1、电力系统分析学习指导书 南京理工大学- 1 -1 电力系统的基本概念1. 1 课程内容1) 电力系统概述。 2) 电力系统的接线方式和电压等级。3) 电力系统负荷和负荷曲线。4) 电力系统运行的特点与要求。5) 电力系统分析的内容与工具。1. 2 学习目的与要求本章为电力系统概述。本章主要介绍电力系统的构成、电力系统的近况、电力系统的额定电压等级及接线方式、电力系统的负荷及负荷曲线、电力系统运行的基本要求及特点、电力系统分析课程的研究内容及研究工具。本章重点是电力系统的构成、电能生产特点、电力系统运行的基本要求、接线方式及特点、电压等级及电压分布、中性点运行方式及特点。要求学生领会掌握本章的重
2、点内容。1. 3 考核知识点与考核要求1) 地理接线图与电气接线图，要求达到领会层次a. 地理接线图、电气接线图。b. 电气接线图中符号意义。c. 电力系统的构成。2) 电能生产特点，要求达到领会层次。a. 电能不能大量储存。c. 电能生产、输送、消费同时完成。d. 运行状态改变瞬间完成。e. 电能质量要求严格。f. 电能与国民经济各部门间关系密切。3) 供电可靠性与负荷分类，要求达到领会层次。a. 供电可靠性的重要性。b. 负荷的分类。4) 电能质量，要求达到领会层次。电力系统分析学习指导书 南京理工大学- 2 -a. 电压偏移。b. 频率要求。c. 电压波动与闪变。d. 波形畸变。e. 电
3、能质量恶化原因。5) 电力系统运行经济性,要求达到领会层次。a. 煤耗率。b. 网损率。c. 水电厂、火电厂互补性。d. 联合系统提高经济性与可靠性。6) 接线方式及特点，要求达到领会层次。a. 接线方式的种类。b. 各类接线方式的优缺点。7) 电压等级的划分及适用范围，要求达到识记层次a. 额定电压、电压等级及电压分布。b. 我国规定的电压等级。c. 电压等级与供电范围。8) 中性点运行方式，要求达到领会层次。a. 中性点运行方式种类。b. 确定中性点运行方式的根据。c. 中性点运行方式的确定及供电可靠性。9) 电力系统负荷及负荷曲线，要求达到领会层次。a. 电力系统负荷b. 电力系统负荷曲
4、线及主要参数2 电力系统各元件的特性参数及等值电路2. 1 课程内容1) 发电机的参数及数学模型。2) 电力线路的参数及等值电路。3) 变压器的参数及等值电路。电力系统分析学习指导书 南京理工大学- 3 -4) 负荷的数学模型。5) 电力网的等值电路。2. 2 学习目的与要求本章主要向学生介绍发电机的稳态参数模型、发电机的运行极限、变压器的试验数据、计算变压器的参数、变压器的两种等值电路、线路参数的计算公式及线路的等值电路、负荷的数学模型、标幺制、电网的等值电路图。本章的重点是发电机的运行极限图、线路参数计算公式的应用、变压器参数计算公式、变压器 型等值电路图、标幺制、电网等值电路图。要求学生
5、对本章重点领会掌握。2. 3 考核知识点与考核要求1) 发电机稳态运行相量图、运行极限图及功角特性，要求达到识记层次。a. 隐极机稳态相量图。b. 隐极机稳态运行极限图。c. 隐极机稳态运行功角特性。2) 变压器参数计算及等值电路，要求达到识记层次。a. 参数计算公式。b. 型等值图。c. 型图存在的条件。d. 2. 4 型图的优点。e. 理想变压器三种变比取值的意义。3) 线路参数及等值电路，要求达到识记层次a. 线路参数计算公式。b. 架空线路换位。c. 线路电纳等值含义。d. 长线路任意点的电压、电流计算公式。4) 负荷的数学模型，要求达到识记层次。a. 常用负荷的函数表达式。5) 电力
