《电气工程基础》课件

电气工程基础欢础课课将带领迎参加《电气工程基》程本程您探索电气工程的基本原理、核应为习坚础组心概念和重要用，您的工程学打下实基从电力系统的成到电气设传术来们将绍备的工作原理，从统发电技到智能电网的未发展，我全面系统地介电气工程的各个方面论专还识专课无您是电气工程业的新生，是希望拓展知面的其他工程业学生，本将为专识现程都您提供清晰的概念框架和实用的业知，帮助您理解代社会电力系趋势统的运行原理和发展课程目标和学习成果掌握核心概念熟悉系统组成论场组理解电气工程的基本原理和核心理，包括电路分析、电磁理了解电力系统的整体架构和主要成部分，掌握发电、输电、配论转换为续专课习础环节和能量原理，后业程学打下基电和用电各个的基本工作原理应用分析方法拓展前沿视野习计稳趋势术学电力系统分析的基本方法，包括潮流算、定性分析和故了解电气工程的最新发展和前沿技，包括智能电网、新能计养问题术应养创维障算，培工程分析与解决能力源技和电力电子用，培新思电气工程的重要性和应用领域能源转换与供应转换应础终应链电气工程是能源和电力供的基，支撑着从发电到端用户的整个电力供，产稳应确保社会生和生活的定电力供工业自动化与控制术应过领过驱现电气工程技广泛用于工业自动化和程控制域，通电气动和控制系统实生产过程的自动化和高效率运行交通与电动汽车轨领关键术在道交通和电动汽车域，电气工程提供的动力系统和控制技，推动交通工具的电气化和智能化发展通信与信息技术为术础络电气工程通信和信息技提供物理基，支持各类电子设备和通信网的能源需求和信号处理电力系统概述发电环节将转换为过一次能源电能的程，包括火力、水力、核能和新能源发电等多种形式输电环节过压线将规负区通高输电路大模电能从发电厂输送到荷中心域配电环节将压终电能分配到各个用户，降低电至适合端使用的水平用电环节终对费端用户电能的消和利用，包括工业、商业和居民用电电力系统的主要组成部分发电设备组辅负责转换发电机及其助设备，能量变电设备压开关现压转换变器、设备、互感器等，实电和系统保护输配电网络线传输电路、电缆、杆塔等，构成电能输通道监控与保护继监测稳电保护、自动化设备、系统，保障系统安全定运行发电原理和类型火力发电水力发电烧产热过产势过带燃煤、油、气等化石燃料生能，通利用水位落差生的能，通水轮机动带蒸汽轮机动发电机发电发电机发电热约•效率35-45%•可再生能源，无污染对较调•建设周期短，发电成本相低•运行成本低，峰能力强新能源发电核能发电热资应释热产驱利用太阳能、风能、地能等可再生源发利用核裂变反放的能，生蒸汽动电汽轮机发电环资续•境友好，源可持•能量密度高，无温室气体排放术续稳•技快速发展，成本持下降•运行定，基荷能力强火力发电厂的结构和工作原理燃料系统负责储为锅燃料的接收、存、处理和输送，炉提供合适的燃料锅炉系统烧产压过热燃燃料生高温高蒸汽，包括汽包、器、省煤器汽轮机系统等部件将热转换为驱转转蒸汽的能机械能，动发电机子旋发电机系统将转换为机械能电能，输出到电网冷却系统环热冷凝排气蒸汽，形成水循，提高效率水力发电厂的结构和工作原理水库系统拦库储过调节库还综截河流形成水，存水能，通水位控制发电量水具有防洪、灌溉、航运等合效益进水系统进压将库进栅栏杂进压将包括水口、力管道等，水中的水引入水轮机水口设有，防止物入，力管道水引至水轮机水轮机击产转击选择水流冲叶片生机械动，常见类型包括冲式、反动式和混流式水轮机，根据水头高度不同类型发电机组驱将转换为为轴结转较对数由水轮机直接动，机械能电能水轮发电机通常立构，速低，极多尾水系统过将过计组通尾水管经水轮机的水排回下游河道，其设影响发电机的有效水头和效率核能发电厂的结构和工作原理安全系统多重屏障防护系统控制系统应精密控制核反速率热交换系统热换一回路与二回路交反应堆系统产热核裂变生能的核心铀应进应释热这热剂压核能发电的基本原理是利用-235等裂变材料在反堆中行可控核裂变反，放大量能些能被冷却（通常是水）吸收，形成高温高蒸汽或通过热换产驱转带交器生二次蒸汽，动汽轮机旋，动发电机发电现压术线压压腾过将热传给产代核电厂主要采用水堆和沸水堆两种技路水堆采用双回路系统，一回路水在高下不沸，通蒸汽发生器量递二回路生蒸汽；沸水则单计应驱堆采用回路设，反堆中的水直接汽化动汽轮机新能源发电技术简介风力发电太阳能发电生物质能发电驱转过热废弃质为利用风能动风轮旋，通齿轮箱（或直包括光伏发电和光发电两种形式光伏发利用农林物、城市垃圾等有机物作驱带现组单导应将转进过烧产系统）动发电机发电代风电机电利用半体材料的光电效直接光能燃料行发电通直接燃、气化或沼为换为热则过产转为热机容量可达10MW以上，海上风电成新增电能；光发电通聚焦阳光生高气等多种方式化能或可燃气体，再通较过传热环过规热环质资长点风电具有零排放、能源密度高的优温，再通统力循发电太阳能发电常力循发电生物能发电具有临选战术续时点，但也面间歇性和址限制等挑技正快速发展，成本持降低，但受天气源可再生、碳中和等特点，同有助于解决昼废弃问题和夜变化影响大物处理发电机的基本原理磁场产生机械旋转励产稳场驱转转磁系统生定磁原动机动子旋电动势感应磁通切割绕组应压导线定子感电体切割磁力应当导场对时导应势转场发电机的基本工作原理基于电磁感定律体与磁之间存在相运动，体中会感出电动在实际发电机中，通常采用动的磁转静导绕组产应势（子）切割止的体（定子），生感电动转过励产场驱转转场对绕组转绕组应势子通磁系统生磁，原动机（如水轮机、汽轮机等）动子旋，使磁相于定子动定子中因此感出交变电动，形应应势场导对成交流电输出根据法拉第电磁感定律，感电动的大小与磁强度、体长度和相运动速度成正比同步发电机的结构和工作特性定子结构转子结构励磁系统静转转励为转励定子是同步发电机的止部子是发电机的旋部分，磁系统子提供直流绕组隐分，由定子铁芯、定子主要有凸极式和极式两种磁电流，控制发电机输出电组结转数压现和机座成定子铁芯采用构凸极式子极多，代发电机多采用无刷压内开隐励过转硅钢片叠而成，部有适用于水轮发电机；极式磁系统，通旋整流器绕组转结紧将为槽，嵌入三相定子定子构凑，适用于汽轮交流电整流直流电，供绕组为层绕组转励绕给励绕组子通常三相双，发电机子上装有磁主磁，避免了碳刷绕组组产环维问题各相在空间上相差120°，通入直流电后生主磁和滑的护，提高了场转转带场转电角度，是输出电能的主要，子旋动磁旋，可靠性绕组产应部件切割定子生感电动势冷却系统时产大型发电机运行生大量热热量，需要有效散根据容量大小，采用空气冷却、氢气冷却或水冷等不同冷却氢方式气冷却具有良好的热散性能和低风阻，常用于则大型汽轮发电机；水冷用组绕组于特大型机的定子直接冷却变压器的工作原理交变电流产生交变磁场级绕组过时产初通交流电流，在铁芯中生交变磁通•遵循安培定律•磁通与电流成正比交变磁场在铁芯中传播过级绕组铁芯提供低磁阻通路，使磁通几乎全部通次匀•磁通密度均分布•几乎无磁通泄漏次级绕组感应电动势过级绕组应势交变磁通穿次，根据法拉第定律感出电动势数•电动与匝成正比势•电动与磁通变化率成正比输出变换后的电能级侧压级侧压关现压换次输出电与初电成比例系，实电变压数•电比等于匝比•功率近似守恒变压器的等效电路和参数计算数测参物理意义量方法影响因素励损载试验结磁阻抗表示铁芯耗和磁空铁芯材料、构化特性试验绕组结漏抗表示漏磁通引起的短路构、排列方感抗式绕组绕组损测导线积电阻表示铜直流电阻量、短材料、截面试验路压时压试验阻抗电短路的外加电短路漏抗和电阻大小百分比压压数将压杂关简为变器的等效电路是分析变器电气特性的学模型，变器的复电磁系化电路压损过压础元件在等效电路中，变器的耗和非理想特性通在理想变器基上添加电阻和电感来表示过开载试验试验压数载试验测通展空和短路，可以确定变器等效电路中的各个参空主要量励数试验则测绕组这数评压进磁支路参，短路用于量漏抗和电阻些参是估变器性能和行系计统分析算的重要依据输电线路的基本概念500kV特高压交流压级我国骨干输电网电等±800kV特高压直流术长距离大容量输电技1000km经济输电距离压势特高直流输电经济性优距离95%传输效率现压线传代高输电路的能量输效率线连传侧传侧关键环节规扩现术输电路是电力系统中接发电厂和变电站的电力输通道，是电能从发电输到用户的随着电力系统模的大和输电距离的增加，代输电技断压级断损不发展，电等不提高，以减少输电耗，提高输电效率和经济性线结为线线压级为压压压线为线线输电路根据构可分架空路和电缆路；根据电等可分高、超高和特高路；根据电流类型可分交流输电路和直流输电路不同类型的输线术应环综选择电路具有不同的技特点和适用条件，在实际用中需要根据输电距离、容量、境等因素合输电线路的电气参数电阻参数电感参数电容参数电导参数导线产热损导线导线绝缘中的电流流动会生交流电流在中流动会在输电路与大地之间以及不同空气电离和子表面泄漏造这损过数线围产场导线场线线对耗，种耗通电阻参表周生交变磁，形成自相之间存在电，形成成路地的电流泄漏，表示线导线现现为线对为线导数导数示路电阻与材料、截感和互感象，表路的路的地电容和相间电容电路的电参电参积关铝绞线数数导线数导线对绝缘质湿面和温度有，的电电感参电感参与排容参与地高度、相间与子量、空气度和污约为导线径导线径关导秽关导数阻率

