电力系统分析基础教案-按课时.doc
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院系：
电力工程系
教研室：
发电教研室
教师：
栗然
电力系统分析基础课程教案
课程名称
电力系统分析基础
本门课程学分
4
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院系：
电力工程系
教研室：
发电教研室
教师：
栗然
电力系统分析基础课程教案
课程名称
电力系统分析基础
本门课程学分
4
本课程总学时：
64
其中：
讲课：
64学时
实验：
0学时
课程号
0110305
课序号
课程属性
必修课（∨）选修课（）实践环节（）
授课方式
课堂讲授（∨）实践课（）
授课对象
年级
3
专业
电气工程及其自动化
基本教材和主要参考书
教材名称
出版社
作者
出版时间
电力系统分析基础
机械工业出版社
李庚银等
2005
参考书
出版社
作者
出版时间
电力系统稳态分析
水利电力出版社
陈珩
1995
电力系统暂态分析
水利电力出版社
李光琦
1995
电力系统分析（第二版）
华中科技大学出版社
何仰赞
2002
本课程教学重点及难点
教学重点：
1．电力系统的组成和运行；
2.电力系统主要元件的数学模型与参数计算；
3.电力系统潮流分布的物理特点和计算的基本方法。
4.电力系统频率和电压的调整；
5.对称和不对称故障的基本分析方法。
教学难点：
1．电力系统潮流分布的计算机算法；
2．水火厂负荷最优分配与调频计算
3．无功电源最优分布与调压计算
4．对称分量法与不对称故障的分析计算
授课教师
职称
院系、
教研室
注：
表中（）选项请打“∨”
“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，引入大量的图片来讲解。
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
0.5
电力系统的组成、运行特点和要求
0.5
电能变换和电源构成
0.5
新能源技术及我国电网的发展蓝图
0.5
电力系统的电压等级
1.0
电力系统接线及中性点接地方式
1.0
电力系统的负荷曲线及电能质量
2.0
合计
6.0
六、实验：
无
七、习题：
习题集1-1、1-2
课时单元：
1
（一）、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台直流发电机，59个用户，电压等级。
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，出现在前苏联和巴西，直流最高等级为，电网规模不断扩大，如美加同一电网。
描述电网的主要参数：
1．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、兆瓦、吉瓦计。
2．年发电量。
指该系统所有发电机组全年实际发出电能的总和，以兆瓦时（）、吉瓦时（）太瓦时（）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、兆瓦、吉瓦计。
4．额定频率。
按国家标准规定，我国所有交流电力系统的额定频率均为。
5．最高电压等级。
同一电力系统中电力线路往往有几种不同电压等级。
所谓最高电压等级，是指该系统中最高电压等级电力线路的额定电压，以千伏计。
6．地理接线图。
电力系统的地理接线图主要显示该系统中发电厂、变电所的地理位置，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中发电机、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，英国人在中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。
1949年以前，有，等电压等级。
1981年，建成平顶山－武汉，我国第一条交流输电线路。
1989年，建成第一条高压直流输电线路，葛洲坝－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、西藏电网、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
1．电能不能大量存储。
发电、变电、输电和用电同时进行。
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本要求
1．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8.14大停电的原因、过程、危害及启示。
3．习题集1-1
课时单元：
2
（一）、教学内容
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差。
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：
KV）
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
6
10
--
35
110
220
330
500
3.15
6.3
10.5
15.75
3及3.15
6及6.3
10及10.5
15.75
35
110
220
330
500
3.15及3.3
6.3及6.6
10.5及11.0
--
38.5
121
242
363
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5%。
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10%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5%。
原因：
1）输电线路有10%的电压降落。
发电机、变压器有5%的电压降落。
2）用电设备的电压偏移要求不超过±5%。
例：
标出图中各设备的额定电压？
（注：
图中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S=UI，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；中压网：
1KV～10KV；高压网：
35KV～330KV；
超高压网：
三.电力系统中性点运行方式
1）小电流接地系统
中性点不接地系统，如果发生单相接地故障，非故障相电压升高至原来的倍，对绝缘要求高（不适应电压等级高的系统，适用于以下系统）。
2）大电流系统
中性点接地：
及以上系统
1－5电力系统发展的主要趋势
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，引入大量的图片来讲解。
启发学生到室外多观察。
通过反问的形式启发学生思考。
（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。
电压等级表格要一直留在黑板上，以便随时察看。
（四）、作业
习题集1-2
课时单元：
3
（一）、教学内容
一、日有功负荷曲线
负荷低谷；尖峰负荷；最大负荷，最小负荷；基本负荷的概念。
二、年最大负荷曲线
它反映从年初到年终整个一年内的逐月（或逐日）综合最大负荷的变化规律。
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中累计的持续运行时间排列组成的，电能：
年最大负荷利用小时数：
的物理意义为：
当用户始终保持最大负荷运行时，经过h所消耗的电能恰好等于其全年的实际总耗电量。
可以按式近似地求出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）
一、讲授题目：
电力网元件参数和等值电路
二、教学目的：
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，为进一步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：
重点：
1）物理模型推导出数学模型，理解各元件的参数含义。
2）变压器容量比不同时的折算问题。
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）等值电路绘制中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
四、教学手段：
本章的公式比较多，但不需要死记，应由物理模型推导出数学公式，充分理解各元件的参数含义。
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：
教学过程
时间分配
教学内容
学时数