6、网等值电路，要求达到识记层次。a. 标幺制。电力系统分析学习指导书 南京理工大学- 4 -b. 工程上基值的选取。c. 归算方向。d. 标幺化的等值图中的变压器。3 简单电力系统潮流计算 3. 1 课程内容1) 简单电力网潮流计算、分析的基本内容2) 辐射形网络的潮流计算。3) 两端供电网的潮流计算。4) 简单环网中的潮流计算。5) 电力网络潮流的调整与控制。6) 超高压远距离交流输电。3. 2 学习目的与要求本章主要向学生讲述简单网络的潮流计算内容，与潮流计算有关的计算公式、物理概念及定义，稳态运行电网的相量图及分析方法，辐射形网络、双端网络、环形网络潮流解算方法，电网潮流调控必要性及方法，
7、超高压远距离输电等内容。本章重点是潮流计算内容、相量分析、各种类型简单网络的解算方法原理及意义及与上述有关的物理概念、计算公式及定义。 要求学生对本章重点识记掌握。3. 3 考核知识点与考核要求1) 潮流计算的内容、要求达到识记层次。a. 等值图上各参数的含义。b. 计算中采用三相功率、线电压的原因。c. 线路运行相量图的画法。d. 与电压损耗、功率损耗有关的定义式。e. 电能损耗计算方法。2) 辐射型网络潮流计算，要求达到识记层次。a. 辐射型网解算条件及过程。b. 单电压级环网的解算条件及方法。电力系统分析学习指导书 南京理工大学- 5 -c. 功率分点标出方法。d. 双端供电网潮流计算方
8、法。e. 循环功率的方向、产生原因及作用。f. 多电压级环网潮流计算方法。g. 环路电动势方向、产生原因及作用。3) 电力网的潮流调整与控制，要求达到识记层次a. 经济分布潮流算式。b. 安全与电压质量概念。c. 自然功率分布。d. 强制循环功率。e. 如何产生强制循环功率。4) 超高压远距离输电，要求达到识记层次4 复杂电力网潮流计算机算法（本章内容在电力系统辅助分析中讲授，应着重强调计算机编程能力的培养）4. 1 课程内容1) 复杂电力网络的数学模型。2) 功率方程、节点分类及约束条件。3) 高斯塞德尔法潮流计算。4) 牛顿拉夫逊法潮流计算。5) PQ 分解法潮流计算。4. 2 学习目的与
9、要求本章主要向学生讲述复杂电力网络的数学模型、网络改变后如何修改数学模型、功率方程、节点分类、约束条件的物理意义、高斯一塞德尔迭代法潮流计算、牛顿一拉夫逊法求解非线性方程组的原理、牛顿拉夫逊法求解潮流分布的直角坐标和极坐标修正方程式、PQ 分解法解算潮流。本章重点是数学模型的建立、牛顿拉夫逊法求解非线性方程组原理、直角坐标和极坐标形式的修正方程式。 要求学生对本章重点识记掌握并能进行编程计算。4. 3 考核知识点与考核要求电力系统分析学习指导书 南京理工大学- 6 -1) 数学模型的建立，要求达到识记层次。a. 节点导纳阵形成。b. 节点导纳阵各元素的物理意义。c. 如何由节点导纳阵生成节点阻
10、抗阵。d. 节点阻抗矩阵各元素的物理意义。e. 导纳阵与阻抗阵的对称性和稀疏性。2) 网络节点分类，要求达到识记层次。a. 网络节点分类。b. 数学模型中已知条件和待求量。3) 高斯塞德尔潮流计算，要求达到简单应用层次。a. 高斯塞德尔法原理。b. 32 非线性节点电压方程的高斯塞德尔迭代形式。 ，c. PV 节点向 P-Q 节点转化的原因、方法。4) 牛顿拉夫逊法潮流计算，要求达到应用层次。a. 牛顿拉夫逊迭代法原理。b. 牛顿拉夫逊法直角坐标形式的功率误差方程、电压误差方程。c. 牛顿拉夫逊法直角坐标形式的雅可比矩阵与修正方程式d. 牛顿拉夫逊法极坐标形式的功率误差方程。e. 牛顿拉夫逊法
