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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
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摘要：0 引言 “电力系统分析”是电气工程及其自动化专业本科阶段的专业必修课，由于课程本身理论性强、难度较大，教学过程中仅对模型、公式进行理论分析常使学生不易理解，且形式较
0 引言
“电力系统分析”是电气工程及其自动化专业本科阶段的专业必修课，由于课程本身理论性强、难度较大，教学过程中仅对模型、公式进行理论分析常使学生不易理解，且形式较为枯燥，无法取得较好的教学效果[1]。
在新工科的背景下，越来越强调对学生实践能力的培养。实验教育是工科专业教育的一个重要环节。“电力系统分析”的实验一般采用模拟实验台来完成，由于设备更新慢、不稳定、实验内容不灵活等问题，很难满足实际教学中师生的需求，造成了实验教学效果不能令人满意[2]。
虚拟仿真实验即基于软件技术构建的虚拟实验教学系统，为开设专业实验课程提供了全新的教学与科研环境，近年来被广泛引入到实验教学当中[3～5]。虚拟仿真实验在增强实验的便利性与灵活性的同时，也确保了实验的安全性，能够加强学生自主参与实验的能力。
本文面向本科教学，针对“电力系统分析”课程中关于电压调整的教学内容，设计并开发了电力系统电压调整仿真实验教学平台[6]。文中首先介绍仿真实验教学平台的总体架构，其次基于Matlab对平台进行开发，对其图形用户界面GUI(Graphical User Interface)设计及程序设计分别进行了说明[7～8]，最后将以仿真实验教学案例的方式给出平台的应用实例，从而论证平台的应用效果。
1 仿真实验教学平台总体架构
电力系统电压调整仿真实验教学平台为实验教学提供了一个交互式的用户界面，实现无功与电压调整的仿真，以虚拟仿真实验的方式增进学生对该部分理论知识的理解和掌握。本平台结合电压调整的核心内容，设计了平台功能，该平台的总体架构如图1所示。
图1 仿真实验教学平台总体架构图
电力系统电压调整仿真实验教学平台GUI作为人机交互的中间环节，用户主要通过GUI进行操作，通过在GUI运行界面进行相关模块的参数输入及下达指令，GUI通过相应的回调函数执行程序，其具体的计算由电压调整计算程序来实现。
电力系统电压调整仿真实验教学平台GUI包括系统图显示、负荷情况设置区、电压调整设置区、当前运行状态显示、发电机向量图显示和变电站电压/无功九区图显示。GUI界面接收到来自用户的参数和指令后，调用电力系统电压调整的计算程序，并将程序运行后所反馈的计算结果通过数据、图像等形式显示在相应模块上。
电力系统电压调整计算程序包括参数更新与显示、潮流计算、发电机向量图分析和变电站电压/无功九区图运行点分析。程序被GUI调用，读取当前参数并更新程序内置参数，根据当前的运行状态进行相关计算。计算结束后，程序将计算结果反馈给GUI界面。
2 仿真实验教学平台的实现
Matlab的图形用户界面开发环境GUIDE(Graphical User Interface Development Environment)为用户设计用户图形界面提供了便利[9]。GUIDE将GUI设计的内容保存在两个文件中，一个是fig文件，包含对GUI及其组件的完整信息；另外一个是m文件，包含控制GUI的代码和组件的回调函数。版面设计的相关内容保存在fig文件中，而程序代码则保存在m文件中，两个文件共同决定了GUI的显示与功能实现。
2.1 GUI设计
首先设置了实验模块选择界面，如图2所示，包括简单系统仿真实验以及复杂系统的仿真实验，其中简单系统主要是基于单机单向供电系统让学生进行认知性实验，便于掌握各种调压手段的调压规律，而复杂系统则是基于IEEE的9节点算例系统进行综合性调压实验。
图2 实验模块选择界面
其中简单系统电压调整仿真实验的GUI界面如图3所示。
图3 仿真实验教学平台界面
主要由六部分组成：系统图显示区、负荷情况设置区、电压调整设置区、当前运行状态显示区、发电机向量图显示区、变电站电压/无功自动控制九区图显示[10～11]。以下介绍这几个主要功能区：
(1)系统图显示区：显示实验系统的电气原理图，如图4所示，系统参数内置在程序中，若需要修改参数可通过修改代码来实现。
图4 实验系统的电气原理图
为贴合实际，考虑系统中输电线路可能的日常检修或者故障以及电容器组可能的日常检修或者故障，可以通过程序参数的设置，调节系统状态。例如可以将双回输电线路设置为故障开断状态，电容器组设置为部分检修状态，无法全部投入运行，对应的系统图界面将变更为图5。
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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