电力系统分析培训教案

电力系统分析一、适用专业电气工程及其自动化专业。二、本课程的性质及地位本课程是“电气工程及其自动化”专业的专业基础课。主要讲述电力系统的数学模型和参数计算；故障分析、稳态运行有关的概念、分析及计算等。其先修专业课程主要为电机学、电路等。三、本课程的基本要求学生通过学习应达到以下要求：1. 熟悉电力系统的有关基本概念；2. 掌握同步发电机的数学模型及电力系统三相短路的分析和计算；3. 掌握电力系统简单不对称短路故障的分析计算；4. 掌握电力系统的稳态运行的潮流计算及计算机算法；5. 掌握电力系统频率调整及经济运行分析和方法。四、本课程的基本内容1. 同步电机及电力系统三相短路的分析和计算电力系统基本概念，电力网元件的等值电路和参数计算，同步发电机的基本方程，发电机稳态运行的方程、参数及其等值电路，恒定电势源的三相短路的周期分量与非周 期分量、冲击电流、短路电流最大有效值及短路功率；发电机的（次）暂态参数。2. 电力电力系统简单不对称短路故障对称分量法，发电机、电网各元件的负序及零序阻抗、综合负荷的序阻抗，电力系统各序网络的建立，单相接地短路、两相短路和两相短路接地故障的计算。3. 电力系统的稳态运行的潮流计算及计算机算法开式网络及简单闭式网络的电压和功率分布计算，电力系统潮流计算的计算机算法，牛顿拉夫逊算法及PQ分解法。4. 电力系统频率调整及经济运行分析和方法频率调整的有关概念，电力系统经济运行分析方法。五、本课程的特点1. 研究主要是电力系统有关的分析计算，主要涉及强电（kV）。2. 以电路为基础，与数学方法联系紧密、分析计算复杂、计算量大。3. 课程难点多，整体难度较大。六、教学重点、难点1. 教学重点电力网元件参数与等值电路、电力系统三相短路分析计算、电力系统简单不对称短路分析计算、电力系统稳态运行的潮流计算及其计算机算法、经济运行分析计算。2. 教学难点电力系统的稳态运行的潮流计算及其计算机算法、电力系统简单不对称短路分析与计算、同步发电机的基本方程、火电厂负荷最优分配方案的确定。七、学时分配总学时为68（含复习课），具体分配如下：教学过程时间分配教学内容学时数电力系统的基本概念2电力网元件参数和等值电路2同步发电机的基本方程电力网络的数学模型电力系统的三相短路分析与计算电力系统简单不对称短路分析与计算电力系统的稳态运行的潮流计算及其计算机算法电力系统那个经济运行分析计算和频率调整基本概念复习合计68八、考察方式和范围闭卷考试，考试卷面分为7080分，作业考勤分为3020分；所讲内容均为考查范围。九、选用教材的建议选用教材：电力系统分析（上下册），何仰赞、温增银编著，华中科技大学出版社，2002参考教材：电力系统稳态分析陈衍编著，中国电力出版社，1995 电力系统暂态分析李光琦编著，中国电力出版社，1995年版电力系统分析课程教案（1）一、讲授题目：电力系统的基本概念。二、教学目的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，对电力系统分析有关概念有一定的认识，引起学生对专业课程的兴趣。三、重点与难点1. 教学重点：1）有关电力系统的基本定义；2）电力系统运行特点及要求3）电力系统接线方式4）电力系统的额定电压、额定频率的规定；5）电力系统额定电压、额定频率的规定。 2. 难点：电力系统额定电压的规定。 四、教学手段本章基础内容较多，难点较少，基本概念以讲解为主，讲授时辅以多媒体教学，尽量形象、具体地描述电力系统的组成和接线方式，使学生对电力系统接线有直观的印象，进而熟悉电力系统接线示意图；为了引起学生们的兴趣，讲解电力系统发展的概况，目前我国电力发展的状况，以及电力系统发展的趋势；通过对一具体电力网额定电压规定为例，重点讲解电力系统额定电压的规定问题。五、教学过程、时间分配教学过程时间分配教学内容学时数电力系统的基本概念、电力系统运行特点及要求1电力系统接线方式、电力系统额定电压的规定1合计2六、习题课后题1-2。