11、极坐标形式的雅可比矩阵与修正方程式。f. 两种修正方程的不同点。g. 牛顿法两种坐标系潮流计算解题步骤。5) PQ 分解法潮流计算，要求达到应用层次。a. PQ 分解法与牛顿拉夫逊法的关系。b. 由牛顿拉夫逊法导出 PQ 分解法几个近似条件、各近似条件的物理意义c. PQ 分解法的修正方程式。d. PQ 分解法与牛顿法的迭代次数与解题速度。e. PQ 分解法解算步骤。 f. 本章支路潮流计算法与第三章中的不同点。电力系统分析学习指导书 南京理工大学- 7 -g. 计算机解算潮流如何选取初值及初值对计算过程的影响。h. 计算机解算潮流所用约束条件及其物理意义。i. 用牛顿拉夫逊法及 PQ 分解法
12、编程计算简单算例。5 电力系统有功平衡与频率调整5. 1 课程内容1 )电力系统中有功功率的平衡。2 )电力系统的频率特性。3 )电力系统中有功功率的最优分配。4 )电力系统的频率调整。5. 2 学习目的与要求本章主要向学生讲解电力系统稳态运行状态下的有功功率平衡、有功电源的合理组合、有功功率负荷的最优分配、等耗量微增率准则、水电厂与火电厂的负荷最优分配、等耗量微增率的推广应用、协调方程、频率的一次调整、频率的二次调整、联合电力系统。本章重点是系统稳态运行与有功平衡、负荷的最优分配、一次频率调整与二次频率调整、联合电力系统调频。要求学生对本章重点达到识记层次并能简单应用。 5. 3 考核知识点
13、与考核要求1) 有功功率平衡与频率调整，要求达到领会层次。a. 有功负荷变化与一、二次调频。b. 负荷预测。c. 备用容量及作用。 d. 电力系统频率特性。2) 有功电源的最优组合，要求达到领会层次。a. 各类发电厂的特点。b. 枯水季节各类发电厂合理组合。c. 丰水季节各类发电厂合理组合。3) 有功负荷最优分配，要求达到应用层次。a. 耗量特性与耗量微增率的异同点。电力系统分析学习指导书 南京理工大学- 8 -b. 最优分配负荷时的目标函数。c. 负荷最优分配时所用约束条件。d. 负荷在水火电厂最优分配时的目标函数与约束条件e. 等耗量微增率准则。f. 最优分配方案的确定。g. 等耗量微增率
14、的推广应用。h. 煤水换算系数。i. 协调方程。4) 电力系统的频率调整，要求达到领会层次。a. 只有调速器原动机的静态频率特性曲线。b. 具有调速器、调频器原动机的静态频率特性曲线。c. 有差调节、无差调节。d. 发电机的单位调节功率。 e. 综合负荷的单位调节功率。f. 如何增大系统的位调节功率及其好处。g. 几台机组系统中系统单位调节功率。h. 调频器动作对系统的单位调节功率影响。5) 联合电力系统调频，要求达到简单应用层次a. 联合系统对频率质量的影响。b. 联络线上功率的计算。c. 联合系统频差的计算。d. 联合系统互送功率的计算。6 电力系统无功功率平衡与电压调整6. 1 课程内容
15、1) 电力系统中无功功率平衡。2) 电力系统中无功功率最优分布。3) 电压管理和发电机、变压器调压。4) 无功补偿设备调压。6. 2 学习目的与要求电力系统分析学习指导书 南京理工大学- 9 -本章主要向学生讲解稳态电力系统的无功功率平衡理论、无功功率平衡计算、无功功率最优分布、无功负荷的最优补偿、电力系统的电压管理、发电机调励磁调压，变压器调分头调压、补偿设备调压。本章重点是无功功率平衡及计算、无功功率最优分布、无功负荷最优补偿、电压管理、各种调压措施及有关计算。要求学生对本章重点达到识记层次并能简单应用。6. 3 考核知识点与考核要求1) 电力系统无功负荷及无功损耗、要求达到领会层次a.
