电力系统稳态分析
课程信息
| 课程名称／课程号 | 适用范围与修读要求 |
|---|---|
| 电力系统稳态分析 EE3401M |
储能普通班 · 电储 · 26级 专业必修 · 方向必修 |
课程简介
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《电力系统稳态分析》主要介绍电力系统在稳态下的分析、运行、规划和控制的基本理论和方法，该课程主要涉及如下内容：电力系统的基本知识、电力系统元件的基本特性和数学模型、电力系统稳态运行方式下的计算分析方法、电力系统有功功率与频率控制、电力系统无功功率与电压控制，以及相应的电力系统仿真分析与实验。
来源：教务网。
课程内容
分数构成
1.线下考核方式：平时成绩40%（作业20%和实验报告20%）+期末卷面成绩60%
课程大纲
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第一、二、三次课：电力系统概述
理论讲授（6课时）
1、电力系统概述（6学时）
1.1 电力系统及其发展 5.0学时
1.1.1 电力系统及其发展简史 0.25学时
1.1.2 我国的电力系统与能源战略 3.0学时
1.1.3 电力系统的负荷和负荷曲线 0.25学时
1.1.4 电力系统中的发电厂 0.25学时
1.1.5 电力网的结构与结线 0.25学时
1.1.6 电压等级和额定电压 0.25学时
1.1.7 电力系统运行的特点和要求 0.25学时
1.1.8 电力系统中性点接地方式 0.25学时
1.1.9 直流输电与柔性交流输电 0.25学时
1.2 电力系统基本元件概述 1.0学时
1.2.1 发电机 0.25学时
1.2.2 电力变压器 0.25学时
1.2.3 电力线路 0.25学时
1.2.4 无功功率补偿设备 0.25学时
目标及要求：
介绍课程整体的性质、内容、目标与要求。
通过电力系统的定义和构成、电力系统发展简史、电力系统互联的优势、电力系统负荷的概念、发电厂类型和特征、电网的结构和结线方式、电压等级的概念、电力系统运行的特点和要求、中性点接地方式、直流输电的适用范围及与交流输电的比较、柔性交流输电的基本概念及几种FACTS装置的用途、电力系统基本元件的类型概念等的介绍，传授给学生电气工程基础知识。
通过介绍近10年来，新能源发电的发展、能源互联网的兴起等，使学生了解电气工程领域的工程技术发展现状与趋势。
目标是给学生建立起电力系统的总体概念和特征，重点要求掌握电力系统和电力网的基本概念、负荷和发电厂的类型、电网结构和电压等级、电力系统运行特点和要求、中性点接地方式等。
思政融入点：通过我国电力系统的快速发展历程，激发学生的爱国热情以及为中华崛起而学习的斗志，通过介绍碳达峰、碳中和等能源发展战略目标，展示我国在碳排放方面的大国担当，激发学生的自豪感。
课外学习与作业要求：了解全球的能源发展情况、国家的发展情况以及电力的发展史；掌握电力系统的概念、电力系统负荷的概念、发电厂类型和特征、电网的结构和结线方式、电压等级的概念、电力系统运行的特点和要求、中性点接地方式、直流输电的适用范围及与交流输电的比较、柔性交流输电的基本概念。
第四、五、六、七次课：电力系统元件数学模型
理论讲授（7课时）
2、电力系统元件数学模型（7学时）
2.1 三相电力线路 2.0学时
2.1.1 电力线路电阻 0.25学时
2.1.2 电力线路电感 0.25学时
2.1.3 电力线路并联电导 0.25学时
2.1.4 电力线路并联电容 0.25学时
2.1.5 电力线路的稳态方程和等值电路 1.0学时
2.2 变压器 1.0学时
2.2.1 双绕组变压器等值电路 0.25学时
2.2.2 三绕组变压器等值电路 0.25学时
2.2.3 自耦变压器及其等值电路 0.5学时
2.3 同步发电机和调相机 1.0学时
2.3.1 同步发电机 0.5学时
2.3.2 同步调相机 0.5学时
2.4 无功功率补偿设备 0.5学时
2.4.1 并联电容器 0.2学时
2.4.2 并联电抗器 0.2学时
2.4.3 静止补偿器 0.1学时
2.5 电力系统负荷 0.5学时
