基于MATLAB的《电力系统分析》教学研究

基于MATLAB的《电力系统分析》教学研究

作者：冯宇

来源：《教育教学论坛》2013年第27期

摘要：利用MATLAB软件的编程及建模、仿真功能，对《电力系统分析》课程中潮流计算、短路电流计算等实例进行了计算和仿真分析，结果证明了应用MATLAB辅助《电力系统分析》课程教学的有效性。

关键词：电力系统分析；教学研究；仿真；编程 1 引言

《电力系统分析》主要研究电力系统在正常及故障情况下的运行状态，包含电力系统稳态分析、电力系统暂态分析和电力系统稳定性分析三部分内容，是电气工程及其自动化专业重要的专业基础课，对培养学生运用所学理论解决工程实际问题的能力起着非常重要的作用。由于该课程具有理论性强、工程性强、涉及面广的特点，学习难度大，学生的学习兴趣不高。近年来，将多媒体技术引入课堂教学已成为一种趋势，采用多媒体课件配合板书的教学方法，使得教学更加具体化、形象化，在一定程度上提高了课堂教学效果。

随着计算机科学的不断发展，各种仿真软件的日益广泛应用给专业课的教学提供了现代化的教学手段，MATLAB就是其中之一。自上世纪80年代问世以来，MATLAB以其高性能的数值计算和可视化的图形绘制功能以及简单易学的编程方式迅速成为应用于多学科的大型软件。将MATLAB的数值分析功能、矩阵计算功能和可视化的Simulink仿真功能应用于《电力系统分析》课程的潮流计算和短路分析教学中，已成为《电力系统分析》课程教学改革的一个重要方面。

2 MATLAB在《电力系统分析》教学中的应用

2.1基于MATLAB的电力系统潮流计算——节点导纳矩阵的形成

潮流计算是电力系统稳态分析的重要内容，也是计算系统动态稳定和静态稳定的基础。潮流计算的方法有很多，其本质都是对一组多元非线性方程进行求解，其解法都离不开迭代。潮流计算中需要先形成网络的节点导纳（阻抗）矩阵，如果采用手工计算，即使节点数不多的系统也仍然有相当大的工作量，只有应用计算机才能快速而准确地完成这些计算任务。下面为潮流计算中节点导纳矩阵的形成程序： n=input（'请输入节点数：n='）；

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

n1=input（'请输入支路数：n1='）；

B=input（'请输入由支路参数形成的矩阵：B='）；

X=input（'请输入由节点号及其对地阻抗形成的矩阵：X='）； Y=zeros（n）； for i=1：n

if X（i，2）=～0； p=X（i，1）；

Y（p，p）=1./X（i，2）； end end for i=1：n1 if B（i，6）==0

p=B（i，1）；q=B（i，2）； else

p=B（i，2）；q=B（i，1）； end

Y（p，q）=Y（p，q）-1./（B（i，3）*B（i，5））； Y（q，p）=Y（p，q）；

Y（q，q）=Y（q，q）+1./（B（i，3）*B（i，5）^2）+B（i，4）./2； Y（p，p）=Y（p，p）+1./B（i，3）+B（i，4）./2； end disp（Y）

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

根据所给系统图，输入网络节点数、支路数及参数矩阵B和X之后，即可形成应用于潮流计算程序的节点导纳矩阵。

2.2采用Simulink/PSB进行电力系统短路仿真分析

1998年推出的MATLAB5.2在Simulink中增加了电力系统模块库PSB（Power System Block）。PSB主要由六个子模块库组成，涵盖了电路、电力电子、电气传动和电力系统等学科中常用的基本元件，可以对非线性、刚性和非连续系统进行非常精确的仿真。 如图为某恒压源系统突然短路的仿真模型。

将故障发生器设置为三相短路，故障时间为（0.01-0.05）s，得到如下仿真波形： 可见，无穷大电源系统短路时，电源端电压只有一些波动，没有发生显著变化。短路点三相电流有效值相等，为对称短路。

类似地建立同步电机三相短路模型，仿真后将结果与上例进行比较，可使学生更加深刻地理解这两种系统发生三相短路时的电磁暂态过程。

改变短路故障发生器的选项设置，可以得到两相短路、单相接地等不同类型短路故障时的电压、电流波形。 3 结论

在《电力系统分析》课程教学中引入MATLAB/PSB对潮流计算、短路故障等重要内容进行辅助分析，具有形象直观、交互性能好等优点，弥补了传统电力系统分析教学的不足，使学生加强了对理论知识的理解，激发了学习兴趣，很好地提高了教学效果。 参考文献：

[1]孟祥萍.电力系统分析[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2]吴天明.MATLAB电力系统设计与分析[M].北京：国防工业出版社，2004. [3]徐敏.MATLAB在《电力系统分析》教学中的应用[J].电力系统及其自动化学报，2010，22（3）：152-155.

[4]李维波.MATLAB在电气工程中的应用[M].北京：中国电力出版社，2006.

作者简介：冯宇（1976-），女，讲师，硕士，主要从事电路分析、电力系统分析方面的教学和科研工作。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn