电力系统分析基础教案按课时 (一)

院系：电力工程系

教研室：发电教研室

教师：栗然___________

电力系统分析基础课程教案

本门

本课程总学时；64

课程名称电力系统分析基础课程4

学分其中：

课序

讲课：64

课程号0110305

号

学时

必修课（V）选修课（）实践环节

课程属性实验：0

（）

学时

授课方式课堂讲授（V）实践课（）

授课对象年级3专业电气工程及其自动化

教材名称出版社作者出版时间

电力系统分析基

机械工业出版社李庚银等2019

础

基本教材

参考书出版社作者出版时间

和主要参

考书电力系统稳态分水利电力出版社陈玲1995

析

电力系统暂态分水利电力出版社李光琦1995

析

电力系统分析（第华中科技大学出版何仰赞2019

二版）社

教学重点.

L,施力系统的组成和运行；

2.电力系统主要元件的数学模型及参数计算；

本课程教3.电力系统潮流分布的物理特点和计算的基本方法。

4.电力系统频率和电压的调整：

学重点及5.对称和不对称故障的基本分析方法。

教学难点：

难点1.,庙力系统潮流分布的计算机算法；

2.水火厂负荷最优分配及调频计算

3.无功电源最优分布及调压计算

4.对称分量法及不对称故障的分析计算

院系、

授课教师职称教研

室

注：表中（）选项请打“V”

“电力系统分析基础”课程教案（1）

一、讲授题目：电力系统的基本概念

二、教学目的：作为平台课程，涉及的专业学生不同，应在课程的开始

全面介绍电力专业的相关课程内容，让同学门对专业课程有个初步了

解，以便选修相关课程。通过本章内容的讲解，使学生对电力系统的组

成及发展历史和方向有一个比较全面的了解，引起同学们对专业课程的

兴趣。

三、重点及难点：

重点：

1）介绍电能变换和电源构成。

2）介绍新能源技术及我国电网的发展蓝图。

3）理解同一标称电压下，不同电气设备的额定电压有可能不同。

4）熟悉中性点接地方式及运行特点。

难点：

1）小电流接地系统的特点及运行。

四、教学手段：本章的内容比较多，单纯地靠板书无法给同学们一个深

刻的印象，应采用多媒体等辅助教学手段，引入大量的图片来讲解。

五、教学过程、时间分配:

教学内容学时数

电力专业的相关课程内容介绍0.5

电力系统的组成、运行特点和要求0.5

电能变换和电源构成0.5

教学过程

新能源技术及我国电网的发展蓝图0.5

时间分配

电力系统的电压等级1.0

电力系统接线及中性点接地方式1.0

电力系统的负荷曲线及电能质量2.0

合计6.0

六、实验：无

七、习题：习题集1T、1-2

课时单元：1

（一）、教学内容

1-1电力工业概况

1831年法拉第电磁感应定律，为发电机的发明创造了前提条件。

1911年，杨树浦发电厂动工，1913年开始发电，到1924年，共有12

台发电机，装机⑵MW。

1949年以前，有220kV,154kV等电压等级。

1981年，建成平顶山一武汉，我国第一条500kV交流输电线路。

1989年，建成第一条±500kV高压直流输电线路，葛洲坝一上海。

二、我国主要电力系统简介

至今，已建成的跨省电力系统有五个，即华东系统、东北系统、华中

系统、华北系统和西北系统。另外，还有南方电网、川渝电网、山东

电网、福建电网、海南电网、西藏电网、新疆电网和台湾电网。

1—3电力系统的基本特点要求

一、电力系统特点

1.电能不能大量存储。发电、变电、输电和用电同时进行。

2.电力系统暂态过程非常短。

3.电力系统的发展和国民经济的发展密切相关「

4.电力系统电能质量要求高，对电压、频率、波形都有严格的国家

标准。

二、对电力系统运行的基本要求

1.保证可靠持续运行的基本要求。

2.保证良好的电能质量。

3.保证系统运行的经济性。

综上所述，对电力系统运行的基本要求就是向用户提供优质、可靠、经济

的电能。

（二）、教学手段

板书和多媒体结合，引入大量的图片来讲解。启发学生使用网上电子

资源，查阅及授课内容相关的资料，拓宽知识面。

（三）、板书设计

由于多媒体要占去一半黑板，板书只写要点内容，避免在黑板上抄写大

量的及课本相同的内容，浪费课堂时间。

（四）、作业

1.调研或查阅文献了解我国电力系统最新发展，并撰写相关论文。

2.了解美加&14大停电的原因、过程、危害及启示。

3.习题集1-1

课时单元：2

（一）、教学内容

1-4电力系统的接线方式

一、电力系统的接线形式

1.无备用接线方式：负荷只能从一个电源获得电能一开式接线，主要优

点在于简单、经济、运行方便，主要缺点是供电可靠性差。

2.有备用接线方式：负荷可以从两个或两个以上电源获得电能一闭式接

线。有两端供电、环式、链式等。优点在于供电可靠性和电压质量高,

缺点是不够经济。

二、电压等级

1.我国规定的额定电压等级有（单位：KV）

用电设备交流发电机线电压变压器一次绕?变压器二次绕4

33.153及3.153・15及3.3

66.36及6.36.3及6.6

1010.510及10.510.5及11.0

—15.7515.75—

353538.5

110110121

220220242

330330363

500500550

额定电压的确定

1）输电线路的额定电压等于我国规定的额定电压等级。

2）发电机的额定电压比用电设备的额定电压高5虬

3）变压器一次绕组额定电压等于用电设备的额定电压，二次绕

组额定电压高于用电设备的额定电压的10%倍。特殊：及发

电机直接相连的升压变压器一次绕组电压及发电机相等；直

接及用电设备相连的变压器二次绕组电压比用电设备的额定

电压高5%o

原因：1）输电线路有10%的电压降落。发电机、变压器有5%的电压降落。

2）用电设各的电压偏移要求不超过±5%。

例：标出图中各设备的额定电压？（注：图中所注电压是线路的额定

电压）

2.不同电压等级的适用范围

根据S二UL输送一定功率时，电压高，电流小，材料投资少，绝缘投资

大;

电压低，电流大，绝缘投资少，材料投资大。

所以，输送一定的功率有一个合适的电压。

低压网：1KV以下；中压网：1KV〜10KV；高压网：35KV-330KV；

超身压网：

三.电力系统中性点运行方式

1）小电流接地系统

中性点不接地系统，如果发生单相接地故障，非故障相电压升高

至原来的6倍，对绝缘要求高（不适应电压等级高的系统，适用于

HOkV以下系统）。

2）大电流系统

中性点接地：llOkV及以上系统

1-5电力系统发展的主要趋势

1.高参数：高温、高压、超临界、单机容量

2.大容量远距离高压输电、大系统互联

3.高度自动化

4.电力市场化

5.分布式发电

1-6电力学科范畴及本课程主要内容

（二）、教学手段

板书和多媒体结合，引入大量的图片来讲解。启发学生到室外多观察。

通过反问的形式启发学生思考。

（三）、板书设计

由于多媒体要占去•一半黑板，板书只写要点内容。电压等级表格要一直

留在黑板上，以便随时察看。

（四）、作业

习题集1-2

课时单元：3

（一）、教学内容

一、日有功负荷曲线

负荷低谷；尖峰负荷；最大负荷匕…最小负荷匕小基本负荷的概念。

二、年最大负荷曲线

它反映从年初到年终整个一年内的逐月（或逐日）综合最大负荷的变化

规律。

三、年持续负荷曲线

年持续负荷曲线是根据全年的负荷变化按照其大小及在一年中累计的

持续运行时间排列组成的，电能w：

「8760

年最大负荷利用小时数：=

,ndxpp

maxmax

7_的物理意义为：当用户始终保持最大负荷运行时，经过八力所

消耗的电能恰好等于其全年的实际总耗电量。可以按式W=7_%近似地求

出该负荷全年使用的电能。这种方法在电网计算时是常用的。

根据需要，有时还需要制定日无功负荷曲线、日电压变化曲线、月最大

负荷曲线等。

（二）、教学手段

板书和多媒体结合，引入图片来讲解。

（三）、板书设计

板书只写要点内容。。

（四）、作业

“电力系统分析基础”课程教案（2）

一、讲授题目：电力网元件参数和等值电路

二、教学目的：使学生深入了解电力系统各主要元件的特性、数学模型及

相互的关系，为进一步掌握和研究电力系统分析和运行问题提供良好

的基础。

三、重点及难点：

重点：

1）物理模型推导出数学模型，理解各元件的参数含义。

2）变压器容量比不同时的折算问题。

3）端部等值的变压器模型。（此部分在潮流的计算机算法中应用，放

到第四章中讲解）

4）等值电路绘制中的归算及标幺值问题。

难点：

1）等值电路中参数归算及标幺值计算

四、教学手段：本章的公式比较多，但不需要死记，应由物理模型推导出

数学公式，充分理解各元件的参数含义。并能通过公式解释一些现象（为

什么分裂导线能降低电抗？、变压器线圈的排列形式？、变压器并列运行

的条件？等）。

五、教学过程、时间分配：

教学内容学时数

教学过程

电力系统的输电方式0.5

时间分配

电力线路的结构0.5

线路的参数1

变压器的参数9

端部等值的变压器模型1

电力系统的等值电路2

习题1

合计8

六、实验：无

七、习题：习题集2-1-1、2-1-2、2-1-6、2-2-1、2-2-2、2-2-3>2-2-4>

2-2-5、2-3-1、2-3-2、2-4-1、2-4-3

课时单元：4

（一）、教学内容

2-3电力线路的参数和数学模型

一、电力线路的结构

电力线路按结构可分为架空线路和电缆线路。

架空线路是由导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具构成。它们的作用。

1.导线和避雷线

导线和避雷线除了要求有良好的导电性能外，还必须具有较高的机械强

度和耐化学腐蚀的能力。目前常用的导线材料有铝，铜、钢、铝合金。广

泛采用钢芯铝绞线LGJ.。为了减小电晕损耗或线路电抗，对电压在220kV

以上的输电线还常常采用分裂导线或扩径导线。

2.杆塔

按受力的特点分为直线杆塔、耐张杆塔、转角杆塔和直线转角杆塔、终

端杆塔、换位杆塔及跨越杆塔等；架空线路的三相导线的换位.

