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电力系统分析课程教学大纲适用电气工程及其自动化专业电气工程方向共 80 学时一、课程的性质、地位、任务和教学目标一课程的性质和地位本课程是电气工程及其自动化专业的专业核心基础课程之一;是一门理论性和实践性都很强的课程..本课程为高低压电气设备、电力系统继电保护、电力系统自动化以及其他相关专业选修课程奠定理论基础..二课程的主要任务通过本课程的学习;使学生对电力系统的组成、运行特点、分析方法有全面的了解；熟悉电力系统各元件的特点、数学模型和相互间的关系;理解并掌握电力系统稳态和暂态分析分析的物理概念、原理和方法；并在工程分析计算和解决实际问题的能力上得到训练和培养;为今后进一步的学习和在实践中的应用打下一定的基础..三课程的教学目标通过本课程的学习;掌握电力系统稳态、暂态分析的基本原理和方法;培养学生分析问题和解决问题的能力..在学习本门课程前;应掌握“电路”、“电机学”等课程中的相关理论..通过学习;使学生对电力系统的组成和运行有全面、深刻的了解..掌握电力系统稳态运行、电力系统电磁和机电暂态过程、电力系统控制的各种分析和计算方法..对应用计算机进行电力系统分析和计算有一定程度的了解并能简单应用..二、课程教学环节组成本课程的教学环节包括课堂讲授;师生讨论学生自学;习题讨论课;习题;答疑;质疑和期末考试..三、课程教学内容纲要第一章电力系统基本概述和基本概念目的和要求：了解电力系统及其发展情况；掌握电力系统中性点的接地方式；掌握电能生产的特点及对电力系统运行的基本要求、电力系统额定电压的概念、电力系统的负荷和负荷曲线..重点和难点：电力系统的概念和电能生产的特点及对电力系统运行的基本要求；电力系统各元件的额定电压；电力系统中性点接地方式..教学内容第一节电力系统概述第二节第二节电力系统的电压等级和负荷第三节电力系统中性点的接地方式第二章电力系统元件参数和等值电路目的和要求：了解电力线路结构；掌握线路等值电路、变压器的等值电路、发电机及负荷的等值电路；掌握有名制和标幺制的计算..重点和难点：以有名制和标幺制表示的等值网络教学内容第一节电力线路参数和等值电路第二节变压器、电抗器的参数和等值电路第三节发电机和负荷的参数及等值电路第四节电力网络的等值电路第三章简单电力网络潮流的分析与计算目的和要求：掌握电力线路和变压器的功率损耗和电压降落；了解运算负荷和运算功率；掌握开式网络的电压和功率分布计算；了解环形网络的电压和功率分布计算..重点和难点：环形网络的电压和功率分布计算；运算负荷和运算功率..教学内容第一节电力线路和变压器的功率损耗和电压降落第二节开式网络的潮流分布第三节环形网络的潮流分布第四章电力系统潮流的计算机算法目的和要求：了解电力网络的数学模型；掌握等值变压器模型及应用；掌握节点导纳矩阵的修改；熟悉高斯塞得尔法、牛顿拉夫逊法和P-Q分解法潮流计算..重点和难点：节点导纳矩阵；高斯塞得尔法、牛顿拉夫逊法和P-Q分解法潮流计算..教学内容第一节电力网络的数学模型第二节等值变压器模型及其应用第三节节点导纳矩阵的形成和修改第四节功率方程和变量及节点分类第五节高斯一塞德尔法潮流计算第六节牛顿一拉夫逊法潮流计算第七节 P-Q分解法潮流计算本内容可根据实际情况选择讲授第五章电力系统有功功率的平衡和频率调整目的和要求：了解系统备用容量的概念和分类；了解有功功率负荷的平衡；掌握有功功率负荷的最优分配；掌握电力系统和发电机的频率特性和频率调整..重点和难点：电力系统有功功率平衡；电力系统和发电机的频率特性和频率调整..教学内容第一节电力系统中有功功率的平衡第二节电力系统的频率调整第六章电力系统无功功率的平衡和电压调整目的和要求：了解电力系统的无功功率平衡的概念和无功电源分类；了解电力线路导线界面的选择方法；掌握电压调整的方法和调压措施..重点和难点：电力系统中电压调整的方法及措施..教学内容第一节电力系统中无功功率的平衡第二节电力系统的电压管理第三节电力系统的几种主要调压措施第四节电力线路导线截面的选择第七章电力系统各元件的序参数和等值电路目的和要求：掌握对称分量法、电力系统各元件的正序、负序和零序阻抗发电机、变压器、输电线路、综合负荷和等值电路、电力系统正负零序网络的制定；掌握对称分量法在不对称短路计算中的应用..重点和难点：零序、正序和负序阻抗、对称分量法在不对称短路计算中的应用..教学内容第一节对称分量法第二节同步发电机的负序电抗和零序电抗第三节异步电动机的参数和等值电路第四节变压器的零序参数和等值电路第五节电力线路的零序阻抗和等值电路第六节电力系统故障运行的等值网络第八章电力系统故障的分析与实用计算目的和要求：熟悉无限大容量电源的概念；掌握无限大容量供电系统短路计算；掌握简单不对称短路、不对称短路时网络中的电流和电压的计算、非全相断线的分析和计算..重点和难点：电力系统不对称短路的分析与计算教学内容第一节由无限大容量电源供电的三相短路的分析与计算第二节电力系统三相短路的实用计算第三节电力系统不对称短路的分析与计算第四节电力系统非全相运行的分析第九章机组的机电特性目的和要求：了解发电机的功-角特性方程式；掌握网络接线及参数对功-角特性的影响；了解异步电动机组的机电特性；了解自动调节励磁系统对功-角特性的影响..重点和难点：网络接线及参数对功-角特性的影响；自动调节励磁系统对功-角特性的影响教学内容第一节同步发电机组的运动方程式第二节发电机的功-角特性方程式第三节异步电动机组的机电特性第四节自动调节励磁系统对功-角特性的影响第十章电力系统的静态稳定性目的和要求：了解电力系统静态稳定的概念；掌握静态稳定的判据和静态稳定的储备系数；了解扰动发基本原理和调节励磁对静态稳定影响..掌握电力系统电压、频率及负荷的稳定性；熟悉提高电力系统静态稳定性的措施..重点和难点：静态稳定的判据；电力系统电压、频率及负荷的稳定性；小扰动法..教学内容第一节电力系统静态稳定性的基本概念第二节小扰动法的基本原理和在分析电力系统静态稳定性中的应用第三节调节励磁对电力系统静态稳定性的影响第四节电力系统电压、频率及负荷的稳定性第五节保证和提高电力系统静态稳定性的措施第十一章电力系统的暂态稳定性目的和要求：重点和难点：等面积定则；发电机转子运动方程的数值解法..教学内容第一节电力系统暂态稳定性概述第二节简单电力系统暂态稳定性的定性分析第三节简单电力系统暂态稳定性的定量分析第四节发电机组转子运动方程式的数值解法第五节提高电力系统暂态稳定性的措施四、课程教学内容和学时分配五、本课程教学方法建议及考核方式联系实际;采用多媒体与黑板板书相结合的教学方式进行教学;运用举例、启发、提问等并结合工程实例多种教学方法进行教学;使理论与实践融为一体..考核方式为闭卷方式..总成绩＝平时成绩30%＋期末考试成绩70%..六、选用教材及教学辅助材料说明教材：电力系统分析;于永源等编;中国电力出版社;2007.参考书：1 何仰赞主编电力系统分析华中科技大学出版社;2003.3 .2 陈桁主编电力系统稳态分析中国电力出版社;2004.2.3 陈桁主编电力系统暂态分析中国电力出版社4 刘天琪、邱晓燕编电力系统分析理论;科学出版社出版;2005年..。
第五章思考题及习题答案5-1什么是电力系统的有功功率备用容量？为什么要设置备用容量？答：系统的电源容量超出发电厂发出的有功功率的总和的部分，称为系统的备用容量。
系统设置有功功率备用容量为了满足频率调整的需要，以保证在发电、供电设备发生故障或检修时，以及系统负荷增加时，系统仍有足够的发电容量向用户供电，保证电力系统在额定频率下达到有功平衡。
5-2 电力系统频率偏移过大的影响有哪些？答：频率偏移过大时，主要有以下影响：（1）电动机的转速和输出功率随之变化，会严重地影响产品的质量。
（2）会影响各种电子设备工作的精确性。
（3）对电力系统的正常运行影响很大。
对汽轮发电机叶片都有不良影响；电厂用的许多机械如水泵、风机等在频率降低时都要减小出力，因而影响发电设备的正常运行，使整个发电厂的有功出力减小，从而导致系统频率的进一步下降；频率降低时，异步电动机和变压器的励磁电流增大，为了不超越温升限额，不得不降低发电机的发出功率；频率降低时，系统中的无功功率负荷将增大，无功功率损耗增加，这些都会给电力系统无功平衡和电压调整增加困难。
总之，由于所有设备都是按系统额定频率设计的，系统频率质量的下降将影响各行各业。
而频率过低时，甚至会使整个系统瓦解，造成大面积停电。
5-3 什么是电力系统负荷的有功功率—静态频率特性？何为有功功率负荷的频率调节效应？K的大小与哪些因素有关？L答：系统处于运行稳定时，系统中有功负荷随频率的变化特性称为负荷的有功功率—静态频率特性。
当系统有功平衡破坏而引起频率变化时，系统负荷也参与对频率的调节（当频率变化时，系统中的有功功率负荷也将发生变化），这种特性有助于系统中的有功功率在新的频率下重新达到平衡，这种现象称为负荷的频率调节效应。
K的数值取决于全电力系统各类负荷的比重。
L5-4什么是电力系统发电机组的有功功率—静态频率特性？何为发电机组的单位调节功率？K的大小与哪些因素有关？G答：发电机输出的有功功率与频率之间的关系称为发电机组的有功功率一频率静态特性。
