电力系统分析论文15篇ETAP仿真软件在电力系统分析教学中的应用Word文档下载推荐.docx

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以电力系统的电压调节方法为例，进行ETAP仿真软件教学案例设计，实现可视化仿真与课堂理论教学的紧密结合。

实践证明，这种教学方法激发了学生的学习兴趣，明显提高了课堂教学效果。

关键词：

电力系统分析；

ETAP仿真软件；

电压调节方法

“电力系统分析”是电气工程及其自动化专业的一门专业骨干基础课程，是学习其他后续课程（如“电力系统继电保护”、“电力系统自动化”、“电力系统微机继电保护”）的基础。

学习这门课程需掌握电路、电机、电磁场和高等数学等方面的知识，所涉及的知识面广，理论性强，又包含大量的计算和画图，学生学起来抽象、难理解，会影响后续课程的学习。

近年来，随着电力系统的不断发展，电力系统的规模日益增大，新技术不断被应用到该领域中，迫切需要新的教学方法来适应电力系统发展对课堂教学的要求。

ETAP是电力系统运行分析的专业仿真软件，它提供完整的图形化编辑器，以简洁的方式对电力系统进行建模，且能快速准确地对系统进行仿真分析，分析结果能以多种形式直观地输出。

若在课堂教学中引入ETAP仿真软件，将有助于学生直观系统、深入地学习“现代电力系统分析”课程。

而“电力系统分析”教学中引入ETAP仿真软件辅助教学，目前国内处于开始阶段，仅有有限高校引进并开始使用ETAP仿真软件辅助教学，是一个新的发展趋势。

本文针对ETAP仿真软件和教学紧密结合以提高学生学习效果，进行了探讨和分析。

一、ETAP仿真软件介绍

ETAP仿真软件是美国OTI公司从1996年开始发行的第一个真正32位Windows环境下电力系统分析计算应用程序，也是全美第一个特许提供给核电站进行电力系统分析的商用软件。

[1]ETAP仿真软件确立了电力系统设计和分析软件的标准，经过多年的开发与完善，可以提供全图形的用户界面，以最简洁的方式建立单线图、阻抗图、继电保护图、分析计算图等100多种不同的图形。

利用用户界面的编辑工具条，可以很方便地增加、删除、移动和连接元件，放大、缩小和翻转图形，显示或隐藏网络，在用户界面上点击元件后可直接输入元件的各类参数、属性及运行状态等，使用起来非常方便灵活。

[2]

ETAP软件还具有强大的计算分析和设计功能，可以进行潮流计算、短路计算、继电保护配合、谐波分析、暂态分析、电机起动分析、接地网设计和低压配电系统的设计等。

ETAP软件可以将分析结果以直接显示、文本报告的形式、曲线的形式等多种形式直观地输出。

[3]因此，ETAP仿真软件其良好的人机界面、强大的计算分析和设计功能、直观简单的电气操作等优点在我国电力系统行业中得到广泛应用。

特别是近年来，随着我国电力系统事业的发展，电力系统的容量及单机容量越大，电力系统的结构越来越复杂，学习、掌握优秀的电力系统仿真软件ETAP，将对电力系统规划、分析与实时监控等有很大的帮助。

[4]一些高校为了学生更加系统、深入地学习电力系统分析课程，以及在毕业后能尽快地适应工作需要，引入了ETAP仿真软件。

二、ETAP软件仿真与课堂授课的结合

在引进ETAP软件之后，结合多年的课堂教学经验，对“电力系统分析”课程中的若干关键知识点和难点进行了仿真教学案例设计，并应用于课堂教学。

电力系统的电压调节方法是“电力系统分析”课程的重要内容，下面就以这部分内容为例，讲解ETAP软件仿真与课堂授课的结合。

1.理论分析

在图1所示的电力系统中，分别采用改变变压器变比、改变无功功率分布的方法调节母线3的电压。

画出系统的等值电路，如图2所示。

等值电路中，变压器的励磁支路和电缆线路的导纳支路都略去。

变压器归算到低压侧的阻抗为ZT，线路的阻抗为Zl。

按照“电力系统分析”课程中变压器等值电路与参数计算的理论分析，参数计算如下：

，

，通过以上两式计算得到：

。

电缆阻抗参数为。

变压器和线路的总阻抗为，系统中的负荷。

母线1的电压为35kV，且保持不变，则理想变压器二次绕组的电压为11kV，线路和变压器阻抗上的压降，母线3的电压，以百分数形式表示。

[5]