3.绝缘子

绝缘子是用来支持和悬挂导线并使之及杆塔绝缘的。架空线路上所用

的绝缘子主要有针式和悬式两种，在个别情况下也有用瓷横担绝缘子等型

式。

4.金具

架空线路的金具有悬垂线夹、耐张线夹、接续金具、联结金具、保护金

具等几大类。

二、电缆的结构

电缆线路的造价比架空线路要高，电压愈高，两者的差价也愈大。另外,

电缆线路的故障点的确定和检修比架空线路耍复杂得多。优点，如不需要

在地面上架设杆塔，节省土地占用面积；供电可靠，极少受外力破坏和气

象条件的影响；对人身较安全等。

1.电缆的构造

电缆的构造一般包括导体、绝缘层和保护包皮三部分。

二、电力线路的阻抗

1.电阻

直流电路中导体的电阻可按下式计算：R.I

修正以后的电阻率，应考虑到下面三个因素：

(1)绞线中线股的实际长度要比导线的长度长2%-3%。

(2)导线和电缆的实际截面比额定截面要小。

(3)集肤效应。

电阻一般查表。

乙=GO[1+M-2())](2-3)

2.线路的电抗

其中D4疽取;以为三相导线的几何平均距离，简称几何均

总巨（cm或mm）,

如将/=50,从=1代人，可得：玉=0.14451g4+0.0157

r

分裂导线减小了每相导线的电抗。

M=0.14451g义+^^（2-7）

rn

双回输电线路的总电抗为单回线并联。

3.线路的电导

由沿绝缘子的泄漏电流和电晕现象决定。电晕现象，电晕的危害。

线路的电导处=番、10-3（2-10）

6

4.线路的电纳/7,=2^=-2^_xlo-（2-12）

1g—

r

（二）、教学手段

板书和多媒体结合，引入大量的图片来讲解。启发学生到室外多观察

如分裂导线的形状、绝缘子的形状等。

（三）、板书设计

主要多媒体课件。

（四）、作业：习题集2-1-1、2-1-2、2-1-6

课时单元：5

（一）、教学内容

2-2变压器的参数和数学模型

一、双绕组变压器的参数和数学模型

1.电阻

冬冬（注意单位的变换）

1000S：

2.电抗

3.电导

4.电纳

主要介绍参数的推导过程。

（二）、教学手段

以板书为主。复习变压器短路实验和空载实验的内容，引深到参数计

算。

（三）、板书设计

简要画出变压器实验的示意图，准确画出双绕组变压器等值电路图，一

直留在黑板上，便于参数讲解。

（四）、作业：习题集2-2-1、2-2-2

课时单元：6

（一）、教学内容

二、三绕组变压器的参数和数学模型

三绕组变压器三绕组的容量比有不同的组合，且各绕组在铁芯上的排列又

有不同方式，所以存在一些归算问题。

（一）容量比100/100/100

1.电阻

短路损耗小、%、%由铭牌给出

则按及双绕组变压器相似的公式计算各绕组电阻

2.电抗

由各绕组两两之间的短路电压”,一)%、4(27)%、"(3T)％求出各绕

组的短路电压

再按及双绕组相似的计算公式求各绕组的电抗

导纳的计算及双绕组相同。

(二)、容量比100/100/50

Pk(l-3)=P'k(l-3)(IN/IN/2)2—4P，k(l-3)

Pk(2-3)=P'k(2-3)(IN/IN/2)2=4P'k(2-3)

有时，电压也未归算，贝lj：

Uk(l-3)%-U'k(l-3)%(IN/IN/2)=2Uk(l-3)%

Uk(2-3)%=U'k(2-3)%(IN/IN/2)=2U'@3)

