电力系统分析课程设计与潮流计算综合实验设备相结合的研究

杨徉　莫礼平　彭丽

【摘 要】电力系统分析课程设计在电气工程及其自动化专业的专业培养过程中占有举足轻重的地位。本文改进了传统的电力系统课程设计方法，利用潮流计算综合实验硬件设备和传统的仿真分析软件同时进行电力系统分析课程设计，软件和硬件结合，计算与实操结合，达到夯实学生基础，提高学生能力的效果。

【关键词】电力系统分析课程设计；潮流计算；潮流计算综合实验设备

中图分类号： G642.44 文献标识码： A 文章编号： 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

電气工程及其自动化专业是培养能够从事电力生产、输送、控制和管理专门人才的专业。本专业培养的学生应能在电力系统的设计、建设、运行、维护等多方面发挥作用。本专业的人才培养质量对保证电力系统安全高效运行具有十分重要的意义[1]。

《电力系统分析》（包括《电力系统稳态分析》和《电力系统暂态分析》）课程是电气工程专业的专业主干课程，其知识体系是电气工程及其自动化专业体系的核心部分。课程中的知识点和分析方法不仅是学习后续课程的基础和提纲，还是学生能够胜任专业相关工作岗位的主要保证。基于《电力系统分析》的重要地位，本专业在培养方案中设置了电力系统分析课程设计，旨在巩固学生在课堂上学到的理论知识，培养学生的复杂运算能力，加深学生对电力系统乃至整个电力行业的认识。

在《电力系统分析》课程中主要涉及到三大计算，分别是潮流计算、短路计算和稳定性计算。其中，潮流计算占有基础性和关键性地位。在电力系统分析过程当中，只有掌握各个节点功率和电压的计算方法，才能对电力系统的运行情况进行分析掌握，从而进一步地对电力系统的非正常运行状态进行计算分析[2，3]。因而，学生对电力系统潮流计算的理解和掌握决定了其后续学习乃至工作过程是否能够顺利进行。

1 课程设计方案研究

电力系统分析课程设计在大多数学校的电气工程及其自动化专业都有设置。传统的电力系统分析课程设计即给学生提供电力网络或电力系统，采用手动或PSASP等软件计算系统的潮流分布，形成节点功率和电压分布结果表，给出对该系统进行进一步优化的方案；另一方面，人为设置系统短路故障，针对故障进行短路计算，给出系统中电气设备与元件的选择参考标准[4-6]。这种传统的课程设计方式在夯实基础、培养计算能力方面尚能发挥作用，但由于理论计算过多，学生往往将重点放在是否能够计算出结果或者如何编制程序，而忽略了潮流计算的现实意义。

吉首大学电气工程及其自动化专业是一个年轻的专业，在制定专业培养方案时，相关教师不断吸取经验、总结不足，力求通过课程与实验实践环节的设置建立并完善学生培养体系，培养出“立足大湘西、服务大武陵、做出大贡献”的电气工程专业技术人才[7]。

以上述目的为导向，在主干课课程设计的内容设置上，笔者力求夯实基础与注重实践并存，不但要求学生熟练掌握基本的潮流计算方法，还要求学生利用本专业现有的实验设备进行自主选择和设计，针对不同情况进行潮流计算，并将理论计算结果与设备运行实时监测结果进行对比分析，加深对相关知识的理解和掌握。

电力系统分析课程设计方案设计思路如下：

首先，利用现有的实验设备进行待分析电力网络的设计。其次，学生先通过软件对设计出来的电力系统进行建模并进行仿真分析，计算出该系统的潮流分布与各个节点的电压值。再次，在实验设备上进行操作，将设计出来的电力系统通电运行，利用电力系统监控试验平台进行潮流与各节点电压的监测。最后，将仿真分析的结果与实际实验结果进行对比分析。