通过以上公式推导、计算，求得母线3的电压为95.8%。

很显然，此电压偏低，若通过并联静电电容器的方法改变其功率分布，需要计算并联的静电电容器应该提供的无功功率，才能将其电压提高到98%。

根据静电电容器无功功率计算公式，求得。

[6]经过以上的理论分析可知，为将母线3的电压升高到98%，并联的静电电容器需提供1.7Mvar的无功功率。

若通过改变变压器分接头进而改变其变比的方法将母线3的电压提高到98%，需要通过计算选择合适的变压器分接头。

系统中的变压器有五个分接头，此时接在主接头上，母线3的电压为95.8%，现若将母线3的电压提高到98%，分接头电压应为，因35-2.5%分接头对应的电压为34.125kV，与此分接头的电压最接近，因此为使母线3的电压提高到98%，分接头改接到35-2.5%。

以上是电力系统电压调节方法的理论分析，整个过程中学生接触到的只有数字和公式，普遍反应抽象、难以理解，若此时通过ETAP软件仿真分析一下，增加学生对电压调节方法的感性认识，将会使电压调节过程变得更加直观、具体和丰富有趣，达到最好的教学效果，从而大大调动学习的积极性，激发学习本门课程的兴趣。

2.ETAP软件仿真分析

首先建立该系统的ETAP软件仿真模型，模型中无穷大功率电源用等效电网U1表示，母线1对应的节点设为平衡节点，负荷1和2分别用电动机Mtr3和等效负荷Lump3表示，并设置好各元件的参数。

下面只需点击潮流分析功能模块按钮，再点击运行潮流按钮，即可进行潮流仿真分析。

分析结果在建模图上直观显示输出，如图3所示，母线3的电压为95.81%，与理论分析结果一致。

不过，此电压值偏低，为改善电压质量，现在通过改变功率分布的方式调节母线3的电压。

将静电电容器并联在母线上，设置好其参数，进行ETAP软件潮流仿真分析，其结果如图4所示。

从该图中可以看出，并联静电电容器后，母线3的电压升高到98%，此时并联电容器提供的无功功率恰好为1700kvar，与前面的理论分析结果一致。

下面通过改变变压器变比来进行调压的ETAP仿真分析。

原来变压器分接头接在主接头上，通过刚才的潮流仿真分析结果看到，对应母线3的电压为95.81%。

根据刚才的理论分析，为将母线3的电压升高到98%，需将其分接头改接到35-2.5%上。

在ETAP软件中，改变变压器的分接头为35-2.5%，如图5所示。

对改变变压器分接头后的系统进行ETAP软件潮流仿真分析，其分析结果如图6所示。

从图中可以直观地看到，此时母线3的电压为98.03%，其电压质量提高，和理论分析结果一致。

从上面的分析可以看到，对于电力系统的电压调节方法这部分内容，传统授课方式往往以繁琐的公式推导结合抽象的数学描述进行讲解，学生学习时感觉抽象、枯燥，难以深刻理解并掌握。

对于这部分内容，充分利用ETAP仿真软件，多角度地对电压调节方法进行较为全面的论述和论证演示，不仅可以直观地看到系统原来的运行状态，也可以看到并联电容器和变压器变比改变后系统的运行状态，很显然系统的运行状态得到了改善，电压质量得到了提高。

整个仿真过程很直观，这样有助于学生对重点和难点部分的理解，同时激发了学习本门课程的兴趣，获得不错的教学效果。

三、结论

ETAP仿真软件能很方便地对各种电力系统进行建模，快速准确地对电力系统进行多种不同运行方式下的仿真分析，且能对比不同运行方式下的结果，丰富课堂内容和教学形式，使学生更加深刻理解电力系统的运行。