电力系统分析课程教案（2）一、讲授题目：架空输电线路的参数和等值电路。 二、教学目的使学生深入了解电力系统中输电线路的常用的数学模型（包括等值电路和参数计算），为以后的分析计算提供输电线路的电路结构。三、重点与难点1. 教学重点：1）架空线路的等值电路；2）架空线路的参数计算，包括电阻、电抗、电导和电纳的计算；3）有关电力系统的一般问题，如整体循环换位、电晕现象等。2. 难点：架空线路的参数计算。四、教学手段本节公式较多，但不需要生硬记忆，引导学生理解公式，并通过公式解释一些现象（为什么需要整体循环换位、为什么分裂导线能降低电抗、怎么才能避免电晕的发生等）；并通过例题的讲解加深学生对架空线路数学模型的记忆。五、教学过程、时间分配教学过程时间分配教学内容学时数架空线路的等值电路和参数计算1一般导线和分裂导线等值电路求解例题1合计2六、习题课后题2-1。电力系统分析课程教案（3）一、讲授题目：变压器的参数和等值电路。 二、教学目的使学生深入了解电力系统中输电变压器的数学模型（包括等值电路和参数计算），为以后的分析计算提供输变压器的电路结构，为掌握和研究电力系统分析和运行问题提供良好的基础。三、重点与难点1. 教学重点：1）双绕组变压器的等值电路；2）双绕组变压器的参数计算（包括阻抗支路参数和对地导纳支路参数计算）；3）三绕组变压器的等值电路和参数计算；4）变压器型等值电路。2. 难点：1）双绕组变压器参数计算中的归算问题；2）变压器型等值电路的推导。四、教学手段变压器的参数主要通过试验的方法获得，引导学生回顾电机与拖动中的试验内容，推导出双电压器的电阻、电抗、电导和电纳的计算公式，讲解变压器中的归算问题；由双绕组变压器的参数计算迁移到三绕组变压器的参数计算，并比较两者的不同；变压器型等值电路是通过变压器电压、电流之间的关系等效出的电路，通过板书详细推导出该电路如何得来，并讲清楚它的适用条件和应用范围。五、教学过程、时间分配教学过程时间分配教学内容学时数双绕组变压器的等值电路和参数计算三绕组变压器的等值电路和参数计算变压器型等值电路的推导合计六、习题课后题2-5。电力系统分析课程教案（4）一、讲授题目：标幺制和电力网的等值电路。 二、教学目的引入电力系统分析计算中的常见算制标幺制，使学生熟练掌握标幺制；并使学生深入理解用标幺制表示时电网的等值电路，为今后电力系统短路计算分析题提供良好的基础。三、重点与难点1. 教学重点：1）标幺制及标幺值选取方法、标幺值间的相互换算；2）用标幺值表示的等效电路；4）近似计算时电力系统等效电路的简化。2. 难点：1）标幺制及标幺值选取方法、标幺值间的相互换算；2）用标幺值表示的等效电路；4）近似计算时电力系统等效电路的简化。四、教学手段 标幺制和电力网的等值电路都是为以后章节电力系统的短路计算打基础的，普遍利用于电力系统仿真中。由于学生一般熟悉算制是实名制，而标幺制对学生来说是一个新的算制，很不容易理解，所以先从标幺制的概念以及其优点深入讲解，使学生接受并深入理解这一算制；之后，通过具体的电网实例，讲授电网怎么利用标幺值表示，等效电路是什么样的，这样做有什么好处。五、教学过程、时间分配教学过程时间分配教学内容学时数标幺制及标幺值选取方法、标幺值间的相互换算；用标幺值表示的等效电路近似计算时电力系统等效电路的简化合计六、习题课后题2-9、2-11。电力系统分析课程教案（5）一、讲授题目：同步发电机的基本方程。 二、教学目的 使学生了解同步发电机的工作原理，掌握同步发电机的基本方程和等值电路，为同步发电机提供分析计算的数学模型。三、重点与难点1. 教学重点：1）同步发电机的基本方程的建立；2）派克变换和变换后的dq0轴表示的同步发电机的基本方程；3）同步发电机等值电路的推导和相量图画法。2. 难点：1）同步发电机的基本方程的建立；2）派克变换和变换后的dq0轴表示的同步发电机的基本方程；3）同步发电机等值电路的推导和相量图画法。