電力系統(tǒng)潮流計算

利用電子計算機進行潮流計算從20世紀(jì)50年代中期就已經(jīng)開始。此后，潮流計算曾采用了各種不同的方法，這些方法的發(fā)展主要是圍繞著對潮流計算的一些基本要求進行的。對潮流計算的要求可以歸納為下面幾點：

（1）算法的可靠性或收斂性

（2）計算速度和內(nèi)存占用量

（3）計算的方便性和靈活性

電力系統(tǒng)潮流計算屬于穩(wěn)態(tài)分析范疇，不涉及系統(tǒng)元件的動態(tài)特性和過渡過程。因此其數(shù)學(xué)模型不包含微分方程，是一組高階非線性方程。非線性代數(shù)方程組的解法離不開迭代，因此，潮流計算方法首先要求它是能可靠的收斂，并給出正確答案。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，潮流問題的方程式階數(shù)越來越高，已達到幾千階甚至上萬階，對這樣規(guī)模的方程式并不是采用任何數(shù)學(xué)方法都能保證給出正確答案的。這種情況促使電力系統(tǒng)的研究人員不斷尋求新的更可靠的計算方法。

在用數(shù)字計算機求解電力系統(tǒng)潮流問題的開始階段，人們普遍采用以節(jié)點導(dǎo)納矩陣為基礎(chǔ)的高斯-賽德爾迭代法（一下簡稱導(dǎo)納法）。這個方法的原理比較簡單，要求的數(shù)字計算機的內(nèi)存量也比較小，適應(yīng)當(dāng)時的電子數(shù)字計算機制作水平和電力系統(tǒng)理論水平，于是電力系統(tǒng)計算人員轉(zhuǎn)向以阻抗矩陣為主的逐次代入法（以下簡稱阻抗法）。

20世紀(jì)60年代初，數(shù)字計算機已經(jīng)發(fā)展到第二代，計算機的內(nèi)存和計算速度發(fā)生了很大的飛躍，從而為阻抗法的采用創(chuàng)造了條件。阻抗矩陣是滿矩陣，阻抗法要求計算機儲存表征系統(tǒng)接線和參數(shù)的阻抗矩陣。這就需要較大的內(nèi)存量。而且阻抗法每迭代一次都要求順次取阻抗矩陣中的每一個元素進行計算，因此，每次迭代的計算量很大。

阻抗法改善了電力系統(tǒng)潮流計算問題的收斂性，解決了導(dǎo)納法無法解決的一些系統(tǒng)的潮流計算，在當(dāng)時獲得了廣泛的應(yīng)用，曾為我國電力系統(tǒng)設(shè)計、運行和研究做出了很大的貢獻。但是，阻抗法的主要缺點就是占用計算機的內(nèi)存很大，每次迭代的計算量很大。當(dāng)系統(tǒng)不斷擴大時，這些缺點就更加突出。為了克服阻抗法在內(nèi)存和速度方面的缺點，后來發(fā)展了以阻抗矩陣為基礎(chǔ)的分塊阻抗法。這個方法把一個大系統(tǒng)分割為幾個小的地區(qū)系統(tǒng)，在計算機內(nèi)只需存儲各個地區(qū)系統(tǒng)的阻抗矩陣及它們之間的聯(lián)絡(luò)線的阻抗，這樣不僅大幅度的節(jié)省了內(nèi)存容量，同時也提高了計算速度。

克服阻抗法缺點的另一途徑是采用牛頓-拉夫遜法（以下簡稱牛頓法）。牛頓法是數(shù)學(xué)中求解非線性方程式的典型方法，有較好的收斂性。解決電力系統(tǒng)潮流計算問題是以導(dǎo)納矩陣為基礎(chǔ)的，因此，只要在迭代過程中盡可能保持方程式系數(shù)矩陣的稀疏性，就可以大大提高牛頓潮流程序的計算效率。自從20世紀(jì)60年代中期采用了最佳順序消去法以后，牛頓法在收斂性、內(nèi)存要求、計算速度方面都超過了阻抗法，成為后來仍被廣泛采用的方法。

在牛頓法的基礎(chǔ)上，根據(jù)電力系統(tǒng)的特點，抓住主要矛盾，對純數(shù)學(xué)的牛頓法進行了改造，得到了P-Q分解法。P-Q分解法在計算速度方面有顯著的提高，迅速得到了推廣。

牛頓法的特點是將非線性方程線性化。20世紀(jì)70年代后期，有人提出采用更精確的模型，即將泰勒級數(shù)的高階項也包括進來，希望以此提高算法的性能，這便產(chǎn)生了保留非線性的潮流算法。另外，為了解決病態(tài)潮流計算，出現(xiàn)了將潮流計算表示為一個無約束非線性規(guī)劃問題的模型，即非線性規(guī)劃潮流算法。

近20多年來，潮流算法的研究仍然非?；钴S，但是大多數(shù)研究都是圍繞改進牛頓法和P-Q分解法進行的。此外，隨著人工智能理論的發(fā)展，遺傳算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊算法也逐漸被引入潮流計算。但是，這些新的模型和算法還不能取代牛頓法和P-Q分解法的地位。由于電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，對計算速度的要求不斷提高，計算機的并行計算技術(shù)也將在潮流計算中得到廣泛的應(yīng)用，成為重要的研究領(lǐng)域。

