LabVIEW软件在电力系统分析课程中的应用

张兴然 徐超 徐相波

【摘要】本文利用NI公司强大的图形化编程处理软件LabVIEW，编写电力系统分析课程的教学辅助程序。受篇幅限制，本文仅列举电力系统潮流计算。透过波形及数值的分析，可以让同学们在学习课程时更直观地理解理论内容，而非仅仅通过复杂的公式抽象地感受。因此，本文在高校电力系统分析课程的教学创新方面，进行了大胆地尝试与改进。

【关键词】电力系统分析LabVIEW虚拟仪器

【中图分类号】G71 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2012）10-0048-02

引言

电力系统分析是电气工程专业的重要基础课。近年来，按照传统教学方法及教学设备已经越来越难以满足电力系统分析课程庞大的知识库。我们利用计算机的普及以及软件功能的日益强大，寻求一条快捷而方便的教学路径。LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，实验室虚拟仪器平台）是美国NI（National Instrument，国家仪器）公司出品的一款功能强大的图形化编程处理软件，是一种基于G语言（Graphics Language，图形化编程语言）的虚拟仪器软件开发工具。LabVIEW作为一个具有良好开放性的虚拟仪器开发平台，为虚拟仪器的开发和设计提供了强有力的支持[1]。本文正是基于LabVIEW编写而成。

1.简单电力网络潮流分析仿真

图1 简单电力网络接线图

简单电力网络接线图如图1所示，为一条110kV射线型网络。为简化计算及编程，忽略对计算结果影响较小的线路及变压器导纳。其中节点为发电厂母线节点，1=121+j0kV，1=P1+jQ1=16+j12MVA；l为线路，Zi=R+jX=20+j30Ω，节点2为线路末端节点；T为变压器，归算至高压侧阻抗ZT=5+j63Ω，变比i=110/38.5；3为变压器末端节点。根据接线图中给出的已知条件，仿真结果要显示节点1中通过的电流1，节点2的电压2，电流2，功率2，节点3的电压3，电流3，功率3。

1.1 潮流分析程序框图的设计

根据仿真要求，需要在程序中已知节点功率与电压求出节点电流，已知线路与变压器阻抗以及电压、电流、功率求出在线路以及变压器中的功率损耗、电压降落，最终完成整条线路的仿真计算。根据文献[2]，在各个步骤中所需要的计算公式汇总如下：

1）节点1的电流

=/（1）

2）线路l中，电压降落

△1=1Zi （2）

功率损耗

△=Zi （3）

3）节点2电压

2=1-△i （4）

节点2电流

2=1 （5）

节点2功率

2=2-△i （6）

4）变压器T中，高压侧电压降落

△T=2ZT （7）

功率损耗

△T=ZT （8）

5）节点3电压

3=（2-△T）/i （9）

节点3功率

3=2-△T （10）

节点3电流

3=3/3 （11）

根据以上求解过程，利用LabVIEW的元件库进行编程处理[3]，程序框图如图2所示：

图2 潮流分析程序框图

1.2潮流分析程序前面板的设计

程序前面板是程序的输入与操作窗口，其设计务必简洁明了。因此，将输入与显示的十三个量按照接线图中的先后顺序分为五列，分别为初始值、线路设定、线路末端、变压器设定、变压器末端，这样既便于查找同时便于观察。各个节点的三个量按照电压、电流、功率的顺序纵列。由于在程序框图中，为了便于观察程序执行过程而设置了while循环（见图2），在前面板最下方设置停止按钮，方便程序操作。将各个条件量值输入后，结果如图3所示。需要强调的是，各个条件量值并未按照常量去设置，而是可以更改的变量，这样，当任意一个条件量值改变时，计算出的数值结果都会有所不同。在这个变化中，让同学们去思考与学习整个潮流的计算过程。

图3 潮流分析程序前面板

3.结语

近年来，由于我校领导的重视，学生专业课程的学习效果以及创新能力都有了明显的提高，学校正在倡导人才培养、科学研究、社会服务融为一体的产学研相结合的教育理念，将新的科研成果以及科学技术、科学方法不断引入课程教学中，保持内容不断更新的同时，也使学生的创新与研究能力逐年得到提高。本文正是基于此目的，采用LabVIEW做为开发工具，针对电力系统分析课程中的潮流计算以及频率调整做出模拟仿真程序，使学生在直观中看到现象，在现象中思考问题，在问题中学到知识。

参考文献：

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

[2]陈珩. 电力系统稳态分析（第三版）[M]. 北京：中国电力出版社，2007.

[3]陈树学， 刘萱. LabVIEW宝典[M]. 北京：电子工业出版社，2011.

[4]彭勇，潘晓烨，谢龙汉. LabVIEW 虚拟仪器设计及分析[M]. 北京：清华大学出版社，2011.

作者简介：

张兴然（1981-），女，硕士，讲师，研究方向为电力系统运行与仿真。

徐超（1978-），女，讲师，硕士，主要从事电力系统分析课程教学及仿真。

徐相波（1977-），男，硕士，讲师，研究方向为电力系统分析运行与仿真。