注意：

1、有时厂家给出的数据是已经折算好的，不必再折算。

2、新标准中厂家仅提供一个最大短路损耗Pkmax。

3、三绕组变压器按其三个绕组在铁芯上排列方式的不同，有两种不同的

结构，即升压结构和降压结构。

三、自耦变压器的参数和数学模型

就端点而言，自耦变压器完全等同于普通变压器(画图)，而自耦变压器

的实验也和普通变压器相同，故自耦变压器的参数计算和等值电路和普

通变压器相同。

特殊的是容量归算问题：因为自耦变压器的第三绕组的容量总小于变压器

的额定容量。有时厂家提供的实验数据中不仅短路损耗R甚至电压百分值

〃%也是未经归算的数值，因此也需要归算。

(二)、教学手段

板书和多媒体结合，引入大量的图片来讲解。启发学生到室外多观察

如分裂导线的形状、绝缘子的形状等。

（三）、板书设计

简要画出变压器实验的示意图，准确画出三绕组变压器等值电路图，一

直留在黑板上，便于参数讲解。电阻和电抗的计算公式对比写，以便观察

区别。

（四）、作业:习题集2-2-3、2-2-4>2-2-5

课时单元：7

（一）、教学内容

2-5电力网络的数学模型

一、标么制及其应用

1.有名制和标么制

标么制的定义、优点。

a:线电压和相电压的标么值数值相等。

b.三相功率和单相功率的标么值数值相等。

五个基准值中只有两个可以任意选择，其余三个派生。通常是，先选

定三相功率和线电压的基准值S、％。然后求出每相阻抗、导纳和线电流

的基准值。

2.基准值之间的标么值换算

对于不同基准值之间的标么值要进行换算，例如，某发电机的同步电

抗标么值是以电机自身的右、/为基准，若待计算的电力网络基准为

S八/，则必须对其进行归算

3,标么值的电压级归算

两条途径：

（1）将网络各元件阻抗、导纳以及网络中各点电压、电流的有名值都

归算到同一电压级一一基本级，然后除以及基本级相对应的阻抗、导纳、

电压、电流基准值

（2）是将未经归算的各元件阻抗、导纳以及网络中各点电压、电流的

有名值除以由基本级归算到这些量所在电压级的阻抗、导纳、电压、电

流基准值。

（二）、教学手段

以板书为主。用人的高度比较的例子说明多电压级网络标幺值归算的

必要性。

（三）、板书设计

有名值和标幺值的参数计算对比写，标么值的电压级归算方法只写要点。

基准值的归算耍详细写出过程。

（四）、作业：

习题集2-3-1、232、2-4-1>2-4-3

《电力系统分析基础》课程教案（3）

一、讲授题目：简单电力网络稳态分析和计算

二、教学目的：

使学生掌握简单电力网络中功率分布和可压分布的手算方法。

三、重点及难点：

重点：1、电力线路和变压器中的电压降落、功率损耗和电能损耗的计算方

法；

2、对简单辐射形网络，在已知条件不同时，用逐段推算法确定节点

电压和传输功率的方法；

3、环网和两端供电网初步功率分布的计算及功率分点的确定；

4、环网及两端供电网的分解及潮流分布的计算。

难点：1、对简单辐射式网，当已知的功率和电压不是同一节点的时（如：

已知首端功率和末端电压），用逐段推算法确定其他节点电压和传

输功率的方法；

2、环网及两端供电网的分解；

3、电磁环网的潮流计算。

四、教学手段：

1、对基本元件（电力线路和变压器）的电压降落和功率损耗的计算方法

进行详细讲解,并对计算公式进行归纳和总结，为后续简单电力网潮

流分布的计算打下基础；

2、在学生掌握了简单辐射形网络潮流分布计算方法后，对环网和两端供

电网潮流计算方法的讲解，采用先讲解总体思路，接着提出需解决的

问题，最后解决问题的方法（思路：将环网和两端供电网分解为辐射

形网络；提出问题：如何分解？解决方法：求初步功率分布，找功率

分点），使学生有一个清晰的思路，加深理解；

3、对于难点问题，采用简单举例的方法帮助学生理解。

五、教学过程、时间分配:

教学内容学时数

电力线路和变压器中的电压降落、功率损

2

耗和电能损耗的计算方法

电力线路的运行特性分析，辐射形网络中

2

潮流分布的计算

教学过程两端供电网中初步功率分布的计算，功率

时间分配分点，两端供电网的分解及潮流分布的计2

算

单电压等级环形网的潮流计算，电磁环网

的潮流计算及复杂电力网中的网络变换原2

理及方法

合计8

六、实验：无

七、习题：习题集3TT、3T-2、3T-4、3-2-6、3-2-7、3-2-9、3-2-14、

3-2-15

课时单元：8

（一）、教学内容

3-1简单电力线路运行状况的计算和分析

一、电力线路运行状况的计算

1、电力线路的电压降落和功率损耗

可以运用电路原理求解电流、电压等，但要进行复数运算，不利于手算,

手算时尽量避免复数运算。以下公式采用相电压和单相功率推导，然后

拓展到线电压和三相功率。

取以及实轴重合。则由

可得，+与警gjX）=5+考空）+/（坐产）

02U2U2

再令u,+ERtP心X=bu

U?4

将上式改写为口=。2+W）+*〃

则又可得％=+△U『+3U）2

如果已知始端电压和始端功率求末端电压和功率则从左向右推导。（1）

功率损耗的公式不变，功率逐级相减。（2）电压损耗的公式如下。（3）相量

图不同c

注意：（1）以上公式完全适用于三相系统。

（2）电压计算公式中，使用同一点的电压和功率。

电压降落：AU+网

电压损耗：U,-U/bU?

电压偏移：~UNXIOO%、U1~UnxlOO%

UNUN

讨论。

（二）、教学手段

以板书为主，根据电压损耗的公式讨论影响电压的因素。讨论电压损

耗、电压降落、电压偏移的区别。

（三）、板书设计

写明复功率的计算公式。详细写出各支路功率和电压降落的推导过程，

对比绘出不同参考向量下的始末端电压向量图。

（四）、作业：

习题集3T-2、3T-4

课时单元：9

（一）、教学内容

2、电力线路的电能损耗

（1）精确的计算方法

（2）查表法

出最大负荷损耗时间「a及最大负荷时的功率损耗求得，即

叫=△匕axX%ax

（3）经验公式也=X年负荷损耗率X8760

三、变压器的电压降落、功率损耗

变压器励磁支路的无功功率及线路支路的无功功率符号相反。

1.变压器的功率损耗

方法一：同线路计算

阻抗支路中的功率损耗衣"

△s"=（寸）2ZT=矢*但+jxT）=M7+心心（3-14）

励磁支路中的功率损耗为

ASyT=U；YT=Uj(G7+jBT)=U；GT+jU[BT=\PyT+\QyT(3-15)

方法二：直接由变压器铭牌上的数据进行计算。

当变压器实际运行并非在额定的条件下，通过变压器的功率为《时，则

变压器的功率损耗可按下式计算

•qq

AST=△%+必。广+[A^r（—）2+必。〃（不力

N（3-19）

一旦+/也处S、（J]

100100N1000SN100卜SN

对n台并列运行的变压器，其功率损耗为：

2.变压器的电压降落

类似于线路电压降落，可列出变压器阻抗支路中电压降落的纵分量和横

分量为

3.变压器的电能损耗

推广到n台变压器中的电能损耗

（二）、教学手段

以板书为主，对比输电线路的电压降落和功率损耗得出。

（三）、板书设计

变压器电压降落和功率损耗的简化计算公式只写两个参数的计算公式，

其余看教材。其余部分写要点。

（四）、作业：

习题集3-1-5、3-1-6,3-1-14,3-1-15,3-1-16

课时单元：9

（一）、教学内容

3-2辐射网络和环形网络的潮流分布

一、简单辐射网络的潮流计算

1）已知同一端的功率和电压，求另一端功率和电压；方法为从已知

功率、电压端，齐头并进逐段求解功率和电压，如下图所示

2）通知始端电用、末端功率3求始端功轻箱就醒（以此居多）；

或“我端电压、懑台鼎功率，擀瑞功率:蔺|电压。求解方法

总结为“一来、二去”共两步来逼近需求解的网络功率和电压分

布。一来即：设所有未知电压节点的电压为线路额定电压，从已

知功率端开始逐段求功率，直到推得已知电压点得功率；二去即:

从已知电压点开始，用推得的功率和已知电压点的电压，往回逐

段向未知电压点求电压。在计算中，上述过程一般只需要做一次。

但当一次“来、去”完毕后，此电压及初始假设电压相差较大时,

可再一次假设未知电压节点的电压值为刚刚计算得到的节点4电

压值，继续进行“来、去”计算，直到前后两次同一点的电压值

相差不大。

例题讲解。

（二）、教学手段

以板书为主，结合具体实例着重讲解已知不同端点电压和功率时潮流

计算的方法。

（三）、板书设计

画出已知不同端点电压和功率时潮流计算所使用的“一来、二去”的

示意图，不必写计算过程的详细步骤，主要写求解思路。

（四）、作业：

习题集3-2-2、3-2-3

课时单元：10

（一）、教学内容

二环网计算

（1）化简网络。计算出各节点的运算负荷或运算功率，从电源点将环

网解开。

（2）忽略功率损耗，进行初步功率分布计算

设忽略网络中的功率损耗

打开网络。

同理，由力矩法，以［为支点可求得或

（3）找出功率分点，使两端供电网拆成两个辐射网

有功功率分点和无功功率分点的含义。有功功率分点标以▼,无功功率

分点标以▽,有功功率分点和无功功率分点不一定相同。

（4）按辐射网的计算步骤进行潮流计算

均一网的计算。Sa=§3A卢*2&户,23）=fj"

/I2+/23+/3I"

三、两端供电网的功率分布计算

其中迫普孚£为自然功率；.丫忧.为强制功率,方向及皿的

Z12+Z23+Z3IZ12+Z23+Z31

取向有关。

四、环网中变压器不匹配时循环功率的计算

如果环网中两个变压器的变比不同，则网络空载且开环运行时，开口两侧

将有电压差，闭环运行时有循环功率。

（二）、教学手段

以板书为主，结合具体实例着重讲解环网怎样打开及怎样拆开为福射

网的方法。

（三）、板书设计

详细画出环网解开的示意图，不必写计算过程的详细步骤，主要写求

解思路。

（四）、作业：

习题集3-2-6、3-2-7>3-2-9.3-2-14>3-2-15

《电力系统分析基础》课程教案（4）

一、讲授题目：电力系统潮流的计算机算法

二、教学目的：

使学生掌握应用计算机计算电力系统潮流分布方法。

三、重点及难点：

重点：1、节点导纳矩阵的形成及修改；

2、节点的分类和功率方程；

3、修正方程的形成及雅克比矩阵的计算；

4、牛顿一拉夫逊法计算潮流分布的步骤。

难点：1、考虑变压器非标准变比时节点导纳矩阵的形成和修改方法；

2、牛顿―拉夫逊法计算复杂电力系统潮流分布的数学模型。

四、教学手段

1、详细分析变压器的n形等值电路，使学生对口形等值电路的端口条件

及T作原理有深入的理解，则根据变珏器的n形等值电路可计算出相

应节点的自导纳和互导纳；

2、对于难点2,采用从简单到难，逐步深入的讲解方法，即：首先介绍

牛顿一拉夫逊法求解一维非线性方程的方法，然后将该方法推广于多

变量非线性方程组，接着形成潮流计算非线性方程组，最后用牛顿一

拉夫逊法对其求解。

五、教学过程、时间分配：

教学过程教学内容学时数

时间分配节点导纳矩阵的形成及修改2

功率方程、节点分类和约束条件，牛顿一

2

拉夫逊法的基本原理，

牛顿一拉夫逊法计算潮流分布的直角坐标

2

法

牛顿一拉夫逊法计算潮流分布的极坐标

2

法，P—Q分解法计算潮流分布的步骤

合计8

六、实验：

有条件的学生可以编写采用牛顿一拉夫逊法计算电网潮流分布的计算

机程序。

七、习题：习题集4-1-2、4-1-3.4-1-5、4-2-3>4-2-4

课时单元：11

（一）、教学内容

准备知识：变压器等值模型。

一、潮流计算的数学模型

1.节点电压方程I.=YM

⑴自、互导纳的物理意义

自导纳匕在数值上等于及该节点I直接连接的所有支路导纳的总和。

如兀=九+坨+凹3。

互导纳y,在数值上等于连接节点〜•支路导纳的负值，即小-力。如打—

⑵节点导纳矩阵K为对称方阵。

⑶节点导纳矩阵人为稀疏矩阵。

⑷节点导纳矩阵及具有对角优势。2.节点导纳矩阵的形成

2用直接形成法形成节点导纳矩阵及。节点导纳矩阵即可根据自导纳和

互导纳的定义直接形成，也可用支路一一节点关联矩阵计算。

3.节点导纳矩阵的修改

⑴从原有网络引出一支路，同时增加一节点，节点导纳矩阵将增加一

阶。

新增的对角元y小坊;

新增的非对角元丫4,%=-%；

原有矩阵中的对角元方将增加瑞，，牝=为。

⑵在原有网络的节点之间增加一支路。

⑶在原有网络的节点•之间切除一支路

⑷原有网络的节点i、）之间的导纳由力改变为力：

（5）原有网络节点i、j之间变压器的变比由K.改变为K：

（二）、教学手段

以板书为主，结合具体实例着重讲解导纳矩阵的形成和修改。

（三）、板书设计

详细写出变压器等值模型的推导过程；导纳矩阵的形成过程。

（四）、作业：

习题集4-1-2、4-1-3、4-1-5

课时单元：12

（一）、教学内容

一、潮流计算基本方程

UB

(3-66)

其展开式为

力/严匚旦(，=1,2,,〃)(3-67)