四、教学手段 同步发电机是目前电力系统的主要电源，它的工作原理相对比较简单，有的学生应该在前期的电机课程中学过，所以简单的提及；但是同步电机的基本方程表示的是同步电机电压、电流、磁链的关系学生不容易理解，需要详细讲解；派克变换用将数学的方法将坐标变换为了旋转的坐标学生们更不容易理解，需要逐步推导；最后同步电机的基本方程和派克变换相联系得到同步发电机的等值电路及数学模型，并利用相量图画出他们之间的关系。这一章节是电力系统的难点最多的部分，但对学生的要求不是很高，引导学生分部分理解，最后掌握同步电机的等值电路。五、教学过程、时间分配教学过程时间分配教学内容学时数同步发电机的基本方程的建立派克变换和变换后的dq0轴表示的同步发电机的基本方程同步发电机等值电路的推导和相量图画法合计六、习题：课后题3-7、3-8。电力系统分析课程教案（6）一、讲授题目：电力网络的数学模型。 二、教学目的 使学生熟练掌握节点导纳矩阵的形成和修改过程，为电力系统潮流分布的分析计算做知识上的准备。三、重点与难点1. 教学重点：1）电力网络节点方程的建立；2）节点导纳矩阵的形成及元素的物理意义和主要特点；3）节点导纳矩阵的修改。2. 难点：节点导纳矩阵的修改。四、教学手段 本章节涉及的问题难度不大和电路中的节点电压方程的建立相似，但是有所不同，讲解先通过一个具体的电力网的节点方程的形成过程推导电网节点导纳矩阵的形成过程；再根据电网节点导纳矩阵中元素的特点详细讲解电网如果变化修改节点导纳矩阵的方法。 五、教学过程、时间分配教学过程时间分配教学内容学时数电力网络节点方程的建立、节点导纳矩阵的形成及元素的物理意义和主要特点节点导纳矩阵的修改合计六、习题课后题4-1。电力系统分析课程教案（7）一、讲授题目：电力系统的三相短路、恒定电势源的三相短路。 二、教学目的使学生了解电力系统短路的种类和危害，进行短路计算分析的目的和作用；熟练掌握发生三相短路出现的冲击电流、短路电流有效值、短路功率计算方法。三、重点与难点1. 教学重点：1）电力系统短路的种类和危害，进行短路计算分析的目的和作用；2）恒定电势源供电系统三相短路电流的计算以及冲击电路出现的条件；3）发生三相短路出现的冲击电流、短路电流有效值、短路功率计算方法。2. 难点：1）恒定电势源供电系统三相短路电流的计算以及冲击电路出现的条件；2）发生三相短路出现的冲击电流、短路电流有效值、短路功率计算方法。四、教学手段通过图形简单讲解电力系统短路的种类，并通过实例讲解短路的危害，进而引出对短路计算分析目的和作用的讲解；对于难点利用作图的方法使学生更直观、更容易理解；需要学生熟练掌握的发生三相短路出现的冲击电流、短路电流有效值、短路功率计算方法，由于书上的推导过程过于简单不利于学生掌握理解，详细板书进行推导。五、教学过程、时间分配教学过程时间分配教学内容学时数电力系统短路的种类和危害，进行短路计算分析的目的和作用恒定电势源供电系统三相短路电流的计算以及冲击电路出现的条件发生三相短路出现的冲击电流、短路电流有效值、短路功率计算方法合计六、习题课后题5-1。电力系统分析课程教案（8）一、讲授题目：同步发电（次）暂态电动势和（次）暂态电抗、短路电流计算的常用方法。 二、教学目的使学生了解同步发电（次）暂态电动势和（次）暂态电抗有关概念；熟练掌握短路电流计算的常用方法。三、重点与难点1. 教学重点：1）同步发电（次）暂态电动势和（次）暂态电抗的定义；2）电力系统短路电流计算时常用的假设、简化条件；3）利用转移阻抗计算短路电流的方法。2. 难点：1）同步发电（次）暂态电动势和（次）暂态电抗的定义；2）电力系统短路电流计算时常用的假设、简化条件；3）利用转移阻抗计算短路电流的方法。