4）：128－133．

作者：朱慧 單位：青島科技大學