电力系统分析基础课程全本电子教案docxWord格式.docx

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院系.

电气工程学院

授课教师

栗然

职称

教授

教研室

电力系统及其自动化教研室

注：

表中（）选项请打“V”

“电力系统分析基础”课程教案

（1）

一、讲授题目：

电力系统的基本概念

二、教学目的：

作为平台课程，涉及的专业学生不同，应在课程的开始全面介绍电力专业的相关课程内容，让同学门对专业课程有个初步了解，以便选修相关课程。

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，引起同学们对专业课程的兴趣。

三、重点与难点：

重点：

1）介绍电能变换和电源构成。

2）介绍新能源技术及我国电网的发展蓝图。

3）理解同一标称电压下，不同电气设备的额定电压有可能不同。

4）熟悉中性点接地方式及运行特点。

难点:

1）小电流接地系统的特点与运行。

四、教学手段：

本章的内容比较多，单纯地靠板书无法给同学们一个深刻的印象，应采

用多媒体等辅助教学手段，引入大量的图片來讲解。

五、教学过程、时间分配：

教学过程

时间分配

教学内容

学时数

电力专业的相关课程内容介绍

Q5

电力系统的组成、运行特点和要求

电能变换和电源构成

新能源技术及我国电网的发展蓝图

电力系统的电压等级

1.0

电力系统接线及屮性点接地方式

10

电力系统的负荷曲线及电能质量

20

合计

60

六、实验：

无

七、习题：

习题集1・1、1-2

课时单元：

1

（―）、教学内容

1-1电力工业概况

1831年法拉第电磁感应定律，为发电机的发明创造了前提条件。

1875年法国巴黎火车站

1879年第一座试验电厂

1882年爱迪生小型电力系统pearlstreet有6台直流发屯机，59个用户，电压等级llOkV。

1884年，出现变压器

1889年波特兰

1897年犹他州

交流最高电压等级1050kV,出现在前苏联和巴西，直流最高等级为±

500kV,电网规模不断扩大，如美加同一电网。

描述电网的主要参数：

L总装机容量。

电力系统的总装机容量指该系统中实际安装的发电机组额定有功功率的总和，以千瓦（kW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）计。

2年发电量。

指该系统所冇发电机组全年实际发出电能的总和，以兆瓦•吋（MW・h）、吉瓦•吋（GW・h）太瓦•吋（TW・h）计。

3最大负荷。

指规定时间，如一天、一月或一年内，电力系统总有功功率负荷的最大值，以千瓦（kW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）计。

