电网络分析理论第一章网络理论基础(1)精简版
222页1、电网络理论 (电网络分析理论),电网络理论是建立在电路模型基础上的工程学科。既是电力类各专业硕士研究生的一门专业基础课,也是理论电工专业的一个重要研究方向。,1. 电路、网络与系统,由电路元件(发、变、输、配(控)、用)与导线构成的电流的通路(广义性)。简单的如手电筒;复杂的如大规模集成电路、东北、华北、华东、华中电网等。,电路(circuit),网络(network)是指电路或电路的一部分;作为一个整体看待的、由相互连接的电路元件所构成的集;可用支路和结点表示的,由节点和连线构成的图。,网络(network),网络是从某种相同类型的实际问题中抽象出来的模型,习惯上就称其为某某类型网络,如电力网络、开关网络、运输网络、通信网络等。“三网”:电信网络、有线电视网络、计算机网络。,网络(续),主要指对信号进行加工处理的某个具体结构,如滤波器,积分器等,实际就是一个具有某种特定功能的电路(复杂的如计算机网络,网络电路可通用)。,网络(续),网络是指把若干元件有目的地,按一定的形式联接起来,完成特定任务的总体。,一群有相互关联的个体组成的集合称为系统。系统是由若干要素(部分)组成的;系统有一定
2、的结构;系统有一定的功能。可以分为自然系统、人工系统、复合系统。例如交通系统、电力系统、计算机系统等都是人工系统。,系统(system),电力系统 electric power system,power system,由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产、传输、分配和消费的系统。它把自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能,再经输电、变电和配电将电能供应到各用户。,由若干互有关联的单元(元件,器件)组成的,用来表达(实现)某些特定目的(功能)的整体。如通信系统,电力系统,计算机网络系统等。最简单的RC电路也可以构成一个初级的信号处理系统(有积分和微分的运算功能)。,系统(续),随着大规模集成技术的发展,三者之间的界限越来越模糊,它们的差别主要在处理问题的角度不同(看待问题的观点不同)。,电路的观点:确定电路中各支路或网络的电流,电压;分析和综合。,网络的观点:确定一定结构和参数的网络具有的特性;,系统的观点:着重在输入、输出的关系(整体功能!)。一般系统关心的是“全局问题”,网络关注“局部问题”,但没有严格的界限。,国际上顶级专业学刊称为CAS ,IEEE transa
3、ctions on CAS (Circuit and system),华北电力大学附近北清路两侧的输电线路,北京北清路附近,北京马齿口附近,北京海淀驾校后山6分裂导线,(a) 直流试验基地,2古典网络理论与现代网络理论,古典网络理论(20世纪30年代),(2) 电路元件:线性时不变,两端(一端口)元件R, C,L,M。,(1)围绕强电系统(电力系统)及简单控制系统(单输入,单输出)发展起来的,解决电能的生产,传输,分配,使用及控制。,(3) 激励:独立电源,直流或正弦交流,(4) 线性时不变连续时间系统,(5) 数学方法:稳态分析:线性代数方程组;瞬态分析:线性微分方程组;变换域:相量变换,拉氏变换等,现代网络理论(20世纪6070年代),(1)围绕弱电系统(如通讯系统,复杂控制系统,计算机系统)解决电信号传输,转换,处理,控制等。,(2) 元件:非线性,时变元件,多口元件:受控源(非独立源),(3)激励:各种不规则信号源,(4)非线性或时变系统,发展了离散系统(数字通信,计算机)多输入,多输出系统,(5)数学方法:稳态分析:矩阵方法,网络图论;瞬态方法:发展了卷积法,状态方程,差分方
4、程;变换域:发展了拉氏变换,离散富氏变换;计算机方法(稳,瞬变):CAD,ATLAB,LABVIEW 等。,现代网络理论不能完全代替古典(例如波特图、网络函数的零极点图等)。二者为继承发展关系。,800 kV特高压直流和1000 kV特高压交流输电工程。,随着四川复龙至上海南汇800 kV特高压直流示范工程、晋东南南阳荆门1000 kV特高压交流试验示范工程相继由国家发展改革委员会核准建设,我国的特高压交、直流输电技术研究及其基础实验设施亟待完善(2007.11)。国家电网公司特高压交流试验基地和直流试验基地的建设和逐步投付使用,将使我国具备可靠的试验和测试平台,同时可以为我国特高压交、直流输电技术在工程设计和建设方面起到重大的支撑作用。,我国特高压输电技术研究始于1986年,在过去的20多年里,我国的科研机构在特高压交、直流输电领域相继开展了“远距离输电方式和电压等级论证”、“特高压输电前期论证”和“采用交流百万伏特高压输电的可行性”等研究,在特高压输电系统过电压水平、绝缘配合、输电线路对环境影响以及设备、线路、铁塔、典型变电站(换流站)的选择与论证方面,取得了初步成果。,12.5三
5、纵三横,直流1100kV示范试验工程已经开工!,我国特高压输电技术实验基地,图1 直流 试验基地(北京中关村科技园区昌平园东区),图3 特高压直流试验基地户外场,图2 交流1000kV试验基地(武汉500kV凤凰山变电站西侧),目前我国在特高压输电工程中的过电压与绝缘配合、外绝缘特性、电磁环境以及特高压设备的长期带电考核、检验与运行检测技术研究等方面已取得一定进展,所得的部分试验和数据分析结果可直接用于我国特高压交、直流输电工程建设。,2009.3智能电网随着奥巴马能源新政策开始进入公众视野。所谓智能电网就是把最新的信息化、通讯、计算机控制技术和原有的输、配电基础设施高度结合,形成一个新型电网,实现电力系统的智能化。智能电网可以提高能源效率、减少对环境的影响、提高供电的安全性和可靠性、减少输电网的电能损耗。,智能电网,复杂的电力系统要求电网向智能化方向发展。从发电、输电到配电和用电是个环环相扣的系统(发、变、输、配、用、调),因此对各个环节环境压力的不断增大,电力市场化进程的不断深入,以及用户对电能可靠性和质量要求的不断提升,电力行业正面临前所未有的挑战和机遇,建设更加安全、可靠、环保
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