总第２９０期 ＤＯＩ编码：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００７—００７９．２０１３．３１．０６６ 实验实践教学 电力系统综合自动化实验的教学研究 牛祖蘅李宁 摘要：三峡大学开设的电力系统综合自动化实验是与电气工程专业的“电力系统分析”、“电力系统自动化”、“微型机继电保护原 理”等课程相配套的实验教学。为了让学生更好地掌握和实验内容相关的专业知识，理解实验现象，提高学习积极性，提出了可以借助 ＰＳＡＳＰ￣大的计算分析功能辅助该实验课程的教学工作。建议教师可以结合“ＰＳ－５Ｇ型电力系统微机监控试验台”多机环形电力网络， 拟定出与实际情况相结合的毕业设计课题，开设与“发电厂电气主系统”和“电力系统继电保护”相关的课程设计。 关键词：电力系统综合自动化实验；电力系统分析综合程序；实验教学 作者简介：牛祖蘅（１９７７一），女，湖北秭归人，三峡大学电气与新能源学院电力工程系，讲师；李宁（１９６５一），男，湖北宜昌人，三峡 大学电气与新能源学院电工电子实验教学中心，工程师。（湖北宜昌４４３０００） 中图分类号：Ｇ６４２．４２３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７－００７９（２０１３）３１－０１３５－０２ 三峡大学开设的电力系统综合自动化实验采用的是 “ＷＤＴ－ＩＩＩ型电力系统综合自动化实验台”和“ＰＳ一５Ｇ型电力系 统微机监控试验台”。结合三峡大学教学情况，目前在“ＷＤＴ－ ＩＩＩ型电力系统综合自动化实验台”共开设六个实验，分别是“准 同期并列实验”、“同步发电机微机励磁实验”、“单机对无穷大 系统稳态运行方式实验”、“电力系统功率特性和功率极限实 验”、“电力系统暂态稳定性实验”和“电力系统调度自动化实 验”，其中“电力系统调度自动化实验”是在建立在ｗＤＴ－Ⅲ型电 ＰＳＡＳＰ准备好和实验相关的分析计算，实验时和学生一起通过 ＰＳＡＳＰ进行计算，通过形象的仿真抓住学生的注意力，提高学 生的积极性，然后由学生独立完成实验内容，获得实验数据，课 后要求学生对￣ＬＰＳＡＳＰ计算结果和实验结果，并结合理论知识 完成后面的数据分析，从而也让学生认识到电力系统物理模拟 实验的必要性。ＰＳＡＳＰ仿真与物理实验平台相结合可以起到事 半功倍的效果。 一、电力系统分析综合程序简介玲－４１ 力系统综合实验平台的基础之上的ＰＳ一５Ｇ型电力系统微机监控 试验系统上开设的。 电力系统分析综合程序（ＰＳＡＳＰ）是一套使用方便、功能强 大的电力系统分析程序，是国内进行电力系统计算和仿真经常 电力系统物理模拟实验是进行电力系统分析和研究的重要 方法之一，用与原型相同物理性质的物理模型进行试验，代替 在实际系统进行各种正常与故障状态的试验研究，能够复制电 力系统的各种运行情况。由于电力系统具有多变的参数及其复 杂的过渡过程，在进行理论分析的同时必须进行试验研究，二 者缺一不可。 使用的软件。 ＰＳＡＳＰ基于公用资源的交直流电力系统分析程序包，具有 以下功能：潮流计算、最优潮流和无功优化、暂态稳定、短路电 流、继电保护整定与仿真、网损分析、电压稳定、小干扰稳定、静 态安全分析、静态和动态等值、直接法暂态稳定以及参数优化 协调。 电力系统综合自动化实验综合性强，要求学生掌握“电力 系统分析”、“电力系统继电保护原理”、“发电厂电气主系统”、 “微型机继电保护原理”、“电力系统自动化”等课程内容，并且 要求学生在实验前对相应专业知识准备充分。为了让学生更好 地掌握和实验内容相关的专业知识，认识实验现象，提高学习 积极性，针对“单机对无穷大系统稳态运行方式实验”、“电力 ＰＳＡＳＰ具有友好、方便的人机界面，使用方便。如基于图形 的数据输入和图上操作，自定义模型以及图形、报表、曲线等 各种形式的输出，并且算例丰富，可供用户进行学习和研究的参 考，学生能够在短时间内学会并应用。 ＰＳＡＳＰ的用户程序接口环境开放友好，提供用户程序接口 （ＵＰＩ）环境，使ＰＳＡＳＰ模块和用户程序模块联合运行，共同完 成计算任务。并且ＵＰＩ通过编程（￣ＩＦＯＲＴＲＡＮ、ｃ＋＋等）为用户 提供了更加开放、更加自由的环境，利用ＰＳＡＳＰ的资源和实现 ＰＳＡＳＰ的功能扩充。 １３５ 系统功率特性和功率极限实验”、“电力系统暂态稳定性实验” 和“电力系统调度自动化实验”四个实验可以借助ＰＳＡＳＰ强大的 计算分析功能，辅助该实验课程的教学工作。教师在课前通过 回吨力毅 二、试验系统简介 】 开设的所有试验均在ｗＤＴ＿Ⅲ型电力系统综合实验平台和 ＰＳ－５Ｇ型电力系统微机监控试验系统上完成。 “ＷＤＴ－ＩＩＩ型电力系统综合自动化实验台”是通过中间开 关站和单回、双回线路的组合，与无穷大电源相连，发电机与无 穷大系统之间可构成四种不同联络阻抗。 “ＰＳ一５Ｇ型电力系统微机监控试验台”是开放式多机电 力网综合试验系统。该试验系统由３￣５台相当于实际电力系统 中发电 ６条不同长短的输电线路和３组可改变功率大小的负 荷等组成。整个一次系统构成一个可变的多机环型电力网络。 发电机按６００ＭＷ机组来模拟，主电力网按５００ｋＶ电压等级来 模拟，４００ｋｍ双回路长距离输电线路将功率送人短路容量为 ６０００ＭＶＡ的无穷大系统，在距离１００ｋｍ的中间站经联络变压器 与２２０ｋＶ母线相联，地方负荷可以是纯有功负荷、纯无功负荷和 正常感性负荷。 三、电力系统分析综合程序与实验内容的结合 １吨力系统稳态运行分析实验内容与ＰＳＡＳＰ￣ａ结合 电力系统综合自动化实验中的“单机对无穷大系统稳态运 行方式实验”、“电力系统功率特性和功率极限实验”和“电力 系统调度自动化实验”中均涉及到潮流计算。潮流计算是电力系 统分析最基本的计算，在ＰＳＡＳＰ中，潮流计算是暂态稳定计算、 小干扰静态稳定计算、短路计算、网损计算、静态安全分析、静 态和动态等值计算的基础。教师在实验前结合实验系统，利用 ＰＳＡＳＰ进行潮流计算，然后通过物理模拟实验得到实验结果， 并对结果加以分析。 ２龟力系统暂态分析实验内容与ＰｓＡｓＰ相结合 “单机对无穷大系统稳态运行方式实验”、“电力系统暂 态稳定性实验”和“电力系统调度自动化实验”均涉及到在指定 位置模拟短路故障，并通过微机继电保护装置获得短路电流。 ＰＳＡＳＰ可以计算短路电流的初始值以及短路电流每个积分步长 下的实时值。在进行实验时借助于ＰＳＡＳＰ，通过在实验指定位 置设置网络故障以及节电扰动，进行暂态稳定计算，分析计算 结果，学生可以观察到短路后系统各状态变量的变化隋况，可帮 助学生理解变化过程并正确判断系统的暂态稳定性；且可借助 ＰＳＡＳＰ对采取提高系统暂态稳定性措施前后的系统进行暂态稳 定性计算，并对比输出结果，总结结论，帮助学生理解。然后通 过物理模拟实验得到实验结果，并对结果加以分析。 ３．电力系统继电保护实验内容与ＰＳＡＳＰｆｆ￣结合 电力系统综合自动化实验中的“单机对无穷大系统稳态运 １３６ ２０１３年第３１期 行方式实验”、“电力系统暂态稳定性实验”和“电力系统调度 自动化实验”中均涉及到电力系统继电保护的整定计算。继电 保护整定计算需要考虑多种因素，特别是“ＰＳ一５Ｇ型电力系统 微机监控试验台”是一个相对比较复杂的试验系统，对于实验 课前准备不充分的学生来说，短时间很难完成整定计算。通过 ＰＳＡＳＰ，教师课前进行整定计算，生成整定计算报表，课中简单 讲解计算过程，分析结果。既帮助学生温习了继电保护整定规 则，又可以引导学生进行整定结果的分析，提高了学生的学习积 极性。 四、课程（毕业）设计与现有实验平台相结合 “ＰＳ～５Ｇ型电力系统微机监控试验台”构造了＿一个可变的 多机环型电力网络。主电力网按５００ｋＶ电压等级来模拟，并设 计有不同类型的地方负荷。笔者建议教师可以结合这个多机 环形电力网络，拟定出与实际情况相结合的或者理论研究型毕 业设计课题。如对一个实际系统进行网损计算，确定运行调度 方案等；还可以开设与相关专业课程相符合的课程设计。通过 ＰＳＡＳＰ强大的计算功能，完成设计中涉及到的相关计算。然后 再在该试验平台上进行物理模拟实验，得到实验结果，并对结 果加以分析。 五、结束语 为了让学生更好地掌握与实验内容相关的专业知识，理解 实验现象，提高学习积极性，本文提出可以借助ＰＳＡＳＰ强大的 计算分析功能，辅助该实验课程的教学工作。建议教师可以结合 “ＰＳ－５Ｇ型电力系统微机监控试验台”多机环形电力网络，拟定 出与实际情况相结合的毕业设计课题，开设与相关专业课程相 符合的课程设计。 参考文献： ［１］武汉华工大电力自动技术研究所．ＷＤＴ－ｎｌ型电力系统综合自动 化试验台使用说明书［ｚ］． 【２］武汉华工大电力自动技术研究所．Ｐｓ一５Ｇ型电力系统微机监控 试验台使用说明书【ｚ】． 【３】电力科学研究院．电力系统分析综合程序（ＰＳＡＳＰ）用户手册【ｚ］． ２００１． 【４】钟慧荣，蒋秀洁．ＰＳＡＳＰ在电力系统分析实验教学中的应用ｆＪ］． 实验科学与技术，２００８，６（６）：７２－７５． ［５】牛祖蘅，李宁．“ＷＤＴ－ＩＩＩ型电力系统综合自动化实验台”的应 用［Ｊ］．实验科学与技术，２０１２，１０（３）：１５一ｌ８． （责任编辑：孙晴）