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电力系统分析范文1
电力系统分析是高校电力类专业重要的专业基础课，其中的调压、潮流、短路计算等也是电力员工培训的重要内容。在教学与培训中，许多学员反映该课程系统性较强，有不少晦涩难懂的理论和大量繁琐的计算。考虑到电力行业的特殊性，建立可视化的电力系统分析仿真软件可以大大激发学员的学习兴趣，提高培训效果。
1本电力系统分析仿真软件的特点
1.1电力系统仿真软件的综述
随着我国经济和人民生活水平的迅速提高，电力需求大幅提高。电力系统仿真已成为电力系统研究规划和设计的重要手段，因此电力系统仿真软件的功能特性对于提高研究、设计的效率和可信性有重要作用。由于电力系统在国民经济中占有重要地位，一般都要用到多个数字仿真软件进行计算结果比较，主要有以下几种：（1）邦纳维尔电力局开发的BPA程序和EMTP程序；（2）曼尼托巴高压直流输电研究中心开发的PSCAD/EMTDC程序；（3）德国西门子公司研制的电力系统仿真软件NETOMAC；（4）中国电力科学研究院开发的电力系统分析综合程序PSASP；（5）MathWorks公司开发的科学与工程计算软件MATLAB[1-2]。
1.2仿真软件的设计思路和算法
为了提高学生对电力系统分析理论和实践应用的结合能力，加强就业的竞争力，并拓展电力企业服务和培训的空间，我们针对教学和培训开发了电力系统分析仿真软件，主要包括电力网数学模型、潮流计算、调压、短路电流计算等内容。本软件利用MATLAB语言，核心算法是在单台计算机的多个核上实现电网全局潮流联合的分布式计算方法，其计算速度相对单机单核要快得多。①电网模型的建立通常给定的已知条件是：电力系统元件的型号、实验数据、容量、长度等参量，计算电网元件参数，得出导纳矩阵；②电力系统功率调节和电压调整通常给定的已知条件是：参数调整滑块的调节量、电力系统元件的型号、实验数据、容量、长度等参量，系统中各电源和负荷节点的功率、平衡节点的电压和相位角，待求的运行状态参量为各节点的电压以及流经各元件的功率等。③电力系统潮流计算：采用的是PQ分解法和前推回代法。可视化仿真计算电力系统在某一稳态的正常运行方式下，电力网络各节点的电压和支路功率的分布情况，通常给定的运行条件有系统中各电源和负荷节点的功率、枢纽点电压、平衡节点的电压和相位角。待求的运行状态参量包括各节点的电压及其相位角以及流经各元件的功率、网络的功率损耗等。④电力系统短路电流计算：自动生成正序、负序、零序网络，计算故障电力系统的各种短路类型的短路电流。通常给定的已知条件是系统中各电源和负荷点设备的容量，待求的运行状态参量包括各节点的电压及其相位角以及流经各元件的功率、网络的功率损耗等。软件为学员提供了实验和仿真的平台，实现了全界面图形化、设备与设备属性资源管理化、操作与设计人性化和科学化。形象化显示实时运行结果，便于学生观察电力系统的各种正常状态、不正常状态；按电力系统的结构进行搭建电网模型；仿真软件在运行时，可以自由任意改变设备的开关状态，单击滑块可分级改变设备的各种参数；在一张仿真电力接线图上可以设计、显示、运行、保存、预览多种电力系统运行状态和故障状态。
2电力系统分析仿真软件在学历教学中的应用
针对不同的教学对象，我们设置了便利的操作和电网综合数据库管理界面。比如对高校的学生我们设置了B类元件库，学生可以根据书本提供的系统图中的元件输入各种电气元件的参数，比如导线的阻抗、导纳、基准电压；变压器的各侧额定电压、额定容量、短路损耗、短路电压百分数、分接头数等。电力系统分析仿真软件就可以计算电力系统各元件的参数、构建电网模型的功能、分析电力系统电力传输功能、电力系统潮流计算功能、分析电力系统无功功率平衡和电压调节功能、自动生成电力系统各序阻抗网络、计算各种类型的电力系统短路电流，计算电力系统中各运行点的各序电压。以教学中常用的电力系统调压为例。有一简单电力系统，参数如下：发电机出口电压为10.5kV，高压输电线路的额定电压为110kV，长度为80km，采用LGJ185型导线，变压器的额定电压为110/11kV，容量为15MVA，空载损耗为40.5kW，短路损耗为128kW，短路电压百分数为10.5，空载电流百分数为3.5，原始负荷功率为Sb=28+j10MVA和Sc=20+j15MVA，现在负荷增加到Sb=32+j12MVA和Sc=24+j15MVA，问应如何调整用户b、c点的电压？