四、教学手段同步电机的同步发电（次）暂态电动势和（次）暂态电抗是通过电磁关系推导出来的等效物理量，理解起来比较困难，需通过发电机的磁链方程逐一推导出电（次）暂态电动势和（次）暂态电抗的表示形式，并利用等效电路加深学生对它们的印象；短路电流计算首先给出电力系统工程计算时约定俗成的假设、简化条件，在此基础上讲解最常用的利用转移阻抗计算短路电流的方法，并通过例题加深记忆。五、教学过程、时间分配教学过程时间分配教学内容学时数同步发电（次）暂态电动势和（次）暂态电抗的定义电力系统短路电流计算时常用的假设、简化条件和利用转移阻抗计算短路电流的方法合计电力系统分析课程教案（9）一、讲授题目：三相短路电流的实用计算、短路电流周期分量的近似计算。 二、教学目的使学生熟练掌握三相短路电流的实用计算、短路电流周期分量的近似计算方法。三、重点与难点1. 教学重点：1）三相短路电流的实用计算方法；2）短路电流周期分量的近似计算方法。2. 难点：1）三相短路电流的实用计算方法；2）短路电流周期分量的近似计算方法。四、教学手段讲解三相短路电流的实用计算方法时，先分析电力系统关键、复杂元件（同步电机、异步电机）的处理方法，进而讲解实用计算的方法，这样学生容易接受和理解，并通过典型例题讲解加深理解程度；讲解短路电流周期分量的近似计算方法时，可根据提供的数据不同将近似计算的方法分类来进行讲解，这样条理清楚学生更容易记忆，并讲解一具体的电网短路电流计算过程。五、教学过程、时间分配教学过程时间分配教学内容学时数三相短路电流的实用计算方法短路电流周期分量的近似计算方法合计六、习题课后题6-3、6-9。电力系统分析课程教案（10）一、讲授题目：电力系统不对称短路、对称分量法。 二、教学目的使学生深入理解对称分量法，理解电力系统各元件正序、负序、零序阻抗的由来和定义，掌握对称分量法在不对称短路计算中应用的原理，能够根据电力网示意图画出各序网络，为以后不对称短路电流计算做知识准备。三、重点与难点1. 教学重点：1）对称分量法；2）电力系统各元件正序、负序、零序阻抗；3）各序网络的制定。2. 难点：1）对称分量法；2）电力系统各元件正序、负序、零序阻抗；3）各序网络的制定。四、教学手段对称分量法是分析电力系统不对称故障的主要方法，学生以前接触的电路都是正序网络，对分解出的负序、零序比较不容易接受，应先从数学的方法、并利用相量图讲解对称分量法分解出正序、负序、零序的过程；之后和电力系统相结合通过具体实例讲解对称分量法在不对称短路计算中应用的原理；进而引出电力系统各元件序阻抗的概念；最后通过以具体电力系统发生不对称短路故障实例讲解怎么将各元件序阻抗连接为各序网络。五、教学过程、时间分配教学过程时间分配教学内容学时数对称分量法电力系统各元件正序、负序、零序阻抗各序网络的制定合计六、习题课后题7-5。电力系统分析课程教案（11）一、讲授题目：简单不对称短路的分析计算、非故障处电流、电压的计算。 二、教学目的使学生掌握根据对称分量法求解不对称短路电流的分析计算方法；并能根据对称分量法求解非故障处电流、电压的计算的方法。三、重点与难点1. 教学重点：1）简单不对称短路的分析计算；2）非故障处电流、电压的计算。2. 难点：简单不对称短路的分析计算。四、教学手段 本章节是利用前一章节所讲的对称分量法求解电力系统常见的三种不对称短路时电流、电压的具体方法，十分重要，但公式较多、求解复杂。讲课以图形为辅助工具，从边界条件入手，引导学生逐一推导出这三种短路故障短路处故障相短路电流的计算公式，以加深记忆和理解；在此基础上通过具体实例讲解非故障处电流、电压的计算方法。五、教学过程、时间分配教学过程时间分配教学内容学时数简单不对称短路的分析计算非故障处电流、电压的计算合计六、习题课后题8-1。电力系统分析课程教案（12）一、讲授题目：负荷的组成、电力系统的潮流计算。 二、教学目的使学生掌握有关负荷的基本概念，并了解这些负荷基本该的意义及作用；使学生掌握简单电力系统潮流分布的方法，深刻理解潮流计算是求解什么的计算、怎么求解的计算，为以后复杂潮流计算方法的讲解打基础。三、重点与难点1. 