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PSD-BPA在电力系统分析课程教学中的应用

2019-12-30曹喜民陈国初张延迟

中国教育技术装备 2019年12期
关键词:仿真软件

曹喜民 陈国初 张延迟

摘  要 电力系统分析课程概念抽象,难以将实际操作与演示应用于课堂教学,学生学习积极性不高。针对存在的问题,将电力系统仿真软件PSD-BPA应用在教学中,搭建IEEE 3机9节点电力系统仿真模型,对课程中潮流计算与暂态稳定分析两大知识模块进行具体操作。实践证明,利用PSD-BPA辅助教学能够提高学生的学习积极性,对学生分析与解决问题能力的提高有一定的积极作用。

关键词 PSD-BPA;电力系统分析;仿真软件;潮流计算

中图分类号:G642.3    文献标识码:B

文章编号:1671-489X(2019)12-0039-03

Application of PSD-BPA in Teaching of Power System Analysis Course//CAO Ximin, CHEN Guochu, ZHANG Yanchi

Abstract Owing to the abstract conceptions of power system analy-

sis course, it is difficult to apply practical operations and demonstra-tions to classroom teaching, which leads to the low enthusiasm of

students. Aiming at the existing problems, the power system simula-

tion software PSD-BPA is applied in teaching, and the IEEE 3-

machine 9-node power system simulation model is built. The two

knowledge modules of power flow calculation and transient stability analysis are operated in the course. Practice has proved that PSD-BPA assisted teaching can improve students enthusiasm for learning,

and it has a positive effect on the improvement of students analytical

and problem-solving ability.

Key words PSD-BPA; power system analysis; simulation software; power flow calculation

1 前言

随着我国经济社会的发展,人民群众物质生活水平有了较大提高,对电力的需求也越来越大,电力系统的规模也越来越大。由于电力系统自身对安全性的要求较高,规模较大,系统复杂性的特点,不太可能将实际电力系统引入课堂实践教学中。电力系统分析是电氣工程专业的一门主干课程,传统的教学以讲授为主,注重公式推导与基本概念的掌握,因此,学生常感觉知识抽象,提不起兴趣,对实际电网的理解不够深入。

针对课堂教学存在的问题,文献[1]提出将电力系统仿真软件应用于相关课程的课堂教学中,并对其在教学过程中的优缺点进行分析,提出相应的改进建议。文献[2]提出在学生校内实习中应用电力系统仿真软件PSCAD作为辅助手段,在保证教学质量的同时提高学生的积极性和主动性,弥补电力系统校内实习的不足。文献[3]指出将以问题为基础的学习模式应用于电力系统仿真教学中,更易激发学生的主观能动性,培养其创新性思维。文献[4]在对电力系统仿真软件PSASP进行介绍的基础上,将其应用在电力系统分析课程教学中,取得较好的课堂效果。由于仿真软件PSD-BPA具有可视化程度高,界面友好,能够把电力系统的运行情况直观形象地表示出来等优点,其在电力系统稳定分析与规划领域的应用越来越广泛。

针对电力系统分析课程概念抽象,无法进行实际操作的问题,将PSD-BPA应用到课堂教学中,在讲解理论知识的同时,利用仿真软件进行辅助教学,将理论与实际相结合,使学生在学习理论的同时,对电力系统有一个相对直观感性的认识,进而提高学生的学习兴趣和学习积极性。本实验利用PSD-BPA仿真软件搭建IEEE 3机9节点电力系统仿真模型,对潮流分析与暂态稳定分析的实际操作方法进行介绍,通过让学生动手操作,加深学生对电力系统分析潮流计算与暂态分析的理解与认识,为学生的毕业实习和电网公司实习打下一个很好的基础,能够更好地完成本课程的教学目标。

2 PSD-BPA仿真软件

PSD电力系统分析工具(PSD Power Tools)简称PSD,

由中国电力科学研究院系统所提供,具有常规电力系统的线路、发电机、负荷、变压器及高压直流输电等系统基础模型,新能源发电如双馈风力发电机、直驱风力发电机与光伏发电等模型,功能强大,包括电力系统潮流分析与暂态稳定分析计算、无功优化、小干扰稳定性分析、电压稳定性分析等软件包,在电力系统分析中应用非常广泛。无论是我国电网规划,还是稳定运行,PSD-BPA都发挥了重要作用。

