基于Matlab仿真技术的电力工程概论课程教学改革探讨

蒋云昊+丁稳房+宫力+陈辉+汪繁荣+陈俊

摘要：Matlab仿真技术已成为重要的科研和工程设计工具，为了改进传统教学方法，提高电力工程概论课程的教学效果，将Matlab仿真技术融入课堂教学。本文以开式电力网潮流计算为例，介绍了系统的Matlab/Simulink仿真建模方法，并对如何由仿真结果引导学生积极思考，激发学生的学习积极性进行了探讨。

关键词：电力工程；Matlab；开式电力网；潮流计算

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）10-0118-02

一、引言

电力工程概论课程以电力系统为主，是电气工程专业的重要专业课。该课程的研究对象是电力系统，具有很强的工程性，而传统的授课方式主要采用板书和PPT，学生的学习兴趣不高，特别是涉及烦琐计算的内容，学生觉得比较枯燥。将基于Matlab的电力系统仿真技术融入电力工程概论课程的教学中，可以激发学生的学习兴趣，提高学生学习的积极性和主动性，促进学生的积极思考和主动实践，从而有助于克服传统教学的局限性，提升教学质量。

二、Matlab/Simulink简介

Matlab是美国MathWorks公司研制的商用数学软件，已成为科研和工程设计的重要工具之一。欧美发达国家的高校已经将Matlab仿真技术融入教学中，取得了很好的教学效果。在电力工程概论教学过程中，教师可以针对电力系统分析实例，在课堂介绍Matlab仿真模型的搭建过程、仿真设置和运行、仿真结果，并对仿真结果进行必要的分析和讲解。在仿真过程中，可以方便的对模型和参数进行修改，并可对系统的工作工程加以动态显示。通过仿真演示有利于提高学生学习的兴趣，加深学生对有关知识点的理解和掌握。

三、仿真实例

本文以一个简单的开式电力网为例，介绍系统的仿真过程。（熊信银主编《电气工程基础》第151页例题6-5）开式电力网如图1所示，线路额定电压为110kV，电力网首端电压为118kV，负荷为：■LDb=（0.4+j15.8）MVA，■LDC=（8.6+j7.5）MVA，■LDd=（12.2+j8.8）MVA，分析节点电压和功率分布。仿真系统图如图2所示。

1.仿真模型构建。线路采用π型等效电路，负荷采用Series RLC Load。由于线路存在对地电容、电源不能直接和线路相联，采用电源Us和小电阻串联再与线路相连的方式。小电阻可以采用Series RLC Branch；电压和电流测量模块、示波器显示模块Scope、功率测量Power模块都可从Simulink模块中得到。图2的仿真模型中只给出了对节点a和节点d进行电压和功率测量的模块，对其他节点的测量方法相同。

2.仿真结果。节点a的电压和功率仿真结果如图3、图4所示。根据仿真结果，节点a的电压约118kV，有功约为43MW，无功约为33MVar，仿真结果与课本的近似计算结果基本一致。将图3和图4的仿真结果展示给学生，可以让学生清楚的认识到系统工作时节点a的电压、电流和功率大小，改变系统参数时，可以快速的得到新的仿真结果，并且可以让学生将仿真的结果和书本的例题的近似计算结果进行比较和分析，加深学生对知识点的理解，提高计算能力和应用能力。节点d的仿真结果如图5、图6所示。

根据节点d的电压和功率仿真结果可知，节点的电压由于线路的电压损耗而降低。引导学生将仿真结果和课本例题的计算结果进行比较，并提出思考问题和课后作业：电压和功率的仿真和计算结果偏差相较节点a的变大的原因是什么；进一步提高理论计算精度的方法是什么；按照课本的方法，进行第二轮潮流计算，并对计算结果和第一轮的计算结果以及仿真结果进行比较和分析。由仿真模块PowerGUI的Steady-State Voltages and Currents分析工具，可以直接得到电源、测量模块、负荷、线路等的电压和电流峰值或有效值，如图7所示。该模块给出的是相电压，如需线电压只要进行简单的换算即可。通过该模块的介绍和演示，可以让学生进一步熟悉仿真模块的功能、使用和分析方法，提高学生学习的兴趣和效果。

四、结语

本文介绍了电力工程概论课程的地位、作用和特点，并指出传统课程教学方法的不足之处，对将Matlab仿真技术融入电力工程概论课堂教学进行了探讨。文中简介了Matlab仿真软件在电力系统仿真方面的主要模块和功能，并通过一个简单开式电力网潮流计算的例子，对Matlab仿真模型的构建和仿真结果的分析进行了介绍，并探讨了如何通过仿真引导学生积极思考来激发学习的主动性，提高学习效果和学习能力。

参考文献：

[1]熊信银,张步涵.电气工程基础[M].第二版.武汉:华中科技大学出版社,2010.

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Application of the MatlabSimulation Technology in the Teaching of Electric Power Engineering

JIANG Yun-haoa，b,DING Wen-fanga，b,GONG Lia，b,CHEN Huia，b,WANG Fan-ronga，b,CHEN Juna，b

(a.Hubei Collaborative Innovation Center for High-efficiency Utilization of Solar Energy;

b.Hubei Engineering Technology Research Center of Power Grid Intelligent Control and Equipment,

Hubei University of Technology,Wuhan,Hubei 430068,China)

Abstract:Matlab simulation technology has become an important tool for scientific research and engineering design. In order to improve the traditional teaching method and improve the teaching effect of the electric power engineering course,the Matlab simulation technology is integrated into the classroom teaching. Taking the power flow calculation of open power grid as an example,this paper introduces the simulation modeling method of the MATLAB/SIMULINK,and discusseshow to use the simulation results to guide students to think actively and to arouse the enthusiasm of students.

Key words:electric power engineering;Matlab;open power network;power flow calculation