4额定频率。

按国家标准规定，我国所冇交流电力系统的额定频率均为50Hzo

5最高电压等级。

同一电力系统中电力线路往往有儿种不同电压等级。

所谓最高电压等级，是指该系统屮最高电压等级电力线路的额定电压，以千伏（kV）计。

6地理接线图。

屯力系统的地理接线图主要显示该系统中发屯厂、变屯所的地理位置，电力线路的路径，以及它们相互间的连接。

7.电气接线图。

电力系统的电气接线图主要显示该系统屮发电机、变压器、母线、断路器、电力线路之间的电气接线。

1-2我国电力工业和电力系统简介

一、基本发展史

1882年，英国人在小国成立了上海电气公司。

1911年，杨树浦发电厂动工，1913年开始发电，到1924年，共有12台发电机，装机121MWo

1949年以前，有220kV,154kV等电压等级。

1981年，建成平顶山一武汉，我国第一条500kV交流输电线路。

1989年，建成第一条±

5（）（）kV高压直流输电线路，葛洲坝一上海。

二、我国主要电力系统简介

至今，已建成的跨省电力系统有五个，即华东系统、东北系统、华中系统、华北系统和西北系统。

另外，还有南方电网、川渝电网、山东电网、福建电网、海南电网、西藏屯网、新疆电网和台湾电网。

1-3电力系统的基本特点要求

一、电力系统特点

L电能不能犬量存储。

发电、变电、输电和用电同吋进行。

2电力系统暂态过程非常短。

3电力系统的发展和国民经济的发展密切相关。

4电力系统电能质量要求高，对电压、频率、波形都有严格的国家标准。

二、对电力系统运行的基木要求

L保证可靠持续运行的基本要求。

2保证良好的电能质量。

3保证系统运行的经济性。

综上所述，对电力系统运行的基本要求就是向用户提供优质、可靠、经济的电能。

（二.）、教学手段

板书和多媒体结合，引入大量的图片来讲解。

启发学生使用网上电子资源，查阅与授课内容相关的资料，拓宽知识面。

（三）、板书设计

由于多媒体要占去一半黑板，板书只写要点内容，避免在黑板上抄写大量的与课本相同的内容，浪费课堂时间。

（四）、作业

1•调研或查阅文献了解我国电力系统最新发展，并撰写相关论文。

2•了解美加&

14大停电的原因、过程、危害及启示。

3.习题集1-1

2

1-4电力系统的接线方式

一、电力系统的接线形式

1.无备用接线方式：

负荷只能从一个电源获得电能-开式接线，主要优点在于简单、经济、运行方便，主要缺点是供电可靠性并。

2有备用接线方式：

负荷可以从两个或两个以上电源获得电能-闭式接线。

有两端供电、环式、链式等。

优点在于供电可靠性和电压质量高，缺点是不够经济。

二、电压等级

1.我国规定的额定电压等级有单位：

KW

用电设备

交流发电机线电压

变压器一次绕组

变压器二次绕组

3

315

3及315

315及33

6

63

6及63

63及66

10

1Q5

10及1Q5

1Q5及1L0

35

1575

385

110

121

220

242

330

363

500

550

额定电压的确定

1）输电线路的额定电压等于我国规定的额定电压等级。

2）发电机的额定电压比用电设备的额定电压高眺

3）变压器一次绕组额定电压等于用电设备的额定电压，二次绕组额定电压高于用电设备的额定电压的1场倍。

特殊：

与发电机直接相连的升压变压器一次绕组电压与发电机相等；

直接与用电设备相连的变压器二次绕组电压比用电设备的额定电压高眺

原因：

1）输电线路有1够的电压降落。

发电机、变压器有醪的电压降落。

2）用电设备的电压偏移要求不超过土玖

例：

标岀图小各设备的额定电压？

（注：

图小所注电压是线路的额定电压）

2不同电压等级的适用范围根据4JI,输送一定功率时，电压高，电流小，材料投资少，绝缘投资大；

电压低，电流大，绝缘投资少，材料投资大。

所以，输送一定的功率有一个合适的电压。

低压网：

1KV以下；

屮压网：

1KX〜10心高压网：

35K4330心

超咼压网：

3.电力系统中性点运行方式

1）小电流接地系统

屮性点不接地系统，如果发生单相接地故障，非故障相电压升高至原来的爺倍,对绝缘要求高（不适应电压等级高的系统，适用于ll（）kV以下系统）。

2）大电流系统

中性点接地:

llOkV及以上系统

1—5电力系统发展的主耍趋势

1•高参数：

高温、高压、超临界、单机容量

2大容量远距离高压输电、大系统互联

3高度自动化

4电力市场化

5分布式发电

1-6电力学科范畴及本课程主要内容

（二）、教学手段

板书和多媒体结合，引入大量的图片來讲解。

启发学生到室外多观察。

通过反问的形式启发学生思考。

由于多媒体要占去一半黑板，板书只写要点内容。

电压等级表格要一直留在黑板上，以便随

时察看。

习题集1-2

一、日有功负荷曲线

负荷低谷；

尖峰负荷；

最大负荷Pmux，最小负荷P】nax；

基本负荷的概念。

它反映从年初到年终整个一年内的逐月或逐日）综合最人负荷的变化规律。

三、年持续负荷曲线

年持续负荷曲线是根据全年的负荷变化按照其大小及在一年小累计的持续运行时间排列

*76（）

Pelt

组成的，电能

年最大负荷利用小时数：

Tnm=—

nidxpj

1max

人郴的物理意义为：

当用户始终保持最大负荷代和运行时，经过人郴h所消耗的电能恰好等于其全年的实际总耗电量。

可以按式W=TinaxPnm近似地求岀该负荷全年使用的电能。

这种方法在电网计算时是常用的。

根据需要，有时还需要制定日无功负荷曲线、日电压变化曲线、月最大负荷曲线等。

（二）、教学手段

板书和多媒体结合，引入图片来讲解。

（三）、板书设计

板书只写要点内容。

。

（四）、作业

“电力系统分析基础”课程教案

（2）

电力网元件参数和等值电路

使学生深入了解电力系统各主要元件的特性、数学模型及相互的关系，为进-步掌握和研究电力系统分析和运行问题提供良好的基础。

車点：

1）物理模型推导出数学模型，理解各元件的参数含义。

2）变压器容量比不同吋的折算问题。

3）端部等值的变压器模型。

（此部分在潮流的计算机算法中应用，放到第四章中讲解）

4）等值电路绘制小的归算与标幺值问题。

难点：

1）等值电路中参数归算与标幺值计算

木章的公式比较多，但不需要死记，应由物理模型推导出数学公式，充分理解齐元件的参数含义。

并能通过公式解释一些现象（为什么分裂导线能降低电抗？

、变压器线圈的排列形式？

、变压器并列运行的条件？

等）。

五、教学过程、时间分配：

电力系统的输电方式

电力线路的结构

线路的参数

变压器的参数

端部等值的变压器模型

电力系统的等值电路

习题

8

六、实验：

无七、习题：

习题集2—1—1、2—1—2.2—1—6^2^—1、2—2—2—2—3.2—2-A2—2—5.2-3J、2-3-2>

241、2-4-3

（_）、教学内容

2-3电力线路的参数和数学模型

一、电力线路的结构

电力线路按结构可分为架空线路和电缆线路。

架空线路是由导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具构成。

它们的作用。

L导线和避雷线

导线和避雷线除了要求冇良好的导电性能外，还必须具冇较高的机械强度和耐化学腐蚀的能力。

口前常用的导线材料有铝、铜、钢、铝合金。

广泛采用钢芯铝绞线LGJ.O为了减小电晕损耗或线路电抗，对电压在220RV以上的输电线还常常采用分裂导线或扩径导线。

2杆塔

按受力的特点分为直线杆塔、耐张杆塔、转角杆塔和直线转角杆塔、终端杆塔、换位杆塔及跨越杆塔等；

架空线路的三相导线的换位.

3绝缘子

绝缘子是用来支持和悬挂导线并使之与杆塔绝缘的。

架空线路上所用的绝缘子主要有针式和悬式两种，在个别情况下也冇用瓷横担绝缘子等型式。

4金具

架空线路的金具冇悬垂线夹、耐张线夹、接续金具、联结金具、保护金具等几人类。

二、电缆的结构

电缆线路的造价比架空线路要高，电压愈高，两者的差价也愈大。

另外，电缆线路的故障点的确定和检修比架空线路要复杂得多。

优点，如不需要在地而上架设杆塔，节省土地占用面积；

供电可靠，极少受外力破坏和气象条件的影响；

对人身较安全等。

L电缆的构造

电缆的构造一般包括导体、绝缘层和保护包皮三部分。

二、电力线路的阻抗

L电阻

直流电路中导体的电阻可按下式计算：

S

修正以后的电阻率，应考虑到下面三个因素：

（1）绞线中线股的实际长度要比导线的长度长2%—眺。

⑵导线和电缆的实际截面比额定截面要小。

（3）集肤效应。

电阻一般杳表。

rt=r20[1+a{t-20）]（2~3）

2线路的电抗

（nn\

x}=2妙4.61g亠+比X10-4

I厂2丿

其中Dm=^DabDhcDcaDm为三相导线的几何平均距离，简称几何均距（ang<

mri,

如将f=50,/=1代人，可得：

可=0.14451g冬+0.0157

r

分裂导线减小了每相导线的电抗。

X]=0.1445lg冬+00157（2H0

rn

双回输电线路的总电抗为单回线并联。

3线路的电导

由沿绝缘子的泄漏电流和电晕现象决定。

电晕现象，电晕的危害。

△P

线路的电导=—^xur3（2-io）

u2

启发学生到室外多观察如分裂导线的形状、绝缘子的形状等。

主要多媒体课件。

（四）、作业：

习题集2—1_1、2—1—2—1—6

5

2-2变压器的参数和数学模型

一、双绕组变压器的参数和数学模型

Rt二型.（注意单位的变换）

10005；

2电抗

v一UNJK%」血NI"