何仰赞《电力系统分析》考研复习笔记电力系统分析笔记第一章电力系统的基本概念教学目的：1.了解电力系统基本概念及我国电力工业的发展现状2.熟悉电力系统运行的特点及基本要求3.明确电力系统分析这门课程的特点及学习方法教学内容：1.电力系统的构成、结线方式、电压等级2.电力系统的基本特征3.电力系统运行的基本要求4.简要介绍我国电力系统的发展现状5.电力系统分析课程的内容及研究工具一.什么是电力系统电力系统是一类能量系统，是电能的生产、输送及消费的整体。
一次能源：煤、天然气、太阳能、风能、石油、潮汐二次能源：电能电能生产：将一次能源转化为二次能源课下思考：可持续发展和清洁能源的含义各是什么提问：1、电能输送是交流输电还是直流输电？（1）交流输电提高电压等级，降低损耗（2）交流发电机的容量可以做得很大2、交流输电最基本的要求是什么？（1）波形（2）幅值（大小）（3）频率（4）相位1、电压等级（幅值大小）①线路压降：始端到末端：10%；因为用电设备允许的电压波动是±5%，所以接在始端的设备，电压最高不会超过5%；接在末端的设备最低不会低于-5%；②发电机：在线路始端比线路额定电压高5%；3kv的线路发电机电压为3.15kv。
③变压器：一次侧：相当于用电设备接在线路上，应与线路额定电压相同；二次侧：相当于电源，比线路电压高5%或10%（3）一般来说：110kv以下的电压等级以3倍为级差：10kv 35kv 110kv优点：可靠性、电气质量高缺点：不够经济（3）变压器（电能质量传输不可或缺的环节）基本功能：变换电压高低；因为功率是守恒的，因此改变了电流的大小。
变压器与发电机有中性点，因此就存在一个中性点接地方式。
①中性点接地方式包括：直接接地，不接地中性点不接地方式虽然单相接地电流不大，但非接地相电压却升高为相电压的3倍。
直接接地方式供电可靠性低，一旦发生单相接地构成回路，电抗很小，短路电流很大，切除短路。
电力系统分析第五章引言本文档将介绍电力系统分析的第五章内容。
在这一章中，我们将学习关于电力系统中的潮流分析和节点电压分析的相关知识。
潮流分析可以帮助我们了解电力系统中各节点的电力流动情况，而节点电压分析那么可以帮助我们确定电力系统中各节点的电压水平。
潮流分析潮流分析是电力系统中一项重要的分析工具，用于确定各节点的电压和线路中的电流。
它可以帮助我们了解电力系统中的功率流动情况，确保系统的可靠运行。
在潮流分析中，我们需要解决一组非线性方程，这组方程描述了各节点的功率平衡。
常见的潮流分析方法有高斯-赛德尔迭代法和牛顿-拉夫逊迭代法。
高斯-赛德尔迭代法是一种逐步近似的方法，通过屡次迭代来逼近潮流方程的解。
牛顿-拉夫逊迭代法那么是一种更精确的方法，它利用牛顿法来求解非线性方程组。
潮流分析的输出包括各节点的电压和线路中的电流。
这些结果对于电力系统的运行和规划具有重要意义。
节点电压分析节点电压分析是电力系统中另一项重要的分析工具，用于确定各节点的电压水平。
节点电压是电力系统中的重要参数，它影响着各节点的功率传输和设备的运行。
在节点电压分析中，我们通常采用潮流分析的结果作为初始值，然后使用各种方法来计算各节点的电压。
常见的节点电压分析方法有直接法和迭代法。
直接法是一种精确的方法，可以准确计算各节点的电压，但它需要将电力系统转化为矩阵形式并进行复杂的计算。
迭代法那么是一种更简单的方法，它使用潮流分析的结果作为初始值，并通过屡次迭代来逼近各节点的电压。
节点电压分析的输出包括各节点的电压和电压的相位角。
这些结果对于电力系统的稳定运行和设备的保护具有重要意义。
总结本文档介绍了电力系统分析的第五章内容，包括潮流分析和节点电压分析。
潮流分析和节点电压分析是电力系统分析中的重要工具，它们帮助我们了解电力系统中的功率流动情况和节点的电压水平。
潮流分析可以通过解决非线性方程组来计算各节点的电压和线路中的电流，而节点电压分析利用潮流分析的结果来计算各节点的电压。
5-1. 供电系统如题图5-1所示，各元件参数如下。
线路L ：长50km ，km x /4.0Ω=；变压器T ：A MV S N ⋅=10,%5.10=s V ,11/110=T k 。
假定供电点电压为kV 5.106，保持恒定，当空载运行时变压器低压母线发生三相短路。
试计算：（1）短路电流周期分量，冲击电流，短路电流最大有效值及短路功率等的有名值；（2）当A 相非周期分量电流有最大或零初始值时，相应的B 相及C 相非周期电流的初始值。
