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电力系统分析I
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spContent=《电力系统分析1》为河南省一流本科课程，河南省本科高校课程思政样板课程，是电气工程及其自动化专业的专业主干课程，包括电力系统稳态分析和电力系统暂态分析两部分教学内容，该课程的先修学科基础课程通常设置有“电路基础”、“电机学”和“电力工程”等，后续课程包括“高电压技术”、“电力系统继电保护原理”等专业教育课程。由此观之，其发挥着“承前启后”的重要作用，是学生基本专业素质形成与发展的关键课程。同时，此课程也是国家电网考试、电气工程专业研究生招生考试的重要课程之一。
—— 课程团队
课程概述

《电力系统分析1》为河南省一流本科课程，河南省本科高校课程思政样板课程，是电气工程及其自动化专业的专业教育平台课程，必修，考试。其中理论学时44，实验学时4。

本课程主要包括两个部分，即电力系统稳态分析和电力系统故障分析，目的是使学生掌握简单电力网潮流计算模型，电力系统正常和故障运行状态的分析、计算、调节和优化等电力系统分析的基本知识和基本理论，培养学生电气工程及其自动化专业素质，增强学生毕业后从事专业工作的适应性，同时为今后进一步的学习和发展打下坚实的基础。

授课目标

本课程是一门 注重理论分析、密切联系电力系统工程应用 的 专业 性课程。课程的主要任务是从 理论分析 的角度出发，使学生掌握电力系统的基本知识 与数学模型 ， 能够识别、分析电力系统的运行状态，并提出调节方案 ，为 实现 电 力系统的优化运行与控制 奠定坚实的基础。课程还力图使学生能够 使用相关理论知识和数学模型正确表达电力系统运行的复杂工程问题， 对 电力系统运行的各种调节方案 进行合理性分析 比较 与 综合 优化 ，使学生初步具备解决潮流计算、调频调压、经济运行与故障分析等实际电力系统复杂工程问题的能力。

成绩要求

线上综合成绩评定方法：依据单元测试、课堂讨论和单元作业三个环节的成绩。

其中，单元作业，满分合计400分，占综合成绩的40%。课堂讨论，每章1-2个，占综合成绩的10%。课后作业满分400分，占综合成绩的50%。

课程大纲
预备知识

电路，电机学，电力工程

参考资料

1.刘天琪，邱晓燕.电力系统分析理论（第四版），科学出版社，2023

2.陈珩.电力系统稳态分析（第四版）,中国电力出版社，2015

3.李光琦.电力系统暂态分析（第三版），中国电力出版社，2007

4.电力系统分析（上）（第四版），何仰赞主编，华中科技大学出版社，2016

5.电力系统分析学习指导，孙玉梅主编，中国电力出版社，2016

6.爱课程（iCourse）国家级在线开放课程：电力系统分析（清华大学，孙宏斌等）https://www.icourses.cn/sCourse/course_2978.html

常见问题

Q1 : 线上自主学习学时如何分配？

A1: 

课程采用线上线下混合教学模式，其中线上自主学习19学时，包含教学视频与师生研讨3学时（6个知识点，每个约0.5学时），例题精讲与点评分析6学时，教材二维码讨论与线上SPOC讨论2学时（教材二维码讨论4个，线上SPOC讨论8个），习题课（单元测试、作业、讨论与教师点评）8学时。