利用本仿真软件可以方便计算和分析出各种调压措施对负荷点电压的影响。首先学生根据题目的要求建立电力系统的拓扑图如图1所示，然后输入各种元件的电气参数（以输电线为例如图2所示），最后设计了共计6个滑块。滑块是一种图形单元（如图3所示），可以放到图纸上，并可以对图纸上的某一个图元的一种参数进行微调，它是一对一的调整，主要用于频繁调整某固定参数使用，在属性设置中对图元名、属性名、最大档、最小档、每档值、大小尺寸进行设置。从而可以让此滑块知道要控制那一个图元单元，从而在运行状态下，可以微调此滑块指定的图形单元的参数。拓扑图从左至右第一个滑块代表了可调节发电机的端电压（变化范围为10.5~11kV）；第二和第四个滑块代表了升、降压变压器的分接头档位：其中5档变压器分接头值为+2*2.5%，4档变压器分接头值为+1*2.5%，3档为变压器的主抽头，2档变压器分接头值为-1*2.5%，1档变压器分接头值为-2*2.5%；第三个滑块代表了可调节线路的阻抗（变化范围为80~60km），第五、六个滑块代表了可调节负荷的有功和无功；另外可通过无功补偿装置前的开关控制是否投入。仿真软件可以直观地把各种计算数据展示在程序界面上，把比较结果导出后可形成表1。从上述示例中可发现，利用电力系统分析仿真软件在教学中可以避免大量繁琐的计算，学生可以通过软件计算出的结果更好地加深理论理解，丰富学生的专业技能，培养学生电力系统运行、调度的基本能力，提升学生的就业竞争力。
3电力系统分析仿真软件在培训中的应用
针对电力在职职工的技能培训，本软件用电网综合数据库来存取所有的相关信息，包括A类元件库和图形拓扑结构数据库。拓扑中的顶点就是由母线来组成，拓扑的关系由电线、变压器来组成；有了点与线那么一张网络拓扑就形成了。所以形成的流算法所需要的矩阵也就可以组合而成了。画图的组成也是用电线来连接母线。电线的两端、变压器的两端三端连着的是母线。那么输电线、双卷变压器、三卷变压器的端点处连接的都是母线［3］。按照各图形类的继承关系，又考虑到发电厂和母线潮流走向的区别，将数据表分为母线数据表、线路数据表和发电厂数据表，分别存储母线信息，包括节点电压、节点负荷等；线路信息，包括两节点间线路的潮流、首末端节点名称等；发电厂信息，包括所连节点名称、发电功率等。学员不需要输入各种线路、变压器等电气元件的参数，只需输入设备的型号系统就自动生成其阻抗、导纳、容量等电气参数。电力系统分析仿真软件具有电力系统潮流计算和短路电流计算功能。本软件构建的某系统潮流如图4所示，学员可以对各个开关进行变位，或者利用滑块调节发电机、变压器分接头位置，从而观察软件可视化界面的潮流数据的变化，特别注意电气参数有无越限，最后确定合理经济的系统运行方式。本软件的潮流计算可以计算多个平衡点的电网潮流计算。软件在计算电力系统故障时能够自动生成电力系统的正序、负序、零序网络，可以仿真各种电力系统正常的运行状态和各种电力系统故障状态，为电力员工提供了培训和研究的平台。
4结束语
电力系统分析范文2
本课程的先修课程为《高等数学》、《电路》、《电机运行与维护》，后续课程包括《电气设备运行及维护》、《继电保护装置运行》、《顶岗实习》等。
二、课程目标的设定
1.专业能力：能全面掌握电力系统的基本知识；能对电力系统有功及无功功率进行控制与分析；能对电力系统频率和电压进行控制和分析；能对电力系统各种故障运行状态进行分析和计算；能对电力系统安全稳定性进行简单分析和计算；能进行电力系统的规划设计。2.方法能力:分析问题、解决问题的能力；动手操作、独立工作能力；获得与利用信息，探究式的学习能力；工程意识和灵活思维、创新能力。3.社会能力：团队协作能力；交流沟通能力；组织能力；耐心细致的工作能力。
三、课程设计思路
电力系统运行与分析课程基于电网的实际生产过程，以工作过程为导向，归纳提炼典型工作任务，并将行动领域的典型工作任务教学化处理后，按照与实际岗位典型工作任务内容对应的各学习情境组织内容，并且根据任务的复杂程度，以先简单后复杂的顺序排列各学习情境；在各个学习情境中，又按照复杂程度和实际工作程序化各个工作任务。遵循学生职业能力培养的基本规律，以适度、够用的原则，以现场工作任务及工作程序为依据整合、序化教学内容，设计项目教学，教、学、做结合，课堂、实训、实习结合，理论与实践结合。在教学项目实施中，由专业教师组成教学团队，密切配合施教。采用任务驱动教学方法，以学生自主学习为主，教师讲解为辅，激发学生学习兴趣，培养学生自主学习和终身学习的能力。