解：kV V kV V V V MVA S B B av B B 5.10,115,,100)2()1(====即选 1512.0115100504.022)1(1=⨯⨯===B B L V S xLX x 05.110100105.02=⨯===N B ST S S V X x 2012.121=+=∑x x x当空载运行时,短路点电压9261.01155.106===B S V V V 当低压母线发生三相短路时： (1) 短路电流周期分量 kA kA V S x V I B B p 2394.45.1031002012.19261.03)2(=⨯⨯=∙=∑ 冲击电流 kA kA I k i P im im 79.102394.48.122=⨯⨯==短路电流最大有效值 kA kA k I I im P im 4014.6)18.1(212394.4)1(2122=-⨯+⨯=-+= 短路功率MVA MVA V I S B P K 1.775.102394.433)2(=⨯⨯== (2) 短路电流非周期计算若A 相非周期分量电流为最大时，kA kA I i P a ap 9945.52394.4414.12)(=⨯==相应的B 相及C 相非周期电流的初始值为:kA kA i i i b ap b ap b ap 9973.229945.521)()()(=-=-==若A 相非周期分量电流为零时，0)(=a ap i相应的B 相及C 相非周期电流的初始值为:kA kA I i P b ap 1922.5)30cos(2394.4414.1)12090cos(2000)(-=-⨯-=--= kA kA I i P c ap 1922.5)210cos(2394.4414.1)12090cos(2000)(=⨯-=+-=S 题图 5-15-3. 一台无阻尼绕组同步发电机，已知：MW P N 150=，85.0cos =N ϕ，kV V N 75.15=,04.1=d x ，69.0=q x ，31.0'=d x 。
发电q E ，'qE 和'E ，并画出相量图。
（相量图应画出q E ，'q E 和'E ，各电势应给出有名值）079.31)85.0arccos(),(1,01,471.17685.0150,75.15:==-∠=∠====φφ则令发电机额定满载。
选解I V MVA MVA S kV V B B 00027.234843.1)79.3190(69.01∠=-∠+=+=I jX V E q Q 所以027.23=δ故7712.1)sin(cos =++=+=d d d q q X I V I X V E φδδ1728.1)sin(cos '''=++=+=d d d q q X I V I X V E φδδ或1728.1)(''=--=d q d Q q x x I E E 000''76.1219278.1)79.3190(31.01∠=-∠+=+=dx I j V E 0,76.12=δ19278.1'=E转化为有名值：kV kV E q 896.2775.157712.1=⨯= kV kV E q 472.1875.151728.1'=⨯=kV kV E 786.1875.1519278.1'=⨯=5-5. 题5-3的发电机，已知s T d 3.7'0=，在额定满载运行时机端发生三相短路。
试求：起始暂态电流，基频分量电流随时间变化的表达式，s 2.0基频分量的有效值。
解： 由5-3知道7712.1=q E ,1728.1'=q E ，那么令7712.1)0(=q E ,1728.1)0('=q E ，s s x x TT d d d d 176.204.131.03.7''0'=⨯== 起始暂态电流:kA kA V S x E I NN dq 47407.2475.15385.0/15031.01728.13'')0('=⨯⨯=∙=基频分量电流随时间变化的表达式kA t e kA t t kA t x E T t x E x E V S t i N t N N d q d d q d q N N )cos()579.15028.19()cos(04.17712.1)176.2exp(04.17712.131.01728.175.15385.0/1502)cos()exp(32)(046.000''')0(αωαωαω++-=+⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯⨯-=+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⋅-=- s 2.0基频分量的有效值kA kA e I 29.232)579.15028.19(2.046.0)2.0(=+=⨯-5-6. 若上题发电机经Ω5.0的外接电抗后发生三相短路，试作上题同样内容的计算，并比较计算结果。