教学重点：1）负荷的组成的十个基本定义及其意义；2）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；3）环形网络和两端供电网络的初步功率分布的计算及功率分点的确定；4）环形网络及两端供电网络的分解及潮流分布的计算。2. 难点：1）环形网络和两端供电网络的初步功率分布的计算及功率分点的确定；2）环形网络及两端供电网络的分解及潮流分布的计算。四、教学手段 负荷的组成这一章节内容十分基础没有难点，以老师引导为辅，学生自学为主；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的推导和讲解，并对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；在学生掌握了简单辐射形网络潮流分布计算后，对环形和两端供电网络的潮流计算方法的讲解，采用先讲解总体思路，接着提出要解决的问题，最后详细讲解解决问题的方法使学生有一个清晰的思路，便于加深理解和记忆；对于难点问题，采用简单举例的方法帮助学生从简单到复杂逐渐深入理解。五、教学过程、时间分配教学过程时间分配教学过程时间分配教学内容学时数负荷的组成的十个基本定义及其意义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环形网络和两端供电网络的初步功率分布的计算及功率分点的确定环形网络及两端供电网络的分解及潮流分布的计算合计六、习题课后题11-5。电力系统分析课程教案（13）一、讲授题目：电力系统潮流计算计算机算法。 二、教学目的 使学生熟练掌握应用计算机计算电力系统潮流分布的方法，并能够尝试根据电力系统潮流计算计算机算法利用所学计算机语言编写程序，并将其应用于较小规模的电力系统潮流计算中。三、重点与难点1. 教学重点：1）节点的分类和功率方程；2）多元函数的迭代法及其修正方程的形成和雅克比矩阵的计算；3）将迭代法（牛顿拉夫逊算法）应用于复杂电力系统潮流分布计算中的步骤和原理。2. 难点：牛顿拉夫逊算法计算复杂电力系统潮流分布的数学模型。四、教学手段 由于计算机计算电力系统潮流时，约定俗成都把变压器处理为型等值电路，先回忆变压器的型等值电路，使学生对变压器的型等值电路的端口条件及原理有深入的理解。本章节由于是将数学的方法应用到实际的电网物理量的计算中，对学生的能力要求较高，是个难点，采用从简单到难点逐步深入讲解的方法，先介绍数学中牛顿拉夫逊算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的求解；之后将该方法和电力系统潮流计算过程中的相同点进行比较，引导学生将该方法与电力系统潮流计算相联系，并将该方法应用于电力系统潮流计算中，形成电压用直角坐标表示的牛顿拉夫逊算法；在此基础上，引导学生考虑改善该算法，将电压用极坐标表示而得推导出电压用极坐标表示的牛顿拉夫逊算法，并和前者比较优缺点；最后在电压用极坐标表示的牛顿拉夫逊算法基础上提出算法中存在的可以进一步优化的地方，引导学生理解进一步优化的条件，引导学生推导出PQ分解法潮流计算；为了学生能更好的理解，可以以一具体电力系统潮流计算为例做程序运行的演示，引导学生尝试根据电力系统潮流计算计算机算法利用所学计算机语言编写程序，并将其应用于较小规模的电力系统潮流计算中。五、教学过程、时间分配教学过程时间分配教学内容学时数潮流计算的数学模型电压用直角坐标表示的牛顿拉夫逊算法电压用极坐标表示的牛顿拉夫逊算法PQ分解法合计六、习题自己尝试编写求解复杂电力系统潮流计算的程序。电力系统分析课程教案（14）一、讲授题目：电力系统的经济运行。 二、教学目的使学生了解电力系统经济运行中的基本概念，熟练掌握最优分配有功负荷的等微增率准则。三、重点与难点1. 教学重点：1）等微增率准则在分配火电厂有功负荷中的应用；2）等微增率准则在分配火与水电厂有功负荷中的应用。2. 难点：等微增率准则在分