学习心得推荐关于电力系统稳态分析.docx
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学习心得推荐关于电力系统稳态分析
学习心得推荐—关于电力系统稳态分析
随着社会的不断发展，电能所起的作用越来越大，用户对电能需求与供应的可靠性也越来越高，几乎没有哪一个行业脱离了电能还能继续生产。
那么电能从制造出来到输送至用户端以什么为载体来实现，应该以何种方式发电才能保证损失最小，线路不过载，系统不解列，这些便是电力系统稳态分析要研究的内容。
电力系统稳态分析这门课程是院级平台的专业必修课，是电机学、电磁场、自动控制理论以及高等数学在电力系统中的实际应用。
它既介绍了世界上最复杂的人造系统——电力系统的运行原理，也介绍了对电力系统运行的控制调整与优化调度方法，为电气各个方向提供了一个贴合实际的研究需求，也为将来深入研究电网相关方面的问题提供了一块敲门砖，在专业课程中具有十分重要的地位。
第1章电力系统基本概念
1.1主体知识总结
本章主要介绍了电力系统的组成，以及发、输、配、用四个环节的基本情况，并对整个电力系统运行的特点与要求进行了综述。
这一章虽然不涉及任何计算的东西，也十分基础，但却是电力系统稳态分析入门的敲门砖（也是后续发电同学要上的电力系统暂态分析，甚至是发电研究生科研的基础）。
例如这一章所提到的电力系统运行的特点是“电能不能大量存储”，那也就意味着电力系统中的功率必须是实时平衡的，这也才有后续的电力电量平衡，考虑实际的线路载流量，这才需要研究潮流分布问题，即计算电力系统潮流；再如电力系统运行的基本任务是向用户提供连续不断的优质的电能，这也就意味着电力系统需要抗住一定的冲击，也需要用一定的手段来维持电力系统的稳态运行，也就会有电力系统的有功功率调节与无功功率调节。
可以这么说，第一章所提出来的一些电力系统的特点与要求，都是我们后续在这门课程中需要解决的问题，有需求才会有问题，进一步才会有解决方法，这就是这一章想要告诉我们的东西。
那么言归正传，下面再来谈谈考试的问题。
1.2备考建议
对于这一章来说，考试题型主要是填空题和简答题，考察大家对于电力系统基本概念的掌握情况。
从去年考题来看，填空题考到了四个描述电力系统规模的基本参量（总装机容量、年发电量、最大负荷、最高电压等级），电力系统中负荷的构成（发电负荷，供电负荷，综合用电负荷，书上P10，第三节的图，尤其是发电的同学，需要好好理解，后续的课程设计中也会涉及），简答题考到了年持续负荷曲线的绘制（个人建议把几个负荷曲线都好好理解一下）。
除此之外，各元件的电压等级（发电机出口电压等级，变压器两侧电压等级）也是重点，对这一块理解不到位，后续计算变压器等效参数以及潮流时，都可能会出错（基准值选错）。
再有可能考到的就是电力系统的运行特点与基本要求，这是最基础的知识点。
第2章电网的正序参数与等值电路
2.1主体知识总结
这一章主要介绍了电力系统中各个元件的数学模型，是后续的各种分析的数学基础，是将实际物理电力系统抽象为数学分析模型的桥梁。
细心的同学可能发现了，本章的标题上有“正序”二字，那是不是也有“负序”的概念呢？
答案是确实有。
在稳态分析中，我们认为系统的三相网络参数、负荷都是对称的，因此正常运行方式下，三相电压电流也应该是三相对称的正弦波形式。
而在故障情况下（单相接地短路等不对称短路以及不对称断线），三相网络结构不再对称，虽然电压电流仍然是同频率的正弦波，但他们不再是对称的关系，此时就需要对其采用对称分量法进行分析（电机学和电路里其实也有讲到），这就引出了正序、负序以及零序的概念（后续暂态分析会学到）。
在本章要注意的第一个地方在于，三相电路转化为单相电路来分析时，一定要注意其中的元件都是Yy接法（如果不是需要转化成Yy接法）。
虽然说电力系统稳态分析里不会考这个，但这个概念对以后的科研都会有所帮助，就以绕线式异步电机为例，如果采用串电阻调速时，所串电阻的接法是三角形接法，应该先化成星形接法再进行计算。