本文探讨了ETAP仿真软件在教学中的应用，通过ETAP软件仿真演示，使得相关教学内容实现了直观可视化效果，增强了学生对电力系统运行的感性认识。

教学效果反馈也表明学生对相关概念方法的理解更加迅速、概念更加清晰，充分体现了ETAP仿真软件在课程教学中的优势。

同时，ETAP仿真软件的学习，使学生真正具备运用理论知识对电力系统仿真分析和计算的能力，有助于学生成为电力系统方面的工程技术、研究复合型人才，为以后从事电气工程设计、运行、分析、控制和保护等工作打下坚实的基础。

广域测量系统在电力系统分析及控制中的应用综述

[摘要]：

广域测量系统WAMS（WideAreaMeasurementSystem）利用全球定位系统GPS时钟同步，进行广域电力系统的状态测量，以满足电力系统在空间上广域以及时间之上的同步需求。

以下通过对电力系统稳态分析、全网动态过程记录和事后分析等方面的WAMS的应用综述，可见WAMS为电力系统分析和控制提供了新的视角和解决方式，十分具有研究意义。

[关键词]：

WAMSGPS电力系统

一、引言

广域测量系统WAMS是近年以来运用在电力系统前沿技术当中属于最是活跃的领域之一，其核心技术就是PMU，即相角测量单元。

目前对于大规模互联电力系统进行动态分析以及控制还存在困难，而广域测量系统的运用在一定程度上缓解了这个难题。

二、PMU测量的原理

PMU是在GPS的相量测量单位的基础之上进行，它属于一种多功能的信号采集系统。

除了需要对电压相角的实时测量并且以此来获得参考相位角，还需要实现对电压、电流、有功的实时测量和计算，最终再将得出的数据帧送到调度中心。

PMU的测量原理是：

先要通过GPS接收器给出1pps（1个脉冲每秒）信号，然后经过锁相振荡器将这个信号划分成一定的数量以便于采样，被滤波处理之后的交流信号又通过A/D转换器的量化，最后通过微处理器按照递归离散傅立叶变换原理计算得出相量。

测量当中相角的测量是一个关键，因为只要有1ms的误差就会相应的带来18°

工频相角误差，如果误差需要控制在0.1°

，则时间同步的精度需要为5μs。

为了保证最后的相位测量，GPS脉冲信号和国际标准同步误差应当小于1μs。

三、广域测量系统的应用

（一）全网的动态过程记录和事故分析

因为WAMS中的PMU能够在同一参考时间框架之下获得在各种扰动之下全网的动态过渡过程信息，所以仅从这个意义上来讲WAMS就相当于是一个大的故障录波器。

PMU不仅可以实时上传得到的动态过渡过程信息起到一个监视作用，而且在事故发生之后也能够被用在事故分析之上。

（二）稳态分析

PMU的测量精度较高，一般可以直接对所装节点的电压幅值以及相角进行测量，并且可以避免一般的潮流计算或者状态估计的迭代过程，如果和现有的SCADA系统结合使用的话，可以大大提高系统状态估计的精度。

由于现在谐波问题日益严重，可以在相量测量的电力系统的谐波状态估计方法的基础之上，把全系统范围内的谐波状态估计问题转化成为多个单母线系统的状态估计问题，这样做能够从很大程度上降低问题的求解难度。

（三）暂态稳定预测以及控制

如今已经被实际应用在工业当中的稳定控制系统可以分成两种模式：

一是“在线预决策、实时匹配”；

二是“离线计算、实时匹配”。

不过当遇见那些不可预见的连锁故障所引起的大停电之时，这两种模式可能无法得到响应。

为了达到对各种系统的运行工况、各种类型故障的完全自适应，可以选择采用WAMS。

首先，WAMS提供的系统动态过程的时间序列响应，可以直接应用在某种时