1（）心3电导

Gt

1000必

4电纳

Sn

主要介绍参数的推导过程。

以板书为主。

复习变压器短路实验和空载实验的内容，引深到参数计算。

简耍画出变压器实验的示意图，准确画出双绕组变压器等值电路图，一直留在黑板上，便于参数讲解。

习题集2-2-1>

2-2-2

二、三绕组变压器的参数和数学模型

三绕组变压器三绕组的容量比有不同的组合，且各绕组在铁芯上的排列又有不同方式，所以存在一些归算问题。

e）容量比loo/ioo/ioo

1.电阻

人2=gPg—2）+4（2一3）-C（3-l））

Pfc3=3（P&

（2-3）+垃（3-1）-Pg-2））短路损耗弘、厶3由铭牌给出

则按与双绕组变压器相似的公式计算各绕组电阻

2亠

1OOOS;

R二T

721OOOS：

R二P皿

n1OOOS：

几％专（匕（_2）%+匕g）%-“心）%）

m-2）%+匕（2-3）%_匕（3-1）%）匕3%=£

（匕（2-3）%+Eg）%-Sg）%）再按与双绕组相似的计算公式求各绕组的电抗

=5%叶

n1OOOS；

二匕2%此

721OOOS；

X二匕3%必

7310005^

导纳的计算与双绕组相同。

（二）、容量比100/100/50

Pk（l-3）=P'

k（l-3）（WIn/2）2=4P'

k（l-3）

Pk（2-3尸P'

k（2-3）（WIn/2）2=4P'

k（2-3）

有吋，电压也未归算，则:

Uk（l-3）%=U'

k⑴3）%（In/In⑵=2U'

k⑴3）%

Ur（2-3）%=U'

k（2・3）%（In/In⑵=2U'

k（2・3）

注意:

1、有时厂家给岀的数据是已经折算好的，不必再折算。

Z新标准中厂家仅提供一个最大短路损耗PkTBX

PJ/2

n_kmaxNr—OR

八y（ioo%）—2000S2Ar（50%）一ZAr（I00%）

3.三绕组变压器按其三个绕组在铁芯上排列方式的不同，有两种不同的结构，即升压结构和

降压结构。

三、自耦变压器的参数和数学模型

就端点而言，自耦变压器完全等同于普通变压器（画图），而H耦变压器的实验也和普通变压器相同，故口耦变压器的参数计算和等值电路和普通变压器相同。

特殊的是容量归算问题：

因为自耦变压器的第三绕组的容量总小丁变压器的额定容量。

有吋厂家提供的实验数据中不仅短路损耗秋至电压百分值⑼也是未经归算的数值，因此也需要归算。

简要画出变压器实验的示意图，准确画出三绕组变压器等值电路图，一直留在黑板上，便于参数讲解。

电阻和电抗的计算公式对比写，以便观察区别。

习题集2-2-32-2-42-2-5

7

2-5电力网络的数学模型

一、标么制及其应用

L眉名制和标么制

标么制的定义、优点。

&

线电压和相电压的标么值数值相等。

h三相功率和单相功率的标么值数值相等。

五个基准值中只冇两个可以任意选择，其余三个派生。

通常是，先选定三相功率和线电

2基准值Z间的标么值换算

对于不同基准值之间的标么值要进行换算，例如，某发电机的同步电抗标么值冷是以电机口身的几、Sv为基准，若待计算的电力网络基准为S-J则必须对其进行归算

x*=兀*$必

213

a标么值的电压级归算

两条途径：

（1）将网络各元件阻抗、导纳以及网络屮各点电压、电流的有名值都归算到同一电压级——基本级，然后除以与基本级相对应的阻抗、导纳、电压、电流基准值

（2）是将未经归算的各元件阻抗、导纳以及网络屮各点电压、电流的有名值除以由基本级归算到这些量所在电压级的阻抗、导纳、电压、电流基准值。

用人的高度比较的例子说明多电压级网络标幺值归算的必要性。

有名值和标幺值的参数计算对比写，标么值的电压级归算方法只写要点。

基准值的归算要详细写出过程。

习题集2-3-1>

2-3-2>

2-4-1>

2-4-3

《电力系统分析基础》课程教案（3）

一、讲授题目：

简单电力网络稳态分析和计算

二、教学目的：

使学生掌握简单电力网络中功率分布和电压分布的手算方法。

三、重点与难点:

1、电力线路和变压器屮的电压降落、功率损耗和电能损耗的计算方法；

Z对简单辐射形网络，在已知条件不同时，用逐段推算法确定节点电压和传输功率的方法；

a环网和两端供电网初步功率分布的计算及功率分点的确定；

4环网及两端供电网的分解及潮流分布的计算。

1、对简单辐射式网，当已知的功率和电压不是同一节点的时（如：

已知首端功率和末端电压），用逐段推算法确定其他节点电压和传输功率的方法；

z环网及两端供电网的分解；

a电磁环网的潮流计算。

四、教学手段:

1、对基木元件（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讲解,并对计算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；

a在学生掌握了简单辐射形网络潮流分布计算方法后，对环网和两端供电网潮流计算方法的讲解，采用先讲解总体思路，接着提出需解决的问题，最后解决问题的方法（思路：

将环网和两端供电网分解为辐射形网络；

提出问题：

如何分解？

解决方法：

求初步功率分布，找功率分点），使学生有一个清晰的思路，加深理解；

a对于难点问题，采用简单举例的方法帮助学生理解。

五、教学过程、时间分配:

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

电力线路的运行特性分析，辐射形网络中潮流分布的计算

两端供电网屮初步功率分布的计算，功率分点，两端供电网的分解及潮流分布的计算

单电压等级环形网的潮流计算，电磁环网的潮流计算及复杂电力网中的网络变换原理及方法

习题集3-1-K3亠2、3-1-4.3-2-6>

3-2-7>

3-2-9>

3214、3-2-15

3-1简单电力线路运行状况的计算和分析

一、电力线路运行状况的计算

1、电力线路的电压降落和功率损耗

可以运用电路原理求解电流、电压等，但要进行复数运算，不利于手算，手算时尽量避免复数运算。

以下公式采用相电压和单相功率推导，然后拓展到线电压和三相功率。

〜1710

ASy2=-GUl--jBU^

5；

=52+A5v2=P2z+7e；

S；

=S；

+ASz=P^jQ；

ASyI=^GU^=APV1-jAevl

瓦=可+码話+JQ

J

取z与实轴重合。

则由

可得•Z=S+牛（Rgg+驾空）+j（竺举）

U2U2U2

再令4+空±

空丸"

P2Q；

x“

2u2u2

将上式改写为乩=（“2+△“）+jSU则乂可得S=J（“2+4U）2+®

/）2

8U

t/2+A（/

如果已知始端屯压和始端功率求末端电压和功率则从左向右推导。

（1）功率损耗的公式不变，功率逐级相减。

⑵电压损耗的公式如下。

⑶相量图不同。

注意：

（1）以上公式完全适用于三相系统。

（2）电压计算公式屮，使用同一点的电压和功率。

电压降落：

MJ+j6U

电压损耗：

U\-U产⑷2

u-TJTJ-IJ

电压偏移：

5叽1（）（）%、5叽1（）（）%

讨论。

以板书为主，根据电压损耗的公式讨论影响电压的因素。

讨论电压损耗、电压降落、电压偏移的区别。

写明复功率的计算公式。

详细写出各支路功率和电压降落的推导过程，对比绘出不同参考向量下的始末端电压向量图。

习题集3-1-1>

3・1・2、3-1-4

9

Z电力线路的电能损耗

（1）精确的计算方法

叫二呂产m+卷理也+警兽Z+•••

u\tu2tU3/

（2）查表法由最大负荷损耗时间Tmax与最大负荷时的功率损耗“唤求得，即叫=APmaxxrmax

（3）经验公式確=APmaxx年负荷损耗率x8760

三、变压器的电压降落、功率损耗

变压器励磁支路的无功功率与线路支路的无功功率符号相反。

1.变压器的功率损耗

方法一：

同线路计算

阻抗支路中的功率损耗ASz

ASz7=（^）2Z7.=鸞的（&

+兀.）=^pzi+jAQzr（3-14）

励