16、无功负荷的构成。b. 系统中无功损耗。2) 无功电源，要求达到领会层次。a. 发电机无功电源特点。b. 电容器、调相机无功电源的优缺点。c. 无功静止补偿器、静止调相机的优点。3) 无功平衡计算，要求达到应用层次。a. 无功平衡目的。b. 无功平衡计算内容。4) 无功电源的最优分布，要求达到简单应用层次。a. 无功电源最优分布目标函数。b. 等网损微增率准则。c. 等网损微增率准则的应用解题。5) 无功功率负荷的最优补偿，要求达到简单应用层次。a. 无功最优补偿目标函数。b. 最优网损微增率。c. 最优网损微增率应用解题。6) 电压管理，要求达到应用层次。a. 电压崩溃、调压必要性。b. 电压
17、波动原因。c. 电压中枢点调压方式。电力系统分析学习指导书 南京理工大学- 10 -d. 变压器分头选择。7) 无功补偿调压，要求达到应用层次。a. 并联电容调压时电容量的计算。b. 并联电容器调压时最小容量的计算。c. 并联补偿设备调压与变压器分头调压的不同点。7 电力系统对称故障分析计算7. 1 课程内容1) 无限大功率电源系统的三相短路分析。2) 同步发电机的基本方程3) 同步发电机突然三相短路物理过程分析。4) 同步发电机突然三相短路电流计算。5) 强行励磁对短路电流及机端电压的影响。6) 电力系统三相短路计算原理。7) 起始次暂态电流和冲击电流的实用汁算。8) 短路电流计算曲线及应用
18、。9) 短路电流周期分量近似计算。10) 计算机计算复杂系统短路电流交流分量初始值的原理。7. 2 学习目的与要求本章主要向学生讲述与电力系统对称故障有关的物理概念、计算分析方法如无限大功率电源供电系统三相短路电流分析计算、短路冲击电流、最大有效值电流、同步发电机突然三相短路、Park 变换、同步发电机的暂态参数、发电机的基本方程式，三相短路电流实用计算。本章重点是短路冲击电流和最大有效值电流的定义及计算方法、Park 正反变换的定义与作用、同步发电机的暂态参数定义及计算、三相短路电流实用计算方法与用途。要求学生对本章重点达到识记层次并具备应用的水平。7. 3 考核知识点与考核要求1) 无限大
19、功率电源系统三相短路故障分析，要求达到熟练应用层次。a. 无限大电源系统的条件。电力系统分析学习指导书 南京理工大学- 11 -b. 三相短路电流全电流表达式。c. 三相短路前后 a 相电流波形图。d. 直流分量最大值发生条件。e. 冲击电流。f. 冲击系数。g. 最大有效电流。2) 同步发电机空载突然三相短路过程分析，要求达到领会层次。a. 发电机空载三相短路后定子、转子中的电流分量及其之间的对应关系。b. 磁链守恒原理。c. 电枢反应原理。d. a 相磁轴正方向的规定。e. 等效阻尼绕组 D 在发电机三相短路后的电流分量及产生原因。f. 阻尼绕组 Q 中在发电机三相短路时的电流分量及产生原
20、因。g. 定子绕组、励磁绕组、阻尼绕组中的电流分量、对应关系及衰减规律。3) 同步发电机负载情况下三相短路，要求达到领会层次。4) 同步发电机基本方程、参数及等值电路，要求达到领会层次。5) 电力系统三相短路实用计算，要求达到应用层次a. 三相短路电流实用计算出的是什么电流?用途?b. 实用计算的近似条件(假设)。c. 迭加原理。d. 简单网的三相短路电流计算。e. 短路电流计算步骤(迭加原理)。f. 运算曲线制定。g. 运算曲线计算短路电流步骤。h. 计算电抗、转移电抗。i. 转移阻抗求法。8 电力系统不对称故障的分析计算电力系统分析学习指导书 南京理工大学- 12 -8. 1 课程内容1)
