电力系统分析课程简介与模块梳理

电力系统的定义、组成（发电、输电、配电、用电）与运行特点（连续性、安全性、经济性）；

电力系统的基本要求（供电可靠性、电能质量：频率 / 电压合格、经济性）；

额定电压等级划分与选择（不同电压等级的适用场景、额定电压与平均额定电压的区别）；

电力系统接线方式（放射式、树干式、环式，各方式的可靠性与经济性对比）。

元件建模思路：将实际元件简化为 “电阻 + 电抗 + 电容” 的等值电路，保留核心电气特性；

发电机稳态模型：隐极机 / 凸极机的等值电路（同步电抗 \( X_d \)、暂态电抗 \( X'_d \)）；

变压器模型：双绕组 / 三绕组变压器的 π 型等值电路（电阻 \( R_T \)、电抗 \( X_T \)、电导 \( G_T \)、电纳 \( B_T \)），参数计算（短路试验 / 空载试验求参数）；

线路模型：分布参数与集中参数模型（短线路 / 中长线路 / 长线路的等值电路，考虑电阻、电抗、电纳的影响）；

负荷模型：静态负荷模型（恒功率、恒电流、恒阻抗）与动态负荷模型的适用场景。

标幺值的定义与优势（消除量纲、简化计算、便于对比）；

基值选择原则（电压基值 \( U_B \)、功率基值 \( S_B \) 为核心，推导电流基值 \( I_B \)、阻抗基值 \( Z_B \)）；

多电压等级标幺值计算：逐级归算法（按变压器变比逐步归算到同一电压等级）与平均额定电压法（用平均额定电压代替变比，简化归算）；

标幺值例题解析：通过实例掌握 “选基值→算参数标幺值→等值电路构建” 的流程。

电压降落：线路 / 变压器的电压降落公式（\( \Delta U = \frac{P_R + Q_X}{U_1} \)，有功 / 无功对电压的影响）；

功率损耗：线路 / 变压器的有功损耗（\( \Delta P = I^2 R \)）与无功损耗（\( \Delta Q = I^2 X \)）计算；

功率传输极限：影响输电容量的因素（线路电抗、电压等级，电抗越小 / 电压越高，输电容量越大）。

潮流计算的定义：计算电力系统中各节点的电压（幅值、相位）和各支路的功率（有功、无功）；

开式系统特点：辐射状网络，功率流向唯一，无循环功率；

计算步骤：从电源端向负荷端逐段计算，利用电压降落公式和功率损耗公式，逐步推导各节点电压与支路功率。

闭式系统特点：环式网络，存在循环功率，功率流向需通过计算确定；

计算方法：牛顿 - 拉夫逊法（核心算法，收敛快、精度高，适用于大规模系统）、PQ 分解法（简化牛顿法，提高计算效率）；

计算步骤：确定节点类型（PQ 节点、PV 节点、平衡节点）→ 建立潮流方程 → 迭代求解节点电压与支路功率。

频率的重要性：频率偏差影响用电设备（如电机转速）和系统稳定，我国标准频率为 50Hz，允许偏差 ±0.2~±0.5Hz；

频率决定因素：系统有功功率平衡（发电有功 = 用电有功 + 损耗，有功不足→频率下降，有功过剩→频率上升）；

调频方式：

调频计算：基于机组调差系数 \( \sigma \) 计算调频容量，确定各机组的有功分配。

电压偏移的定义：实际电压与额定电压的差值，允许偏移 ±5%~±10%，电压偏低会导致电机启动困难、损耗增大；

电压决定因素：系统无功功率平衡（发电无功 = 用电无功 + 损耗，无功不足→电压下降，无功过剩→电压上升）；

无功电源：同步发电机、调相机、并联电容器、静止无功补偿器（SVC），各电源的适用场景；

调压手段：

短路故障的定义与类型：三相短路（对称故障，概率低但危害大）、单相接地短路、两相短路、两相接地短路（不对称故障）；

无穷大电源三相短路暂态过程：暂态分量（非周期分量）与稳态分量（周期分量）的叠加，短路电流最大值（冲击电流）计算；

有限大电源（发电机）三相短路：考虑发电机暂态电抗 \( X'_d \)，短路电流的衰减过程（暂态期、次暂态期、稳态期）；

短路电流实用计算：假设条件（忽略负荷、简化等值电路）、转移阻抗计算（用节点阻抗矩阵或等值电路法），通过实例掌握短路电流（周期分量有效值、冲击电流）的计算步骤。

对称分量法：将不对称的三相量分解为正序、负序、零序分量（\( \dot{F}_1、\dot{F}_2、\dot{F}_0 \)），将不对称故障转化为三个对称的序网络分析；

元件序阻抗：发电机（正序阻抗 \( X_{G1} \)、负序阻抗 \( X_{G2} \)、零序阻抗 \( X_{G0} \)）、变压器（零序阻抗与绕组连接方式的关系）、线路（正序 / 负序阻抗相等，零序阻抗更大）；

各序等值电路制定：根据故障类型（单相接地、两相短路等）连接正序、负序、零序网络（如单相接地短路：正序网络→故障点→负序网络→零序网络→大地）；

不对称故障计算：通过序网络求解各序分量，再合成三相量，计算故障点的短路电流与各节点的序电压。

稳定性定义与分类：静态稳定性（系统在小扰动下恢复稳态的能力）、暂态稳定性（系统在大扰动下恢复稳态的能力，如短路、切机）；

静态稳定性分析：基于功率角特性曲线（\( P = \frac{EU}{X_d} \sin\delta \)），静态稳定储备（\( K_p = \frac{dP}{d\delta} \)，\( K_p > 0 \) 稳定）；

暂态稳定性分析：等面积定则（通过计算 “加速面积” 与 “减速面积”，判断系统是否能恢复稳定，加速面积≤减速面积则稳定）；

稳定性改善措施：快速切除故障、安装自动重合闸、投入并联电抗器 / 电容器、采用励磁调节器。