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Power world在无功功率平衡和电压调整项目化课程设计中的应用

更新时间:2009-03-28

0 引言

高等职业学院的电力专业学生动手能力强,但抽象思维能力弱。电力系统无功功率(以下简称无功)平衡和电压调整的内容在传统教学中,内容抽象、计算步骤多、需要较多的分析,往往使得学生感到枯燥无味,难以适应他们的特点,无法到达预期的教学效果。如何在学到知识点的同时,更能注重学生的学习特点,增强他们的学习兴趣,这是一个值得研究的课题。

旁边公路上正好开过一台卡车,卡车的灯光扫过左小龙的西风摩托,摩托车还在往下滴着机油。左小龙忍不住心头一酸,他觉得他最要好的伙伴快死了,眼泪差点落下,他赶紧把头盔戴了起来,将罩子罩下。泥巴问到:“干嘛呢,大半夜的戴着头盔。”

课程的项目化是目前课程改革的重要手段。项目化的教学方法是以任务的形式将课程的内容进行一系列的项目化设计,在学生完成任务的同时,也能够学习到相应的知识[1]。在这个过程中,以学生为主导去探索解决任务的办法和问题的解答,教师在这个过程中起协助的作用。

PowerWorld是电力系统分析的专业软件,其具有强大的计算分析功能和友好的界面,可以帮助高等职业学院的电力专业学生弱化计算过程,强化定性分析。在电力系统无功平衡和电压调整的内容进行项目化的课程设计引入PowerWorld软件,增强了电力专业学生的实践和分析能力。

1 项目化的课程总体设计

电力系统无功平衡和电压调整主要描述的是电压与无功的物理关系以及电压调整的方法。无功在充足时,电压可以维持在较高的水平上,反之电压则在较低水平上稳定[2]。在这个认识上,课程设计充分利用PowerWorld软件的强大计算分析能力,结合该项目的知识点,使得学生在学习和运用电压和无功的知识点的同时,又能进行定量定性的分析,充分验证无功平衡和电压调整之间的关系的目的。电力系统无功平衡和电压调整的课程设计的任务设计如图1所示:

  

图1 无功平衡与电压调整结构关系图

图1中,任务1为电力系统的无功与电压管理;任务2为电力系统无功平衡;任务3为电力系统电压管理及电压调整措施;任务4为PowerWorld综合调压与无功监视,为一个综合总结性质的任务。

2 课程中PowerWorld的主要应用

2.1 无功电压静态特性曲线的绘制

无功电压静态特性(Q-V特性)在传统的教学中只讲述一般的概念及少量曲线,但对于不同的系统无功电压静态特性是不相同的,在课程中无法对各个系统进行定量的分析。任务1引入了Power-World进行无功电压静态特性的绘制,在练习中让学生能够体验各种网络中无功电压静态特性的关系变化情况。具体的绘制过程如下:

(2)在PowerWorld的工具栏中找到“高级选项”并点击“QV曲线”如图2(b)所示,然后选择一条负荷节点(如节点2)双击该行的“选定”使其变成“YES”再点击上方的“运行”按钮如图2(c)所示。

(1)在PowerWorld下建立一个系统网络图如图 2(a)。

(3)当运行完毕后,在“结果”中的“列表”生成一行数据,找到这一行右键弹出一个对话框找到“绘制QV曲线”并单击如图2(d),即可得到QV曲线图如图2(e)所示。

 
  

图2 Q-V曲线的绘制过程

2.2 无功平衡的验证

(1)从ABC站能够直观地看到电压越下限、无功越上限,此时应先投电容器组;当电容器投完后,如果电压仍低于电压下限时,需要调整主变分接头进行升压。

(3)将最大负荷与最小负荷时所取得的变压器变比取平均,在这个变比下验证在最大负荷和最小负荷时负荷节点的电压是否满足要求,如图3(e)所示。

2.3 变压器分接头的选择

在任务3中,用PowerWorld平台建立一个等值单机变压器负荷网络图,变压器变比为11/242 kV,发电机母线保持恒定不变,若负荷端最大负荷为选择变压器分接头使得负荷端电压偏移最小。以下是变比调节的验证过程:

 
  

图3 变压器变比调节

 

注:图3实例为PowerWorld软件自带修改而得

(1)通过PowerWorld算出最大和最小负荷时负荷端电压如图3(a)、(b)所示。

调查结果还显示,在提高硕士研究生知识和能力方面作用最大的几种学习方式包括课堂听课、课外自学、听学术报告、参与课题、社会实践、参加学术会议。分别有37.5%和27.5%的学生认为参与课题、选择社会实践对知识和能力的提升作用较大。从中可以看出,大部分学生还是非常注重自身科研能力提升的。

(3)对于F站,其特征为电压越上限、无功越上限,应先降主变分接头再投电容器组,再将变压器分接头电压调至36.75 kV从而消除F站低压侧电压偏低的问题,如图4(c)所示。

