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基于的电力系统电压调整仿真实验教学平台设计(2)
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摘要：图5 设置故障后的实验系统界面 (2)负荷情况设置区：用于设置负荷参数，如图6所示，提供两种设置方式，一种是人工输入给定负荷参数，并计算功率因数
图5 设置故障后的实验系统界面
(2)负荷情况设置区：用于设置负荷参数，如图6所示，提供两种设置方式，一种是人工输入给定负荷参数，并计算功率因数。此外考虑到外部负荷的随机性，也可以由系统随机生成负荷参数，适合开放性的实验练习环节。且可以在连续的电压调节实验过程中进行更改以模拟负荷的波动。
图6 负荷情况设置界面
(3)电压调整设置区：用于设置多种电压调整措施的参数，如图7所示，包括调节发电机的机端电压、选择变压器抽头档位、投退电容器补偿等。
(4)当前运行状态显示区：在分析结束后，仿真结果会显示在该区域内，显示当前低压母线电压及功率因数。
(5)发电机向量图显示区：此部分模块结合发
图7 电压调整设置界面
电机相量图的知识点，显示发电机的空载电势、机端电压、输出电流的相量图。
(6)变电站电压/无功自动控制九区图：此部分模块结合变电站自动化的知识点，显示根据低压母线电压和功率因数划分的九区图[10～11]，如图8所示。
图8 九区图显示界面
图中深色区域为符合控制目标的正常工作区域，该区域还能够根据调节变压器分接头位置和投入运行的电容器组数显示系统运行点变化的轨迹。
此外，复杂系统的电压调整仿真实验界面如图9所示。
图9 IEEE9节点系统电压调整仿真实验界面
复杂系统主要考虑多机含环网的网络，更接近实际电力系统调压的场景，主要基于IEEE的9节点算例系统的数据进行实验。主要包含系统图显示、电压调整设置区、电压柱状图显示区。按钮设置了“读入基准点数据”、“运行”以及“转换为标幺值”三项功能，其中“读入基准点数据”主要是读取IEEE9节点算例数据并得到初始电压分布情况，选择调压方式后点击“运行”可以得到调整后的电压分布图，而“转换为标幺值”按钮则是为了更直观显示当前电压相对于额定值的大小。
2.2 程序设计
本平台的程序流程图如图10所示。
图10 程序流程图
用户运行GUI界面后，输入或生成基础负荷参数，点击“分析”按钮，系统读取当前参数并更新程序内置参数，并根据当前运行状态进行相应计算。该部分程序运行完成后，界面内显示当前运行状态，更新发电机向量图，并绘制九区图运行点转移轨迹。此时，用户可继续选择“运行”、“清空”和“退出”命令。若选择“运行”，则继续设置电压调整措施的对应参数，程序重复进行上述流程；若选择“清空”，系统将清除参数及图形显示，用户重新输入或生成基础负荷数据，程序重复进行上述流程；若选择“退出”，用户将退出GUI界面，本实验结束。
3 仿真实验教学实例
下面以电力系统电压调整仿真实验平台在我院“电力系统分析”课程教学中的运用为例，对仿真实验教学平台的应用场景进行介绍，主要展示简单系统电压调整实验的实验过程。
首先在理论课教学环节中，学生通过教师讲授的方式基本了解电压调整的基本原理，在此基础上通过增加仿真实验环节让学生对电压调整的效果有直观认识，并通过开放性实验的训练巩固相关理论知识，透彻理解，熟练运用。
实验实施过程举例如下：
(1)设定外部故障，单回输电线路开断，给定负荷参数，如输入有功负荷100MW，无功负荷50Mvar，系统计算得负荷功率因数为0.89。
(2)设置电压调整措施，发电机机端电压控制为10.5kV，升压变与降压变均处于主抽头，低压侧不投入电容器补偿。
(3)点击“分析”按钮执行潮流分析功能，获得当前低压母线电压为9.9kV，由于无补偿，低压母线功率因数即为初始负荷功率因数0.89。当前界面如图11所示，可见系统当前存在一回输电线路开断的情况以及表征当前运行状态的参数。
图11 实验过程界面
(4)可由学生自行选择电压调整措施，并调节参数，观测实验结果并记录。例如投入1组10Mvar的电容器，观测调整后的结果，可发现低压母线电压提升到10.25kV，补偿后低压母线功率因数达到0.93。
(5)观察发电机相量图的变化，调整前后的发电机相量图如图12所示，以往的学生中发电机相量图的知识点与电压调整中发电机调压的知识点是相互割裂的，本平台将两个知识点进行串联，学生可直观观察电压调整过程中，发电机相量图的变化情况以及励磁电流的变化情况。由图可知，由于电容器补偿提高了功率因数，电流相量滞后电压相量的角度明显减小。此外在维持机端电压恒定的情况下，
文章来源：《电力系统装备》 网址: http://www.dlxtzbzz.cn/qikandaodu/2021/0625/1031.html
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