3 PSD-BPA在实验教学中的应用

仿真模型  本文以IEEE 3机9节点系统数据为基础,搭建仿真模型。该模型由三台发电机模型、三个负荷模型、三台变压器模型、六条线路模型组成,负荷分布在母线A、母线B、母线C上,设置发电机1为平衡机组,具体结构如图1所示。

潮流分析计算  潮流分析计算在电力系统分析课程中是基础而又非常重要的内容。BPA通过输入程序控制语句、网络数据和老库文件,进行潮流计算,输出计算结果。计算结果文件包括结果输出打印所学要的文件、新库文件与画潮流图所需要的结果文件。利用程序控制语句来指定作业及工程名字、潮流计算方法、输入输出文件的设置等。网络数据主要包括节点数据、支路数据。

本实验设置潮流求解算法为牛顿-拉夫逊算法,先采用PQ分解法迭代两次,再用牛顿-拉夫逊算法迭代15次,输出系统中全部潮流分析结果。指定潮流分析结果二进制结果文件为“IEEE90.BSE”,供后续稳定分析程序使用;指定MAP文件为“IEEE90.MAP”,供后续潮流图程序使用。将1号发电机设置为平衡机,将计算潮流所需要的支路数据、母线数据与变压器数据按潮流填写格式填到相应的位置。

由潮流计算过程迭代信息可知系统共迭代五次,经过两次迭代已经计算出最终结果。由计算结果显示,平衡机组发电机1的电压为1.01 pu,有功出力为105.41 MW,无功出力为43.67 MVar。表1为线路的功率损耗情况。由表1可知,变压器的有功损耗为零,无功损耗分别为7.24 MVar、

17.19 MVar、4.32 MVar,发电机共发出353.4 MW的有功功率、99.5 MVar的无功功率,系统共损耗3.4 MW的有功,23.5 MVar

的无功,负荷共用350 MW的有功功率、175 MVar的无功功率。各个线路的潮流、发电机的出力等具体情况如图2所示。

暂态稳定分析  BPA稳定分析软件可以对系统在各种扰动下的稳定性进行分析,是电力系统稳定分析的强有力的工具。该稳定分析软件将微分方程线性化后利用隐式梯形积分法求解,网络方程采用导纳阵三角分解后迭代求解。稳定分析前需要将潮流计算结果文件、稳定数据文件与稳定库文件输入。本次实验设置母线A-母线1线路在100周波发生短路故障,在101周波故障消除。

输出部分可进行灵活设置,有选择性地将母线、发电机、线路、直流、串補等相关变量输出到文本文件和曲线文件,寻找最大功角差、最低母线电压,计算振荡频率、阻尼比等。在实验过程中,输出部分设置为输出主要母线电压与频率偏差、三台发电机的速度偏差、线路有功与无功功率。部分稳定分析结果如图3所示。由图3可知,当发生故障时,线路传输功率发生不同程度的波动,当故障消除后,均能恢复到稳定状态。故障情况下发电机功角变化如图4所示。由图4可知,当线路发生故障时,发电机的功角也随之发生变化。

4 结语

不断进行教学改革与实践是提高教学质量的重要途径。本文将电力系统仿真软件PSD-BPA引入课堂教学中,使学生将理论知识的学习与实际操作相结合。在搭建IEEE 3机9节点系统的基础上,对系统潮流计算及暂态稳定分析进行实际操作,结合理论知识对仿真结果进行讲解。实践表明,将仿真软件引入课堂教学,通过让学生动手操作,能够激发学生的学习兴趣,对提高学生分析问题与解决问题的能力也起到较好的作用。

参考文献

[1]许彦峰,符潇月.仿真软件在“电力系统分析”课程教学中的应用[J].中国林业教育,2018(4):26-28.

[2]罗朋,杨燕霞.PSCAD仿真软件在电力系统分析实习中的应用[J].科技资讯,2017(7):45-46.

[3]王枫,付周兴,王清亮,等.PBL在电力系统仿真实验教学中的应用研究[J].实验技术与管理,2013(9):156-158.

[4]钟慧荣,蒋秀洁.PSASP在电力系统分析实验教学中的应用[J].实验科学与技术,2008(6):72-75.

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