PSCAD仿真軟件在電力系統(tǒng)分析實習中的應用

1、    pscad仿真軟件在電力系統(tǒng)分析實習中的應用    羅朋+楊燕霞摘 要：為增強學生將電力系統(tǒng)理論知識與實際相結合，提高學生實習的學習興趣，減少企業(yè)接受學生實習的壓力。結合該校實驗條件的現(xiàn)狀，為了保證學生在電力系統(tǒng)實習中的質(zhì)量，采用pscad仿真軟件應用于實習中。該仿真軟件不受系統(tǒng)規(guī)模和場地限制，可以將抽象的理論通過仿真實驗的形式展現(xiàn)出來，有助于激發(fā)學生的積極性和主動性，彌補了電力系統(tǒng)校內(nèi)實習的不足。關鍵詞：電力系統(tǒng)分析 pscad仿真軟件 校內(nèi)實習：tm76 ：a ：1672-3791（2017）03（a）-0045-03電力系統(tǒng)分析是電氣工程及

2、其自動化本科類教學的核心課程，做好電力系統(tǒng)分析實習對學生來說至關重要。電力系統(tǒng)分析課程涉及的知識點較多，理解起來有難度，另外由于該課程為專業(yè)限選課，在大三下學期才開課，學生對此學習積極性不高。由于該校實驗室條件的限制，目前僅有1個場地和硬件資源有限的專業(yè)實驗室，要開展一些涉及高壓部分的實驗，需要更多的資金和實驗室老師去支持，但這些在短期內(nèi)暫時無法解決。基于目前的現(xiàn)狀，綜合了目前常用的pscad/emtdc、bpa、psasp和matlab/simulink等常見的電力系統(tǒng)仿真軟件的功能和結構特點，將pscad仿真軟件用于電力系統(tǒng)實習中。pscad仿真軟件具有完整的元件庫，可針對不同的大小交直流

3、系統(tǒng)建模，豐富的可視化界面，可使復雜的電力系統(tǒng)進行可視化1。pscad還可以通過特殊的接口訪問和使用與matlab命令和工具箱功能的能力，與學生常用的matlab/simulink可以相互聯(lián)系起來2。采用pscad仿真軟件可以解決系統(tǒng)規(guī)模和復雜性限制、場地條件限制、絕對安全性和接觸電力系統(tǒng)中的前沿技術等優(yōu)點3，保證學生實習的質(zhì)量，培養(yǎng)學生學習該課程的積極性，為了以后的學習和工作奠定良好的基礎。1 pscad電力系統(tǒng)仿真分析軟件pscad的概念最初是在1988年被提出，針對windows系統(tǒng)的pscad是在1999年才發(fā)布4。目前已成為世界上功能最強大和廣泛使用的電力系統(tǒng)仿真軟件。pscad包括

4、繪圖功能、儀表和控制，允許用戶以圖形化的方式建立電力系統(tǒng)電路，進行仿真后對結果進行分析，還可以使用戶在仿真運行中改變參數(shù)，對仿真過程進行觀測等。pscad具備電力系統(tǒng)中從簡單無源元件和控制功能到更加復雜的電動機、柔性交流輸電設備和輸電線路等設備的模型，這些模型都是經(jīng)過已經(jīng)編程和測試的仿真模型。如果搭建的電力系統(tǒng)仿真模型中，沒有所需的特殊模型，pscad可以提供給用戶自建模型。pscad設有主元件庫，提供常用的模型有：（1）無源元件（passive），包括電阻、電感、電容、固定/可變負載、電抗器和避雷器等；（2）電源（source），包括電壓源、電流源和光伏電源等；（3）儀表（meters），包

5、括頻率/相位/有效值測量表、電壓表和電流表等；（4）i/o設備（i/o_devices），包括數(shù)據(jù)的導入和導出、其他軟件接口和多重運行等；（5）變壓器（transformers），包括單相雙/三繞組、三相雙/三/四繞組和自耦變壓器等；（6）斷路器故障（breakers_faults），包括單/三相斷路器及其定時控制邏輯、模擬單相和三相故障及其定時控制邏輯等；（7）輸電線路電纜（tlines_cables），包括導納/阻抗數(shù)據(jù)或?qū)w/絕緣屬性、地阻抗數(shù)據(jù)以及所有塔和導體的幾何位置、電氣接口元件等；（8）電動機（machines），包括籠型感應電動機、繞線感應電動機、同步電動機以及勵磁機、調(diào)速器、

6、水輪機、汽輪機、風力機和內(nèi)燃機等；（9）控制元件（control systems modeling functions），包括線性和非線性控制元件；（10）保護（protection），包括保護信號的采集、監(jiān)測和繼電保護模型等；（11）其他元件（miscellaneous），包括文件引用/讀取、輸入輸出和節(jié)點等。pscad仿真軟件可以用來仿真模擬進行電力系統(tǒng)中元件參數(shù)及其物理含義、電力系統(tǒng)對稱和不對稱故障仿真、電力系統(tǒng)簡單和復雜潮流計算以及有功和無功功率控制等，還可以將電力系統(tǒng)與電力電子結合起來，比如新能源發(fā)電技術的應用和電能質(zhì)量（svc、statcom）的應用等。學生通過自己搭建部分模型，可

