Matlab在電力系統分析教學中的應用

張艷麗++劉曉敏++崔繼仁++牛國玲++梁秋艷

[摘 要] 電力系統分析課程計算量大、生澀難懂、概念性較強，是相關專業學生接觸最早的專業課程之一。為了調動學生學習的積極性和自主性，實行軟硬結合，利用Matlab軟件進行了仿真。針對潮流計算的特點，給出了潮流的仿真曲線，使得學生客觀地分析與掌握潮流的計算方法，從而挖掘和提升學生的設計潛力與分析能力。

[關鍵詞] Matlab；電力系統分析；仿真；教學；應用

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 19. 093

[中圖分類號] G420 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2017）19- 0223- 02

1 引 言

電力系統分析是電氣工程及其自動化專業和農業電氣化專業的核心課程，它是強電方向的專業基礎課，與電力系統繼電保護、發電廠電氣主系統、高電壓技術等后續課程緊密聯系。該課程概括起來為3大計算，分別為潮流計算、短路計算和穩定計算。

電力系統的短路是電力系統故障的典型，存在損失巨大的風險。短路時強大的短路電路會降低系統的電壓，削弱其他元件的功能，更影響電力系統的穩定性，造成嚴重的損失。因而電力系統短路分析意義重大。而電力系統的網絡節點很多，節點之間聯系程度不一，這樣就造成了潮流計算的困難，為此在電力系統分析授課過程中采用了Matlab進行了短路計算，提供了方便、快捷、程序化的教學工具，是學生通過仿真能夠掌握電力網絡潮流的計算方法。

2 Matlab簡介

MATLAB是矩陣實驗室（Matrix Laboratory）的簡稱[1]，是美國MathWorks公司所出品的商業數學軟件，主要用于、數據的可視化以及數值計算的交互式環境和高級技術計算語言，它主要包括了MATLAB和Stimulink兩大部分。在一般情況下，它可以代替底層的編程語言，比如C和C++語言。在計算的要求相同的情況下，人們使用MATLAB編程會使工作量大大地減少[2]。而基于MATLAB的電力系統的潮流計算中使計算機在計算、分析以及研究復雜的電力系統的潮流分布的問題上又邁進了大一步。但是不管采用什么樣的算法，所有的電力系統潮流計算都是基于矩陣的迭代的運算。而MATLAB的語言正是以處理矩陣見長的。

經過實踐表明，MATLAB語言在電力系統的潮流計算中的仿真研究的應用是可行的，而且由于它強大的矩陣的處理功能，可以完全地應用于電力系統的其它的分析和計算中；用MATLAB語言編程時的效率很高， 程序的調試也是十分地方便，它大大地縮減了軟件的開發周期[3]。如果像在控制界那樣開發出了電力系統自己的專用工具箱的話，那就可以將系統分析用的一些基本的計算函數形式直接調用，就可以使潮流計算更容易地實現。

3 軟硬結合，仿真模擬，提高教學成效

教學過程中，以工程實踐能力的培養為側重點，盡可能多的增加一些能夠提高動手能力的教學模塊，比如各種實驗項目和實訓項目。學生始終是教學活動的主體，而教師發揮著重要的主導作用，需要充分調動學生的積極性，激發學生的學習興趣。

通過實際控制模擬操作臺和Matlab兩者硬件、軟件結合，仿真出來的圖像生動地描繪了短路發生后電壓和電流的變化。下面以發生故障頻率最高單相接地短路為例，所得數據和實際狀況相符，如圖1、圖2所示。

運行仿真，雙擊Scope得到單相短路時的電壓波形圖。剛開始時，系統電壓處于穩定的狀態，在0.2 s時，發生單相短路故障，A相相電壓的電壓變為0，B相和C相電壓增大。在0.1 s時，切除短路故障，系統電壓又重新趨于穩定。剛開始時，電路的電流處于穩定狀態，在0.02 s時發生短路故障時，A相電流突然增大，B、C相電流發生微小的變動。在0.1 s時切除短路故障，系統各相電流又重新趨于穩定。

4 結 語

目前，Matlab軟件已經在電力系統分析中得到了充分利用，無論是電力系統三大計算、還是電機模擬中，其獨有的電力系統工具箱更是為教學提供了極大的方便。學生通過Matlab可以自主設計，并可將其應用到大學生創新創業項目中，極大地提高了學生的設計熱情。

主要參考文獻

[1]夏華鳳，許勝. MATLAB仿真技術在《電機與電力拖動》課堂教學中的應用[J].教育現代化，2016（28）.

[2]王育飛，李海霞.基于MATLAB仿真的太陽能發電系統課程設計案例研究[J].中國電力教育，2014（23）：16-18.

[3李鵬飛，曹紅英. ATLAB仿真軟件在《電力電子技術》教學中的應用[J].中國電力教育，2010（9）：85-87.endprint