2.6 多级电压电力系统 2.0学时
2.6.1 多级电压电力网的等值电路 0.25学时
2.6.2 三相系统的标么制 0.5学时
2.6.3 多电压级电力网等值电路参变数的标么值 0.25学时
2.6.4 具有非标准变比变压器的多电压级电力网等值电路 1.0学时
目标及要求：
介绍三相电力线路的运行特征，讲授三相电压及电流对称情况下，线路单位长度等值电阻、电感以及对地等值电容和电导的计算方法；从分布参数长线出发，推导集中参数的等值电路，并根据实际线路的长度，确定电力线路的数学模型。
介绍电力变压器的运行特征、种类和结构，讲授通过短路和开路实验，确定双绕组变压器电阻和电抗、电导和电纳的方法；介绍三绕组变压器的特征，并以双绕组变压器等值方法为基础，建立双绕组变压器等值电路的确定方法；介绍自耦变压器的特征，并以普通变压器等值方法为基础，建立自耦变压器等值电路的确定方法，并分析自耦变压器公共绕组过载问题。
介绍同步发电机和调相机、无功功率补偿设备、电力系统负荷的特点；讲授三相同步发电机的数学模型，以运行矢量图为基础，分析发电机的运行范围约束；将三相同步调相机视为同步发电机的特例，建立调相机的数学模型；建立并联电容器和电抗器的数学模型，介绍静止补偿器的概念和类型；介绍电力系统负荷的概念和各种定义，讲授负荷的静态模型和动态模型。
介绍多级电压电力系统，由各元件的模型组合成多级电压电力网的原始等值电路；介绍三相系统标么制及其优点，建立多电压级电力网原始等值电路的标么模型；分析原始等值电路的确定，引入非标准变比变压器的概念，推导其等值电路，进而建立具有非标准变比变压器的多电压级电力网等值电路。
目标是掌握电力系统各元件的数学模型，并以此为基础，建立多电压级电力系统的数学模型。要求掌握电力系统各元件和多电压级电力系统的数学模型及其建立过程，掌握标么制的优点。
思政融入点：通过介绍自耦变压器的模型及经济效益，说明我国在500kV主变中大量采用自耦变压器所带来的投资及降损效益，培养学生的节能降损意识。
课外学习与作业要求：掌握电力线路的数学模型、电力变压器（双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器）的数学模型、多级电压电力系统的标么模型、非标准变比变压器的多电压级电力网的等值，熟悉这些元件模型和等值模型的计算。
实验第一、二次课：BPA电力系统建模实验
实验课（4课时）
实验课1 ：BPA电力系统建模实验（4学时）
1.1 BPA软件概述 0.60学时
1.1.1 BPA软件的功能特点 0.20学时
1.1.2 BPA潮流计算程序概述 0.20学时
1.1.3 BPA潮流计算程序常用控制语句 0.20学时
1.2 电力网的结构与结线 0.20学时
1.3 三相系统的标么制与换算 0.20学时
1.4 电力系统基本元件建模 2.0学时
1.4.1 发电机 0.40学时
1.4.2 负荷 0.40学时
1.4.3 电力变压器 0.40学时
1.4.4 电力线路 0.40学时
1.4.5 无功功率补偿设备 0.40学时
1.5 自主实验 1.0学时
目标及要求：
介绍BPA软件的功能特点和应用范围，演示BPA潮流计算程序的程序算法、主要功能、结构文件、常用控制语句和数据卡片。
复习电力系统的定义和构成、电力系统负荷的概念、发电厂类型和特征、电网的结构和结线方式、电压等级的概念、标幺制的概念、电力系统基本元件的类型与数学模型。
介绍BPA节点数据卡、对称线路数据卡、变压器数据卡等数据结构类型，以及发电机、负荷、电力变压器、电力线路、无功功率补偿设备的建模方法。
目标是让学生熟悉BPA软件操作界面，建立起对BPA潮流计算程序功能的理解，熟练掌握运用BPA软件建模的方法。重点要求掌握电力网的结构与结线，掌握标么制换算方法，根据发电机、负荷、电力变压器、电力线路、无功功率补偿设备（并联电容器、并联电抗器等）等基本元件的数学模型在BPA平台上建模。
第七、八、九、十次课：电力系统潮流计算
理论讲授（7课时）
3、电力系统潮流计算（7学时）
3.1 简单电力系统正常运行分析 2.0学时
3.1.1 电力线路的电压损耗与功率损耗 1.0学时
