《电力系统分析》课程概论

1、电力系统分析课程概论,信电学院电气系 2021/3/19,任课教师介绍,张 晓 、535330798(qq)办)办公室: 南湖信电楼-B427 江苏省电力传动与自动控制工程中心202室 苗长新电力系统分析概论,1.课程定位 2.研究对象 3.知识体系 4.学科发展热点 5.教学内容 6.课程要求 7.参考书,1.课程定位,电气工程及自动化专业核心课程 080801 电机与电器 080802 电力系统及其自动化 080803 高电压与绝缘技术 080804 电力电子与电力传动 080805 电工理论与新技术 电力学

2、科的基础课程 电力系统及自动化专业研究生入学考试专业课程,2.研究对象电力系统,电力系统： 电力系统是由发电机、变压器、输电线路、负荷构成的网络。它包括以电动和机械的方式连接在网络中的设备。 电力系统的元件分两类： 一类是电力元件（一次元件），包括生产、变换、输送与分配、消费电能的元件。 一类是控制元件（二次元件） ，包括发电机的励磁调节器、调速器、继电器、保护设备等。 本课程主要研究对象为电力系统一次系统，即电力一次元件组成的网络,3.知识体系,课程所涉及的知识是电气工程学科电源侧的主要内容，构成电力系统及其自动化方向基础知识的主体，主要内容包括： 电力系统基础知识 介绍电力系统的基本常识

3、电力系统分析 是本课程的核心内容 分析研究电力系统在正常和故障状态下的运行规律 电力系统的电气设备 设备认识与选型,3.1电力系统分析知识,电力工业发展概况 电能系统的概念、组成 电能质量的内涵：电压、频率、波形 三相电能系统的中性点运行方式 电气安全接地 电能系统的运行、监视、控制与保护系统,3.2电力系统分析的研究内容,传统地，电力系统分析的研究内容包括： 电力系统稳态分析 电力系统暂态分析 分为：电磁暂态过程 机电暂态过程 *瞬变过程分析（在后续电气设备故障诊断课程中学习,3.2.1电力系统分析方法概述,电力系统分析实际上是电路理论、磁路理论在电力系统中的应用。 其分析计算的一般过程是：

4、 首先将待求物理系统进行分析简化，抽象出等效电路，然后确定其数学模型（建立求解方程），最后用数学方法求解，对结果进行分析。 具体的说： 在进行理论分析前，首先分析运行变量，确定合适的状态变量。然后选择合适的电力元件模型。判断问题，依据电力网络的电路关系建立电路方程；依据电力元件的磁路关系建立磁链方程；依据机电元件的机械运动规律建立运动方程。求解联合方程组，分析计算结果，完成电力网的分析,3.2.1电力系统分析方法概述,电力系统分析方法： (1)电力系统的描述 运行参量 比如： P、Q、V、I、f、相位角、功角 系统物理参数 比如：R、X、B、G (2)电力系统建模 电力元件的建模 （发电机、输

5、电线路、变压器、负荷等）的稳态模型、暂态模型； 电力系统的建模 电路模型、磁路模型； 直流稳态模型（标量方程）、交流稳态模型（向量方程）、暂态模型（微分方程） (3)网络分析方法 基于手算的近似实用计算 基于矩阵计算的计算机算法 使用EMTP、PSASP、MATLAB、Saber等软件包进行分析计算,3.2.2电力系统稳态分析,主要研究电力系统在正常运行时的运行规律，借以指导电力系统在正常运行时的能量管理与调度。教学内容包括： 电力元件的建模：电气参数及等值电路 电力系统的潮流计算（重点） 电力系统的无功功率和电压调整（重点） 电力系统的有功功率和频率调整（重点） 电力系统的经济运行,3.2.

6、2.1电力元件的建模,将电力元件抽象化，使用物理参数和电路模型等值描述元件的输入输出规律 包括：发电机、输电线路、变压器、负荷等在稳态、暂态过程中的模型,3.2.2.2电力系统潮流计算,稳态分析的核心内容，主要研究电力系统在正常运行时的功率分布（潮流）和电压分布。 状态变量是支路功率和节点电压 数学模型是功率形式的节点电压方程 手算法常采用逐节点递推计算网络损耗和节点电压，然后计算潮流分布 计算机算法可采用多种非线性方程的求解方法，比如牛顿-拉夫逊法等,3.2.2.3电力系统的无功功率和电压调整,目的是研究电力系统电压管理的基本规律 规律：电力系统无功分布近似解耦的影响电网电压的分布 通过分析