四、教学方式的改进
《电力系统分析》课程属于纯理论性的课程，部分理论知识需要较强的想象能力，只能在头脑中通过想象来给出大概的印象。且由于课堂理论教学模式较为单调，多半是老师讲、学生听的模式，降低了学生学习的积极性。1.借助于多媒体及仿真系统在教学过程中，可以采用一些方法来改进现有的困境。如，采用形式多样，内容丰富的理论教学，比如影像、图表，使学生在形象的方法下进行深入的学习。潮流计算是该课程的难点和重点，大部分学生在此部分易产生畏惧和懈怠情绪，教师可借助影像系统向学生展示一个实际电力网络的潮流分布图[1]，让学生在脑海里建立一个感性的概念，而不仅仅是枯燥的公式和计算过程，或者利用电网运行仿真软件进行实际电网的模拟演示，引起学生学习兴趣，调动学习积极性。2.理论与实践训练相结合以任务驱动教学为主，将理论讲授与实践训练有效融合，让学生带着任务去学习，通过实际训练融会贯通所学理论知识，培养学生的专业能力，并在完成任务的过程中培养自主学习、独立思考等方法能力以及团结协作、交流沟通等社会能力。本课程以培养学生的综合职业能力为目标，模拟工作情境，使学生深临其境，在完成工作过程中、在体验过程中获得工作过程知识。3.创新教学模式将“教、学、做”的教学模式贯穿始终，利用各种方法和手段使教、学、做合理衔接交融。以岗位技能培养为核心，同时注重学生学习能力、方法能力的培养。鼓励学生通过独立思考和分组合作，培养发现问题和解决问题的能力。
五、结论
电力系统分析是一门集理论与实践为一体、知识面范围大，是发电专业课程体系中的重中之重的基本课程。“电力系统分析”的教学方式可采用增强理论的形象性、增强互动式教学、增强企业培养的方式。为构建一个高效的教学体系，一方面必须优化理论课程内容，另一方面必须重视实践环节设计，进行综合性实验，切实提高学生的实践能力[2]。
作者:辛华 李依凡 王丽 单位:西安电力高等专科学校
参考文献：
电力系统分析范文3
关键词：仿真技术电力系统
自20世纪80年代末至今，我国的仿真技术获得了极大的发展。在电力系统中，应用较多的培训仿真系统有电厂仿真、电网运行工况仿真和变电所仿真。一般说来，凡是需要有一个或一组熟练人员进行操作、控制、管理与决策的实际系统，都需要对这些人员进行培训、教育与培养。早期的培训大都是经过理论讲解和现场实习，通过实际操作经验的积累来完成的，这种培训方式因是在实际运行的系统上进行操作，不仅培训成本高、培训时间长，而且有些故障只能在实际发生时才能得到实际操作的机会，致使一部分知识只有感性认识，得不到实际操作的锻炼。随着系统规模的加大、复杂程度的提高，特别是造价日益昂贵，训练时因操作不当引起的破坏而带来的损失大大增加，因此，提高系统运行安全性、可靠性事关重大。为解决这些问题，出现了培训仿真系统，模拟实际系统的工作状况和运行环境，以避免运用实际系统时可能带来的危险性及高昂的代价。
变电所培训仿真系统集仿真技术、图形图象技术、数据库等技术于一体，依据变电所电力设备实物、一次设备和二次设备接线图进行设计，如主控室、控制屏、保护屏及设备连接状况，可在模拟设备和二次接线图上进行相应操作，采用鼠标点击的操作方式，简单、直观、易学(见图1)。这种方式使变电运行人员的培训手段大大更新，提高了培训效率，缩短了培训周期。也进一步提高了运行人员的正确判断和处理事故的能力，防止事故扩大化和缩短事故处理时间，从而确保电网安全、可靠、经济运行。
图1
1变电所仿真的现状
目前，我国农网中(110kV、35kV)变电所培训仿真系统主要有孤立变电所型变电培训仿真系统和考虑简单电网的变电培训仿真系统。前一种类型的变电培训仿真系统配置简单，造价相对较低；后一种不仅仿真了变电所的运行状况，而且考虑到电网和变电所之间的相互影响，该类型的变电培训仿真系统在功能上比孤立变电所型的仿真系统要强。此外，还有将无人值班变电所仿真、集控中心仿真、变电所运行管理系统结合于一体的110kV/35kV集控站培训仿真系统。考虑到仿真原理的相同性和孤立变电所型变电培训仿真系统较为简单，能够在单机上独立运行的特点，以下只对该系统进行简要介绍。
2硬件配置的基本要求
微机一台：主频PENTIUM200；32M内存；3.2G硬盘；16倍光驱；显示卡、声卡、音箱等。