0.0328Ω•mm²/m列方式、相间距离和半距离和直有电容程度有电参通常很损关导线现线湿严秽电阻造成的耗与电流的平方有电感致路上出感致路中存在充电电流，影响小，但在高度和重污条线损压数线压稳显导损成正比，是路主要的能量抗，引起电降和功率因降路的电分布和定运行件下会著增加，致功率耗低耗增加输电线路的等值电路集中参数模型线对适用于短路（80km），忽略地电容简为•化串联阻抗计简单误•算，差小π型等值电路线适用于中等长度路（80-240km）虑应•考电容效为•电容分两部分T型等值电路计线适用于特定算需求的中等长度路为•串联阻抗分两部分•电容集中于中点分布参数模型线适用于长路（240km）虑数线•考参沿分布络•使用双端口网方程线线数将线结简为组线输电路的等值电路是分析路电气特性的学模型，路的实际物理构化基本电路元件的合根据路长度和精度要求，选择计获满结可以不同的等值电路模型，在工程算中得足精度要求的果架空输电线路的构造导线系统导线压线铝绞线铝绞线线是输送电能的主要部件，高路多采用或钢芯（ACSR）大容量路常采导线晕应线导线选择综虑载用分裂，减小电效和路电抗的需合考流量、机械强度、经济性等因素杆塔系统导线结为线转终杆塔是支撑的构，根据功能分直塔、角塔、端塔等材料主要有钢材、混凝土和计虑导线载宽证复合材料塔型设需考布置、荷条件、通道度等因素，保足够的安全裕度和经济性绝缘子系统绝缘绝缘绝缘绝缘绝缘子用于电气和机械支撑，主要类型有瓷子、玻璃子和复合子根据使用方为悬线绝缘绝缘计虑频过压过压环式分式、柱式、路子等配合设需考工电、雷电电和境条件保护系统线线线导线线保护系统包括避雷（地）、接地装置和防振装置等避雷安装在上方，保护路免受击导线劳损伤雷；接地装置确保杆塔有良好的接地性能；防振装置减小振动，防止疲电缆输电线路的特点结构特点压导绝缘层层铠层组导铝绝缘高电缆由体、、屏蔽、金属装和外护成体多采用铜或，材料包纸现压绝缘括交联聚乙烯（XLPE）、油浸等代高电缆多采用干式XLPE，具有良好的电气性环能和保特性优势线积区辐觉电缆路不受气象条件影响，可靠性高；占地面小，适合城市密集域；无电磁射和视环击过过污染，保性好；不易受雷和外力破坏，安全性高在城市供电、江海和重要设施供电中具有不可替代的作用局限性线热载电缆造价高，是同容量架空路的3-10倍；散条件差，流量受限；电容电流大，需采取偿难维较为补措施；故障定位和修复度大，护成本高；使用寿命短，一般30-40年因此主要场负用于特殊合或重要荷供电施工与维护环节术电缆施工包括电缆沟道建设、电缆敷设、接头制作等，要求技精湛敷设方式有直埋、环节严质维载管道、隧道和架空等电缆接头是薄弱，需格控制制作量运行护需注意流量控过热绝缘测试制、防止和定期等高压开关设备概述压开关调节关键断开关负开关开关断这压级灭高设备是电力系统中控制、保护和电流流动的装置，主要包括路器、隔离、荷、接地和熔器等些设备根据电等、安装方式和质产应应场弧介的不同，形成丰富多样的品系列，适各种用景现压开关环绝缘术线监测术现代高设备向着智能化、小型化、保化方向发展采用SF6气体、真空和固体技，提高了设备的可靠性和安全性；引入微处理器控制和在技，实状态时监预环结计对环了设备的实控和故障警；使用保材料和构设，减少了境的影响，提高了设备的使用寿命断路器的工作原理和类型操作或故障正常导通闸接收到分信号闭过触头合，电流正常流触头分离产现生电弧象电流切断电弧熄灭断过完成路程过灭质通弧介冷却和拉长电弧断灭质为断灭断压缩压断路器根据弧介和原理的不同，可分多种类型油路器利用油的弧性能，但存在火灾风险；空气路器使用空气吹弧，适用于中低；SF6绝缘灭应压断环绝缘压路器利用SF6气体优异的和弧性能，广泛用于高系统；真空路器在真空境中快速恢复，适用于中系统现断术趋势环线监测术现状态评开代路器技发展包括采用保型气体替代SF6；使用智能化操动机构提高可靠性；引入在技实估；发新型材料提高电寿命三计结紧维相一体化设和模块化构也使设备更加凑和护便捷隔离开关和接地开关的作用隔离开关的作用与特点接地开关的作用与特点开关断开断开关将断线连释残隔离主要用于在电路已经电流的情况下，提供可见的接地用于已经电的设备或路与大地可靠接，放开维员灭严带负应压检开关开点，确保修人的安全它不具备弧能力，禁荷操留电荷，防止感电，确保修安全接地通常与隔离顺闸时应断开关闸时关锁误场作在操作序上，合先合路器后合隔离；分机械联，防止操作在一些特殊合，如地铁供电系统，则断开关带负开关先分路器后分隔离也使用荷接地能力的快速接地显断开释线残•提供明的点•放设备或路上的留电荷检检应压•隔离设备便于修•防止修设备感高电灭断负维员•无弧装置，不能切荷电流•确保修人工作安全简单开关锁•操作机构，成本低•通常与隔离有联装置现开关开关遥传现远监在代电力系统中，隔离和接地正向着控化、智能化方向发展引入电动操作机构和位置感器，实程控和操作；采用锁误状态监测这术进可靠的联机制，防止操作；集成功能，提高设备可靠性些技步使得电力系统操作更加安全、便捷和高效互感器的原理和应用测为压将互感器是电力系统中的重要量和保护设备，根据功能分电流互感器CT和电互感器PT/VT电流互感器系统中的大电流按比例换为标为测压则将压换为标压为变准小电流通常1A或5A，便于量仪表和保护装置使用；电互感器高电按比例变准低电通常100V或100/√3V应压计显侧为导线测互感器工作原理基于电磁感定律，与变器类似，但在设和使用上有著差异CT的一次少匝粗，串联在被电路中；二次侧为细导线测侧为细导线测侧数较现术现多匝，接量或保护设备PT的一次多匝，并联在被电路上；二次匝少代互感器技发展迅速，出测了电子式、光电式等新型互感器，提高了量精度和运行可靠性电流互感器的选择与使用额定变比选择额应线负负额为现数电流互感器的定一次电流略大于路最大荷电流，通常取最大荷电流的