或E+(i=l,2,n)

(3-68)

节点分类：

⑴PQ节点。(2)PV节点。(3)平衡节点。

二、高斯一塞德尔法计算潮流

特点和步骤。

应用高斯-塞德尔法计算的主要步骤如下：

(1)根据网络结构、参数，形成节点导纳矩阵YB；

(2)迭代计算各节点电压a。

1)对PQ节点：

a.设某节点为平衡节点。

b.设各节点电压的初始值。

c.据初始值电压(i=2、3、…n)及已知的节点注入功率£、

2进行第一次迭代，求射、而)、…、山即有

d.第二次迭代。

e.第Z+1次迭代。

f.第k+1次迭代后，当所有节点电压都满足巾：【力：工£(精度)口寸，

表明迭代收敛，则第k+1次的结果即为所求。

(3)计算功率。

(二)、教学手段

板书和多媒体结合，本章重点是。

(三)、板书设计

主要多媒体课件，板书只写解释内容。

(四)、作业：

习题集4-2-3

课时单元：13、14

(一)、教学内容

三、牛顿-拉夫逊法计算潮流

(一)概述

1.牛顿-拉夫逊法的意义和推导过程

把/*)按泰勒级数在”点展开

修正方程/[X(0)]-/,[X(0)]AY(0)=0

2.牛顿一拉夫逊法的特点

(1)牛顿-拉夫逊法是迭代法，逐渐逼近的方法；

(2)修正方程是线性化方程，它的线性化过程体现在把非线性方程在那

按泰勒级数展开，并略去高阶小量；

(3)用牛顿一拉夫逊法解题时，其初始值要求严格(较接近真解)，否则

迭代不收敛。

3.多变量非线性方程的解

仆;。）、犬、物

打染,、©）、…嫖’］

牛顿-拉夫逊法的修正方程

以铲、犬、…琛］

缩写为

（3-89）

雅可比矩阵含义。

（二）潮流计算时的修正方程

1.直角坐标表示的修正方程

P-%3厂%力）+工（G/+约q）］=0

j=l(3-93)

Qt-t"（G曲-BJj）-生（GJj+B臼）1=0

j=i

雅可比矩阵的各个元素表达式。

雅可比矩阵特点：

2.极坐标表示的修正方程

雅可比矩阵的各元素

（三）牛顿-拉夫逊法的求解过程及框图

四、PQ分解法的基本思路

（二）、教学手段

板书和多媒体结合。

（三）、板书设计

主要多媒体课件，板书只写解释内容。

（四）、作业

习题集4-2-4

电力系统分析基础课程教案（5）

讲授题目：电力系统有功功率平衡及频率调整

二、教学目的：

掌握有功平衡及调频的关系及调频方法；有功负荷最优分配

三、重点及难点：

重点：

D有功功率变化及调整控制；

2）耗量特性、目标函数及约束条件；

3）等耗量微增率准则及有功负荷最优分配；

4）联合电力系统频差及联络线上功率的计算。

难点：

1）水火电厂有功负荷最优分配；

2）调频计算。

四、教学手段：

黑版教学及投影教学相结合

五、教学过程、时间分配:

教学内容学时数

有功变化及一二次调频，负荷预测，备用

1

教学过程容量

时间分配耗量特性、目标函数及约束条件1

等耗量微增率准则1.5

一、二次调频1.5

联合电力系统频差及联络线上功率的计算1

合计6

六、实验：无

七、习题：习题集5-1-2、5-1-3、5-2-1、5-2-2、5-2-4、5-2-7、5-2-8

课时单元：15

（一）、教学内容

5-1电力系统中有功功率的平衡

一、有功功率负荷的变动和调整控制

1.电力系统频率变化的影响

（D频率变化引起电动机转速的变化，影响产品质量。

（2）频率降低，电动机功率降低。

（3）频率变化影响电钟的准确性，频率过低使雷达和计算机无法工

作。

（4）低频运行，汽轮机叶片共振。

（5）频率降低，系统无功损耗增加。

2.有功和频率的关系

系统稳定运行时，有功保持平衡。£PG=£PLFPL，作用在发电机转

子轴上的两个转矩-机械转矩科和电磁转矩ME平衡。机械转矩决定于原动

机的机械功率P「，电磁转矩取决于电磁功率PE亦即负荷功率。负荷变化，

机械功率由于惯性很难跟上电磁功率的变化,发电机转速变化。因口=2叮f,

速度变化，频率变化。

3.负荷变化及频率的调整

第一种变动幅度很小，周期又很短，这种负荷变动有很大的偶然性。

第二种变动幅度较大，周期也较长，属于这一种的主要有电炉、压延机械、

电气机车等带有冲击性的负荷。第三种变动幅度最大，周期也最长，这一

种是由于生产、生活、气象等变化引起的负荷变动。第三种负荷基本上可

以预计。

一次调整、二次调整、三次调整的概念。

二、有功功率负荷曲线的预计（负荷预测）

三、有功功率电源和备用容量

装机容量、电源容量、备用容量

系统备用容量可分为热备用和冷备用或负荷备用、事故备用、检修备

用和国民经济备用等。

热备用、负荷备用、事故备用、检修备用。

具备了备用容量，才可能谈论它们在系统中各发电设备和发电厂之间

的最优分配以及系统的频率调整问题C

5-2电力系统中有功功率的最优分配

一、有功功率最优分配的含义

二、最优分配负荷时的目标函数和约束条件

1.耗量特性

发电设备输入及输出的关系。这关系称耗量特性。

耗量特性曲线上某一点纵坐标和横坐标的比值，即单位时间内输入能

量及输出功率之比称比耗量4。HP

耗量特性曲线上某点切线的斜率称耗量微增率八

2.目标函数和约束条件

in

目标函数就应该是总耗量。即牲"（分j+K（%）+…+死（％）=ZE（%）

r=l

等式约束条件也就是有功功率必须保持平衡的条件。即

不等约束条件有三，分别为各节点发电设备有功功率分.、无功功率QG,和电

压大小不得逾越的限额，

（二）、教学手段

板书和多媒体结合。通过现场实例分析频率对电力系统的影响、强调

备用容量的重耍性。

（三）、板书设计

绘出各类负荷的曲线图，对比说明频率调整的概念。

（四）、作业：习题集

课时单元：16

（一）、教学内容

三、等耗量微增率准则

等耗量微增率准则。它表示为使总耗量最小，应按相等的耗量微增率在发

电设备或发电厂之间分配负荷。

5-3电力系统的频率调整

一、调整频率的必要性

二、频率静态特性

1、自动调速系统及其调节特性（动画）

2、发电机的频率特性

发电机的单位调节功率先=-竽=-娶与

机组的调差系数…——上4=九二金

△PG4N-。PGN

单位调节功率的标么值为：

3、负荷的频率特性

负荷从电网中取用有功功率及电网频率的关系。

负荷的单位调节功率勺二学，

三、一次调频

△PLO=_（a+KL）bf或-/A/=KG+KL=Ks

这个Ks称系统的单位调节功率。

一次调频为有差调频。

（二）、教学手段

板书和多媒体结合。通过动画演示说明自动调速系统的工作原理。通

过习题讲解说明等耗量微增率准则的应用。

（三）、板书设计

主要推导等耗量微增率准则和一次调频的一些公式，图部分由课件演示。

（四）、作业：习题集5T-2、5T-3、5_2_K5-2-2

课时单元：17

（一）、教学内容

四、二次调频

类似于一次调频可得

如4%即发电机如数增发了负荷功率的原始增量短。，则

A/-0,亦即实现了所谓的无差调节。

五、互联电力系统的频率调整

思考题：电力系统互联的益处？潜在威胁？

如上图所示，联结前A、8为两个独立电力系统

互联前4：bP1Az

联合后+△%-△②=-KM

联合后，两系统的频率应相等，即有

令APM-△心…△?，AP/LML,。△?，分别为A,3两系统的功率缺

额，则

而电力系统通过调度来控制频率纣、功率△尸y

教材习题讲解。

（二）、教学手段

板书和多媒体结合。

（三）、板书设计

主要推导二次调频和联络线功率的一些公式，图部分由课件演示。

（西）、作业：习题集5-2-4、5-2-7.5-2-8

电力系统分析基础课程教案（6）

一、讲授题目：电力系统无功功率平衡及电压调整

二、教学目的：

掌握电力系统无功功率电源及无功功率平衡；无功电源最优分布；电

力系统调压的手段、电压调整计算

三、重点及难点：

无功功率最优分布；重点

1）电力系统无功功率平衡；

2）电力系统

3）电力系统的电压调整。

难点：

D无功功率电源的最优分布及无功负荷最优补偿；

2）电压调整计算。

四、教学手段：黑板教学及投影教学相结合

五、教学过程、时间分配：

教学内容学时数

无功负荷及无功损耗；无功电源；无功平

1

衡

教学过程

无功电源最优分布2

时间分配

调压重要性；中枢点电压管理1

借改变发电机端电压调压1

改变变压器变比调压2

并联无功补偿装置调压及串联电容器调压1

合计8

六、实验：无

七、习题：习题集6-3-2、6-3-3、6-3-46-3-10、6-3-14、6-3-17

课时单元：18

（一）、教学内容

6-1电力系统总无功功率的平衡

一、无功功率负荷和无功功率损耗

1.无功负荷：除白只灯消耗有功外，绝大部分异步电动机消耗无功。

2.变压器无功损耗

3.输电线路无功损耗

二、电网中的无功电源

1.发电机

同步发电机既是有功功率电源，乂是最基本的无功功率电源。

2.电容器和调相机

并联电容器只能向系统供应感性无功功率。特点有：电容器所供应的感

性无功及其端电压的平方成正比，电容器分组投切，非连续可调。

调相机实质上是只能发出无功功率的发电机。

3.静止补偿器和静止调相机

静止无功功率补偿器（SVC）P245页和静止调相机是分别及电容器和

调相机相对应而又同属“灵活交流输电系统”范畴的两种无功功率电源。

4.并联电抗器

就感性无功功率而言，并联电抗器显然不是电源而是负荷，但在某

些电力系统中的确装有这种设备，用以吸取轻载或空载线路过剩的

感性无功功率。而对高压远距离输电线路而言，它还有提高输送能

力，降低过电压等作用。

无功调度原则，无功就地平衡，分层平衡。

三、无功功率平衡

（二）、教学手段

板书和多媒体结合。

（三）、板书设计

将各个无功电源的特点对比写出。

（四）、作业：习题集6-1-2

课时单元：19

（一）、教学内容

6—3电力系统的电压调整

一、调整电压的必要性

二、中枢点电压管理

由于电力系统结构复杂，负荷很多，如对每个用电设备电压都进行监视

和调整，不仅没可能，而且也没必要。系统电压的监视和调整可以通过监

视、调整电压中枢点的电压而实现。因很多负荷都由这些中枢点供电，如

能控制住这些点的电压偏移，也就控制住了系统中大部分负荷的电压偏移。

于是，电力系统的电压调整问题也就转化为保证各电压中枢点的电压偏移

不越出给定范围的问题。

方式:

1）逆调压

高峰负荷下，升高中枢点电压5%;