3软件配置的基本要求
(1)中文视窗Windows95以上版本；
(2)多媒体仿真培训软件。
4主要功能
(1)正常操作训练：断路器操作、隔离开关操作、压板操作、保护投停、电压互感器的切换，电容器的投停等；
(2)故障演习训练：
断路器故障：拒动、误动、偷跳；
隔离开关故障：带负荷拉合隔离开关、带电合接地隔离开关；
变压器故障：包括相间短路、接地短路、匝间短路、变压器过负荷、变压器油温过高；
母线故障：母线短路、母线接地；
线路故障：近区短路、接地、断线等；
此外，还有电容器故障、继电保护故障以及其它故障等。
培训者可对设定操作任务或故障，依据系统标准操作票进行操作，系统也可在出现故障时，给予提示并指出错误要点。
(3)操作票生成与培训系统：可对线路、主变压器、母线、电容器等设备开操作票；可对学员的操作以操作票的形式记录；可对学员的操作票和标准操作票进行比较；
(4)理论知识的培训：可提供设备的图片和产品介绍；可进行二次回路图纸讲解：包括中央信号回路、电力变压器保护、电容器组保护、输电线路保护、低周减载装置等；还可进行运行规程问答、典型故障处理、经验介绍以及提供考试题库。
(5)系统维护功能：系统可根据110kV变电所的主接线方式(如：单母线接线方式、内桥接线方式、单元接线方式)和正常运行方式的差异及实际变电所的工作情况进行选择和修改，可对考试题目进行增加或修改，还可对二次接线图上的线路名称和隔离开关、断路器号进行更改，使其更加接近变电所的实际运行情况。
操作实例：
倒闸操作是变电所正常运行和检修中都涉及的操作，具有重要的作用，其操作过程如下：
①运行仿真软件，进行操作人员登陆。
②进行功能选择，进入倒闸操作模块，进行题目分类选择。如选择"10kV倒闸操作题目"后，屏幕上会出现一系列10kV倒闸操作题目的分项内容，用鼠标按钮进行选择，选择"纺织线002断路器停电，纺织线线路检修"(见图2)。选择题目后，可进行标准操作票预览，以便操作人员了解操作步骤后进行正确操作。可单击要点按钮，查看提示注意事项。操作练习既可在线路图上进行，也可在模拟图上进行。
图2
③依次拉开纺织线002断路器，拉开002-3隔离开关，拉开002-1隔离开关，在002-3隔离开关线路侧挂接地线(见图3)。遇到困难时，可查阅标准操作票和操作要点提示。操作完毕后，调出操作记录与标准操作票进行比较，如果在操作过程中发生误操作，系统会出现报警。
图3
④选择操作题目后，也可进入考试状态。在此状态下，系统不提供标准操作票和操作要点提示，考试时间到，系统不再进行操作记录。
5结束语
目前，110/35kV变电培训仿真系统在一些变电所已经得到应用，并取得实效。归纳起来，变电培训仿真系统具有如下的特点：
(1)计算机仿真程度高。仿真画面完全按照变电所的电力设备实物进行绘制，形象逼真。操作人员在模拟图或二次接线图上用鼠标点击元器件，即可激发元器件动作，元器件动作后仿真变电所同实际变电所情况一致。
(2)培训功能完善。不但可对变电所的正常和异常事故进行仿真，而且可提供完善的二次图讲解。对变电所的继电保护装置从动作原理到动作过程进行分步讲解，突出显示动作断路器和响应元器件，动画模仿电流轨迹。
(3)可扩充性强。仿真系统还应提供维护功能，用户可在使用过程中，按照各自变电所的实际情况进行适当的修改，使其更接近实际运行中的变电所。
电力系统分析范文4
关键词：电力系统分析；电力系统软件；MATLAB
作者简介：王世山（1967-），男，陕西绥德人，南京航空航天大学自动化学院，副教授。（江苏 南京 210016）
基金项目：本文系南京航空航天大学教改项目、本科教学专业认证建设项目的研究成果。
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）08-0076-02
“电力系统分析”是以电气工程一级学科为专业的本科及硕士生重要的专业课程，[1]本课程的基本内容包括电力系统稳态和暂态两大部分，均涉及到系统及相关电力设备的认识和实验问题。显然，以教学为主的大学无法完全满足电力系统所需的相关实验。因此，“仿真”（Simulation）就成为该类课程教学活动中最重要的手段之一。