1.2-

1.5倍二次定电流一般5A或1A，代字化系统多采用1A变选择测比合适可以确保量精度并延长设备寿命精度等级确定选择级计为级级线级根据用途合适的精度等量用互感器精度要求高，通常

0.2或

0.5；保护用互感器要求在大电流下保持性特性，常用5P或10P某应计费计级级些特殊用如量可能要求更高精度的

0.1或

0.2S电流互感器额定负荷计算负连侧继连线负应额负围内过轻过电流互感器的二次荷是指接在二次的仪表、电器和接的阻抗总和二次实际荷在定荷的25%-100%范，或重都会测现负较轻负过轻影响量精度代电子设备荷，需注意二次荷不能安全系数评估计较数过载时饱则较数量用电流互感器需要小的安全系（FS≤10），确保能够和保护仪表；保护用电流互感器需要大的准确限值系（ALF≥10），确保在短路大电流下仍能正确反映电流值，使保护装置可靠动作绝缘水平选择绝缘应压级应虑频压击压环秽区虑绝缘电流互感器的水平与安装位置的系统电等相适，考工耐和雷电冲耐水平特殊境如高海拔、高污域需考爬距增加和防污措施电压互感器的选择与使用额定电压选择精度等级确定额定容量确定压额压应应场选择当级压额应满电互感器的定一次电与系统根据用合适的精度等电互感器的定容量足二次回额压对压计压负连定电相匹配于相电接入的电能量用电互感器通常要求