那为何在电力系统中变压器往往是Yd11接法，为何没有变换这一步呢？
这就是本章的第二个重要思想——等效的思想，对于一个毫不知情的黑箱来说，我们只需要知道输入和输出的关系即可，至于内部到底是何种参数、以何种方式连接，都不重要。
因此我们在进行变压器参数实验测定时，是把它当成是Yy接法来测的（用等效电路代替，而代替的前提是能化成单相电路），所得的参数自然就不需要其他变化了。
最后一个需要注意的地方是，本章所有的电压量，电流量均为线值。
接下来，就来捋一捋本章的主要内容吧。
首先，本章介绍了输电线路单位长度电阻、电抗、电导、电纳的数学表达式以及他们分别对应的四种物理现象——线路热效应、磁场效应、电晕、电场效应，之后利用电报方程得出了输电线路的集中等效电路（pi形等值电路），这里采用了二端口网络的T参数矩阵来获得其等值参数，其中的等值参数表达式往往不需要记住，因为线路小于300km，电压低于220kV的输电线路，可近似用单位长度的阻抗导纳量乘以距离获得，这是目前大多是电网的现状。
在计算参数时，有一个小细节值得大家注意，就是导线型号中蕴藏的信息，例如LGJQ-2×300与2×LGJQ-300中的两个“2”分别表示2分裂导线与双回线。
后来讲到了变压器的等值电路。
需要掌握的知识点自然是双绕组/三绕组变压器（自耦变压器几乎不考）Γ等值电路中各个参数的计算方法（这里采用的是变压器的简化等效电路，并不是电机学中的T型等值电路）。
需要注意的是，表达式中的额定电压与额定容量均表示变压器自身的，而不是线路的额定电压与基准功率（回想一下变压器额定电压与线路额定电压的关系）。
而且变压器的额定电压总是针对主接头的，当分接头变化时，变压器的阻抗值也会有略微的变化，但常常忽略不计。
接着，考虑到我们的电网往往拥有很多个电压等级（过一个变压器就变一个电压等级），如果就用这样的值来计算的话，折算会非常的麻烦，因此就采取了标幺值的方法（电机学中也提到，当取用了标幺值进行计算后，电压电流量均不需要折算，再化为实际值时只需要乘以各自侧的基准值即可）。
因此，就开始介绍电网的标幺值等值电路。
对于线路来说，并没有什么特殊的地方，只需要除以基准值即可；对于变压器来说，它是在去除了励磁导纳后，将阻抗与理想变压器作为一个二端口等效的，计算时，千万不要忘了变压器的励磁导纳！
同时在电力系统稳态分析中，存在一个标幺变比，与电机学的区别在于，其考虑到了分接头，而电机学并没有考虑变比的变化。
2.2备考建议
再来说说去年这一章大概都考了些啥吧。
简答题第一道，就是这一章的题，要求对变压器的各个参数进行求解，并在标幺值条件下，计算电网等值参数。
总之，本章的重点在于变压器的等值参数的求解以及标幺值下电网等效电路中参数的求解，这也是后续各种分析的基础。
第3章输电线路运行特性与简单电力系统潮流估算
3.1主体知识总结
从这一章开始，我们就开始与电力系统中的潮流打交道了。
电力系统的潮流，与电网的安全稳定运行密切相关，通过对电力系统的潮流进行分析计算，可以判断一种待定的运行方式是否能实际投入运行（是否会使线路过载），可以判断在系统发生N-1断线情况下是否仍然能够正常工作，可以判断系统能够耐受的最大短路电流，可以确定最优发电生产方案。
因此，对潮流的研究是十分有意义的（回头想想，什么是电力系统的潮流？
）。
本章主要介绍了简单电力网络的手工估算算法。
本章的叙述思路仍然是由简单到复杂，先介绍电网中每个元件的电压降落与功率损耗，再到电网的潮流（辐射网与环网）。
对于主网来说，输电线路的电阻远小于电抗，且输电线路两端的电压相角很小，因此在相角不重要时，往往可以忽略横向分量（这一点在第五章中电压调整中用到了）以及有功功率（超前流向滞后）与无功功率（高压流向低压）的流向问题。
特别容易出错的一点在于电压损耗这一指标的求解，它是线路两端电压的模值之差除以基准值，并非向量之差的模值处于基准值。
还有一点，就是要明确提高输送功率的方法，这有可能会考简答或填空题。
