LabVIEW軟件在電力系統分析課程中的應用

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分析課程的教學創新方面，進行了大膽地嘗試與改進。

【關鍵詞】電力系統分析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

電力系統分析是電氣工程專業的重要基礎課。近年來，按照傳統教學方法及教學設備已經越來越難以滿足電力系統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工具。LabVIEW作為一個具有良好開放性的虛擬儀器開發平臺，為虛擬儀器的開發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。其中節點為發電廠母線節點，1=121+j0kV，1=P1+jQ1=16+j12MVA；l為線路，Zi=R+jX=20+j30Ω，節點2為線路末端節點；T為變壓器，歸算至高壓側阻抗ZT=5+j63Ω，變比i=110/38.5；3為變壓器末端節點。根據接線圖中給出的已知條件，仿真結果要顯示節點1中通過的電流1，節點2的電壓2，電流2，功率2，節點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點功率與電壓求出節點電流，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）節點2電壓

2=1-△i （4）

節點2電流

2=1 （5）

節點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）節點3電壓

3=（2-△T）/i （9）

節點3功率

3=2-△T （10）

節點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行過程而設置了while循環（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，學生專業課程的學習效果以及創新能力都有了明顯的提高，學校正在倡導人才培養、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做為開發工具，針對電力系統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. 電力系統穩態分析（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運行與仿真。

徐超（1978-），女，講師，碩士，主要從事電力系統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分析運行與仿真。