具体的，线上学时的分配安排如下：

线上环节

知识点

线上自主学习内容

教学视频与师生研讨

（3学时）

3.3 开式网潮流计算（前推回代法潮流计算）

爱课程（iCourse）国家级在线开放课程：电力系统分析（清华大学，孙宏斌等），第11讲 简单电力系统潮流计算（下）

3.4 简单闭式网潮流计算（初始功率分布计算）

爱课程（iCourse）国家级在线开放课程：电力系统分析（清华大学，孙宏斌等），第11讲 简单电力系统潮流计算（下）

3.5 多级电压环网的功率分布

爱课程（iCourse）国家级在线开放课程：电力系统分析（清华大学，孙宏斌等），第11讲 简单电力系统潮流计算（下）

4.2电力系统的频率特性（发电机组的有功功率-频率静态特性）

爱课程（iCourse）国家级在线开放课程：电力系统分析（清华大学，孙宏斌等），第20讲 有功功率与频率控制（上）

5.3电力系统中枢点的电压管理

爱课程（iCourse）国家级在线开放课程：电力系统分析（清华大学，孙宏斌等），第19讲 无功功率与电压控制（下）

8.3简单不对称短路的分析计算（序网络边界条件的确定）

爱课程（iCourse）国家级在线开放课程：电力系统分析（清华大学，孙宏斌等），第34讲 故障分析与计算（上）

例题精讲与点评分析

（6学时）

3.3.3 两级电压的开式电力网

教材P57，例3-1

（1）三步：1等值，2前推，3回代。

（2）注意：双回输电线路运行参数的计算。

（3）计算变压器参数时，VN=110kV，为什么？

（4）节点b总负荷的构成有几个部分？

（5）有关电压降落横分量的计算。

（6）母线A输出功率与L1首端送出功率有何区别？

3.4.3 简单闭式电力网潮流计算步骤

教材P63，例3-2

（1）输电线路采用一字型等值电路是否正确？为什么？

（2）简单环形网络与双端供电网络之间的相互转换？

（3）闭式网络中电压最低点通常在什么位置？为什么？

例题精讲与点评分析

（6学时）

3.5.1 两台并联变压器构成的多级电压环网

教材P66，例3-3

（1）不计功率损耗与计算ΔSCE矛盾与否，请解释。

（2）计算运算负荷时，未计算ΔQB，正确与否，为什么？

（3）C点为何是功率分点？如果D点是功率分点，则计算结果SDC应如何修改？

（4）仔细观察ΔVAC和ΔVCE，找出其计算数据来源？

（5）式SCD=SAC-SC是否正确？判断其结果是多少？

3.6.1 电力网的电能损耗和损耗率

教材P71，例3-4

（1）变压器绕组功率损耗的计算？

（2）计算误差分析与适用范围？

4.2.1 系统负荷的有功功率-频率静态特性

教材P82，例4-1

（1）标幺值与有名值。

（2）频率的基准值是多少？

4.3.1 频率的一次调整

教材P88，例4-2，4-3

（1）题目隐含初始运行状态为额定频率运行。

（2）全部发电机组的等值单位调节功率KG*如何求取？

（3）备用系数kr如何求取？

（4）火电厂容量已全部利用意味着什么？

（5）水电厂容量由20%降到10%意味着什么？

4.3.2 频率的二次调整

教材P90-92，例4-4，4-5，4-6

（1）标幺值与有名值的转换。

（2）全部机组与部分机组参与一次调频的区别与联系？

（3）一次调频与二次调频的区别与联系？

（4）发电机组增发出力分析。

4.3.3 互联系统的频率调整

教材P93，例4-7

（1）联络线功率的计算？

（2）不同区域机组参与系统一次、二次调频的结果对比与分析。

（3）不同场景下的功率缺额分析，调频机组分析，单位调节功率分析。

4.4.4 多个发电厂间的负荷经济分配

教材P98，例4-8

（1）当机组的有功功率值越限时，如何处理？

（2）两种解法的对比。

5.2.4 无功功率平衡和电压水平的关系

教材P111，例5-1

（1）电压水平为什么由无功水平决定？

（2）如何根据无功平衡确定电压？

例题精讲与点评分析

（6学时）

5.4.3 改变变压器变比调压（降压变压器）

教材P116，例5-2

（1）V2N=?

（2）计算Vtmax和Vtmin如何选择目标电压VBmax和VBmin?

（3）选择变压器抽头后如何校验抽头选择的合理性？

（4）中枢点电压调整方式？

5.4.3 改变变压器变比调压（升压变压器）

教材P118，例5-3

（1）如何确定V2N=?

