張興然 徐超 徐相波

【摘要】本文利用NI公司強大的圖形化編程處理軟件LabVIEW，編寫電力系統(tǒng)分析課程的教學輔助程序。受篇幅限制，本文僅列舉電力系統(tǒng)潮流計算。透過波形及數值的分析，可以讓同學們在學習課程時更直觀地理解理論內容，而非僅僅通過復雜的公式抽象地感受。因此，本文在高校電力系統(tǒng)分析課程的教學創(chuàng)新方面，進行了大膽地嘗試與改進。

【關鍵詞】電力系統(tǒng)分析LabVIEW虛擬儀器

【中圖分類號】G71 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2012）10-0048-02

引言

電力系統(tǒng)分析是電氣工程專業(yè)的重要基礎課。近年來，按照傳統(tǒng)教學方法及教學設備已經越來越難以滿足電力系統(tǒng)分析課程龐大的知識庫。我們利用計算機的普及以及軟件功能的日益強大，尋求一條快捷而方便的教學路徑。LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，實驗室虛擬儀器平臺）是美國NI（National Instrument，國家儀器）公司出品的一款功能強大的圖形化編程處理軟件，是一種基于G語言（Graphics Language，圖形化編程語言）的虛擬儀器軟件開發(fā)工具。LabVIEW作為一個具有良好開放性的虛擬儀器開發(fā)平臺，為虛擬儀器的開發(fā)和設計提供了強有力的支持[1]。本文正是基于LabVIEW編寫而成。

1.簡單電力網絡潮流分析仿真

圖1 簡單電力網絡接線圖

簡單電力網絡接線圖如圖1所示，為一條110kV射線型網絡。為簡化計算及編程，忽略對計算結果影響較小的線路及變壓器導納。其中節(jié)點為發(fā)電廠母線節(jié)點，1=121+j0kV，1=P1+jQ1=16+j12MVA；l為線路，Zi=R+jX=20+j30Ω，節(jié)點2為線路末端節(jié)點；T為變壓器，歸算至高壓側阻抗ZT=5+j63Ω，變比i=110/38.5；3為變壓器末端節(jié)點。根據接線圖中給出的已知條件，仿真結果要顯示節(jié)點1中通過的電流1，節(jié)點2的電壓2，電流2，功率2，節(jié)點3的電壓3，電流3，功率3。

1.1 潮流分析程序框圖的設計

根據仿真要求，需要在程序中已知節(jié)點功率與電壓求出節(jié)點電流，已知線路與變壓器阻抗以及電壓、電流、功率求出在線路以及變壓器中的功率損耗、電壓降落，最終完成整條線路的仿真計算。根據文獻[2]，在各個步驟中所需要的計算公式匯總如下：

1）節(jié)點1的電流

=/（1）

2）線路l中，電壓降落

△1=1Zi （2）

功率損耗

△=Zi （3）

3）節(jié)點2電壓

2=1-△i （4）

節(jié)點2電流

2=1 （5）

節(jié)點2功率

2=2-△i （6）

4）變壓器T中，高壓側電壓降落

△T=2ZT （7）

功率損耗

△T=ZT （8）

5）節(jié)點3電壓

3=（2-△T）/i （9）

節(jié)點3功率

3=2-△T （10）

節(jié)點3電流

3=3/3 （11）

根據以上求解過程，利用LabVIEW的元件庫進行編程處理[3]，程序框圖如圖2所示：

圖2 潮流分析程序框圖

1.2潮流分析程序前面板的設計

程序前面板是程序的輸入與操作窗口，其設計務必簡潔明了。因此，將輸入與顯示的十三個量按照接線圖中的先后順序分為五列，分別為初始值、線路設定、線路末端、變壓器設定、變壓器末端，這樣既便于查找同時便于觀察。各個節(jié)點的三個量按照電壓、電流、功率的順序縱列。由于在程序框圖中，為了便于觀察程序執(zhí)行過程而設置了while循環(huán)（見圖2），在前面板最下方設置停止按鈕，方便程序操作。將各個條件量值輸入后，結果如圖3所示。需要強調的是，各個條件量值并未按照常量去設置，而是可以更改的變量，這樣，當任意一個條件量值改變時，計算出的數值結果都會有所不同。在這個變化中，讓同學們去思考與學習整個潮流的計算過程。

圖3 潮流分析程序前面板

3.結語

近年來，由于我校領導的重視，學生專業(yè)課程的學習效果以及創(chuàng)新能力都有了明顯的提高，學校正在倡導人才培養(yǎng)、科學研究、社會服務融為一體的產學研相結合的教育理念，將新的科研成果以及科學技術、科學方法不斷引入課程教學中，保持內容不斷更新的同時，也使學生的創(chuàng)新與研究能力逐年得到提高。本文正是基于此目的，采用LabVIEW做為開發(fā)工具，針對電力系統(tǒng)分析課程中的潮流計算以及頻率調整做出模擬仿真程序，使學生在直觀中看到現象，在現象中思考問題，在問題中學到知識。

參考文獻：

[1]J. Travis， J. Kring. LabVIEW for Everyone[M]. 3rd Edition， Prentice Hall， 2007.

[2]陳珩. 電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析（第三版）[M]. 北京：中國電力出版社，2007.

[3]陳樹學， 劉萱. LabVIEW寶典[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[4]彭勇，潘曉燁，謝龍漢. LabVIEW 虛擬儀器設計及分析[M]. 北京：清華大學出版社，2011.

作者簡介：

張興然（1981-），女，碩士，講師，研究方向為電力系統(tǒng)運行與仿真。

徐超（1978-），女，講師，碩士，主要從事電力系統(tǒng)分析課程教學及仿真。

徐相波（1977-），男，碩士，講師，研究方向為電力系統(tǒng)分析運行與仿真。