元件的潮流分布介绍完以后，就开始研究电力网的潮流了，自然也是先从辐射网开始分析，主要的几种求解情况有已知同一点的电压和功率（直接推导末端即可）和已知一点的功率和另一点的电压（需要用前推回代方法计算）。
对于简单环网与双端供电网络来说，计算方法相对要复杂些。
详细方法不再赘述，接下来只谈谈其中的易错易混点。
其一，在进行负荷矩分析时，所用到的复功率均为运算负荷，并非母线负荷；其二，负荷矩中的复功率都是共轭；其三，不要简单地认为在电网中复功率共轭的标幺值等于电流的标幺值，这只是解环过程中的一种近似，忽略了串联损耗，实际上两节点线路上左右两侧功率流并不相等；其四，解环后，在两个辐射型网络中，还需要补充与电源相连线路的等值导纳所吸收的功率；其五，双端供电网络中，若要求采用有名值进行计算，则需用标幺值的结果乘以基准值来求解（熟练的可以根据物理意义来写），不可在有名值情况下使用本章推导的公式。
接下来以双端供电网络的潮流求解，举例说明这一点。
在标幺值下，双端网络的强迫功率流为：
其有名值为：
如果直接用标幺值计算公式来做有名值计算显然不对。
这原因也很简单，标幺值计算公式实际上计算的是电流，在标幺值下，忽略串联阻抗，电流标幺值等于复功率共轭的标幺值，因此有：
而这在有名值下不成立，要得到功率，需乘以额定电压。
这一点，在去年的考试计算题中有所体现。
第4章电力系统潮流计算的计算机算法
4.1主体知识总结
对于大型电力系统（成千上万个节点）继续采用人工求解潮流显得十分不现实，本章主要介绍了利用牛顿-拉夫逊法求解极坐标/直角坐标形式下的潮流的计算机编程实现方法以及其他几种常用潮流算法。
本章的核心数学模型为电力网络方程（实际上就是节点电压方程转化而来），后续所有的结论都从这一个方程组中获得。
在电力网络方程中，重点在于节点导纳矩阵的形成，节点导纳矩阵的特点（去年考试简答有一道为何当没有接地支路时，节点导纳矩阵不可逆），节点阻抗矩阵的物理意义，极坐标形式下的节点功率平衡方程（直角坐标系下不常用）等。
对于节点功率平衡的极坐标形式需要分析这样一个方程组，一共有2n个方程组（P方程有n个，Q方程有n个），6n个变量（PG，PL，QG，QL，U，），在实际系统中，往往负荷已知，若给定所有的发电机电压，该方程将表示一个强迫潮流（未必有解）。
于是又引入了三类节点分类：
PV节点、PQ节点与平衡节点（V节点），对这三类节点的意义也是一个重要的考察点。
得到了方程，确定了三类节点，之后就是求解问题了，求解过程中主要用到了牛顿-拉夫逊法，重点在于雅可比矩阵的形成与特点。
对于在求解迭代过程中用到的雅可比矩阵分解方法例如LU分解、cholesky分解，考试中不会涉及，这往往是在编程实践中需要用到的方法以提高求解效率。
还有一个小问题就是稀疏矩阵的问题，由于节点导纳矩阵以及雅可比矩阵零元素比较多，为了解决内存，并提高求解速率，采用了稀疏矩阵的数据存储方式，大家需要注意一下稀疏矩阵的存储方式。
其次就是其他几类的潮流计算方法（PQ分解法、直流潮流、最小二乘潮流），需要注意的是PQ分解法虽然假设比较宽松，认为有功只和相角有关，无功只和电压有关，但其判敛条件与牛拉法相同，因此得到的结果仍然是精确解；而直流潮流是忽略了电阻的影响，将迭代过程变为了一次性求解，这得到的结果是十分粗糙的，目前也只是在主网中对线路中有功功率流进行估算的一种方式，在配网中往往用线性化潮流或是二阶锥优化潮流；最小二乘潮流实际上是将功率偏差平方和电压偏差平方作为目标函数进行最小化求解的一个优化问题，在真解处，目标函数为零，进而得到潮流的解。
4.2考题回忆
本章内容在去年的考题中出现了两道，一道是前面提到的简答题，还有一道是生成电力网络的节点导纳矩阵，雅可比矩阵，计算量稍微有点大，十分容易算错。
第5章电力系统正常运行方式的调整与控制
5.1主题知识总结
在电力系统运行的过程中，干扰无处不在，绝对的稳态是不存在的（一个稳态到另一个稳态的过渡可以近似看成准静态过程），那么要维持电力系统的稳定运行就必须要采取一些手段来对系统中可调控设备的状态进行调节以保证系统的稳定运行。