0.2路的荷需求，包括所有接设备和压额压为额级级继级线损为电互感器，一次定电系统或

0.5；电保护用可采用1或路耗通常容量10VA、15VA、压对线压级质监测级规现定电除以√3；于电接入的，3；电能量可能需要

0.1高25VA、30VA、50VA等格代电则额压额压级选择负虑线较直接采用系统定电二次定精度电互感器精度等的直子仪表荷很小，但需考路长压为测结导压电通常100V或100/√3V，便于接影响量果的可靠性致的降影响标准化仪表使用铁磁谐振防护压电互感器在系统中容易与系统电容谐产谐现形成振回路，生铁磁振象，导过热压致设备和二次电波形畸变选择结防护措施包括合适的互感器构、侧在二次加装阻尼装置、采用抗铁磁谐计振设等压过问题须进侧严则电互感器在使用程中需注意以下二次回路必接地，通常在靠近互感器的一点行；二次禁短路，否导过热损开压谐现时谐会致互感器坏；避免路运行，防止二次电升高危及人身安全；防止铁磁振象的发生，必要加装消对测还虑环对误装置于高精度量，需考境温度差的影响发电厂电气主接线灵活性应适不同运行方式可靠性应连续确保电力供经济性资设备投合理扩展性满来足未发展需求线连关线计综虑组数结发电厂电气主接是发电厂电气系统的骨架，表示主要电气设备之间的接系主接设需合考发电厂类型、容量、机量、电网构及重要性等资线单线线线线线环线因素，既要确保供电可靠性，又要控制工程投常见的发电厂主接形式包括母接、双母接、桥形接和形接等现线计来节环进绝缘闭组传开积数代发电厂主接设越越注重智能化和能保采用先的CGIS（气体金属封合电器）替代统敞式配电装置，减小占地面；引入字化术监测状态压级线应线选择资技设备；集成新能源发电系统接入方案；配置双高等出系统，增强电网适性主接的直接影响电厂的安全运行和投效益变电站电气主接线单母线接线形式及特点单母线接线结构单母线接线特点单线线线线组线断结简单资继简母接是最基本的母接形式，由一母、若干路器优点构，设备少，投低，操作方便，电保护配置开关组线压过断单和隔离成每个回路（路或变器）通一个路器和适用于供电要求不高的小型变电站和配电站应开关线连压相的隔离与母相在小型变电站或低电配电系统中，线检时线导检时简为开关组缺点母修需全站停电；母故障会致全站停电；修有化保险与隔离合断时应来说单线线较路器相回路需停电总体，母接的可靠性低，断单线线为单线单势显根据有无分段路器，母接可分不分段母和分段但成本优明线单线过断将线为母两种形式分段母通分段路器母分两段或多单线线线围分段母接可以降低母故障影响范，提高系统可靠性，段，提高系统灵活性和可靠性资积但增加了设备投和占地面单线线应压级负矿对母接在实际用中通常用于35kV及以下电等的小型变电站、荷不太重要的配电站以及工企业的配电系统随着社会供电纯单线线应围缩来单线线可靠性要求的提高，粹的母接用范正在小，越越多的变电站采用分段母或其他可靠性更高的接方式双母线接线形式及特点双母线结构组线线线断组由两完全相同的母（工作母和备用母）及母联路器成断组开关•每个回路配备路器和两隔离连组线•母联设备接两母选择线•可根据需要母运行方式优点分析较具有高的运行灵活性和供电可靠性检线•可在不停电情况下修任一母单线导•一母故障不会致全站停电组负转•便于系统分运行和荷移检断•可在不停电情况下修路器缺点分析资积较设备投和占地面大组开关•每个回路需两隔离杂对员•操作程序复，运行人要求高继较杂•电保护配置复断围•母联路器故障影响范大运行方式调常见运行方式多样，可灵活整线负线•两母并列运行，荷分配到两母线线•一母运行，另一母作备用线组•两母分段运行，系统分线独•两母不并列立运行桥形接线及其应用单桥形接线双桥形接线一个半断路器接线简单线断连断连线称断线最的桥形接，由三个路器接两个电由五个路器接两个电源和两条路，形成又三路器两元件接，每两个元件共用三线连断结单线断断连源和两条路每个元件接两个路器，任一个五边形构相比桥形接，增加了两个路器相邻元件之间有一个路器接，断检时断断链这线一路器故障或修，所有元件仍可保持运个路器，提高了系统灵活性和可靠性双桥形成一个路器种接方式可靠性高，这线资简单线应资杂行种接形式设备少，投低，操作，形接设备适中，可靠性高，广泛用于中型运行灵活，但设备投大，控制保护复，主较别线压压压但灵活性差，适用于小型变电站变电站，特是两回路和两台变器的布置要用于特高和超高变电站线线线过断连线带来桥形接是一种无母接方式，直接通路器接各元件，避免了母故障的全站停电风险它具有设备少、可靠性高、占地小的特点，别环应规来扩选择线特适合输电型变电站和网配电站在实际用中，需根据变电站模、重要性和未展需求，合适的桥形接类型电力负荷特性及分类按用电性质分类负•工业荷电动机、电炉、电解设备等负产•农业荷灌溉、农品加工等负场办楼宾馆•商业荷商、公、等负•居民荷家庭用电设备负•公用设施荷交通、照明、通信等按重要性分类级负断将损•一荷中造成重大失级负断将较损•二荷中造成大失级负对断负•三荷中不敏感的一般荷级负别为别负术一荷中特重要的部分特重要荷，如医院手室、核电站控制系统等按负荷特性分类负热•阻性荷电器、白炽灯等负压•感性荷电动机、变器等负•容性荷电容器、长电缆等线负频•非性荷变器、电弧炉等按用电规律分类础负稳负•基荷全天定运行的荷负额负•峰值荷用电高峰期的外荷节负节负•季性荷随季变化的荷负规负•周期性荷有律变化的荷负荷曲线和负荷预测方法电力系统的频率与有功功率平衡功率平衡状态负荷突增负时频稳转频发电功率等于荷功率，率定子减速，率下降频率恢复调速器响应重新达到功率平衡增加汽轮机功率频状态标负关当负时频稳当负电力系统的率是衡量系统运行的重要指，反映了系统发电功率与荷功率的平衡系发电功率等于荷功率，系统率保持定；发电功率大于荷功率时频当负时频频围为额围将，率上升；发电功率小于荷功率，率下降系统率的正常变动范通常定值的±

