《电力系统》课程概论

《电力系统分析》课程概论信电学院电气系2022/12/8任课教师介绍张晓zhangxiao@、535330798(qq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miaochangxin@126.co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：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θ、功角δ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电力系统稳态态分析主要研究电力力系统在正常常运行时的运运行规律，借借以指导电力力系统在正常常运行时的能能量管理与调调度。教学内内容包括：电力元件的建建模：电气参参数及等值电电路电力系统的潮潮流计算（重点）电力系统的无无功功率和电电压调整（重点）电力系统的有有功功率和频频率调整（重点）电力系统的经经济运行电力元件的建建模将电力元件抽抽象化，使用用物理参数和和电路模型等等值描述元件件的输入输出出规律包括：发电机机、输电线路路、变压器、、负荷等在稳稳态、暂态过过程中的模型型电力系统潮流流计算稳态分析的核心内容，主要研究电电力系统在正正常运行时的的功率分布（（潮流）和电电压分布。状态变量是支路功率和和节点电压数学模型是功率形式的的节点电压方方程手算法常采用逐节点点递推计算网网络损耗和节节点电压，然然后计算潮流流分布计算机算法可采用多种非非线性方程的的求解方法，，比如牛顿-拉夫逊法等。。电力系统的无无功功率和电电压调整目的是研究电电力系统电压压管理的基本本规律规律：电力系系统无功分布布近似解耦的的影响电网电电压的分布通过分析电力力系统无功功功率和电压的的关系，指导导合理选择电电压监视点和和确定电压调调整措施。电力系统的有有功功率和频频率调整目的是研究电电力系统频率率管理的基本本规律规律：电力系系统有功功率率平衡近似解解耦的影响电电网频率的变变化通过分析电力力系统有功功功率和频率的的关系，指导导电力系统频频率调整措施施。电力系统的经经济运行研究如何实现现电力系统的的经济最优运运行。电力系统的备备用容量和供供大于需的实实际情况提供供了经济运行行的分析前提提。主要了解两种种经济运行分分析理论：传统的基于最最小发电成本本的经济运行行理论基于电力市场场的最小购电电成本的经济济运行理论3.2.3电力系统暂态态分析所谓暂态指电力系统两两个稳态之间间的过渡过程程。暂态分析研究究电力系统在在系统参数突突变（一般指指故障）后的的运行规律，，主要关注运运行变量的变变化规律，比比如短路电流流的变化规律律，借以指导导电力系统的的事故处理、、设备选型和和保护整定。。教学内容包括括：电力系统故障障过程认识电磁暂态过程程分析（短路路计算）机电暂态过程程分析（稳定定性分析）电力系统故障障过程认识故障分类短路故障：三三相短路、两两相短路、两两相短路接地地、单相短路路接地断线故障故障后电力系系统的响应过过程故障后发电机机定转子各绕绕组电流的暂暂态过程分析析基于磁链守恒恒原理发电机的次暂暂态模型、暂暂态模型、稳稳态模型各绕组的电流流分量及其变变化规律电磁暂态过程程分析电磁暂态过程程指电力系统的的扰动尚未对对发电机转子子转速产生明明显影响的情情况下的变化化过程分析。。电磁暂态过程程分析主要研研究短路和断断线故障，所所以常被称为为电力系统故障障分析。完整的研究方方法：电路的的微分方程和和磁链方程的的联立求解实用计算方法法：建立暂态态时的类稳态态模型，只分分析故障初始始状态下的短短路电流，然然后近似得到到描述短路的的几个特征量量值；数学模模型是电路的的类稳态向量量方程。对于不对称故故障，要使用用对称分量法法，建立网络络的正序、负负序和零序模模型，在序量量求解后在还还原为相的量量值。