《電力系統(tǒng)分析》學(xué)習(xí)指南

學(xué)習(xí)指南

《電力系統(tǒng)分析》是電氣工程學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課，是本科生進入電氣工程科

研殿堂的重要向?qū)Ш蜆蛄褐?。多年來，該課程是由四門理論課（電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)

分析、故障分析，穩(wěn)定性和繼電保護）和一門實驗課（電力系統(tǒng)實驗）組成。

2000年前后，隨著電力系統(tǒng)學(xué)科的快速發(fā)展，原有的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法

己不能適應(yīng)現(xiàn)代高等教育和學(xué)科發(fā)展趨勢。

一方面表現(xiàn)在理論課程上。面臨的主要困難有（1）必修的理論課程偏多，

內(nèi)容重疊且缺乏系統(tǒng)性，課內(nèi)學(xué)時達120學(xué)時，學(xué)生負擔(dān)過重；（2）新科研成果

出現(xiàn)快，而教學(xué)內(nèi)容處于90年代初水平，沒有充分體現(xiàn)近十年來本學(xué)科的最新

進展；（3）公式多，工程性強，邏輯性和系統(tǒng)性欠強，講授和學(xué)習(xí)時比較容易讓

人感到枯燥和困難，學(xué)生的興趣度不夠高。

另一方面，電力系統(tǒng)分析本身是一門實踐性很強的課程。長期以來，電力系

統(tǒng)現(xiàn)場實習(xí)變得困難，實踐環(huán)節(jié)被弱化，電力系統(tǒng)實驗課已成為本科生最接近現(xiàn)

場的實踐環(huán)節(jié)之一。清華大學(xué)的電力系統(tǒng)實驗課是在電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗室

（隸屬電力系統(tǒng)國家重點實驗室）的純物理的動模實驗平臺上完成。隨著電力系

統(tǒng)規(guī)模的擴大和數(shù)字化，原有的純物理的動模實驗平臺已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代電力系

統(tǒng)實驗教學(xué)的要求，不利于學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

在新世紀的課程建設(shè)過程中，針對清華大學(xué)人才培養(yǎng)的定位和我國電力工業(yè)

發(fā)展的需求，進行了以“優(yōu)化理論課程，強化實踐環(huán)節(jié)”為宗旨的教學(xué)改革，開

始由強調(diào)專業(yè)轉(zhuǎn)為“基礎(chǔ)和前沿并重”、“理論和實踐并重”的新教學(xué)模式，壓縮

理論課時，實踐研究型教學(xué)模式，目標(biāo)是培養(yǎng)“寬口徑、創(chuàng)新型”的高素質(zhì)人才。

課程的重點和難點內(nèi)容為：

1、復(fù)功率

2、稀疏技術(shù)

3、潮流算法

4、電壓控制

5、同步發(fā)電機機端短路電磁暫態(tài)過程

6、單機無窮大系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析與控制

結(jié)合以上課程中的重點和難點，我們設(shè)計和開發(fā)了多套深受學(xué)生歡迎的自選

研究專題，供學(xué)生課外研究。在這些研究專題中，有的提供教學(xué)小軟件供學(xué)生使

用，有的需要學(xué)生自己編程，有的需要學(xué)生閱讀一定量的學(xué)術(shù)文獻，最終以學(xué)術(shù)

論文的格式來撰寫專題研究報告。有的學(xué)生為了做一個研究專題，前后化上一個

多月的時間，沉浸于研究的樂趣之中。該舉措有效訓(xùn)練了學(xué)生的科研實踐能力和

編寫研究報告的能力，熏陶了科研素養(yǎng)，有效調(diào)動了學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探索的主動