考虑到电气工程一级学科下五个二级学科，各高校的侧重点略有不同。因此，作为本科及硕士生还是以理解电力系统的基本结构组成、基本运作模式为目标，同时辅以合适的“工程”观念，以此为“教学理念”，则“仿真”拟推荐专业化软件，避免学生陷入计算机语言的困惑中。目前，笔者查阅相关文献及与相关高校调研交流发现，鲜有教师提出以“软件”导行的教学理念。
鉴于以上原因，本文提出以“专业软件”为导行的电力系统课程教学过程，围绕软件学习相关的理论知识，为理解电力系统概念和专业知识打下了良好的基础。
一、电力系统软件简介
1.MATLAB――“一个真正的工程类语言”
MATLAB（Matrix Laboratory）矩阵实验室，是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，在美国被称为“A Real Technology Language”，是一种“真正的工程类语言”。[2]然而由于各种原因，目前中国大学对于该语言的研究并不理想。如何将这门工程计算机与所设置的专业课程结合在一起，是一个需要深入研究的问题。
据笔者长期教学实践发现，将软件与专业问题相结合，形成一些相关的“项目设计”（Projects Design），则可以起到一举两得的效果。
MATLAB软件分为通用模块与专业化Toolbox。虽然有些Toolbox也确实可以解决一些专业化问题，但距真正的专业化解决尚有一定的距离。因此，笔者推荐尽可能使用MATLAB的通用模块。通用模块的功能类似于MathCAD一样的操作模式，主要以*.M文件的方式体现。
*.M文件其实就是一个函数或一段程序，是一种“解释性”源代码，这些源代码的撰写可以用MATLAB本身附带的编辑器，也可以采用其他文本编辑器。当*.M文件保存后，直接运行文件名即可。由此可见，教学中利用*.M文件完成教学任务，不仅可以让学生学习相关专业知识，在一定程度上也提高了学生计算机程序的编写能力。
2.Power World Simulator――电力世界仿真器
Power World Simulator（PWS）是一个电力系统仿真软件包（见图1），[3，4]其构筑在对用户良好交互性的基础上。其核心是一个功能强大的潮流计算软件，可以有效求解多达32500个节点的系统。这使得电力世界仿真器作为一个独立的潮流分析软件包十分有用。与其他同类商业应用软件不同，PWS允许用户通过可缩放的彩色动画单线图来模拟一个系统。在PWS中，输电线路的通断、变压器或发电机的增加以及联络线功率的交换，一切仅需点击鼠标即可完成。此外，图形和动画演示的广泛使用增加了用户对系统特性、存在问题和限制条件的理解。
PWS提供了极为方便的模拟电力系统时间特性的工具。同样，它可以图形化地显示负荷、发电量和联络功率随时间的变化，以及因此产生的系统运行条件的变化，这项功能在解决电网扩建引起的网络结构变化之类的问题时十分有用。
除了上述特点，PWS以其一体化的经济调度、联络功率交易经济性分析、功率传输分配因子（PTDF）计算和突发事故的强大分析能力而骄傲，所有这一切都可以通过一个易用的界面来实现。
二、专业化软件在教学过程中的实施
只要学生运行出最终解的结果，得出误差曲线（见图2），再辅以一定的讨论，则可认为该问题结束。
需要注意的是，以程序为学习目标时，必须辅以一定的考核手段，即逐一检查学生的运行结果，避免学生抄写应付过关。多年来，学生的反馈表明，以该种方式“逼迫”学生熟悉和掌握MATLAB软件，给学生留下了极深刻的印象，也为本科毕业设计打下了良好的基础。
（2）示例2：PWS完成潮流计算。以图3中简单电力系统为例，计算各母线电压、支路功率，则首先要确定系统的节点类型――平衡节点、PV节点、PQ节点；此后，按系统要求逐次搭建合适的系统图。
当正确设置图3各类节点类型、边界条件后，则可以直接运行，在Run mode下查看各Bus和支路的相关信息。本软件不仅可以计算电流系统的最终结果，也可以查看中间过程，比如可以设置基准值，误差相量的查看，甚至New-Raphson法的Jacobi矩阵在Case information中都可以获悉。因此，当采用MATLAB基本熟悉了潮流算法后，对于大量电力系统分析的问题均可以采用该软件来实现。
2.依托专业化软件的课程综合设计