解：先求电抗的表幺值，3557.085.0/15075.155.02==e x 由5-3知道7712.1=q E ,1728.1'=q E ，那么令7712.1)0(=q E ,1728.1)0('=q E ，s s x x x x TT e d e d d d 482.33557.031.03557.031.03.7''0'=++⨯=++=起始暂态电流:kA kA V S x x E I NN ed q 397.1175.15385.0/1503557.031.01728.13'')0('=⨯⨯+=∙+=基频分量电流随时间变化的表达式kA t e kA t t kA t x x E T t x x E x x E V S t i N t N N e d q d ed qe d q N N )cos()61.11508.4()cos(3557.004.17712.1)176.2exp(3557.004.17712.13557.031.01728.175.15385.0/1502)cos()exp(32)(046.000''')0(αωαωαω++-=+⎥⎦⎤⎢⎣⎡++-⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+⨯⨯⨯-=+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡++-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+⋅-=-s 2.0基频分量的有效值kA kA e I 118.112)61.11508.4(2.046.0)2.0(=+=⨯-5-7. 一台有阻尼绕组同步发电机，已知：MW P N 200=，85.0cos =N ϕ，kV V N 75.15=，962.1==q d x x ，246.0'=d x ，146.0"=d x ，21.0"=qx ，178.02=x ，s T d 4.7'0=，s T d 62.0"0=，s T q 64.1"0=。
发电机在额定电压下负载运行，带有负荷（180+j110）A MW ⋅，机端发生三相短路。
试求：起始次暂态电流，非周期分量电流的最大初始值。
解：取A A V S I MVA MVA S kV V BB B B B 625.875.1533.2353,3.23585.0/200,75.15=⨯=====所以那么0079.31)180110arctan(),(897.0)(110180,01==-∠=-∠+=∠=φφφ则B S j I V000821.3744.2)79.3190(897.0962.11∠=-∠⨯⨯+=+=I jX V E q Q所以0821.37=δ 故913.0)sin(cos """=++=+=d d d q q X I V I X V E φδδ548.0)cos(sin "=+-=-=d q q d d X I V I X V E φδδ064.1)()(2"2""=+=q d E E E或者075.1,"""=+=E I jX V E d 可得到由)570.1(363.7)064.1(288.7251.6773.6)()(,607.2,251.6""""""""""""""2"2""""""""时当或者时当或者或者所以次暂态短路电流：===≈===≈==≈=+=-=-===E X E I I E X EI I X E I I I I I X E I X E I dddd d q d q d qd qd qd转化为有名值：kA V S I BB B 625.875.15385.0/2003=⨯==⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==⨯==⨯==⨯==⨯=363.7507.63625.8363.7288.7861.62625.8288.7251.6916.53625.8242.6773.6419.58625.8773.6"""""I kA kA I kA kA I kA kA I kA kA I 取取取取5-8. 题5-6的发电机，若外接电抗e x 等于临界电抗cr x ，试求强行励磁作用下的稳态短路电流∞I ，并与起始暂态电流进行比较分析.解：先求电抗的表幺值，3557.085.0/15075.155.02==e x 当 cr e x x =时，发电机端电压将恢复到短路前的值，即)0(N G N G V V V ==,因此 811.23557.011===∞e x I 有名值kA kA V S I NN 64.1875.15385.0/150881.23881.2=⨯⨯=∙=∞。
