朱 慧

(青島科技大學(xué) 自動化與電子工程學(xué)院，山東 青島 266042)

1 課程介紹

《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》是電力系統(tǒng)專業(yè)方向課程模塊的核心課程，是技術(shù)理論課，實驗課程占有非常重要的地位。其實驗課程傳統(tǒng)上采用物理實驗，物理實驗有接近實際現(xiàn)場設(shè)備等突出的優(yōu)點，但也存在著實驗臺數(shù)少、靈活性差和實驗內(nèi)容受限的缺點，導(dǎo)致許多實驗只能演示，學(xué)生不能實際操作。本文探討該實驗課程的新的教學(xué)方式方法，如將仿真軟件應(yīng)用于實驗教學(xué)，以期進一步提高這些實驗課程的教學(xué)效果。而中國目前常用的電力系統(tǒng)實驗仿真軟件如PSASP、BPA等在電能質(zhì)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(tǒng)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(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)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(yīng)的功能模塊按鈕，并進行合理的參數(shù)設(shè)置，即可獲得分析結(jié)果，分析結(jié)果較一般電力系統(tǒng)分析軟件更準(zhǔn)確、快速和智能化，且結(jié)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?？梢姡瑢TAP軟件應(yīng)用于仿真實驗,并將研究結(jié)果應(yīng)用于指導(dǎo)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行，具有很好的價值[1-3]。

2 仿真實驗應(yīng)用于實驗教學(xué)

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(tǒng)進行建模，且能快速而準(zhǔn)確地對系統(tǒng)進行仿真分析，分析結(jié)果能以多種形式直觀地輸出。下面通過電壓調(diào)整仿真實驗來展示ETAP仿真軟件是如何應(yīng)用于實驗教學(xué)的。[1]

2.1 運用ETAP仿真軟件對系統(tǒng)進行建模

圖1 系統(tǒng)仿真模型

圖2 潮流仿真結(jié)果圖

在利用ETAP軟件進行仿真實驗之前，首先要建立系統(tǒng)的仿真模型。本次的建模仿真，需要的元件包括發(fā)電機、變壓器、靜態(tài)無功補償器、母線、導(dǎo)線。在左側(cè)的元件欄里找到相應(yīng)的元件，鼠標(biāo)左鍵單擊，然后拖拽到圖紙OLV1(Edit Mode)上。每個元件都有可供連接的端子，一般是紅色的，鼠標(biāo)左鍵點擊連接端子，然后拖動另一個元件的連接端子，根據(jù)任務(wù)書中的接線圖依次連線，已建立的單線圖如圖1所示。

系統(tǒng)中各元件的參數(shù)取自文獻[2]。系統(tǒng)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(shù)，第四排就是“Model”工具欄，點擊第一個“Load Flow Analysis”按鈕切換到潮流分析模式，上面一排就會出現(xiàn)“Load Flow Analysis Study”工具欄，點擊“Edit Study Case”，打開潮流分析案例編輯器。這個編輯器有五個欄，需要設(shè)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(cè)工具欄第一個“Run Load Flow”按鈕，ETAP軟件就會進行潮流計算，計算的結(jié)果會顯示在系統(tǒng)的建模圖上，如圖2所示。

通過ETAP軟件的仿真分析數(shù)據(jù)，可以直觀地看到有些母線電壓質(zhì)量不合格，需要采取一些措施對電壓質(zhì)量進行調(diào)整。而在通常采用的物理實驗中，進行電壓調(diào)整實驗時需要將一些設(shè)備投入或切除，實驗電壓比較高，學(xué)生進行實驗時有一定的潛在危險，另外，實驗結(jié)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(yōu)勢。

2.2 運用ETAP仿真軟件對系統(tǒng)電壓進行調(diào)整

2.2.1 改變發(fā)電機端電壓進行調(diào)壓

當(dāng)發(fā)電機端電壓升高6%。雙擊圖中最左邊的發(fā)電機，打開發(fā)電機的編輯頁面?，F(xiàn)在要將原來的額定電壓10.5 kV提高百分之六，經(jīng)過計算得出為11.13 kV，在發(fā)電機編輯頁面的“額定”欄中將電壓改為11.13 kV。這樣所示就完成了將發(fā)電機端電壓升高百分之六的操作。然后點擊右側(cè)運行潮流的按鈕即可將調(diào)整后的變壓器中壓側(cè)的電壓計算出來了。具體計算結(jié)果如圖3所示。

圖3 改變發(fā)電機端電壓進行調(diào)壓的仿真結(jié)果

通過對于調(diào)壓前后中壓側(cè)電壓的比較我們可以看出，經(jīng)過發(fā)電機端電壓升高6%后，中壓側(cè)電壓由原來的41.848 kV，升高到了43.581 kV，電壓的變化量為1.733 kV。

2.2.2 改變變壓器變比進行調(diào)壓

圖4 改變變壓器變比后的潮流仿真結(jié)果

在將變壓器的變比減小2.5%之前，我們需要將上一步已經(jīng)調(diào)整了的發(fā)電機端電壓再調(diào)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(fā)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(cè)、二次側(cè)和三次側(cè)的變比都可以調(diào)節(jié)，在此我們只調(diào)節(jié)一次側(cè)的變比，在“Prim”后面的“%Tap”欄里輸入2.5%可，調(diào)壓結(jié)果參見圖4。通過對于調(diào)壓前后中壓側(cè)電壓的比較我們可以看出，經(jīng)過變壓器的變比減少2.5%后，中壓側(cè)電壓由原來的41.848 kV，減少到了41.103 kV，電壓的變化量為0.745 kV。

2.2.3 改變無功功率分布進行調(diào)壓

將變壓器與發(fā)電機都調(diào)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(shè)置。潮流計算結(jié)果如圖5所示。通過對于調(diào)壓前后中壓側(cè)電壓的比較我們可以看出，經(jīng)過增加10Mvar無功功率后，中壓側(cè)電壓由原來的41.848 kV，增加到了42.88 kV，電壓的變化量為1.032 kV。

圖5 改變無功功率分布后的潮流仿真結(jié)果

3 結(jié)論

本文首先探討了ETAP仿真軟件在實驗教學(xué)中的應(yīng)用，通過ETAP軟件仿真實驗，使得相關(guān)教學(xué)內(nèi)容實現(xiàn)了直觀可視化效果，教學(xué)效果反饋也表明學(xué)生對相關(guān)概念方法的理解更加迅速、概念更加清晰，充分體現(xiàn)了ETAP仿真軟件在實驗課程教學(xué)中的優(yōu)勢。

通過教學(xué)實踐證明，這種教學(xué)方法不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能使學(xué)生更加深刻理解電力系統(tǒng)的運行特點，達到事半功倍的效果。