课程综合设计（Projects design）是巩固专业化基础知识的综合手段。南航电气作为具备电气工程一级学科博士点的专业，一直以来具有“电机与电器”、“电力电子与电力传动”的综合设计，但是一直没有“电力系统自动化”的课程综合设计。本课程教学后，依托如前所述两个软件和开设的“电气工程及其自动化综合设计”，适时参考国外精品课程“Power System Analysis”，[5]也开展了相关的课程设计。比如，教学中可以对电力系统提出一定的指标，通过PWS软件的反复人工修正，提出和优化如图4所示的电力系统，并对该系统进行深入分析。
3.软件使用的考核
在教学活动中，考核是最重要的指标之一，也是重要的手段。笔者认为要加强平时控制，“迫使”每名学生在个人计算机上安装相关软件，并且课后必须进行练习。待熟练使用软件后，利用少量课堂时间、课间时间或者师生共同课后时间让全部学生进行演示，互动讨论，这样对学生也是一个警示。结果表明，通过该方式能够让所有的学生都掌握相关的电力系统基础知识和软件，对教学具有很大的促进作用，但这样也增大了授课教师的工作量。
三、结论
本文以“电力系统分析”为对象，基于MATLAB和Power World Simulator专业化软件展开教学活动，获得了如下教学体会，对工科课程均有一定的借鉴作用。一是以专业化软件使用为核心的教学理念，在工科课程中具有普遍的意义，这样也不失掉对基础理论知识的掌握。二是对于“电力系统分析”专业课，需要选择合适的专业化软件开展教学活动，难易程度要适合本科教学。经过几年教学摸索，选择了MATLAB和Power World Simulator作为教学软件。实践表明，上述两款软件特别适合教学活动。
参考文献：
[1]王俊，纪建伟，孙国凯，等.电力系统分析课程的教学改革[J].高等农业教育，2011，12（12）：56-58.
[2]徐敏，彭瑜.MATLAB在《电力系统分析》教学中的应用[J].电力系统及其自动化学报，2010，22（3）：152-155.
[3]李静.Power World Simulator仿真软件在电力系统中的应用[J].煤炭技术，2012，31（6）：66-68.
电力系统分析范文5
关键词：电力;系统;基本;概念
Abstract: Power is the basis and key industries of national economy, plays an irreplaceable role in production and daily life. Power system construction is often an important part of the national economic development planning in countries and regions. This paper mainly describes related knowledge of connection mode, system voltage level of power system and power line structure.
Key words: electric power; system; basic concept;
中图分类号: TM711
引言
电力是国家的经济命脉，电力系统安全是社会公共安全的核心内容。由于我国电网结构薄弱，电力系统时刻存在着突发事件的考验。电力系统分析电力系统的基本学科。100多年来，电力系统得到很大发展。电力系统的发展，推动了电力系统分析学科的发展。长期以来人们对电力系统分析的大量科研课题开展研究，发表了大量论文，促进了电力系统分析与电力系统理论与技术的发展。随着科研工作的不断深入，人们对电力系统分析基本概念的认识也逐渐加深。
1.电力系统（electrical power system）电力系统是电力工业的基本形态。它是发、送、变、配、用电各个环节电气设备连成的整体。电力系统中输送和分配电能部分叫做电力网，它包括升、降压变压器和各种电压的输电线路。由此可见，电力系统时动力系统的一部分，电力网又是电力系统的一部分。现代交流电力系统都是三相的，介通常为了简单、清晰地表示电力系统，都是将其接线图画成单线图。一个完整的电力系统由各种不同类型的发电厂、变电所、输电线路及电力用户组成。如图为电力系统示意图：
图1 电力系统示意图
2.电力系统的电压等级2.1额定电压等级的确定
电压等级的选择
对应于一定的输送功率和输送距离应有一最合理的线路电压，电压等级的系列化。电气设备都是按照指定的电压和频率来进行设计制造的，这个指定的电压和频率，称为电气设备的额定电压和额定频率。当电气设备在此电压和频率下运行时，将具有最好的技术性能和经济效果。