7、电力系统无功功率和电压的关系，指导合理选择电压监视点和确定电压调整措施,3.2.2.4电力系统的有功功率和频率调整,目的是研究电力系统频率管理的基本规律 规律：电力系统有功功率平衡近似解耦的影响电网频率的变化 通过分析电力系统有功功率和频率的关系，指导电力系统频率调整措施,3.2.2.5电力系统的经济运行,研究如何实现电力系统的经济最优运行。 电力系统的备用容量和供大于需的实际情况提供了经济运行的分析前提。 主要了解两种经济运行分析理论： 传统的基于最小发电成本的经济运行理论 基于电力市场的最小购电成本的经济运行理论,3.2.3电力系统暂态分析,所谓暂态指电力系统两个稳态之间的过渡过程。 暂态

8、分析研究电力系统在系统参数突变（一般指故障）后的运行规律，主要关注运行变量的变化规律，比如短路电流的变化规律，借以指导电力系统的事故处理、设备选型和保护整定。 教学内容包括： 电力系统故障过程认识 电磁暂态过程分析（短路计算） 机电暂态过程分析（稳定性分析,3.2.3.1电力系统故障过程认识,故障分类 短路故障：三相短路、两相短路、两相短路接地、单相短路接地 断线故障 故障后电力系统的响应过程 故障后发电机定转子各绕组电流的暂态过程分析 基于磁链守恒原理 发电机的次暂态模型、暂态模型、稳态模型 各绕组的电流分量及其变化规律,3.2.3.2电磁暂态过程分析,电磁暂态过程指电力系统的扰动尚未对发电

9、机转子转速产生明显影响的情况下的变化过程分析。 电磁暂态过程分析主要研究短路和断线故障，所以常被称为电力系统故障分析。 完整的研究方法：电路的微分方程和磁链方程的联立求解 实用计算方法：建立暂态时的类稳态模型，只分析故障初始状态下的短路电流，然后近似得到描述短路的几个特征量值；数学模型是电路的类稳态向量方程。 对于不对称故障，要使用对称分量法，建立网络的正序、负序和零序模型，在序量求解后在还原为相的量值,3.2.3.2电磁暂态过程分析,电磁暂态过程分析的教学内容 电力系统对称短路计算 电力系统不对称短路计算 电力系统的断线分析,3.2.3.3机电暂态过程分析,机电暂态过程指电力系统的扰动已经对

10、发电机转子转速产生明显影响的情况下的变化过程分析。其典型特征是频率失去同步。 机电暂态过程分析主要研究电网在强扰动下，发电机发电频率与电网频率存在偏差的情况下的运行规律。作为特征，主要分析能否维持系统稳定的问题，所以常被称为电力系统稳定性分析。 完整的研究方法：运动的稳定性分析。 电力系统稳定性分析内容： 关于本质稳定的问题（静态稳定性）：基于小扰动的近似线性稳定性分析、李亚普诺夫稳定性分析。 关于系统抗扰性的分析（暂态稳定性）：简单系统的等面积定则、多机系统求解发电机转子的摇摆曲线（发电机转子运动方程的欧拉法求解,3.4电力系统电气设备,电气设备的认识 结构、功能、分类、基本原理 包括：发电

11、机、变压器、电力线路、开关设备、避雷器、互感器等 电器设备选型的知识 选型理论：绝缘问题、发热问题、受力问题 各种设备的选型条件 设备选型的计算条件,电力系统PS的主要研究内容,PS规划、设计及可靠性 PS暂态过程、稳定性及安全性分析 PS继电保护、人工智能在电力系统中的应用。 高压直流输电HVDC 大功率电力电子器件的整流、逆变技术的应用 交直流混合输电是未来的理想输电模式 灵活交流输电技术FACTS 以静止无功补偿SVC、静止调相器Statcom、综合潮流控制器UPFC、可控串联补偿TCSC、有源电力滤波器APF等为核心实现的可以灵活调整交流电网的功率分布和电压分布的综合技术。 智能电网,

12、电力系统的最新研究动态,热点研究方向： 配网自动化 灵活交流输电技术（FACTS） 高压直流输电（HVDC）和大电网互连技术 人工智能在电力系统中的应用 智能电网（smart grid、intelligent grid,与教材相应的教学内容,电力系统基本知识 电力系统的参数及等值电路 潮流计算 调压分析 调频分析 短路计算 稳定性分析 电力系统设备选型 涉及的章节分布介绍（课本,课程要求,了解电力系统的基本常识-识记 掌握电力系统基本分析方法-理解 基本掌握电力系统电气设备的选型知识-理解 了解电力系统的运行与管理的基础知识-识记 *注意理论知识与工程实际的结合点，重点把握基本理论,主要参考书,1 .电力系统分析，何仰赞等，华中理工大学出版社，1984 2 .电力系统分析，单渊达编，机械工业出版社，2001.12 3.电力系统稳态分析，陈珩等，东南大学出版社，1985 4.电力系统暂态分析，李光