2 课程设计内容研究

2.1 电力网络的设计

我专业目前使用的是浙江天煌公司的电力系统自动化实验平台与电力系统监控实验平台。现有五台发电机组及其对应的双回网络（THLZD-2）、一台连接各发电机组并有电力网络架构的监控实验平台（THLDK-2）和四十台潮流监控终端（微机终端）。使用以上设备，可以有选择性地建立不同结构的电力网络。

以2-3名学生为一组，根据学生的学习情况科学分组，令学生根据以往进行电力系统稳态和暂态分析实验的情况选择电力网络，由教师把关确保该网络的复杂程度达到要求。学生绘制出所选网络的电气示意图，给出自选网络的数学模型。组内成员相互检查数学模型，确保下一步工作的正确进行。同时，在实验设备上进行连线，连接出本组对应的电力网络。

2.2 软件建模与理论计算

学生使用MATLAB仿真软件或PSASP电力系统仿真软件对上一步形成的电力网络进行建模。这一过程可分成三个部分：首先，计算所选网络的参数（发电机、变压器、电力线路、负载等）；其次，通过计算形成该网络的节点导纳矩阵；最后，在软件中搭建该网络的模型并加载各类参数。接着，学生可使用软件对搭建好的网络模型进行潮流分析计算，得出网络各节点的电压值与网络中的潮流分布，制成潮流分布表。在这个过程中，学生能够对课堂上学到的潮流计算的理论知识进行复习和巩固，克服“只看不练”的习惯。

2.3 实验操作

在理论计算过后，学生带着理论计算和仿真分析中的结果和疑问，重新回到实验室进行实验。根据第一步已经连接完成的电力网络，直接开机进行运行。每个小组的学生分工合作，一方面确保网络连线正确，系统能够正常运行，不会发生短路事故；一方面调整运行参数，使该系统与仿真分析时的运行情况一致。系统稳定运行之后，可在监控微机终端上查看该电力网络运行过程中的潮流分布情况和各节点电压值。设置时间节点，令实验平台输出节点电压和潮流分布表。

2.4 分析总结

在2.2和2.3中分别形成了两组潮流计算结果，学生可逐个对节点电压和功率进行对比并对电力网络的整体运行情况和潮流分布进行对比分析。如果仿真结果与实际实验结果不吻合，则进行检查和分析，找出计算结果不吻合的原因，形成分析报告。在这一过程中，能够锻炼学生自主分析问题和解决问题的能力，同时使得学生对潮流计算的全过程有更深刻的认识。

进一步地，对于学有余力的学生，可以在其潮流计算课程设计中加入短路故障分析的内容，操作过程不变。

3 结语

电力系统分析课程设计对电气工程及其自动化专业有着极其重要的意义。将电力系统分析课程设计与潮流计算综合实验设备相结合，不仅夯实了潮流计算基础，巩固了潮流计算方法，还能提高学生的熟练程度，加深学生对潮流计算的认识。不仅训练了学生的建模仿真能力，还兼顾了硬件实操能力，使学生全方位，多角度地掌握和應用电力系统分析的相关知识，达到升华专业知识，提高学生能力的效果。

【参考文献】

[1]安军.初壮，等.电力系统潮流计算课程设计改革研究[J].现代经济信息.2014，42（11），422-424.

[2]陈珩.电力系统稳态分析（第四版）[M].北京：中国电力出版社，2015：71-169.

[3]方万良.李建华，等.电力系统暂态分析（第四版）[M]. 北京：中国电力出版社，2017：107-170.

[4]卞建鹏.崔跃华，等.卓越工程师培养目标下的电力系统分析课程设计[J].科技文汇，2015，319（1），49-50.

[5]穆刚.李国庆，等.面向工程强化实践的电力系统分析课程设计改革与实践[J].电气电子教学学报，2010，32（1），143-146.

[6]陈权.杨喜军，等，课程设计在电气主干课教学中的桥梁作用[J]，电气电子教学学报，2015，37（3），28-32.

[7]彭丽.杨京渝，等，武陵山片区电气工程及其自动化专业实践基地建设方案探讨[J]，科技资讯，2015，21（1），190-191.