（2）在计算最小/大负荷时，如何选择V2？

（3）注意：校验在满足升压变高压侧电压需求时，发电机端电压是否超过发电机的调节范围。

5.4.4 有载调压变压器

教材P122，例5-5

（1）有载调压变压器与无励磁调节变压器的区别与联系？

（2）有载调压变压器的调压范围？

5.4.6 无功功率补偿调压

教材P126，例5-6

（1）变电所调压方式

（2）V2N、V50pxax（目标）、V2min、V50pxin（目标）的确定？

（3）补偿设备为调相机，求取ΔSmax和ΔSmin有区别的原因？

5.4.7 改变输电线路参数调压

教材P130，例5-7

（1）VN=?

（2）电压降落公式的灵活应用。

8.2.5 电力系统各序网络

教材P199，例8-1

（1）正序和负序网络中不包括接地电抗xn和变压器T-2的原因?

（2）组合电势如何求取?

（3）零序网络不包含发电机和负荷的原因?

（4）注意：各元件参数的标么值的求取

8.3.4 正序等效定则

教材P206-207，例8-2，8-3

（1）各序电抗的计算。

（2）标幺值与有名值的转换。

（3）故障相与非故障相的区别与联系。

教材二维码讨论与线上SPOC讨论

（2学时）

讨论1：什么情况下会出现线路末端电压高于首端电压？其末端电压升高幅度与线路长度有何关系？

教材第3章 3.2.1 网络元件的电压降落

P52，二维码

讨论2：频率的一次调整二次调整定义、差异及其分配原则，以及与经济运行的配合

教材第4章 4.3.2 频率的二次调整

P92，二维码

教材二维码讨论与线上SPOC讨论

（2学时）

讨论3：系统无功功率不足时，调节变压器变比升高电压是否适宜？

教材第5章 5.4.5 加压调压变压器

P124，二维码

讨论4：当系统有功功率和无功功率不足而引起频率和电压都偏低时，应该先调节电压还是先调节频率？

教材第5章 5.5.2 频率调整与电压调整的关系

P133，二维码

讨论5：电压质量是我国电力系统运行中的重要指标之一，试论述电压降落、电压损耗以及电压偏移之间具有怎样的关系？

线上SPOC讨论

第3章 3.2 网络元件的电压降落和功率损耗

讨论6：我国电网分为开式网和闭式网，请论述开式网络与闭式网络潮流计算的一般步骤及二者之间的区别与联系。

线上SPOC讨论

第3章 3.4简单闭式电力网的潮流计算

讨论7：单位调节功率是一个衡量发电机组调节能力的重要指标，试论述满载运行的发电机组对系统的单位调节功率有什么影响？

线上SPOC讨论

第4章 4.2 电力系统的频率特性

讨论8：有功功率的最优分配直接关系到电网公司的经济效益，依据等耗量微增率准则，试论述发电机组间进行有功功率的最优分配时，分配给某台机组的有功负荷超出其运行下限时，该机组承担的负荷该如何分配？

线上SPOC讨论

第4章 4.4 电力系统有功功率的最优分配

讨论9：随着能源枯竭与环境问题日益加剧，我国新能源技术快速发展。新能源种类较多，不同种类具备的特性也不相同。那么，新能源接入电力系统后，对电压无功调整有什么影响？

线上SPOC讨论

第5章 5.2 电力系统的无功功率平衡

讨论10：电压偏移和频率偏移的大小直接影响到电力系统的安全可靠运行，当电力系统的有功功率和无功功率不平衡而引起频率和电压都越限时，应该先调节电压还是先调节频率？

线上SPOC讨论

第5章 5.5 频率调整与电压调整的关系

讨论11：边界条件是研究不对称故障的基础，请列出用序分量表示的三种不对称短路故障的边界条件。

线上SPOC讨论

第8章 8.3 简单不对称短路的分析计算

教材二维码讨论与线上SPOC讨论

（2学时）

讨论12：在电力系统短路故障中，三相短路最为严重，但发生概率较小，实际中遇到的短路故障多为不对称短路，请论述三种不对称短路其各序电压分布规律。

线上SPOC讨论

第8章 8.4 不对称短路时网络中电流和电压的计算

单元测试、作业、讨论与教师点评

（8学时）

第3章习题课（单元测试、作业、讨论与教师点评）

线上自建SPOC

第4章习题课（单元测试、作业、讨论与教师点评）

线上自建SPOC

第5章习题课（单元测试、作业、讨论与教师点评）

线上自建SPOC

第8章习题课（单元测试、作业、讨论与教师点评）

线上自建SPOC

 

