《电力系统分析》学习指南

学习指南

《电力系统分析》是电气工程学科的专业基础课，是本科生进入电气工程科

研殿堂的重要向导和桥梁之一。多年来，该课程是由四门理论课（电力系统稳态

分析、故障分析，稳定性和继电保护）和一门实验课（电力系统实验）组成。

2000年前后，随着电力系统学科的快速发展，原有的教学内容和教学方法

己不能适应现代高等教育和学科发展趋势。

一方面表现在理论课程上。面临的主要困难有（1）必修的理论课程偏多，

内容重叠且缺乏系统性，课内学时达120学时，学生负担过重；（2）新科研成果

出现快，而教学内容处于90年代初水平，没有充分体现近十年来本学科的最新

进展；（3）公式多，工程性强，逻辑性和系统性欠强，讲授和学习时比较容易让

人感到枯燥和困难，学生的兴趣度不够高。

另一方面，电力系统分析本身是一门实践性很强的课程。长期以来，电力系

统现场实习变得困难，实践环节被弱化，电力系统实验课已成为本科生最接近现

场的实践环节之一。清华大学的电力系统实验课是在电力系统动态模拟实验室

（隶属电力系统国家重点实验室）的纯物理的动模实验平台上完成。随着电力系

统规模的扩大和数字化，原有的纯物理的动模实验平台已经难以满足现代电力系

统实验教学的要求，不利于学生实践能力和创新能力的培养。

在新世纪的课程建设过程中，针对清华大学人才培养的定位和我国电力工业

发展的需求，进行了以“优化理论课程，强化实践环节”为宗旨的教学改革，开

始由强调专业转为“基础和前沿并重”、“理论和实践并重”的新教学模式，压缩

理论课时，实践研究型教学模式，目标是培养“宽口径、创新型”的高素质人才。

课程的重点和难点内容为：

1、复功率

2、稀疏技术

3、潮流算法

4、电压控制

5、同步发电机机端短路电磁暂态过程

6、单机无穷大系统暂态稳定分析与控制

结合以上课程中的重点和难点，我们设计和开发了多套深受学生欢迎的自选

研究专题，供学生课外研究。在这些研究专题中，有的提供教学小软件供学生使

用，有的需要学生自己编程，有的需要学生阅读一定量的学术文献，最终以学术

论文的格式来撰写专题研究报告。有的学生为了做一个研究专题，前后化上一个

多月的时间，沉浸于研究的乐趣之中。该举措有效训练了学生的科研实践能力和

编写研究报告的能力，熏陶了科研素养，有效调动了学生自主学习和探索的主动

性，同时加深了学生走于课程中这些重点难点的知识的理解。

各项研究专题如下：

研究专题1:复功率专题

研究专题名称

复功率专题

研究专题目的

复功率是电力系统分析中的重点和难点概念，通过本研究专题，增强对复功

率的感性和理性认识，加深学生对复功率概念的理解。

研究专题内容和基本要求

要求学生先通过理论推导，针对三相电路，相电压和相电流在不同功率因素

角小情况下，分析单相和三相瞬时功率和复功率的特点。然后利用复功率可视化

仿真教学软件，取力分别等于一90、-45、0、45、90度，观察和解释仿真结果,

验证理论推导的结论，并深入分析复功率的物理意义。

研究专题参考资料

1、复功率可视化，方真教学软件Power_3.exe

研究专题2：稀疏技术专题

研究专题名称

稀疏技术专题

研究专题目的

通过本研究专题，培养学生阅读学术文献的能力，通过稀疏技术的编程实现,

培养和熏陶学生的科研实践能力、编写研究报告的能力。

研究专题内容和基本要求

要求学生先通过查阅文献，设计一种稀疏矩阵的存储方案，用C语言编程

实现大电网导纳矩阵的排&存储和检索；针对采用的存储方案，设计算例，编写

稀疏矩阵的加、减、乘、求逆等基本运算的程序，实现排零运算，分析稀疏技术

对矩阵运算所需的存储空间、计算速度的改善情况。

在研究报告中，阐述研究目的、方法、程序框图、算例结果和分析结论，并

注明参考文献。

研究专题参考资料

1、《数据结构（C语言版）》（严蔚敏，清华大学出版社），第七章一一图。

2、《高等电力网络分析》（张伯明，清华大学出版社），第三章一一电力网络

计算中的稀疏技术。

3、其他公开发表的学术文献。

研究专题4：电压控制专题

研究专题名称

电压控制专题

研究专题目的

通过本研究专题，了解电压控制的手段和措施，研究电压和无功功率变化的

规律。

研究专题内容

利用《潮流算法研究专题》中编写的潮流程序，通过改变机端电压、变比、

投退电容等措施，重新计算潮流，对电压控制进行模拟，研究和分析电压和无功

功率的变化规律，比较不同控制方案下电网的电压质量和经济性（网损）。

研究专题参考资料

1、《潮流算法研究专题》中编写的潮流程序

2、无功电压控制相关的文献

研究专题5：同步发电机机端短路电磁暂态过程计算机分析专题

研究专题名称

同步发电机机端短路电磁暂态过程计算机分析专题

研究专题目的

通过本研究专题，加深学生对同步发电机机端短路电磁暂态过程的理解，借

助分析不同短路接口条件下发电机短路电流的仿真结果，对该过程建立一些感性

认识。

研究专题内容

给学生发电机空载机端三相短路计算的Matlab程序，要求学生推导出机端

两相短路、单相短路及两相短路接地的接口方程并据此编写相应的Matlab程序,

计算两相短路、单相短路及两相短路接地的短路电流，并给出仿真试验结果。

算例内容如下：

已知：额定容量为500MVA,额定电压30kV,额定频率50Hz的空载运行的

同步发电机，励磁电压400V恒定，其参数如下：

Ld=0.0072"，L/=0.0070/7,LD=0.0068/7,rD=0.0150,

LQ=0.0016/7,/^=0.015c,L产2.50"，rf=0.40Q,

=0.10/7,MD=0.0054/7,MQ=0.0026”，MR=0.1254，

r=0.00200,^=0.0017/

试分析机端在外=0时刻突然发生如下短路情况：（短路前发电机空载，中性

点接地）

1）be两相短路；

2）a相经电阻（=0.01欧接地；

3）be两相短路接地。

用Matlab分别计算其abc三相的短路电流。

研究专题参考资料

《发电机三相短路电流计算程序.TXT》

研究专题6：单机无穷大系统暂态稳定分析与控制专题

研究专题名称

单机无穷大系统暂态稳定分析与控制专题

研究专题目的

通过本研究专题，培养学生对用等面积法则分析简单系统暂态稳定性的能

力，加深学生对临界切除角和临界切除时间的理解。

研究专题内容

给学生一个单机无穷大系统及参数，利用等面积定则分析该系统在线路两相

短路并跳开一回线路的情况下的故障临界切除角和临界切除时.间，分解研究在空

载电势、暂态电势和近似暂态电势保持恒定等三种情况下临界切除角和临界切除

时间的大小差别。

算例内容如下：

如图2示单机