电力系统的输电方式
0.5
电力线路的结构
0.5
线路的参数
1
变压器的参数
2
端部等值的变压器模型
1
电力系统的等值电路
2
习题
1
合计
8
六、实验：
无
七、习题：
习题集2-1-1、2-1-2、2-1-6、2-2-1、2-2-2、2-2-3、2-2-4、2-2-5、2-3-1、2-3-2、2-4-1、2-4-3
课时单元：
4
（一）、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。
1．导线和避雷线
导线和避雷线除了要求有良好的导电性能外，还必须具有较高的机械强度和耐化学腐蚀的能力。
目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.。
为了减小电晕损耗或线路电抗，对电压在220kV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，在个别情况下也有用瓷横担绝缘子等型式。
4．金具
架空线路的金具有悬垂线夹、耐张线夹、接续金具、联结金具、保护金具等几大类。
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，如不需要在地面上架设杆塔，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。
1．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
1．电阻
直流电路中导体的电阻可按下式计算：
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％-3％。
（2）导线和电缆的实际截面比额定截面要小。
（3）集肤效应。
电阻一般查表。
（2-3）
2．线路的电抗
其中为三相导线的几何平均距离，简称几何均距（cm或mm），
如将=50，代人，可得：
分裂导线减小了每相导线的电抗。
（2-7）
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。
线路的电导（2-10）
4．线路的电纳（2-12）
（二）、教学手段
板书和多媒体结合，引入大量的图片来讲解。
启发学生到室外多观察如分裂导线的形状、绝缘子的形状等。
（三）、板书设计
主要多媒体课件。
（四）、作业：
习题集2-1-1、2-1-2、2-1-6
课时单元：
5
（一）、教学内容
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
1．电阻
（注意单位的变换）
2．电抗
3．电导
4．电纳
主要介绍参数的推导过程。
（二）、教学手段
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。
（三）、板书设计
简要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。
（四）、作业：
习题集2-2-1、2-2-2
课时单元：
6
（一）、教学内容
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。
（一）容量比100/100/100
1.电阻
短路损耗、、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．电抗
由各绕组两两之间的短路电压Uk（1－2）％、Uk（2－3）％、Uk（3－1）％求出各绕组的短路电压
再按与双绕组相似的计算公式求各绕组的电抗
导纳的计算与双绕组相同。
（二）、容量比100/100/50
Pk（1-3）=P’k（1-3）（IN/IN/2）2=4P’k（1-3）
Pk（2-3）=P’k（2-3）（IN/IN/2）2=4P’k（2-3）
有时，电压也未归算，则：
Uk（1-3）%=U’k（1-3）%（IN/IN/2）=2U’k（1-3）%
Uk（2-3）%=U’k（2-3）%（IN/IN/2）=2U’k（2-3）
注意：
1、有时厂家给出的数据是已经折算好的，不必再折算。
2、新标准中厂家仅提供一个最大短路损耗Pkmax。
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），而自耦变压器的实验也和普通变压器相同，故自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于变压器的额定容量。
有时厂家提供的实验数据中不仅短路损耗Pk甚至电压百分值Uk％也是未经归算的数值，因此也需要归算。
（二）、教学手段
板书和多媒体结合，引入大量的图片来讲解。
启发学生到室外多观察如分裂导线的形状、绝缘子的形状等。
（三）、板书设计
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。
（四）、作业：
习题集2-2-3、2-2-4、2-2-5
课时单元：
7
（一）、教学内容
2－5电力网络的数学模型
一、标么制及其应用
1.有名制和标么制
标么制的定义、优点。
a:
线电压和相电压的标么值数值相等。
b.三相功率和单相功率的标么值数值相等。
五个基准值中只有两个可以任意选择，其余三个派生。
通常是，先选定三相功率和线电压的基准值SB、UB。
然后求出每相阻抗、导纳和线电流的基准值。
2.基准值之间的标么值换算
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xd是以电机自身的、为基准，若待计算的电力网络基准为、，则必须对其进行归算
3.标么值的电压级归算
两条途径：
（1）将网络各元件阻抗、导纳以及网络中各点电压、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、导纳以及网络中各点电压、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。
（二）、教学手段
以板书为主。
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。
（三）、板书设计
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。
（四）、作业：
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：
重点：
1、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；
2、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；
3、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。
难点：
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；
2、环网及两端供电网的分解；
3、电磁环网的潮流计算。
四、教学手段：
1、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；
2、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；
3、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：
教学过程
时间分配
教学内容
学时数
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
2
电力线路的运行特性分析，辐射形网络中潮流分布的计算
2
两端供电网中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
2
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
2
合计
8
六、实验：
无
七、习题：
习题集3-1-1、3-1-2、3-1-4、3-2-6、3-2-7、3-2-9、3-2-14、3-2-15
课时单元：
8
（一）、教学内容
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。
取与实轴重合。
则由
可得
再令；
将上式改写为
则又可得
如果已知始端电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。
（2）电压损耗的公式如下。
（3）相量图不同。
注意：
（1）以上公式完全适用于三相系统。
（2）电压计算公式中，使用同一点的电压和功率。
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