低谷负荷下，中枢点电压为额定值。

2）顺调压

高峰负荷下，中枢点电压不低于102.5%或某值；

低估负荷下，中枢点电压为不高于107.5%或某值。

3）常调压

高峰、低估负荷下，中枢点电压保持在一个基本不变的值102%〜105虬

三、电压调整的基本原理

如上图

所以调压措施有：

1）改变发电机端电压；

2）调节变压器分接头；

3）并联无功补偿：

4）串联电容器补偿。因运行和技术方面的原因，已很少用。

四、借改变发电机端电压调压

（二）、教学手段

板书和多媒体结合。

（三）、板书设计

绘出简单电网图，说明调压措施，图解中枢点电压管理的重要性。

（四）、作业：习题集

课时单元：20

（一）、教学内容

五、借改变变压器变比调压

1、降压变压器

双绕组变压器的高压绕组和三绕组变压器的高、中压绕组往往有若干分接

头可供选择，例如，可有±5%或八±2x2.5%,即可有三个或五个分接头

供选择，所以合理地选择变压器的分接头也可调压。

符号解释：

Ga——高压侧母线电压；八力2一归算到高压侧的变压器中的电压损

耗；

心——低压侧的额定电压；UM,一一低压侧要求的实际电压；

——应选择的高压侧分接头电压；〃百一归算到高压侧的低压母线电压

最大负荷下：力鹏=空若当回"％

^iinax

最小负荷下：=

Ui加n

如果变压器为无载调用变压器，(分接头不能在线调节)

根据力选定一个最接近的分接头后，再按选定的分接头校验母线实际电压

是否满足要求。

其返回校验过程为：

⑴求低压母线电压

最大负荷时：=”》最小负荷时:%=u1m.牛

⑵求电压偏移百分数

最大负荷时：=xioo最小负荷时：△5A=%也＞1()0

2、升压变压器

及降压变压器的区别只是功率流向是从低压侧到高压侧，故高压母线电压

应及变压器损耗相加，其余步骤相同。

最大负荷下：力鹏=空啥也姬UM

°imax

最小负荷下：U.

U加in

3、三绕组变压器

三绕组变压器在高中压绕组有分接头，可两次套用双绕组变压器分接

头的选择方法。一般先按低压侧调压要求确定高压侧分接头，然后再用选

定的高压侧分接头考虑中压侧调压要求，确定中压侧分接头。最后再校验。

4、有载调压变压器

有载调压变压器可以在带负载情况下调整分接头，可以在最大和最小

负荷时分别选用合适的分接头，而且调节范围比较大，一般在15%以上。

三绕组变压器一般在高压侧有有载分接头，中压侧选平均值。

（二）、教学手段

本单元公式推导较多，以板书为主，辅以习题讲解。

（三）、板书设计

结合变压器图详细写出公式推导的过程。绘图解释有载调压变压器的

原理。

（四）、作业：习题集6-3-2、6-3-3.6-3-4

课时单元：21

（一）、教学内容

6-3借补偿设备调压和组合调压

无功不足时以上措施不起作用，有时会起反作用。

一、借补偿设备调压

1、各种补偿设备的调节方式

P268页

2、补偿设备容量的计算

u和以分别为补偿前和补偿后低压侧归算到高压侧的低压母线电压

补偿前：5=%+写警补偿后：.

UjUjc

设Ui不变，则上两式相等可得：

Q”41(%「Uj)+(与警一写萼)］忽略第二项

XU..Uj。cuj

3、最小补偿设备容量的确定

实际上补偿设备容量的计算一般和变压器变比配合进行。设u;为变电所低

压侧要保持的电压，变压器变比为k二Uu/氏,Ujc=kU：

(D选用电容器

按最大负荷时全部投入，最小负荷时全部退出的运行条件考虑C即按

呢,而=纣外选定变压器分接头后，再按选则电容

器容量。

(2)选调相机

最大负荷时，过激运行发出额定容量的无功，最小负荷时，欠激运行吸收

"2额定容量的无功。

kU'

Q”短

Xij

-M=y^(kUjX小⑵

x

右u

两式联立求解，解得变压器变比k后，选择分接头，再将对应所选分接头

的变比代入（1）式求得调相机容量Qc,然后选择最接近Qc的调相机。

静止补偿器容量的计算可参考调相机。

二、几种调压措施的比较

首先考虑发电机调压，因不需附加投资；无功充足的系统可采用变压

器分接头调压；无功不足的系统，首要问题是增加无功电源。

为合理选择调压措施应进行技术经济比较。

（二）、教学手段

本单元公式推导较多，以板书为主，辅以习题讲解。

（三）、板书设计

结合变压器图详细写出公式推导的过程，对比写出电容器组调压和调

相机调压的区别。

（四）、作业：习题集6-3-10、6-3-14、6-3-17

电力系统分析基础课程教案（7）

讲授题目：电力系统故障分析基本知识及三相短路实用计算

二、教学目的

使学生了解电力系统短路的种类和危害以及进行短路分析的目的和作

用；掌握电力系统三相短路电流的实用计算方法。

三、重点及难点：

重点：

1）电力系统短路的种类、现象和危害；

2）短路计算中常采用的标么值的近似计算法；

3）无穷大电源供电的系统三相短路电流的计算，冲击电流及冲击电流

出现的条件；

4）采用运算曲线进行任意时刻三相短路电流的实用计算。

难点：

1）冲击电流出现的条件；

2）三相短路电流实用计算中的网络化简。

四、教学手段：

课堂授课为主，对了解性质的内容如短路的原因可结合现场录象和图

片等多媒体辅助形式。

五、教学过程、时间分配:

教学内容学时数

教学过程