7、以親自操作。2 電力系統(tǒng)仿真實例電力系統(tǒng)實習主要是去發(fā)電廠、變電站等，這些單位出于安全的需要，不會讓學生參與實際的操作，往往是只能看。以電力系統(tǒng)故障為例，學生到現(xiàn)場不能體驗到故障發(fā)生和處理過程，像電力單位的一些工作多年的專業(yè)人員，碰到事故和處理事故時，也可能會不知所措。一些高校通過購買專業(yè)的物理模擬仿真系統(tǒng)，但這些花費很高、場地大，對于該校現(xiàn)有的資源不可能滿足。所以，電力系統(tǒng)中的故障，特別是單相接地短路、兩相短路、兩相短路接地和三相短路的橫向故障，通過pscad仿真軟件可以模擬故障發(fā)生和恢復后各個量的變化。因篇幅有限，這里僅對電力系統(tǒng)橫向故障中的三相短路進行介紹。pscad軟件電力系統(tǒng)仿真軟件

8、計算機需求：（1）microsoft windows vista或windows7操作系統(tǒng)，32bit或64bit；（2）附件軟件intel fortan composer xe 20112，microsoft.net framwork 4.0 full3， microsoft visual c+2010 redistributables；首先通過講解pscad的基本知識，然后設置相關的任務要求，最后以學生為中心，自己動手搭建35 kv單側電源輸電系統(tǒng)，如圖1所示。其中bak為斷路器，tline和tline1的長度均為20 km，每公里電抗為0.4 的架空線路。負載的有功功率為15 mw，無功

9、功率為5 mvar。升壓變壓器為三角型/星型接法，降壓變壓器為星型/三角形接法。通過faults模塊設置故障，timed fault logic模塊設置故障發(fā)生時間為0.08 s，故障持續(xù)時間為0.04 s。采用工程研究方法，通過分析數(shù)字仿真結果，找出其內(nèi)在規(guī)律，然后再通過理論進行分析，對比在不同量的變化下，電力系統(tǒng)相關量的變化，這樣可以有助于學生加深對電力系統(tǒng)故障知識的理解。 三相短路故障時電力系統(tǒng)中最嚴重的故障，以該故障為例對其進行仿真分析。發(fā)生三相短路故障時，電源端的三相電壓電流波形和故障點的三相電壓、三相電流波形如圖2所示。由圖2可知，發(fā)生三相短路故障時，電源端的三相電壓只有微小的波動

10、，沒有發(fā)生顯著的變化；電源端的三相電流幅值增大，a相電流呈整體上升趨勢，b相和c相電流呈整體下降趨勢。故障點電壓由于發(fā)生三相短路，電壓均為0 v，當故障切除后，三相電壓發(fā)生暫態(tài)波動，但很快就恢復到正弦變化；在故障發(fā)生前，由于故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài)，因此故障點處的三相電流均為0 a，在發(fā)生三相短路故障后，由于閉合時有初始輸入量和初始狀態(tài)量，故障點三相幅值都變大，并且a相電流波形上移，c相電流波形下移，在故障排除后，三相電流迅速變?yōu)? a。通過電力系統(tǒng)仿真，可以產(chǎn)生如下實習效果：（1）加深了專業(yè)理論知識，理論聯(lián)系實際，有助于學生提高計算機應用、查找文獻、分析問題和解決問題的能力；（2）對于電力系統(tǒng)

11、更為復雜的建模系統(tǒng)，學生可以組成團隊進行建模，培養(yǎng)團隊合作和創(chuàng)新精神；（3）提高了學生學習的積極性，學生根據(jù)布置的任務主動去學習，激發(fā)了學生學習的欲望，每處理完一個小問題他們感到很有成就感。以上這些都為以后的工作和研究打下堅實的基礎。3 結語通過上述pscad電力系統(tǒng)三相短路故障仿真分析，可以看出仿真實驗不受場地和實際操作的限制，建模簡單，易操作，仿真波形生動、豐富和直觀，不僅使學生更好地學習掌握電力系統(tǒng)三相短路故障的原理和現(xiàn)象，還可以激發(fā)學生學習的樂趣，彌補了實驗室條件的限制。該軟件已用于電力系統(tǒng)分析實習過程中，通過學生反饋的情況，采用該方法可以提高學生學習的主動積極性。由于第一次設置該仿真實習，在實習過程中，也有一些今后需要注意的問題，比如實驗室電腦配置需進一步提高，教師要多建立一些復雜的系統(tǒng)，同時還要主動跟現(xiàn)場的人員多多交流，使仿真模型更貼近實際。參考文獻1 李廣凱，李庚銀.電力系統(tǒng)仿真軟件綜述j.電氣電子教學學報，2005，27（3）：61-65.2 衛(wèi)志農(nóng)，繆新民，王華偉，等.基于pscad-matalb聯(lián)合調(diào)用的高壓直流控制系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化j.高電壓技術，2014，40（8）：2449-2455.3 李軍徽，嚴干貴，任先文，等.突出電氣工程專業(yè)特色的電力電子仿真系統(tǒng)j.東北電力大學學報，2013，33（1）172-175.4 樂健，胡仁喜.p