3.1.2 变压器中的功率损耗与电压损耗 0.25学时
3.1.3 辐射形网络的分析计算 0.5学时
3.1.4 电力网的电能损耗 0.25学时
3.2 复杂电力系统潮流计算基础 1.0学时
3.2.1 节点电压方程与节点导纳矩阵和阻抗矩阵 0.5学时
3.2.2 功率方程和节点分类 0.5学时
3.3 高斯-塞德尔法潮流计算 0.5学时
3.4 牛顿-拉夫逊法潮流计算 1.5学时
3.4.1 牛顿-拉夫逊法简介 0.5学时
3.4.2 牛顿-拉夫逊法计算潮流 0.5学时
3.4.3 牛顿-拉夫逊法计算潮流的有关问题 0.5学时
3.5 P-Q分解法 0.5学时
3.6 直流法潮流计算与开断处理 1.5学时
3.6.1 直流法潮流计算 0.5学时
3.6.2 直流法潮流计算的开断处理 1.0学时
目标及要求：
针对简单电力系统正常运行状态，以电力线路入手，推导流经电力线路的功率和线路两端电压的关系，并引入电力线路电压损耗和功率损耗的概念，进而推导流经变压器的功率和变压器两端电压的关系，引入变压器功率损耗和电压损耗的概念。对于简单的辐射形网络，反复利用流经支路的功率和支路两端电压的关系，获得其潮流计算方法。建立电力网电能损耗的概念，利用其定义，获得精确计算方法；再根据经验公式，获得电力网电能损耗的两种近似计算方法。
基于电路原理，回顾节点电压方程、节点导纳矩阵和阻抗矩阵的概念。由节点功率平衡关系，获得电力网的功率方程，目前方程数目、变量数目，在此基础上，建立节点分类。
介绍非线性方程的高斯求解方法，将系统功率方程变形，获得电力系统潮流计算的高斯法，在此基础上，提出改进迭代效率的高斯-塞德尔法，以及针对PV节点的处理方法。
介绍非线性方程组的牛顿-拉夫逊求解法，将其应用于潮流计算问题，得潮流计算的牛顿-拉夫逊法。针对极坐标和直角坐标两种潮流方程形式，分析方程和变量的维数、雅克比矩阵的特点等。
在牛顿-拉夫逊法潮流计算的基础上，结合高压电力网的特点，对算法做出简化，得潮流计算P-Q分解法。从计算精度、速度等方面，对比潮流计算的牛顿-拉夫逊法和P-Q分解法，掌握P-Q分解法的适用场合。
由高压电力网的特点，简化潮流计算模型，推导出潮流计算直流法，掌握直流法的适用场合。针对开断问题，推导加速计算的开端处理方法。
本章目标和要求是掌握简单电力系统的正常分析方法、复杂电力系统的潮流计算模型和高斯-赛德尔法、牛顿拉夫逊法、P-Q分解法及直流法。
思政融入点：结合潮流计算功能及作用，通过校核电网运行的安全性及经济，说明我国电力系统在保障电网安全运行方面所采取的一些措施及所承担的社会责任，培养学生的安全意识及社会责任意识。
课外学习与作业要求：掌握手算潮流的计算方法，以及计算机潮流计算算法（包括高斯求解方法、高斯-塞德尔法、牛顿-拉夫逊求解法、P-Q分解法），熟悉各种潮流计算方法的应用。
第十一、十二、十三次课：电力系统的有功功率和频率控制
理论讲授（6课时）
4、电力系统的有功功率和频率控制（6学时）
4.1 频率和有功功率控制的必要性 0.25学时
4.2 电力系统的有功功率平衡 0.25学时
4.2.1 电力系统有功负荷的变化 0.15学时
4.2.2 备用容量 0.1学时
4.3 电力系统的频率特性 1.25学时
4.3.1 电力系统负荷的静态频率特性 0.25学时
4.3.2 发电机组的频率特性 0.25学时
4.3.3 电力系统的功率频率静态特性 0.5学时
4.3.4 联合电力系统的功率频率特性 0.25学时
4.4 电力系统的频率调整 1.0学时
4.4.1 频率的一次调整 0.5学时
4.4.2 频率的二次调整 0.5学时
4.5 电力系统的自动调频方法 1.0学时
4.5.1 积差调节法 0.5学时
4.5.2 联合电力系统的调频 0.5学时
4.6 电力系统有功负荷的经济分配 1.5学时
4.6.1 发电设备的经济特性 0.25学时
4.6.2 等微增率准则 0.5学时
4.6.3 火电厂之间的负荷经济分配 0.25学时
4.6.4 水火电厂之间负荷的经济分配 0.5学时
4.7 电力系统网损微增率的计算 0.25学时
4.8 自动发电控制 0.25学时
4.9 机组的经济组合 0.25学时
