電力系統(tǒng)分析課程簡介與模塊梳理

電力系統(tǒng)的定義、組成（發(fā)電、輸電、配電、用電）與運行特點（連續(xù)性、安全性、經(jīng)濟性）；

電力系統(tǒng)的基本要求（供電可靠性、電能質(zhì)量：頻率 / 電壓合格、經(jīng)濟性）；

額定電壓等級劃分與選擇（不同電壓等級的適用場景、額定電壓與平均額定電壓的區(qū)別）；

電力系統(tǒng)接線方式（放射式、樹干式、環(huán)式，各方式的可靠性與經(jīng)濟性對比）。

元件建模思路：將實際元件簡化為 “電阻 + 電抗 + 電容” 的等值電路，保留核心電氣特性；

發(fā)電機穩(wěn)態(tài)模型：隱極機 / 凸極機的等值電路（同步電抗 \( X_d \)、暫態(tài)電抗 \( X'_d \)）；

變壓器模型：雙繞組 / 三繞組變壓器的 π 型等值電路（電阻 \( R_T \)、電抗 \( X_T \)、電導 \( G_T \)、電納 \( B_T \)），參數(shù)計算（短路試驗 / 空載試驗求參數(shù)）；

線路模型：分布參數(shù)與集中參數(shù)模型（短線路 / 中長線路 / 長線路的等值電路，考慮電阻、電抗、電納的影響）；

負荷模型：靜態(tài)負荷模型（恒功率、恒電流、恒阻抗）與動態(tài)負荷模型的適用場景。

標幺值的定義與優(yōu)勢（消除量綱、簡化計算、便于對比）；

基值選擇原則（電壓基值 \( U_B \)、功率基值 \( S_B \) 為核心，推導電流基值 \( I_B \)、阻抗基值 \( Z_B \)）；

多電壓等級標幺值計算：逐級歸算法（按變壓器變比逐步歸算到同一電壓等級）與平均額定電壓法（用平均額定電壓代替變比，簡化歸算）；

標幺值例題解析：通過實例掌握 “選基值→算參數(shù)標幺值→等值電路構(gòu)建” 的流程。

電壓降落：線路 / 變壓器的電壓降落公式（\( \Delta U = \frac{P_R + Q_X}{U_1} \)，有功 / 無功對電壓的影響）；

功率損耗：線路 / 變壓器的有功損耗（\( \Delta P = I^2 R \)）與無功損耗（\( \Delta Q = I^2 X \)）計算；

功率傳輸極限：影響輸電容量的因素（線路電抗、電壓等級，電抗越小 / 電壓越高，輸電容量越大）。

潮流計算的定義：計算電力系統(tǒng)中各節(jié)點的電壓（幅值、相位）和各支路的功率（有功、無功）；

開式系統(tǒng)特點：輻射狀網(wǎng)絡，功率流向唯一，無循環(huán)功率；

計算步驟：從電源端向負荷端逐段計算，利用電壓降落公式和功率損耗公式，逐步推導各節(jié)點電壓與支路功率。

閉式系統(tǒng)特點：環(huán)式網(wǎng)絡，存在循環(huán)功率，功率流向需通過計算確定；

計算方法：牛頓 - 拉夫遜法（核心算法，收斂快、精度高，適用于大規(guī)模系統(tǒng)）、PQ 分解法（簡化牛頓法，提高計算效率）；

計算步驟：確定節(jié)點類型（PQ 節(jié)點、PV 節(jié)點、平衡節(jié)點）→ 建立潮流方程 → 迭代求解節(jié)點電壓與支路功率。

頻率的重要性：頻率偏差影響用電設備（如電機轉(zhuǎn)速）和系統(tǒng)穩(wěn)定，我國標準頻率為 50Hz，允許偏差 ±0.2~±0.5Hz；

頻率決定因素：系統(tǒng)有功功率平衡（發(fā)電有功 = 用電有功 + 損耗，有功不足→頻率下降，有功過剩→頻率上升）；

調(diào)頻方式：

調(diào)頻計算：基于機組調(diào)差系數(shù) \( \sigma \) 計算調(diào)頻容量，確定各機組的有功分配。

電壓偏移的定義：實際電壓與額定電壓的差值，允許偏移 ±5%~±10%，電壓偏低會導致電機啟動困難、損耗增大；

電壓決定因素：系統(tǒng)無功功率平衡（發(fā)電無功 = 用電無功 + 損耗，無功不足→電壓下降，無功過剩→電壓上升）；

無功電源：同步發(fā)電機、調(diào)相機、并聯(lián)電容器、靜止無功補償器（SVC），各電源的適用場景；

調(diào)壓手段：

短路故障的定義與類型：三相短路（對稱故障，概率低但危害大）、單相接地短路、兩相短路、兩相接地短路（不對稱故障）；

無窮大電源三相短路暫態(tài)過程：暫態(tài)分量（非周期分量）與穩(wěn)態(tài)分量（周期分量）的疊加，短路電流最大值（沖擊電流）計算；

有限大電源（發(fā)電機）三相短路：考慮發(fā)電機暫態(tài)電抗 \( X'_d \)，短路電流的衰減過程（暫態(tài)期、次暫態(tài)期、穩(wěn)態(tài)期）；

短路電流實用計算：假設條件（忽略負荷、簡化等值電路）、轉(zhuǎn)移阻抗計算（用節(jié)點阻抗矩陣或等值電路法），通過實例掌握短路電流（周期分量有效值、沖擊電流）的計算步驟。

對稱分量法：將不對稱的三相量分解為正序、負序、零序分量（\( \dot{F}_1、\dot{F}_2、\dot{F}_0 \)），將不對稱故障轉(zhuǎn)化為三個對稱的序網(wǎng)絡分析；

元件序阻抗：發(fā)電機（正序阻抗 \( X_{G1} \)、負序阻抗 \( X_{G2} \)、零序阻抗 \( X_{G0} \)）、變壓器（零序阻抗與繞組連接方式的關(guān)系）、線路（正序 / 負序阻抗相等，零序阻抗更大）；

各序等值電路制定：根據(jù)故障類型（單相接地、兩相短路等）連接正序、負序、零序網(wǎng)絡（如單相接地短路：正序網(wǎng)絡→故障點→負序網(wǎng)絡→零序網(wǎng)絡→大地）；

不對稱故障計算：通過序網(wǎng)絡求解各序分量，再合成三相量，計算故障點的短路電流與各節(jié)點的序電壓。

穩(wěn)定性定義與分類：靜態(tài)穩(wěn)定性（系統(tǒng)在小擾動下恢復穩(wěn)態(tài)的能力）、暫態(tài)穩(wěn)定性（系統(tǒng)在大擾動下恢復穩(wěn)態(tài)的能力，如短路、切機）；

靜態(tài)穩(wěn)定性分析：基于功率角特性曲線（\( P = \frac{EU}{X_d} \sin\delta \)），靜態(tài)穩(wěn)定儲備（\( K_p = \frac{dP}{d\delta} \)，\( K_p > 0 \) 穩(wěn)定）；

暫態(tài)穩(wěn)定性分析：等面積定則（通過計算 “加速面積” 與 “減速面積”，判斷系統(tǒng)是否能恢復穩(wěn)定，加速面積≤減速面積則穩(wěn)定）；

穩(wěn)定性改善措施：快速切除故障、安裝自動重合閘、投入并聯(lián)電抗器 / 電容器、采用勵磁調(diào)節(jié)器。