0.2Hz，超出此范影响用电设备正常运行频调节为调频调频调频调频组调应频调频过协调电力系统的率分一次、二次和三次一次依靠发电机的速器自动响率变化；二次通自动发电控制系统（AGC）各发电厂的出调频则过调调组组现还侧应术过调负频调节调频稳力；三次通度指令手动整发电机出力或启停备用机代电力系统引入了需求响技，通整可控荷参与率，提高系统的能力和定性电压与无功功率控制发电厂电压控制过调节励通发电机磁电流变电站电压控制载调压压偿利用有变器和无功补设备系统协调控制3层区压采用分分电无功优化控制压关关来说节压则电力系统的电与无功功率密切相，二者之间存在着相互影响的系一般，增加无功功率注入可以提高点电；增加无功功率吸收会节压压节压许围内为额时线损降低点电电控制的目的是保持系统各点电在允范，通常定值的±5%，同使系统无功功率分布合理，减少路耗偿静态态静态偿压搅态偿电力系统常用的无功补设备包括和动两类补设备有并联电容器、并联电抗器和高并联电抗器（珠）等；动补设备包括同调静偿静偿现来步相机、止无功补器（SVC）、止同步补器（STATCOM）和统一潮流控制器（UPFC）等代电力系统越越多地采用基于电力电子术进压应对带来压问题技的灵活交流输电系统（FACTS）设备行电控制，以新能源发电并网的电波动电力系统的经济运行60%发电成本占总运行成本比例15%输电损耗损平均网率20%节能潜力过调节约通优化度可5%碳减排调经济度年减排潜力标满约满负传调虑组过调电力系统经济运行的核心目是在足安全束条件下，以最小的运行成本足荷需求统的经济度主要考火电机的燃料成本最小化，通整各发电机组这过组线组的出力，使系统总发电成本最低一程需要建立准确的发电机成本特性曲，并采用优化算法求解各机的最优出力现临战传调虑场代电力系统经济运行面新的挑和机遇随着新能源发电比例增加，统的经济度模型需要考风电、光伏等可再生能源的随机性和间歇性；电力市化改革调虑场竞约调时虑环这调论创虑鲁使得经济度需要考市出清价格和价机制；碳排放束要求经济度同考保效益些变化推动了经济度理和方法的新，如考不确定性的棒调虑环调调经济度、考碳排放的保经济度等新型度模式的发展电力系统潮流计算基础潮流计算的基本概念节点分类潮流方程计础计节为计数节压潮流算是电力系统分析的基，旨在确在潮流算中，系统点通常分三类潮流算的学模型基于点电方程或稳态节对节定电力系统在运行条件下各点的电支路功率方程建立于系统中的每个压线幅值和相角，以及各路中的有功功率、节压点i，可列出以下功率方程数计结•平衡点Slack Bus:指定电幅值和无功功率和电流等参潮流算果可评状态进选相角，用于平衡系统功率Pi=Vi∑VjGij·cosθij+用于估系统运行，行设备型，节压为继稳•PV点:指定有功功率和电幅值，求Bij·sinθij以及电保护整定、定性分析等提供础数解相角和无功功率Qi=Vi∑VjGij·sinθij-基据节Bij·cosθij•PQ点:指定有功功率和无功功率，求压为节压为节解电幅值和相角其中Vi、Vj点电幅值，θij点i、压为节导纳阵j电相角差，Gij、Bij点矩元素简单辐射状电力网的潮流计算网络模型建立辐状络结树状负单辐络结这络没环节节应射电力网是指网构呈，从电源向荷向射的网构种网有路，每个点（除根点外）只有一个入口支路，广泛用于配对辐状络简计过进电系统于射网，可化潮流算程，采用前推回代法行求解前推过程节开计节计为为从最末端点始，算每个支路的功率流，并逐步向上累加，直到电源点算公式P_ij=P_j+P_loss+∑P_jk，其中P_ij支路i-j的功率，为节负为线损为节P_j点j的荷，P_loss路耗，∑P_jk从点j出发的所有支路功率之和回代过程节压节开计节压计为别为节知道电源点电和各支路功率后，从电源点始向下算各点电算公式V_j=V_i-Z_ij•I_ij，其中V_j、V_i分点j、i的电压为为压赖计，Z_ij支路阻抗，I_ij支路电流由于电和电流互相依，通常需要迭代算考虑分布式电源现辐状络计虑时虑代配电网中引入了分布式电源，使射网的潮流算需要考双向功率流动此可采用修正的前推回代法，考分布式电源的功率注节压进为节节入，或者使用点电法行求解分布式电源的接入点通常建模PQ点或PV点潮流计算结果分析过计获辐状络节压评络压损负载标别关节压通潮流算，可以得射网各点电和支路功率信息，估网的电分布、功率耗和设备率等指特注末端点电是满过损问题否足要求，各支路功率是否超容量限制，以及系统耗水平是否合理等复杂电力网的潮流计算方法高斯-赛德尔法节节压计一种迭代方法，利用点功率方程，依次更新各点的电值每次迭代中立即使用新算敛较编简单计敛状态的值，因此收速度快优点是程，算量小；缺点是收性受系统影响大，载压稳时敛在重或接近电定极限可能不收牛顿-拉夫逊法级数开阵敛阵基于泰勒展和雅可比矩，具有二次收特性每次迭代需要重新形成雅可比矩并线组敛对计较求解性方程优点是收速度快，初值要求不高；缺点是每次迭代算量大，需要内应计多的存空间目前最广泛用的潮流算方法快速解耦法虑压关将阵简为阵考电力系统中有功-相角和无功-电之间的强耦合系，雅可比矩化两个子矩，别计储敛负分求解有功和无功方程优点是算速度快，存空间小；缺点是收性稍差，在高荷或高R/X比系统中精度可能降低直流潮流法对进线压计交流潮流方程行性化处理，假设电恒定，忽略无功功率，只算有功潮流优点是计简单较获算快速，适合大系统、多方案的初步分析；缺点是精度低，无法得无功功率和电压规筛选信息，主要用于系统划和安全分析的初步牛顿拉夫逊法求解电力潮流-建立潮流方程节节节节线根据电力系统点分类（PV点、PQ点、平衡点），建立非性功率方程组节节每个PQ点有两个方程（有功和无功），每个PV点有一个方程（有功），选择初始值节平衡点不列方程为赋所有未知变量初值，通常取平直启动方式所有未知相角取0，所有未知压标敛计算功率不平衡量电幅值取