2.2不同电压等级的适用范围 2.2.1额定电压等级的确定 ，如表1：
表1额定电压等级说明：用电设备的容许电压偏移一般为±5%；沿线路的电压损耗一般为10%；在额定负荷下，变压器内部的电压损耗约为5%；线路的额定电压UN：线路首、末两端的平均电压；取用电设备的额定电压为线路额定电压，使所有设备能在接近它们的额定电压下运行；取发电机的额定电压为线路额定电压的105%
2.2.2变压器的电压等级
变压器分升压变和降压变考虑。一次侧接电源，取一次侧额定电压等于用电设备额定电压；二次侧接负荷，取二次侧额定电压等于线路额定电压。2.2.2.1升压变压器
一次侧（低压侧）接电源，相当于用电设备，一次侧额定电压等于用电设备的额定电压UN；直接和发电机相联的变压器一次侧额定电压等于发电机的额定电压即105％UN；
二次侧（高压侧）接线路始端，向负荷供电，相当于发电机，应比线路的额定电压高5%，加上变压器内耗5%，所以二次侧额定电压等于用电设备的额定电压110%。
2.2.2.2降压变压器
一次侧（高压侧）接线路末端，相当于用电设备，一次侧额定电压等于用电设备的额定电压；二次侧（低压侧）向负荷供电，相当于发电机，应比线路的额定电压高5%，加上变压器内耗5%，所以二次侧额定电压等于用电设备的额定电压110%。
3.电力系统的接线方式
电力系统的接线方式包括发电厂的主接线、变电所的主接线和电力网的接线。
3.1无备用和有备用接线
电力网的基本接线方式分为无备用和有备用两，如图2。
图2电力系统的接线分类图
3.1.1无备用结线
任何一个变电站（用户）都只能从一条线路取得电能的电力网络。有单回路放射式、干线式、链式。无备用结线的优点是结线简单、投资少、运行维护方便；缺点是供电可靠性较低，当干线式、链式线路长时，末端电压可能偏低。
3.1.2有备用结线
任何一个变电站（用户）可以从两条及两条以上的线路取得电能的电力网络。有: 双回路放射式、干线式、链式，环形供电网络，和两端供电网络。
双回路放射式、干线式、链式的优点是结线简单，运行方便，供电可靠性和电压,质量高。缺点是设备投资大。 环形供电网的优点是供电可靠性高，投资少。缺点是运行调度复杂；开环运行时，某些线路可能过负荷、某些负荷点电压质量不能满足要求。如图3：
图3 环形供电网示意图
两端供电网的优点是供电可靠性高，投资少。缺点是运行调度复杂。如图3：
图3 两端供电网示意图
3.1.3比较
比较结果如表2所示。
表2 有备用和无备用接线方式比较
3.2按负荷取得电能的方向分类
3.2.1开式网和闭式网
在电力系统潮流计算时，常将电力网络分为开式网和闭式网。
3.2.2开式网络
凡变电站（用户）只能从一个方向取得电能的网络，叫做开式网络。有单、双回路放射式、干线式和链式。无备用接线的网络中，每一个负荷都只能靠一条线路取得电能，统称为开式网络。
3.2.3闭式网络
凡变电站（用户）可以从两个或两个以上的方向取得电能的网络，叫做闭式网络。有环形网络、两端供电网络。
3.3对电力网络接线方式的选择
要考虑以下几个方面：必须保证用户供电的可靠性；必须能灵活的适应各种可能的运行方式；应力求节约设备材料，减少投资与运行费用；应保证在各种运行方式下运行人员能安全的操作。4.电力线路的结构
4.1架空线路的结构 架空线路由导线、避雷线（又称架空地线）、杆塔、绝缘子和金具等元件组成。如图4：
图4 架空线路示意图
4.1.1导线
电力系统分析范文6
【关键词】电力系统 低频振荡 机理 影响因素 控制方法
随着我国国民经济的快速发展，电力系统规模日益增大，电网互联程度越来越高，提高了发电、输电的经济性，同时也引发了电力系统稳定性下降，出现低频振荡的情况越来越多，低频振荡能够引发重大停电事故，必须引起重视。因此，厘清电力系统低频振荡产生的机理和影响因素，同时针对不同的低频振荡模式，制定相应的抑制策略具有重要的意义。
1 电力系统低频振荡机理
电力系统在正常运行时功率稳定，不会产生低频振荡，当系统出现扰动时，其频率会出现小范围的波动，这种波动称为低频振荡。低频振荡根据作用范围和频率大小差别可以分为局部振荡和区域振荡。其中，局部振荡一般发生在一定范围内一台电机或几台电机之间，振荡频率相对较高，通常在0.7～2.5之间。区域振荡指的是不同区域机组间发生振荡，范围较大频率相对较低，在0.1～0.7之间。了解低频振荡的分类，可以更方便的引起低频振荡的原因，为了更好抑制低频振荡，还需要了解其产生的机理，低频振荡机理有以下几种。