21、 对称分量法在不对称短路计算中的应用。2) 电力系统元件的序参数。3) 电力系统序网图的制定。4) 简单不对称短路故障点的短路电流和电压计算。5) 简单不对称短路非故障处的电流和电压计算。6) 非全相运行的分析计算。7) 非对称故障的计算机算法。8. 2 学习目的与要求本章主要向学生讲述与电力系统非对称故障有关的物理概念、定义、计算及分析如对称分量法原理、元件的序参数、序网图的构成、单相接地短路、两相短路、两相短路接地时故障点的短路电流、电压计算、非故障处的电流和电压、非全相运行(一相断线、二相断线)断口处电流电压的计算分析等。本章重点是对称分量法原理，零序网的制定，不对称短路短路点电压、电流
22、的计算及 相量图，各种短路的边界条件、增广网络及附加阻抗。 要求学生对本章重点达到识记层次并可以应用。8. 3 考核知识点与考核要求1) 对称分量法原理，要求达到应用层次。a. 对称分量法变换矩阵及逆变换阵。 b. 对称分量法零序分量与 Park 变换中零序分量的区别。c. 零序电流存在的条件。d. 边界条件。e. 复合序网。2) 元件的序参数及等值电路，要求达到识记层次。a. 不对称短路后，发电机定子、转子中谐波。b. 发电机的序电抗。c. 电动机的序电抗。d. 变压器的序电抗。e. 线路的序电抗。电力系统分析学习指导书 南京理工大学- 13 -f. 零序网的构成。3) 不对称短路时短路点的
23、短路电流和电压a. 三序电压平衡方程式。b. 正序电压平衡方程中的电源电势、零序、负序网中的电势。c. 单相接地短路的边界条件(两种)。d. 求解单相短路时的方程组中已知量、待求量。e. 单相短路故障相(a 相)的短路电流。f. 中性点不接地系统中单相接地时中性点的电位及非故障相电压。g. a 相单相接地短路时电流电压相量图。h. a 相短路时非故障相电压变化轨迹。i. 39 a 相经阻抗接地时的复合序网图。 ，j. b、c 两相短路的边界条件(两种)。k. b、c 两相短路的复合序网。l. b、c 两相短路故障相的短路电流、电压及其相量图。m. b、c 两相经阻抗短路时的复合序网、边界条件、
24、短路电流算式。n. 两相短路接地的边界条件(两种)，复合序网、电流算式、故障处非故障相电压。o. b、c 两相短路接地电流电压相量图。p. 正序等效定则。 q. 正序增广网络及附加阻抗。4) 不对称短路时非故障处的电流、电压，要求达到简单应用层次。a. 非对称故障时，任意非故障点各序分量电压计算式、电流算式。b. 非对称短路时正序电压的分布规律，负序、零序电压的分布规律。c. 若待计算处与短路点间有变压器时，如何求取待计算处的电压、电流？电力系统分析学习指导书 南京理工大学- 14 -5) 非全相运行的分析计算，要求达到简单应用层次。a. 纵向非全相运行与横向短路故障的不同点。b. 纵向非全相
25、运行时，故障点的电压平衡方程。c. a 相断线时的边界条件(两种)、复合序网、断线线路上各序电流的算式。d. b、c 相断线时的边界条件(两种)、复合序网、线路上各序电流的算式。e. 用正序增广网络解算非全相运行问题。f. 应用迭加原理分析断线故障时边界条件(两种)。g. 应用迭加原理分析一相断线、二相断线。9 电力系统静态稳定性分析9. 1 课程内容1) 概述。2) 各元件的机电特性。3) 简单电力系统的静态稳定性。4) 小干扰法分析简单系统静态稳定。5) 提高系统静态稳定性的措施。 9. 2 学习目的与要求本章主要向学生讲述电力系统的静态稳定性问题如同步发电机组的机电特性、负荷的机电特性、