1.0幺值好的初值可以加快收速度当计节计较根据前迭代值，算每个点的功率算值，与指定值比，得到功率不平衡则计敛则继续形成雅可比矩阵量ΔP和ΔQ若所有不平衡量小于设定精度，算收，否迭代计对状态导数阵阵为算功率方程各变量的偏，形成雅可比矩J雅可比矩分四个阵状态求解修正方程子矩∂P/∂θ、∂P/∂V、∂Q/∂θ和∂Q/∂V，反映系统变量之间的敏关感度系线组状态求解性方程J•Δx=-ΔS，得到变量的修正量Δθ和ΔV通常采用高斯消元法或LU分解法求解更新状态变量状态利用求得的修正量更新变量θk+1=θk+Δθ，Vk+1=Vk+ΔV然骤进计敛计算其他参数后返回步3，行下一轮迭代算，直到收敛节压计线损检迭代收后，利用求得的点电算路功率流和耗，查发电机无功出力则将应节转为节计是否超限，若超限相点PQ点，重新算电力系统的稳定性概念电压稳定性维节压许围内系统持所有点电在允范的能力压稳•大干扰电定性压稳角稳定性•小干扰电定性频率稳定性维频系统中所有同步发电机保持同步运行的能力在大干扰后持或恢复率平衡的能力稳频稳•小干扰角定性•短期率定性暂态稳频稳•角定性•长期率定性2稳来状态状态稳为稳压稳频稳时电力系统定性是指系统在受到干扰后，能够恢复到原的平衡或者达到一个新的平衡的能力根据物理机理的不同，电力系统定性可分角定性、电定性和率定性三大类从稳问题为级级时级稳间尺度看，定性可分短期（秒）、中期（分钟）和长期（小）定性规扩稳问题杂态惯带来稳战应随着电力系统模大和新能源并网比例提高，定性变得更加复大电网互联增加了动交互；新能源发电的随机性、间歇性和低量特性新的定性挑；电力电子设备的广泛用改变态现稳综虑过论了系统动特性代电力系统定性分析需要合考多种物理程的耦合作用，发展新的分析理和方法功角稳定的基本原理电压稳定性分析方法静态分析法过稳态计压数趋势通一系列潮流算，分析系统电随参变化的线线•PV曲和QV曲分析态•模分析和特征值分析•最小奇异值法动态分析法过时态压应通域仿真，研究系统在干扰后的动电响时•域仿真论•分岔理分析数•能量函法预防控制方法过标评预压稳通各种指和安全裕度估，防电不定压稳标•电定裕度指•敏感性分析•最优无功功率分配应急控制措施压稳时在电不定发生，快速采取控制措施恢复系统偿•快速无功补压载•低电减区•系统分运行电力系统的短路故障类型三相短路相间短路单相接地导线时严对称虽导线三相同发生短路，是最重的故障两相之间发生短路，包括两相短路和两相接地短路一相与大地或接地设备接触，是电力系统中最现约数约约数单然在实际系统中出概率最低（5%），但短路在实际系统中占故障总的15%相间短路是非常见的故障类型，占故障总的80%相接地对热稳稳对称对称进计负络电流最大，设备的定性和动定性要求最高，故障，需要使用分量法行分析，涉及正故障的算需要使用正、、零三序网在不同为选择负络计还虑单因此常作设备和保护整定的依据三相短路序和序网的算两相接地短路需要考零接地方式的系统中，相接地故障的特性差异很大，计络计对简单络单算可以直接使用正序网，算方法相序网的影响中性点直接接地系统的相接地电流可能非常大绝缘击秽损伤误导压剧短路故障是电力系统中最常见的故障类型，可能由设备老化、雷、污、机械或操作等因素引起短路故障会致系统电降低、电流急增大，稳压为选危及设备安全和系统定电力系统故障分析的主要目的是确定各类故障条件下的短路电流和电分布，设备型、保护整定和系统运行提供依据对称短路故障计算故障前系统分析阻抗网络构建三相短路计算方法短路电流分量计络计短路算的第一步是确定故障前构建系统正序阻抗网，包括各三相短路算常用以下方法短路电流包括以下主要分量状态进系统的运行通常需要行元件的等值阻抗发电机通常表将络简为稳态计节为势内压•等值电路法网化•交流分量基本短路电潮流算，得到故障前各点的示电动源和部阻抗；变压简计线为负故障点的等值电源和等值阻流电和相角在化算中，有器、路表示阻抗；荷可以时时压为标为数抗•直流分量随间衰减的非假设故障前系统电幺制忽略或表示阻抗所有参都节阵负压•点阻抗矩法建立系统周期分量下的