目标及要求：
掌握电力系统频率和有功功率控制的必要性；理解电力系统负荷变化的3种分量及其特点，理解电力系统频率的一次调整、二次调整和经济调度所针对的负荷分量；掌握电力系统备用容量的分类。
掌握电力系统负荷的静态频率特性及其模型、发电机组的频率特性及其模型，在此基础上理解电力系统和联合电力系统的功率频率静态特性及其模型。掌握电力系统频率一次调整和二次调整的计算方法及发电机和负荷的功率变化量。理解电力系统自动调频的积差调节法的原理和联合电力系统的调频方法，建立自动发电控制的概念，掌握其控制目标。
掌握发电设备的经济特性及数学模型，掌握无损系统发电机最优调度的等微增率准则，火电厂之间及水火电厂之间负荷经济分配的计算模型、最优分配的条件。
理解电力系统机组组合问题及求解该问题的优先级列表法的原理。
思政融入点：结合频率控制的高要求，说明西电东送及全国联网战略的意义，突出我国集中力量办大事的制度优势，培养学生的安全意识、经济意识及制度自信。
课外学习与作业要求：掌握电力系统频率和有功功率控制的必要性，熟悉电力系统频率一次调整和二次调整的计算方法，以及火电厂之间及水火电厂之间负荷经济分配的计算。
实验第三、四次课：BPA潮流分析实验
实验课（4课时）
实验课2 ：BPA潮流分析实验（4学时）
2.1 潮流计算方法设置与执行 0.2学时
2.2 常用潮流计算方法 1.8学时
2.2.1 高斯-塞德尔法潮流计算 0.6学时
2.2.2 牛顿-拉夫逊法潮流计算 0.6学时
2.2.3 P-Q分解法 0.6学时
2.3 BPA潮流计算程序运行计算结果解读 0.4学时
2.4 Clique地理接线图格式潮流图程序使用方法 0.6学时
2.5 自主实验 1学时
目标及要求：
复习节点电压方程、节点导纳矩阵和阻抗矩阵的概念。从计算精度、速度等方面，比较并验证高斯-塞德尔法、牛顿-拉夫逊法、P-Q分解法等潮流计算方法的优缺点和适用场合，设计改进迭代效率的混合迭代方法。
介绍BPA潮流计算程序里潮流计算方法的设置与运行，介绍计算结果的解读方法，验证迭代次数对计算结果的影响，测试数据不收敛的情况。
介绍Clique地理接线图格式潮流图程序的功能特点与使用方法，并演示与计算结果的对应关系。
目标是让学生掌握高斯-赛德尔法、牛顿拉夫逊法、P-Q分解法及直流法的优缺点和适用场合，学会设计改进迭代效率的混合迭代方法。
第十四、十五次课：电力系统的无功功率和电压控制
理论讲授（4课时）
5、电力系统的无功功率和电压控制（4学时）
5.1 电力系统的无功功率平衡 1.0学时
5.1.1 无功功率和电压的关系 0.3学时
5.1.2 无功功率电源、负荷及损耗 0.4学时
5.1.3 无功功率的平衡 0.3学时
5.2 电力系统的电压控制 2.0学时
5.2.1 电压控制的必要性 0.1学时
5.2.2 中枢点电压管理 0.2学时
5.2.3 应用发电机调节电压 0.1学时
5.2.4 改变变压器变比调压 1.0学时
5.2.5 应用无功功率补偿装置调节电压 0.25学时
5.2.6 线路串联电容补偿改善电压质量 0.25学时
5.2.7 复杂系统的电压无功控制和调压措施的组合 0.1学时
5.3 电力系统无功功率的最优分布 1.0学时
5.3.1 无功功率的最优分配 0.4学时
5.3.2 无功功率的最优补偿 0.4学时
5.3.3 自动电压控制 0.2学时
目标及要求：
理解电力系统无功功率和电压的关系，了解电力系统中的无功功率电源、负荷及损耗的来源和种类，理解电力系统电源控制的必要性以及中枢点电压管理的方法，理解应用发电机调压、改变变压器变比调压、应用无功功率补偿装置调压、应用线路串联补偿改善电压质量的原理，理解复杂系统电压无功控制和电压措施组合的方法。理解电力系统无功功率最优分配和最优补偿问题，建立其数学模型，并应用数学优化方法求解，掌握最优分配和补偿时所对应的准则。了解电力系统自动电压控制系统的原理、目标及其数学基础。
掌握改变变压器变比调压、应用无功功率补偿装置调压、应用线路串联补偿改善电压质量的计算方法
思政融入点：电网无功电压控制的目标是保障电网电压质量、降低电网运行损耗，培养学生的安全意识、经济意识及低碳意识。
