摘要：Labview是測量領域的圖形化編程軟件，將其應用到“電力系統分析”課程教學中，可將傳統教學中繁瑣的公式用更為形象的圖形、波形和向量圖來表示。主要從復數功率、傳輸線模型來說明Labview仿真在教學中的優點，通過改變輸入，可以看到不同參數對電力系統的影響。

關鍵詞：Labview；電力系統分析；仿真

作者簡介：徐相波(1977-)，男，江蘇常州人，冀北電力職業技術學院電氣工程系，講師；徐超(1978-)，女，黑龍江嫩江人，冀北電力職業技術學院電氣工程系，講師。(河北?保定?071051)

中圖分類號：G712?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079(2012)21-0079-02

“電力系統分析”在電氣專業中屬于一門較為傳統的課程，教學方式多以教材為主，較為偏重理論的分析和例題計算。而在實際情況中，電力系統是一個十分復雜、龐大的系統，而隨著近年來超高壓和特高壓輸電技術的推廣，新的科技發展給其帶來了較大的變化。僅靠傳統的教學方式是不夠的，靜態的PPT演示和計算輔助程序起到的作用有限，也有采用PowerWorld來做動態潮流演示的，但需要學生有較好的基礎和較強的理解能力。[1-4]

從高職教育的特點來看，學生的普遍素質不高，對于系統的整體運行沒有基本的概念，甚至對電壓電流波形都不甚清楚。因此面對這樣的教學對象，通常的數學推導計算輔助手段不能起到較好的作用。當前有許多具有圖形顯示功能的軟件，但是具有編寫簡單，且能顯示各種圖形以及波形功能的軟件并不多，其中Labview是比較突出的。本文采用此軟件來編寫電力系統分析教學輔助仿真程序。通過數字、電氣量波形和向量圖的顯示，學生們可以更清楚地感受到有功功率傳輸和無功功率補償的意義，而不是只能通過復雜的公式來體會電力系統的各種現象。

Labview軟件除了具有強大的波形顯示能力外，在配置上數字信號轉換卡后，還可以直接測量外部電氣信號來輔助教學，對電力系統教學也能起到較好的幫助。除此之外，如果使用CGI、Active X和Java等方式，還可以使學生在遠端與服務器端的Labview程序進行通訊，因此使用Labview來進行電力系統教學仿真有較大的提升空間。本文通過其編寫電力系統分析課程的仿真課件，主要從復數功率和輸電線路等值模型兩個項目來體現其教學輔助功能，而后續還會加上故障分析、潮流分析、標幺值轉換等內容。[5]

一、程序主框架

圖1是主程序的界面，主要分為兩個部分：左邊是提供學習的互動式部分，右邊則提出相關問題供學生們思考并檢驗其學習成果。使用程序者只需要按下相關按鈕就可以進入相對應的子程序，使用十分簡單。圖2是主程序對應的后面板，通過一個循環結構，可以從主界面切換到復功率的子界面，其中使用的是Labview軟件中的事件結構，可以有效地在主界面和子界面之間進行切換。通過主界面上按鈕和子界面上的按鈕來實現程序的轉換功能。

二、復功率

復數功率計算子程序的顯示面板可以同時執行兩個復數功率計算，分別顯示在面板的上下兩個部分。面板的左邊是電壓電流大小(RMS值)及角度的輸入，中間的波形圖則對應電壓電流波形，右邊是復數功率計算的過程，先將電壓變成相量方式表示，電流則變為電壓相量的共軛值，這兩個參數相乘就可以得到復數功率，接著就可以顯示復數功率的兩個分量P和Q。上下兩個復數功率的相加和相減也顯示在界面上，這樣可以使學生了解實部和虛部的基本概念。圖3是該界面的一個運行實例，分別輸入兩組相量，一組為電壓10，角度30，電流5，角度60；一組為電壓20，角度60，電流5，角度30。從圖中可以看出復功率的不同表示和簡單計算。圖4為復數功率計算程序的后面板，圖中左邊為電壓電流輸入點，其值可以直接輸出到相量輸出表示點中(因為需要取共軛，電流相量角度要取負號)。該程序框圖沒有采用子程序來計算，顯得較為凌亂。而圖5采用子程序來處理，就顯得比較簡潔。子程序越多，簡化效果越好。

三、輸電線路等值模型

輸電線路等值電路的界面中，使用時需要輸入線路參數比如每公里電阻、電感、電容大小以及線路長度，另外還需要提供負載狀態如負荷側電壓、功率因數、視在功率等。該程序可以計算出線路首端電壓、電流、有功功率、無功功率、線路損失、電壓損失率。如果是中、長線路，還可以計算出輸電線路的[ABCD]參數。

圖6是等值線路的后面板程序，短、中和長線路三種模型的計算分別放在面板的上、中、下位置。首先，由前面板輸入的RLC參數根據阻抗子程序計算出每公里的Z和Y，再根據不同長度線路模型的計算方法求出對應的[ABCD]。其中短線路中B=Z，其他A、C、D都為0。一般情況下在計算短輸電線路的時候也不使用[ABCD]參數。但是可以使用同一個子程序來計算三個不同的模型。計算得到的參數和負荷的數據作為電壓損失子程序的輸入，就可以得到首端電壓、電流、有功功率、無功功率、線損和電壓損失等結果。

圖7是阻抗子程序的面板，主要功能是將L和C乘以2πf，輸出時每公里的阻抗和容抗。圖8是電壓損失率子程序的面板，輸入的負載參數首先由一個負載子程序來計算出負載有功功率、負荷電流和電壓，輸出為一個包括負荷端電壓和電流的矩陣，該矩陣和參數[ABCD]相乘就可以得到首端電壓和電流，由此再可得到首端有功功率和無功功率，而線損只需要用首端功率減去末端功率就可以得到。當矩陣元素為復數時，需要使用復數矩陣計算公式。而電壓損失可由公式(1)計算得出，其中A為參數[ABCD]的A。

(1)

四、總結語

本文介紹了通過Labview實現的電力系統教學輔助仿真軟件，其包括復數功率和輸電線路等值電路等“電力系統分析”課程中的若干主要內容。該輔助軟件可使學生通過輸入不同的計算參數，得到感觀的輸出結果，用數值、波形或者相量來顯示。軟件使用簡單，學生可更清楚地將理論和實際系統相結合，拋開繁復的公式，對電力系統有一個更為簡單清晰的了解。從實際教學效果來看，該軟件適合作為輔助教學工具來提高“電力系統分析”課程的理論教學效果，未來除了加入更多內容外，還可以向遠程輔助教學發展。

參考文獻：

[1]陳紅坤,韓華玲,向鐵元.關于《電力系統分析》課程教學的改革策略[C].第6屆全國高等學校電氣工程及其自動化專業教學改革研討會論文集(上冊),2009.

[2]李芳,胡斌,皮薇薇.基于工作過程的“電力系統分析”課程開發與研究[J].中國電力教育,2010,(33):118-119.

[3]吳振升,黃梅,徐麗杰.高級電力系統分析課程教學方式的研究[J].中國電力教育,2004,(21):92-94.

[4]郭振威,黃肇,袁旭龍,等.PowerWorld Simulation在電力系統分析教學中的應用[J].中國電力教育,2011,(3):181-182.

[5]陳樹學,劉萱.Labview 寶典[M].北京:電子工業出版社,2011.

(責任編輯：劉輝)

總結

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