由表 2可知,当标准物质在1~5000 ng·L-1的质量浓度范围内时,采用该检测方法得到的3种合成麝香的峰面积比与相应的实际浓度比的相关系数都在0.996以上,二者呈现出良好的线性关系,因此可据此相关方程来计算样品中目标分析物的浓度。HHCB、AHTN和MK的检出限分别为0.02、0.03 和 0.03 ng·L-1,其回收率分别为(114%±15%)、(107%±11%)和(90%±17%),由此可知,3种合成麝香的检出限较低且回收率均较高,实验结果可信度较高。

由此看出,当变比选好后在最大负荷和最小负荷时得到一个电压上限和下限,当负荷处于常规负荷时,电压介于电压上限与下限之间。

2.4 无功-电压综合调整

在任务4中,要进行无功电压综合调整需要建立一个电力系统图,图4(a)为某区域电力系统图,图中包含1个110 kV变电站,6个35 kV变电站和1个5 MW的水电站,系统具体数据见文献[3]。在未调压前初始数据设定为:水电站电压为额定电压10.5 kV,各变电站电容器均未投入,且各变电站变压器变比处于额定变比。图4(b)为无功-电压监视图,由图中数据可以直观地判断各个变电站节点的电压和无功情况。从图4(b)可以观察到6个变电站(A~F)无功越上限,3个变电站(A~C)电压偏低,1个变电站(F)低压侧电压偏高。

利用无功-电压九区图调节方法[4],任务4的目的为对无功-电压异常的变电站进行调节。其中,无功-电压九区图控制策略是根据电压、无功、时间、负荷率、开关信息、有载调压变压器分接头档位和电容器投切等多因素进行综合判断,根据实时数据判断当前的运行区域,再按照一定的控制方案,对闭环地控制站内并联补偿电容器的投切及有载调压变压器分接头的调节。

采用IBM SPSS 20软件进行数据统计分析和主成分分析;R语言软件进行聚类分析;Origin 8.5软件绘图。

  

图4 无功-电压综合调整图

无功-电压综合调整的具体办法为:

在任务2中,通过创建一个IEEE5节点的Power-World算例,在IEEE5节点的潮流计算结果中找到无功电源和无功负荷和网络无功损耗,用于验证无功是否平衡。调整非平衡母线发电机无功的大小,在实例信息栏中观察比较电压变化和无功平衡的情况,从而验证电压变化和无功平衡。

①本装置取用轮对方便,坚固可靠,能大量节约轮对存放场地空间。本装置在现有车间厂房内安装,与生产场所相邻,取用方便;移动轮对所用气缸的气源与车间既有压缩空气管路相连接,不必另行安装空压机房。

(2)通过点击图中“Manual”使其转为“Auto”自动算出在最大负荷和最小负荷下的变压器的变比,如图3(c)、(d)所示。

(2)对于DE站,其特征为电压正常、无功越上限,应先投电容器组再降主变分接头。

(4)当完成上述步骤时,可以观察到6个变电站(A~F)的无功稍微越上限,通过监视器监视,对上述6个变电站电容稍微下调,那么无功和电压越限的问题得以消除,电压和无功的综合调整达到目的,调压结束,如图4(d)所示。

3 结语

在电力系统无功平衡和电压调整的课程中除了对课程项目化的设计外,引用了PowerWorld软件在该课程的应用,其有以下优点:

开裕固学新篇 拓蒙古学视野——《从蒙古豳王到裕固族大头目》述评………………………………………………………胡 蓉(2):122

(1)可视化,图形界面内容丰富,使用简单;

(2)计算速度快,不用手工计算的繁琐过程;

(3)多功能,提供了丰富教学功能案例的软件包,部分无功及电压调整验证可以在这些工程案例中得到实现。

从决策阶段、设计阶段、施工阶段及运营阶段的建设工程全寿命周期的角度,构建与工程管理类本科课程体系相匹配的案例库[6],并开展多种形式的信息化教学活动,如蓝墨云班课、雨课堂、慕课(MOOC)等进行案例教学,同时通过互联网实现大数据记录对教育和学习行为进行高效管理,将教学形式由课上延展到课下,实现学生即时自主学习、师生即时互动,形成以分析解决真实案例为主体的考核方式[7]。

实践表明,PowerWorld在该课程的应用改变了传统教学重理论轻实践的教学模式,使得电力系统无功平衡和电压调整课程有了工程上可视、可控的模拟案例,结合模拟案例的实践,不仅增强了电力专业的学生实践动手能力,而且也提高了他们的学习兴趣。

参考文献

[1] 张海燕,严 方.高职项目化教学的课堂组织与实施策略探析[J].中国电力教育,2010.26,92-93.

[2] 何仰赞,温增银.电力系统分析[M].武汉:华中科技大学出版社,2002.

[3] 黄丽娟、黑绥亚.基于PowerWorld的电压监视和仿真调压方法[J].广西电力,2013.36(01):23-25.

[4] 李 升.变电站电压无功控制理论与设计[M].北京:中国水利水电出版社,2009.

 
莫铭瑞,张志刚,黄丽娟
《广西水利水电》 2018年第01期
《广西水利水电》2018年第01期文献

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