课外学习与作业要求：掌握电力系统电压和无功功率控制的必要性，熟悉电力系统电压和无功功率控制的手段（改变变压器变比调压、应用无功功率补偿装置调压、应用线路串联补偿）及其计算方法。
实验第五、六次课：电力系统电压控制实验
实验课（4课时）
实验课3 电力系统电压控制实验（4学时）
3.1 改变变压器变比调压 0.6学时
3.2 应用发电机调节电压 0.6学时
3.3 应用并联电容器调节电压 0.6学时
3.4 应用并联电抗器调节电压 0.6学时
3.5 线路串联电容补偿改善电压质量 0.6学时
3.6 自主实验 1.0学时
目标及要求：
复习电力系统电压控制的方法，理解应用发电机调压、改变变压器变比调压、应用无功功率补偿装置调压、应用线路串联补偿改善电压质量的原理。
目标是让学生掌握并设计电力系统电压控制的方法，包括改变变压器变比调压、应用无功功率补偿装置调压、应用线路串联补偿改善电压质量等方法。
实验第七、八次课：单机无穷大系统稳态运行方式实验
实验课（4课时）
实验课4 单机无穷大系统稳态运行方式实验（4学时）
4.1 单回路稳态对称运行 1学时
4.2 双回路对称运行 1学时
4.3 单回路稳态非全相运行 2学时
目标及要求：
了解和掌握三相对称稳态情况下，输电系统各种运行状态与运行参数的数值变化范围。学习分析和计算电力系统潮流以及估计状态和误差的方法。
理论第十六次课：研讨与复习
理论讲授（2课时）
6研讨与复习（2学时）
6.1 研讨课 1.5学时
6.2 复习与答疑 0.5学时
目标及要求：
研讨课旨在帮助学生深入理解课本中未阐述、但实际又很重要、且在其理解范围内的相关知识点，培养其探索精神。具体包括：（1）潮流方程的特点：理解潮流方程可解性、解的唯一性、多解性、二次性等特点，帮助其深入理解潮流方程本身的特性；（2）灵敏度分析，以牛顿-拉夫逊法潮流计算为起点，介绍灵敏度分析和计算方法，帮助其理解潮流解处雅克比矩阵的意义；（3）电力系统优化调度的模型，介绍电力系统最优潮流模型，讲解其与课程4.6、5.3解的关系，帮助学生进一步理解优化调度的数学本质。
复习课堂所学的知识，让学生巩固所学的课程知识，并融会贯通、灵活应用。回答学生在学习过程中的问题和疑惑。
附：时间表
周次 |
学时 |
教学内容（要点） |
课程思政融入点和实施方法 |
教学形式（理论、讨论、实践、实验、测试等） |
1 |
2 |
第一章 电力系统概述 |
思政融入点：文化自信 案例：我国电网的发展 |
理论讲授 |
1 |
2 |
第一章 电力系统概述 |
思政融入点：社会意识 案例：国家能源通道 |
理论讲授 |
2 |
2 |
第二章 电力系统元件数学模型 |
思政融入点：家国情怀 案例：国产设备生产 |
理论讲授 |
2 |
2 |
第二章 电力系统元件数学模型 |
理论讲授 |
|
3 |
2 |
第二章 电力系统元件数学模型 |
理论讲授 |
|
3 |
2 |
第二章 电力系统元件数学模型 |
理论讲授 |
|
4 |
2 |
第三章 电力系统潮流计算 |
思政融入点：工匠精神 案例：电力系统调度 |
理论讲授 |
4 |
2 |
第三章 电力系统潮流计算 |
理论讲授 |
|
5 |
2 |
第三章 电力系统潮流计算 |
理论讲授 |
|
5 |
2 |
第三章 电力系统潮流计算 |
理论讲授 |
|
6 |
2 |
第三章 电力系统潮流计算 |
理论讲授 |
|
6 |
2 |
第三章 电力系统潮流计算 |
理论讲授 |
|
7 |
2 |
第三章 电力系统潮流计算 第四章 电力系统的有功功率和频率控制 |
理论讲授 |
|
7 |
2 |
第四章 电力系统的有功功率和频率控制 |
理论讲授 |
|
8 |
2 |
第四章 电力系统的有功功率和频率控制 第五章 电力系统的无功功率和电压控制 |
理论讲授 |
|
8 |
2 |
第五章 电力系统的无功功率和电压控制 复习或答疑 |
理论讲授 |
学习资料链接
CC98 原帖需登录访问。
- 电力系统稳态分析：2025年修订回忆卷 — Teio1
2025年；2026年2月修订
作者结合评论补充了题目，原帖提供修订版PDF及复习经验。