1.0∠0°，忽略荷电流的需要统一到相同的基准值和电节阵节级暂态暂点阻抗矩，利用点方影响等•次分量与发电机次计态关程算阻抗相将暂态暂态•叠加定理法故障看作在•分量与发电机阻偿关原系统上叠加一个补电路抗相短路电流的大小和特性与故障点结数关位置、系统构和元件参有不对称短路故障分析方法络连计故障类型故障条件序网接故障电流算单络相接地Ib=Ic=0,Va=0三序网串联I1=I2=I0=V/Z1+Z2+Z0负络两相短路Ia=0,Vb=Vc正序网并联I1=-I2=V/Z1+Z2,I0=0负两相接地Ia=0,Vb=Vc=0零序并联后与正I1=V/Z1+Z2Z0/序串联Z2+Z0线断线连间Ia=0,Ib=-Ic特殊接需特殊分析对称对称将为负不短路故障的分析主要采用分量法，三相不平衡系统分解正序、序和零序三对称过负络连个系统的叠加通建立正、、零三序网并根据故障类型确定其接方式，可以求对称压解各类不故障的电流和电分布应对称问题络虑在实际用中，不故障分析需要注意以下零序网的构建需考系统中性点接地压连组别传对称导方式；变器的接会影响零序电流的递；非故障可能致系统中性点电位偏移；络过计虑线不同序网之间通故障点相互耦合此外，故障算也需要考系统元件的非性特性、负系统荷的影响以及故障电阻的作用对称分量法及其应用应用广泛础电力系统分析的基工具计算简化将杂问题转为简单问题复化物理意义明确释各序分量有明确的物理解数学基础扎实线数换论基于性代和变理对称对称师将为组对称分量法是分析三相不系统的强大工具，由美国电气工程C.L.福提斯于1918年提出其核心思想是任何不平衡的三相量分解三的分量正序分量（三对称负对称过对称换阵进转换相正向）、序分量（三相反向）和零序分量（三相同相位同幅值）通分量变矩，可以在相量和序量之间行对称应对称计单负计对称状态分量法在电力系统中有广泛用，主要包括不短路算，如相接地、两相短路、两相接地等故障分析；不平衡荷的分析与算；电力系统非运行的继计负现软对称为对称计础结络阵术进研究；电保护原理分析和整定算，如零序保护、序保护等代电力系统分析件大多采用分量法作非故障算的基方法，并合网矩技行高效求解序网络的构建原理正序网络构建负序网络构建络时结负络对数静线正序网反映系统在正常运行的特性，构与三相平衡系统相同主序网反映系统反相序电流的阻抗特性大多止设备（如路、为势压线压负转负要元件包括发电机（表示电源和阻抗）、变器（阻抗）、输电变器）的序阻抗与正序相同；旋设备（如发电机、电动机）的数关负对称负络稳较为负络路（参与相序无）和荷（荷）正序网是系统潮流和序阻抗小，通常正序阻抗的15-30%序网中不含电源，只有础定性分析的基阻抗元件零序网络构建序网络的耦合络结负络连对称络独对称零序网构与正序网差异最大，受系统接地方式和设备接方式在正常运行和故障下，三序网相互立；在不故障点，三序显压连组别关压络连关影响著变器的零序特性与接相星形-三角形变器阻网按照特定方式相互接，形成耦合系故障点的边界条件决定了断线远络连单将络负零序电流；路的零序阻抗受大地回路影响，大于正序阻抗；系统序网的接方式，如相接地故障三序网串联，两相短路使正络的中性点接地方式决定了零序电流的通路序网并联电力系统继电保护的基本原理快速性可靠性尽应区内可能快速切除故障正确响保护故障损•减少设备坏•动作可靠性维稳•持系统定•拒动可靠性选择性灵敏性区内对只动作于保护域的故障最小故障电流能够可靠动作区选择检测•域性•能力时选择应•间性•适系统变化2继稳过压测监测数当状态时预断电保护是电力系统安全定运行的重要保障，其基本工作原理是通电流互感器、电互感器等量装置系统运行参，系统发生故障或异常运行，根据先设定的判据作出判，发出闸跳或告警信号，切除故障，保护设备和系统安全现继术数数传继数诊断代电保护系统主要采用微处理器技，形成字式或字-模拟混合式保护装置与统电磁式电器相比，字保护具有精度高、功能丰富、可靠性高、自能力强等优点随着智能电网发展，继络综现测应进术电保护正向着网化、智能化、合化方向发展，逐步实保护、控制、量、通信的一体化，并采用自适、人工智能等先技提高系统性能过电流保护的工作原理电流检测过转换为继标数过将过转换转换为数进数滤通电流互感器采集被保护设备的电流，电器可接受的准信号字式电流保护模拟信号通A/D器字信号，行字波和处理过流判断将预进较当检测过时满过虑负数处理后的电流信号与设的动作电流定值行比到的电流超定值，足流条件定值整定需考最大荷电流、最小短路电流和配合系等因素时间延时为现时时时时时时时时时时线选择应虑结实保护配合，通常设置间延延方式包括定限（固定延）、反限（电流越大延越短）和反限加定限间特性曲的考系统构和保护配合的需要执行跳闸当过续时时闸过闸断开时记录时流条件持间达到延设定值，保护装置发出跳命令，通跳回路控制路器打，切除故障同动作信息，包括故障类型、故障电流、动作间等过继应检测过载状态过测来断结简单电流保护是电保护中最基本、用最广泛的一种保护形式，主要用于电力设备中的短路和故障它基于故障下电流增大的原理，通量电流大小判系统是否发生故障，具有构、成本低、可靠性高的特点距离保护的工作原理差动保护的工作原理基本原理较对断内比保护象两端电流的差值，判是否发生部故障状态时₁₂•正常或外部故障I≈I，差流接近零内时₁₂产显•部故障I≠I，生明差流比率差动原理虑考非理想因素引入制动特性₁₂•差动电流Idiff=|I+I|₁₂₁₂•制动电流Irest=|I|+|I|/2或max|I|,|I|当₀时为数•IdiffK•Irest+I动作（K制动系）适应性调整针对对不同保护象的特殊要求压虑励•变器考电流变比、相位差、磁涌流虑对称负•发电机考匝间短路、不荷线虑饱过•母考CT和、渡电阻保护方案实现不同设备采用不同的差动保护方案纵单•差保护保护一设备饱•高抗差动保护增强抗CT和能力纵线•联差动保护保护路电力系统自动装置概述系统安全自动装置•失步解列装置频载•低减装置压稳•电定控制装置负•自动切荷装置溃紧过维稳用于防止系统崩，在急情况下通快速控制措施持系统定故障处理自动装置闸•自动重合•备自投装置检测•同期装置•故障定位装置时围快速处理系统故障，恢复正常供电，减少停电间和范运行控制自动装置压调节•自动电频•自动率控制•自动发电控制•无功功率优化维数状态持系统正常运行参，优化系统运行，提高运行经济性监测与管理自动装置状态监测•系统计•智能电能量•设备健康管理•能量管理系统时监测状态数进为实系统运行，收集据并行分析，决策提供支持自动重合闸的原理与应用1故障发生线继路上发生短路故障，电保护动作切除故障死区时间断断开状态时灭绝缘路器保持一段间，使电弧熄、恢复发出合闸命令3闸时结闸自动重合装置在定束后发出合指令恢复供电/闭锁则续则闸闭锁若故障消失恢复供电；若故障持再次跳并闸简称应线断开自动重合（自重合或AR）是电力系统中用广泛的一种自动装置，其主要作用是在路发生故障被后，自动闸数线约时击树断开时重新合，恢复供电由于大多架空路故障（80%）是瞬性的，如雷、鸟害、枝短路等，在后短间内闸显故障原因自行消除，因此自动重合可以著提高供电可靠性闸数为单闸闸闸为闸闸时根据重合次，可分次重合和多次重合；根据合方式，可分同期重合和非同期重合；根据动作间，为闸时闸压闸仅可分快速重合（