1.1 负阻尼机理
由于励磁系统追求快速性、电网负荷加重及系统的连通性，使得系统阻尼下降，电力系统对一定频率的振荡表现出负阻尼特性，导致振荡短时间无法消除，该机理易理解，通常用来解释线性模型结合较好的系统的振荡，不适用于大扰动导致的振荡。
1.2 共振机理
当电力系统原动机功率遭受的周期性振荡与系统固有的低频振荡接近或者相等时，容易诱发共振，这种共振具有起振快、消失快、振荡频率与扰动频率一致的特点，影响共振的因素有阻尼转机系数、同步力矩系数、扰动幅度等。
1.3 发电机电磁惯性导致的低频振荡
电感性的励磁绕组在励磁电压的作用下能够产生一个相位滞后的励磁电流强迫分量，在该分量的控制下会导致低频振荡的发生。
1.4 分叉和混沌理论
分叉理论揭示了电力系统低频振荡的非线性特征，使用高阶多项式从空间上系统的稳定性。混沌理论考虑非周期性、无规则性的低频振荡参数间的相互作用。
2 影响电力系统低频振荡的原因分析
电力系统低频振荡可以从三个方面进行分析，首先是根据线性系统分析，由于调节措施的影响，使得系统产生了负阻尼，导致系统扰动后产生振荡，且振荡幅度不衰减。其次是从输入信号或扰动信号方面分析，当系统固有频率与输入信号或扰动信号间具有某种特定关系时，系统会产生共振或谐振，振荡幅度较大，频率低。最后，由于系统的非线性影响，参数或者扰动发生变化时，系统稳定结构也会发生变化，导致低频振荡发生。在上述3种低频振荡机理中，共振机理受到系统扰动源频率的影响，而负阻尼机理、发电机电磁惯性、分叉和混沌机理等受到系统的结构和参数影响，不同模式的低频振荡可能会单独或者同时发生时，需要综合分析，快速找出发生低频振荡的主导模式。
力系统低频振荡的影响因素归根结底在于系统本身和干扰源，系统原因主要表现在系统结构、运行模式、系统参数、系统负荷等。电力系统的发电机台数与系统结构影响低频振荡的频率，通过弱连接传输互联的电网间容易出现低频振荡；由于励磁系统追求快速性，致使励磁系统时间常数减小，使得系统阻尼下降，系统发生低频振荡的概率大增；当电力系统受到扰动时，恒电流和恒阻抗负荷的模型更加容易发生低频振荡；当电力系统负载较重时，抗干扰能力变弱，更容易发生低频振荡。此外，热力系统和轴系机械系统会影响电力系统工作的稳定性，导致低频振荡发生的概率上升。
3 电力系统低频振荡的控制方法
电力系统低频振荡产生的本质是系统的控制措施带来的负阻尼，因此对电力系统低频振荡的控制策略主要基于负阻尼机理，控制的思路主要有两种，一种是调整控制措施减小系统负阻尼，另一种方法是附加控制提供额外的阻尼，前一种调整方法在一定程度上能够提高系统工作的稳定性，但是会带来其它问题，所以一般不适用调整控制措施，使用附加控制的方法提供额外的系统阻尼，抑制系统低频振荡。
电力系统分为发电、输电和用电这三部分，具体采取控制措施时，用电这部分用户比较分散，难以管理和控制，因此措施措施主要针对发电和输电部分。发电部分主要是使用电力系统稳定器、非线性励磁控制器等稳定控制设备对励磁系统进行控制；输电部分主要是在线路上使用FACTS装置、HVDC等电力设备快速的控制性能提供附加控制。FACTS装置使采用电子设备和控制器来提高电力系统的功率输送和稳定性，对输电系统调节方便灵活，并且安装方便，但使用成本较高，装备适应性不够强，易受到输入信号和安装地点的影响。电力系统稳定器在发电系统中应用较多，其结构性简单，适应性强，但只对特定振荡频率抑制效果好，不能有效抑制其它频率振荡。以上这些附加抑制装置在复杂的电力系统中安装地点和参数协调直接关系影响抑制效果，在实际操作时要认真分析，从系统中提取有用信息，确保达到最佳抑制效果。低频振荡最为一个系统问题，在采取控制措施时，还需要综合考虑发电、输电和用电三部分，针对不同的振荡模式，制定相应的控制方法，只有这样才能产生好的抑制效果。
参考文献
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[4]魏云冰，和萍，李山德，等.电力系统低频振荡机理及控制策略研究[J].山东科技大学学报（自然科学版），2008，27（02）：64-66.
作者简介
杨，男，大学本科学历。研究方向为电力电气。