电磁暂态过程程分析电磁暂态过程程分析的教学学内容电力系统对称称短路计算电力系统不对对称短路计算算电力系统的断断线分析机电暂态过程程分析机电暂态过程程指电力系统的的扰动已经对对发电机转子子转速产生明明显影响的情情况下的变化化过程分析。。其典型特征征是频率失去去同步。机电暂态过程程分析主要研研究电网在强强扰动下，发发电机发电频频率与电网频频率存在偏差差的情况下的的运行规律。。作为特征，，主要分析能能否维持系统统稳定的问题题，所以常被被称为电力系统稳定定性分析。完整的研究方方法：运动的的稳定性分析析。电力系统稳定定性分析内容容：关于本质稳定定的问题（静静态稳定性））：基于小扰扰动的近似线线性稳定性分分析、李亚普普诺夫稳定性性分析。关于系统抗扰扰性的分析（（暂态稳定性性）：简单系系统的等面积积定则、多机机系统求解发发电机转子的的摇摆曲线（（发电机转子子运动方程的的欧拉法求解解）3.4电力力系系统统电电气气设设备备电气气设设备备的的认认识识结构构、、功功能能、、分分类类、、基基本本原原理理包括括：：发发电电机机、、变变压压器器、、电电力力线线路路、、开开关关设设备备、、避避雷雷器器、、互互感感器器等等电器器设设备备选选型型的的知知识识选型型理理论论：：绝绝缘缘问问题题、、发发热热问问题题、、受受力力问问题题各种种设设备备的的选选型型条条件件设备备选选型型的的计计算算条条件件*电电力力系系统统PS的主主要要研研究究内内容容PS规划划、、设设计计及及可可靠靠性性PS暂态态过过程程、、稳稳定定性性及及安安全全性性分分析析PS继电电保保护护、、人人工工智智能能在在电电力力系系统统中中的的应应用用。。高压压直直流流输输电电HVDC大功功率率电电力力电电子子器器件件的的整整流流、、逆逆变变技技术术的的应应用用交直直流流混混合合输输电电是是未未来来的的理理想想输输电电模模式式灵活活交交流流输输电电技技术术FACTS以静静止止无无功功补补偿偿SVC、静静止止调调相相器器Statcom、综综合合潮潮流流控控制制器器UPFC、可可控控串串联联补补偿偿TCSC、有有源源电电力力滤滤波波器器APF等为为核核心心实实现现的的可可以以灵灵活活调调整整交交流流电电网网的的功功率率分分布布和和电电压压分分布布的的综综合合技技术术。。智能能电电网网*电电力力系系统统的的最最新新研研究究动动态态热点点研研究究方方向向：：配网网自自动动化化灵活活交交流流输输电电技技术术（（FACTS）高压压直直流流输输电电（（HVDC）和和大大电电网网互互连连技技术术人工工智智能能在在电电力力系系统统中中的的应应用用智能能电电网网（（smartgrid、intelligentgrid）与教教材材相相应应的的教教学学内内容容电力力系系统统基基本本知知识识电力力系系统统的的参参数数及及等等值值电电路路潮流流计计算算调压压分分析析调频频分分析析短路路计计算算稳定定性性分分析析电力力系系统统设设备备选选型型涉及及的的章章节节分分布布介介绍绍（（课课本本））课程程要要求求了解解电电力力系系统统的的基基本本常常识识---识记记掌握握电电力力系系统统基基本本分分析析方方法法---理解解基本本掌掌握握电电力力系系统统电电气气设设备备的的选选型型知知识识---理解解了解解电电力力系系统统的的运运行行与与管管理理的的基基础础知知识识---识记记**注注意意理理论论知知识识与与工工程程实实际际的的结结合合点点，，重重点点把把握握基基本本理理论论！！主要要参参考考书书1.《《电力力系系统统分分析析》，何何仰仰赞赞等等，，华华中中理理工工大大学学出出版版社社，，19842.《《电力力系系统统分分析析》，单单渊渊达达编编，，机机械械工工业业出出版版社社，，2001.123.《《电力力系系统统稳稳态态分分析析》，陈陈珩珩等等，，东东南南大大学学出出版版社社，，19854.《《电力力系系统统暂暂态态分分析析》，李李光光琦琦编编，