这就是本章所要研究的主要问题。
总体来说，相比前4章，本章的知识运用会更加灵活，也更加需要对电力系统有一个深刻的认识，因此难度是整个电力系统稳态分析课程中最大的一部分。
本章首先介绍的是电力系统有功功率与频率的调整（频率调整的意义大家需要注意一下），主要分为三阶段——一次调频、二次调频和三次调频。
对于一次频率调整，主要是针对秒级，分钟级快速变化的负荷，例如某个时刻开了一个灯或是关了一台风扇。
在这一部分有三个工频调节系数，大家需要好好的理解。
其一是负荷的功频调节系数，表示单位频率增加所引起的负荷消耗有功功率增加；其二是发电机的功频调节系数，表示单位频率增加所引起的发电机发出有功出力的减少，对于发电机组来说，在有名值下，其功频调节系数满足各机组的功频调节系数之和，还需要特别注意调差系数的单位（自带%，应该为发电机的功频调节系数的标幺值的倒数乘以100）；其三是系统的功频调节系数，表示标称负荷的变化引起的系统频率的变化，其值越大，代表负荷变化对系统频率的影响越小，系统频率越稳定。
整个一次调整的过程可以描述为标称负荷的增加导致发电机的输出功率小于负荷所需功率，发电机转速下降（释放动能），出力增加，系统频率下降，负荷所需功率下降，直到达到新的稳态平衡点。
在这个过程中，由于负荷的标称值变化，因此负荷功频曲线发生了上下平移，但发电机的设定功率Pset未变，因此发电机功频曲线并没有移动，三个功频系数的体现在于：
标称负荷变化&频率变化=>系统功频调节系数，负荷功频曲线斜率=>负荷功频调节系数，发电机的出力变化&频率变化=>发电机的功频调节系数
对于二次频率调整，是对一次频率调整的补充。
因为一次频率调整是有差调节，当负荷变化过大时，会使频率越界（50±0.2Hz），而二次频率调整主要是调整发电机的设定功率Pset。
同时这样的调整往往是按区域来进行的，即对互联的电力系统内部的所有机组进行调整，因此便引入了区域控制误差系数（ACE），主要针对两个量：
频率（互联系统频率必定相同）与联络线上的功率（签协议，偏离要赔钱）的线性组合。
为了考虑稳定性与经济性，控制方式主要有恒定频率控制方式、恒定净交换功率控制方式、联络线功率和频率偏差控制方式。
这里有一个十分重要的结论：
当所有区域的ACE为零时，频率变化为零，联络线功率变化也为零。
这条结论是之后进行功率分配的基础，平衡的原则是自己内部的负荷自己满足。
于是便有了将-ACE（在第三种控制方式下，联络线功率的变化量系数取1，频率变化量系数取系统功频调节系数，-ACE实际上就等于负荷增量）按某种原则分配下去以实现区域内部功率的自平衡（按备用容量或按爬坡速率）。
对于三次频率调整，实际上是在二次调频的基础上，考虑经济性，对有功功率的重新分配。
其中的一个分配原则就是本章第三节所提到的有功功率经济调度——在考虑/不考虑网损，火电/火电水电联合调度下的等微增率原则。
对于这样的经济调度问题，在考试中，不会考特别麻烦的，最多考察一下两个机组之间的经济调度问题，去年最后一道计算题就是这样，基本上不用算就可以直接看出答案。
核心步骤如下：
①划分时段（负荷功率相同的区间可以合并为同一个）
②按时段列写等微增率方程
③按时段列写功率平衡方程
④有水电，则按水电厂列写水量平衡方程
⑤求解方程组
说了这么多，接下来就总结一下这些频率调整的关系：
1）首先，一次频率调整每时每刻都在发生，所有机组都参与，且在一次调频过程中，发电机组的出力与f有关；
2）其次，二次调频每个一段时间进行一次，部分发电机组参与，在调整过程中，发电机组的出力为；
3）最后，三次调频为在二次调频基础上发电机组出力的重新分配。
例如，有这样一个问题，一个发电厂，先经历了一次调频，后参与到二次调频中，问一次调频出力变化多少，二次调频出力变化多少。
这就需要对三层调频的关系十分清楚才能回答上来，结果如下图所示。
说完了电力系统的有功功率与频率的调整，接下来该讨论讨论无功功率与电压的调整了。