0.3-

0.5秒）和延重合（15-30秒）在超高输电系统中，自动重合不提高了供电可靠性，还维稳稳有助于持系统定，是系统定控制的重要手段之一自动调压系统的工作原理计算判断电压监测较压比电与设定值监测压系统电偏差控制决策调节确定方向与幅度结果反馈执行调节验证调节效果4调压操作设备调压压稳压载调压励偿这过自动系统是电力系统中保持电定的重要自动化装置，主要包括变器有（OLTC）控制系统、发电机磁控制系统和无功补控制系统等些系统通自调节压励偿现对压动变器分接头位置、发电机磁电流或投切无功补设备，实系统电的自动控制现调压应进对杂应层区结协调压级区调压代自动系统正向智能化方向发展引入模糊控制、自适控制等先算法，提高复工况的适能力；采用分分控制构，不同电等和域的结负预测状态计术现预络现协调传独问题调压仅维压稳设备；合荷和估技，实见性控制；利用通信网实广域控制，解决统立控制造成的相互干扰智能自动系统不能持电还络损定，能优化系统无功分布，减少网耗，提高系统运行经济性电力系统的智能化发展趋势感知智能化状态全面感知系统通信广域化现实全系统信息互联控制自动化执自主决策和控制行管理一体化4协调统一的管理平台当趋势进传计术环电力系统的智能化是前发展的主要，旨在利用先的感、通信、算和控制技，提高电力系统的安全性、可靠性、经济性和保性智能化电力系统具有自感知、诊断应对战自、自修复的特点，能够主动各种运行挑和突发事件关键术测测单时监测态进现智能化发展的技包括广域量系统（WAMS），利用同步相量量元实系统动特性；先配电自动化系统（ADAS），实配电网的自动化运行和故障侧应术导调节数术数区链术应现这术处理；需求响技，引用户参与系统；电力大据分析，利用人工智能技挖掘据价值；块技在电力交易中的用，实去中心化能源交易些技综应将迈进的合用推动电力系统向更高水平的智能化智能电网的基本概念和特征数字化互动性安全性过规传传单智能电网通大模部署感器智能电网打破统向能量流动智能电网注重物理安全和信息安数现状态现协过区和字设备，实系统的全模式，实电网与用户之间的双全的同防护通分域安全数数时获检测认证面字化感知和控制字化程向交互用户可以实取电价防护、入侵、加密等技应计术度是衡量智能电网发展水平的重信息、参与需求响划，甚至确保信息系统安全；采用自愈标数储过储术要指，包括据采集、存、通分布式发电和能装置向电控制、故障隔离和系统重构技传数为产输和处理能力，以及基于字网售电，成消者（既是生提高物理系统抵御自然灾害和人应产费为平台的各种用功能者又是消者）破坏的能力绿色低碳为规智能电网大模可再生能源并术过进调网提供技支持，通先的储术度控制和能技，解决可再生问题能源的间歇性和波动性同时过，通优化能源分配和提高能现标源利用效率，实碳减排目，绿推动能源革命和色发展分布式发电与微电网技术分布式光伏发电分布式风力发电微电网控制技术侧顶资区分布式光伏系统通常安装在用户，如建筑屋、小型风力发电系统适用于风源良好的地，如农微电网是一个局部可控的电力系统，包含分布式电数岛场场储负墙面或空地，容量从几千瓦到兆瓦不等光伏系村、海、高原等所相比大型风电，分布式源、能设备、荷和控制系统微电网控制系统过将转换为选负责调压统通逆变器直流电交流电，可以自发自风电具有址灵活、建设周期短、并网影响小的特是其核心，能源度、功率平衡、电控制和额现驱术结换进层用、余电上网或全上网随着成本下降和政策支点代小型风机采用直永磁技，合智能控并/离网切先的微电网采用分控制架构，为为调状态结预测协调现标持，分布式光伏成最普及的分布式能源形式，制系统，可根据风况自动整运行，提高发电合控制和控制算法，实多目优化运时轻负建筑提供清洁能源的同减电网担效率和设备安全性行，提高系统可靠性和经济性术传结产费这术仅弹分布式发电与微电网技正在改变统电力系统的构和运行模式，推动能源生和消方式的革命性变革些技不提高了能源利用效率和系统性，还损对现能减少输电耗和碳排放，建设清洁低碳、安全高效的代能源体系具有重要意义电力电子技术在电力系统中的应用电气工程的未来发展方向能源互联网协多能源系统同优化人工智能应用智能化决策与控制高效能源转换进先电力电子与材料清洁能源革命规应可再生能源大模用历来将围绕趋势现传费电气工程正经深刻变革，未发展清洁化、智能化、分散化和一体化四大方向清洁化体在可再生能源替代化石能源，电气化替代统能源消方式；智能趋势现传数术应趋势现传化体在智能感、人工智能和大据技在电力系统中的深度用；分散化体在分布式能源和微电网的普及，改变统集中式供电模式将为来现热协规调导线颠术传能源互联网成电气工程未发展的重要平台，实电力、力、燃气等多种能源形式的同划和优化度超输电、无输电等覆性技可能改变统输电方式；计应将计区链术将进创还将领量子算在电力系统优化中的用提升算效率；块技促分布式能源交易模式新此外，电气工程与信息科学、材料科学等域深度融合，催生新的交应场叉学科和用景课程总结与展望知识体系构建课绍术本程系统介了电气工程的基本原理和核心技，从发电、输电、变电到配电，构建了完识过习压线整的电力系统知体系通学发电机、变器、输电路等设备的工作原理，以及电力专础系统分析、保护与控制的基本方法，建立了电气工程的业基实践应用能力课调论践结过计稳计养程强理与实相合，通潮流算、定性分析、故障算等实例，培了解决实问题这计际工程的能力掌握些基本分析工具，是从事电气工程设、运行、研究等工作的必进习专课础要条件，也是一步学业程的基创新思维启发课绍领术程介了电气工程域的前沿发展，如智能电网、可再生能源并网、分布式发电等新技识创维这领和新理念，拓展了知视野，激发了新思些新兴域代表了行业发展方向，也是未来职业发展的重要机遇持续学习建议断议课础继续习电气工程是一个不发展的学科，建在本程基上，深入学电力系统分析、电机术压术专课时关态践与电力拖动、电力电子技、高电技等业程同，注行业发展动，参与实项将论识应结目和科研活动，理知与实际用相合。