性，同時加深了學(xué)生走于課程中這些重點難點的知識的理解。

各項研究專題如下：

研究專題1:復(fù)功率專題

研究專題名稱

復(fù)功率專題

研究專題目的

復(fù)功率是電力系統(tǒng)分析中的重點和難點概念，通過本研究專題，增強對復(fù)功

率的感性和理性認識，加深學(xué)生對復(fù)功率概念的理解。

研究專題內(nèi)容和基本要求

要求學(xué)生先通過理論推導(dǎo)，針對三相電路，相電壓和相電流在不同功率因素

角小情況下，分析單相和三相瞬時功率和復(fù)功率的特點。然后利用復(fù)功率可視化

仿真教學(xué)軟件，取力分別等于一90、-45、0、45、90度，觀察和解釋仿真結(jié)果,

驗證理論推導(dǎo)的結(jié)論，并深入分析復(fù)功率的物理意義。

研究專題參考資料

1、復(fù)功率可視化，方真教學(xué)軟件Power_3.exe

研究專題2：稀疏技術(shù)專題

研究專題名稱

稀疏技術(shù)專題

研究專題目的

通過本研究專題，培養(yǎng)學(xué)生閱讀學(xué)術(shù)文獻的能力，通過稀疏技術(shù)的編程實現(xiàn),

培養(yǎng)和熏陶學(xué)生的科研實踐能力、編寫研究報告的能力。

研究專題內(nèi)容和基本要求

要求學(xué)生先通過查閱文獻，設(shè)計一種稀疏矩陣的存儲方案，用C語言編程

實現(xiàn)大電網(wǎng)導(dǎo)納矩陣的排&存儲和檢索；針對采用的存儲方案，設(shè)計算例，編寫

稀疏矩陣的加、減、乘、求逆等基本運算的程序，實現(xiàn)排零運算，分析稀疏技術(shù)

對矩陣運算所需的存儲空間、計算速度的改善情況。

在研究報告中，闡述研究目的、方法、程序框圖、算例結(jié)果和分析結(jié)論，并

注明參考文獻。

研究專題參考資料

1、《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（C語言版）》（嚴蔚敏，清華大學(xué)出版社），第七章一一圖。

2、《高等電力網(wǎng)絡(luò)分析》（張伯明，清華大學(xué)出版社），第三章一一電力網(wǎng)絡(luò)

計算中的稀疏技術(shù)。

3、其他公開發(fā)表的學(xué)術(shù)文獻。

研究專題4：電壓控制專題

研究專題名稱

電壓控制專題

研究專題目的

通過本研究專題，了解電壓控制的手段和措施，研究電壓和無功功率變化的

規(guī)律。

研究專題內(nèi)容

利用《潮流算法研究專題》中編寫的潮流程序，通過改變機端電壓、變比、

投退電容等措施，重新計算潮流，對電壓控制進行模擬，研究和分析電壓和無功

功率的變化規(guī)律，比較不同控制方案下電網(wǎng)的電壓質(zhì)量和經(jīng)濟性（網(wǎng)損）。

研究專題參考資料

1、《潮流算法研究專題》中編寫的潮流程序

2、無功電壓控制相關(guān)的文獻

研究專題5：同步發(fā)電機機端短路電磁暫態(tài)過程計算機分析專題

研究專題名稱

同步發(fā)電機機端短路電磁暫態(tài)過程計算機分析專題

研究專題目的

通過本研究專題，加深學(xué)生對同步發(fā)電機機端短路電磁暫態(tài)過程的理解，借

助分析不同短路接口條件下發(fā)電機短路電流的仿真結(jié)果，對該過程建立一些感性

認識。

研究專題內(nèi)容

給學(xué)生發(fā)電機空載機端三相短路計算的Matlab程序，要求學(xué)生推導(dǎo)出機端

兩相短路、單相短路及兩相短路接地的接口方程并據(jù)此編寫相應(yīng)的Matlab程序,

計算兩相短路、單相短路及兩相短路接地的短路電流，并給出仿真試驗結(jié)果。

算例內(nèi)容如下：

已知：額定容量為500MVA,額定電壓30kV,額定頻率50Hz的空載運行的

同步發(fā)電機，勵磁電壓400V恒定，其參數(shù)如下：

Ld=0.0072"，L/=0.0070/7,LD=0.0068/7,rD=0.0150,

LQ=0.0016/7,/^=0.015c,L產(chǎn)2.50"，rf=0.40Q,

=0.10/7,MD=0.0054/7,MQ=0.0026”，MR=0.1254，

r=0.00200,^=0.0017/

試分析機端在外=0時刻突然發(fā)生如下短路情況：（短路前發(fā)電機空載，中性

點接地）

1）be兩相短路；

2）a相經(jīng)電阻（=0.01歐接地；

3）be兩相短路接地。

用Matlab分別計算其abc三相的短路電流。

研究專題參考資料

《發(fā)電機三相短路電流計算程序.TXT》

研究專題6：單機無窮大系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析與控制專題

研究專題名稱

單機無窮大系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析與控制專題

研究專題目的

通過本研究專題，培養(yǎng)學(xué)生對用等面積法則分析簡單系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的能

力，加深學(xué)生對臨界切除角和臨界切除時間的理解。

研究專題內(nèi)容

給學(xué)生一個單機無窮大系統(tǒng)及參數(shù)，利用等面積定則分析該系統(tǒng)在線路兩相

短路并跳開一回線路的情況下的故障臨界切除角和臨界切除時.間，分解研究在空

載電勢、暫態(tài)電勢和近似暫態(tài)電勢保持恒定等三種情況下臨界切除角和臨界切除

時間的大小差別。

算例內(nèi)容如下：

如圖2示單機