Q2: 课程思政内容如何设置？

A2: 

深入挖掘蕴含在专业课程中的思政元素，结合《电力系统分析1》课程本身的知识点和教学内容，将课程教学目标与立德树人相结合，通过适当的教学设计和教学方法，在知识传授中融入价值引领，从辩证唯物主义思想、爱国主义情怀、无私奉献与社会责任感、可持续发展等角度，做好全方位的课程思政工作。

“随风潜入夜，润物细无声”，通过合理的教学设计，将上述思政元素融入到课堂教学中，使学生在日常学习中体会到课程思政的魅力，于潜移默化中提升德育能力。具体的，思政元素与本课程知识点的对应关系如下：

序号

知识点

思政元素

1

中国电力工业发展史

爱国情怀、理论自信、文化自信、感恩心

2

电力系统负荷分类

人文关怀

3

电压降落与功率传输

（特高压研究与应用）

爱国情怀、理论自信、文化自信

4

运算负荷与等值电路

可持续发展、对立统一辩证关系

5

潮流计算

科学方法论、职业素养、工匠精神

6

多级电压环网功率分布

实践与认识的辩证关系

7

降低网损的技术措施

可持续发展

8

有功平衡和频率调整

（可再生能源应用）

生态文明教育、可持续发展

9

电力系统一次调频

奉献精神、为人民服务、量变质变辩证关系

10

互联系统的频率调整

使命、担当、人文关怀

11

有功功率的最优分配

可持续发展

12

无功平衡和电压水平

责任与担当

13

中枢点电压管理

人文关怀、科学方法论

14

各种调压措施的比较及选择

个人与集体辩证关系、创新科学观

15

频率调整与电压调整关系

主要矛盾与次要矛盾辩证关系

16

电力系统元件的序参数

对立统一的辩证关系

17

变压器零序电路与外电路连接

矛盾的普遍性与特殊性

18

序网络绘制

工程师伦理与社会担当

19

实验1 同步发电机准同期并列

社会责任感、职业道德

20

实验2 电力系统稳态分析

团队合作、求真务实科学观

 

Q3 : 创新教育内容如何设置？

A3 : 

将创新教育融入专业课教学。课上引入，课下学生自主学习，通过大作业和学科竞赛进行成效检验，实施创新教育，拓展学生视野，激发钻研精神。将强电学科竞赛蕴含的新理论新技术与教学内容建立对应关系。“中国电机工程学会杯”全国大学生电工数学建模竞赛，是强电专业唯一的全国性比赛。

具体的，创新竞赛与本课程知识点的对应关系如下：

届数

年份

包含新理论新技术的竞赛主题

对应电力系统分析内容

第一届

2003

电站建设费用最少

有功功率平衡及备用容量

第二届

2004

电力系统负荷预报

电力系统有功功率负荷

第三届

2005

旋转磁场与电路

电机学

第四届

2007

机组组合问题

有功功率电源最优组合

第五届

2009

电力变压器铁芯柱截面的优化设计

电机学

第六届

2011

风电功率预测问题

有功功率电源、电能质量

第七届

2013

风电功率波动特性分析（预测问题）

有功功率最优分配

第八届

2015

级联型H桥变换器的阶梯波特定消谐技术研究

电力电子技术

第九届

2016

电力系统短期负荷预测

有功功率负荷

第十届

2017

微网功率预测

新能源发电、电能质量

第十一届

2018

电动汽车充放电优化管理问题

配电网潮流计算

第十二届

2019

电源规划

有功功率平衡及备用容量