这一部分本来应该要比有功功率调整要困难得多，但是书上将这一部分简化了，利用辐射网的潮流计算就能解决。
对于电压调整来说，由于系统中节点众多，想要考虑到每个节点，实现起来十分困难，因此采用了中枢点电压管理的方式，将分散负荷对容许电压的要求集中体现为对中枢点电压的要求。
调压方式需要大家理解一下，主要有三种，顺调压、逆调压以及恒调压。
这些名字的来历是，一般在大方式下运行时节点电压较低，小方式下运行时节点电压较高，若大方式下运行的电压大于小方式下运行的电压则称为逆调压，顺调压则没有这一要求。
调压的措施主要有调节机端电压（有先考虑的方式）、调节变压器分接头、并联无功补偿、改变线路电抗（串联电容器）。
总的来说，这一部分除了一些概念比较新，其余的计算方法完全可以按照第三章所介绍的方式进行。
考试中偏向于简答题。
第6章直流输电与柔性交流输电
目前随着电力系统的不断发展，电力系统的容量规模不断扩大，同时我国目前源荷分布不均匀，用户对电力的需求不断上升，跨区域跨省市互联的电网将会层出不穷，这就要求我们降低输电线路的损耗，采用大容量、低损耗、环境友好的输电方式以及超大规模超/特高压的交直流混联复杂电网。
而电力电子设备的引入，导致系统对频率的敏感性不足，同时在交直交的逆变过程中也可能出现逆变失败的情况，大大降低了电力系统的灵活性，因此研究这些电力电子设备的动态特性，以及柔性交流输电设备的特点，将会为未来的更大规模的电力电子设备的渗透提供一个解决方案。
本章主要介绍了直流输电的工作原理以及一些柔性交流输电设备的原理特性。
虽然说这一章里有许多公式和有关电力电子设备的原理，但其实我们在电力电子课程中基本都有接触过，在考试方面对这一章要求不高，只需要有一个基本概念即可。
例如直流输电环节由哪几部分组成，有什么优缺点、柔性交流输电设备有哪些等等。
学习心得总结
以上就是我对电力系统稳态分析这门课程的全部理解。
限于笔者水平，文中疏漏和不妥之处在所难免，希望各位学弟学妹们用批判的眼光看待这篇文章，有问题随时欢迎交流。
接下来，分享一下备考经验吧。
首先分析一下去年考试情况，去年考试的题型主要是有填空题，简答题和计算题。
对于填空题来说，考的大部分是比较基础的概念，要看个人对电力系统的了解程度。
简答题是大头，题量特别的大，在这一块不必答得太详细，简答就行，否则很有可能做不完整张试卷。
计算题部分相比平时的作业题来说，要简单基础不少，只要注意一下基本概念，以及容易出错的地方，基本上没有特别大的问题，不过需要做好计算量很大的准备，因为可能会出计算节点导纳矩阵，以及雅可比矩阵的形成。
决定成绩高低的，往往是简答题的分数，因为计算题即使得数不对，过程是对的话，也会给相当大的一部分分数。
因此，在复习阶段，应该以简答题为主，而简答题是需要考察对电力系统基本概念与特殊问题的理解，例如为什么我国要设定额定电压等级、为什么当电网当中不存在接地支路的时候，节点导纳矩阵不可逆、什么是自动发电控制AGC，如何进行有功功率及频率的控制、进行无功功率与电压调整的方式有哪些，等等。
这些问题的答案在教材中都有所涉及，建议考前以教材为主，反复消化理解书中所涉及到的一些重点的问题，同时可以关注一下一些比较细小的常识性的知识点，例如衡量电力系统规模的几个参数等，有可能会在填空题里涉及。
对于计算题，大家把平时的作业都理解透了最后考试肯定没有任何问题，甚至会觉得很轻松。
最后还有一个问题就是心态了，在考试过程中，不要把分数看得太重要，然后一直暗示自己这次考试一定要考多少分，这样很有可能碰到一个稍微难点的问题就把你的阵脚打乱了，最终适得其反。
要知道一场考试并不能说明什么，也不能决定什么，一切都在于人想要做什么，是否尽了全力；要相信只要有付出就一定有收获，时间会证明一切。
好好复习，稳扎稳打，放宽心态，相信前程似锦，美好的明天在等着你们！
最后祝各位备考电力系统稳态分析这门课的同学，考试顺利！
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