26、自动调节励磁系统的数学模型、电力系统静态稳定概念、静态稳定储备系数、小干扰法分析简单系统静态稳定性方法、静态稳定性判据、自调励系统对静态稳定性的影响，提高系统静态稳定性的措施。本章重点是同步发电机的转子运动方程、电力系统静态稳定性的概念、小干扰法分析简单系统静态稳定性方法、静态稳定性判据、静态稳定储备系数、提高系统静态稳定性的措施。要求学生对本章重点达到识记层次并可简单应用。9. 3 考核知识点与考核要求1) 各元件的机电特性及系统稳定性，要求达到识记层次。a. 机电暂态与电磁暂态的区别。电力系统分析学习指导书 南京理工大学- 15 -b. 静稳定与暂态稳定的区别。c. 转子运动方程、电磁转矩
27、表达式。d. 研究稳定性时的近似假设条件e. 同步机相量图及功角特性。f. 励磁系统传递函数框图。2) 简单系统静稳定性分析，要求达到简单应用层次；a. 静稳定的物理过程b. 静稳定判据、整步功率。c. 静稳定储备系数。3) 用小干扰法分析简单系统的静稳定性，要求达到简单应用层次a. 小干扰法。b. 转子运动方程线性化。c. 小干扰分析法用状态方程。d. 特征值判断系统稳定性及判据。e. 考虑阻尼后的状态方程。f. 考虑励磁调节后单机无穷大系统的状态方程。g. 调励对静态稳定性的影响。4) 提高系统静态稳定的措施，要求达到简单应用层次。a. 采用自调励提高静态稳定的原理。b. 采用分裂导线提高
28、静态稳定的原理。c. 提高线路额定电压等级改进系统静态稳定性原理。d. 串联电容器提高静态稳定的原理。e. 改善系统结构改进静态稳定的原理。f. 采用中间补偿设备改进静态稳定性的原理。10 电力系统暂态稳定性分析10. 1 课程内容1 ) 暂态稳定的基本概念。2 )简单系统的暂态稳定性。3 ) 自动调节系统对暂态稳定性的影响。电力系统分析学习指导书 南京理工大学- 16 -4 )提高暂态稳定性的措施。10. 2 学习目的与要求本章主要向学生讲述电力系统暂态稳定性的分析计算如简单系统暂态稳定物理过程分析、等面积定则、极限切除角、分段计算法、自动调节励磁系统的作用、提高系统暂态稳定性的措施。本章重
29、点是暂态稳定性的物理过程，简单系统正常运行、故障中和故障切除后功率特性曲线的画法、等面积定则、极限切除角与极限切除时间，分段计算法求解发电机转子运动方程、摇摆曲线，自动调节系统对暂态稳定性的影响，改善系统暂态稳定性措施(及物理含义)。学生对本章重点达到识记层次并可简单应用。10. 3 考核知识点与考核要求1) 简单系统的暂态稳定性，要求达到简单应用层次。a. 大扰动后的暂态过程分几个阶段b. 暂态分析的近似假定。c. 故障发生前、后和故障中的电磁功率。d. 画图说明正常、故障中和故障切除后的功率特性曲线并说明暂态过程e. (t)曲线与暂态稳定性。f. P()图上的面积为能量。g. 等面积定则、物理意义。h. 极限切除角与极限切除时间。 i. 分段计算法求解非线性转子运动方程的步骤。j. 如何归算 Tj，并分析原因。k. 考虑调励系统后简单系统暂态稳定性分析。l. 考虑调速系统后简单系统暂态稳定性分析。2) 提高系统暂态稳定性的措施，要求达到简单应用层次。a. 快速切除故障的作用及原理。 b. 自动重合闸。c. 发电机强行励磁。d. 电气制动。 电力系统分析学习指导书 南京理工大学- 17 -e. 变压器中性点经小电阻接地。f. 减少原动机出力。