通過幾十年的發(fā)展，潮流算法日趨成熟。近幾年，對潮流算法的研究仍然是如何改善傳統(tǒng)的潮流算法，即高斯-塞德爾法、牛頓法和快速解耦法。牛頓法，由于其在求解非線性潮流方程時采用的是逐次線性化的方法，為了進一步提高算法的收斂性和計算速度，人們考慮采用將泰勒級數(shù)的高階項或非線性項也考慮進來，于是產(chǎn)生了二階潮流算法。后來又提出了根據(jù)直角坐標(biāo)形式的潮流方程是一個二次代數(shù)方程的特點，提出了采用直角坐標(biāo)的保留非線性快速潮流算法。

對于保留非線性算法典型論文有：

1.文獻[保留非線性的電力系統(tǒng)概率潮流計算]提出了它在電力系統(tǒng)概率潮流計算中的應(yīng)用。該文獻提出了一種新的概率潮流計算方法，它保留了潮流方程的非線性，又利用了P－Q解耦方法，因而數(shù)學(xué)模型精度較高，且保留了P－Q解耦的優(yōu)點，有利于大電網(wǎng)的隨機潮流計算，用提出的方法對一個典型的系統(tǒng)進行了計算，其數(shù)值用MonteCarlo隨機模擬作了驗證，得到了滿意的結(jié)果。

2.文獻[基于系統(tǒng)分割的保留非線性的快速P-Q解耦潮流計算法]分析研究了保留非線性的P-Q解耦快速潮流計算法。該文獻提出了一種新的狀態(tài)估計算法,既保留了量測方程非線性又利用了快速P-Q分解方法,因此數(shù)學(xué)模型精度高且保留了快速P-Q分解的優(yōu)點,提高了狀態(tài)估計的計算精度和速度.采用系統(tǒng)分割方法將大系統(tǒng)分割為多個小系統(tǒng),分別對每個小系統(tǒng)進行狀態(tài)估計,然后對各小系統(tǒng)的狀態(tài)估計結(jié)果進行協(xié)調(diào),得到整個系統(tǒng)具有同一參考節(jié)點的狀態(tài)估計結(jié)果,這樣可大大提高狀態(tài)估計的計算速度,有利于進行大電網(wǎng)的狀態(tài)估計.在18節(jié)點系統(tǒng)上進行的數(shù)字仿真實驗驗證了該方法的有效性。巖本伸一等提出了一種保留非線性的快速潮流計算法,但用的是直角坐標(biāo)系,因而沒法利用P-Q解耦。為了更有利于大電網(wǎng)的潮流計算,將此原理推廣用于P-Q解耦。這樣,既利用了保留非線性的快速算法,在迭代中使用常數(shù)雅可比矩陣,又保留了P-Q解耦的優(yōu)點。

對于一些病態(tài)系統(tǒng)，應(yīng)用非線性潮流計算方法往往會造成計算過程的振蕩或者不收斂，從數(shù)學(xué)上講，非線性的潮流計算方程組本來就是無解的。這樣，人們提出來了將潮流方程構(gòu)造成一個函數(shù)，求此函數(shù)的最小值問題，稱之為非線性規(guī)劃潮流的計算方法。優(yōu)點是原理上保證了計算過程永遠不會發(fā)散。如果將數(shù)學(xué)規(guī)劃原理和牛頓潮流算法有機結(jié)合一起就是最優(yōu)乘子法。另外，為了優(yōu)化系統(tǒng)的運行，從所有以上的可行潮流解中挑選出滿足一定指標(biāo)要求的一個最佳方案就是最優(yōu)潮流問題。最優(yōu)潮流是一種同時考慮經(jīng)濟性和安全性的電力網(wǎng)絡(luò)分析優(yōu)化問題。OPF 在電力系統(tǒng)的安全運行、經(jīng)濟調(diào)度、可靠性分析、能量管理以及電力定價等方面得到了廣泛的應(yīng)用。

最優(yōu)潮流方面的典型論文有：

1.文獻[電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流新算法的研究]以NCP 方法為基礎(chǔ),提出了一種新的求解最優(yōu)潮流算法——投影漸近半光滑牛頓型算法。該文獻以NCP方法為基礎(chǔ)，提出了一種新的求解OPF算法——投影漸近半光滑牛頓型算法。針對電力系統(tǒng)的特點，本文的研究工作如下： 1.建立了與OPF問題的KKT系統(tǒng)等價的帶界約束的半光滑方程系統(tǒng)。與已有的NCP方法相比，新的模型由于無需考慮界約束對應(yīng)的對偶變量(乘子變量)，降低了問題的維數(shù)，從而適用于解大規(guī)模的電力系統(tǒng)問題。 2.基于建立的新模型，本文提出了一類新的Newton型算法，該算法一方面保持界約束的相容性，另一方面有較好的全局與局部超線性收斂性，同時，算法結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)。 3.考慮到電力系統(tǒng)固有的弱耦合特性，受傳統(tǒng)解耦最優(yōu)潮流方法的啟示，在所提出的新Newton型方法的基礎(chǔ)上，本文又設(shè)計了一類分解方法。新方法基于解耦——校正的策略實現(xiàn)算法，不僅充分利用了系統(tǒng)的弱耦合特性，同時保證分解算法在理論上的收斂性。 4.根據(jù)所提出的兩種算法，用標(biāo)準(zhǔn)的IEEE電力測試系統(tǒng)進行數(shù)值實驗，并與已有的其他方法進行比較。結(jié)果顯示新算法具有良好的收斂性和計算效果，在電力系統(tǒng)的規(guī)劃與運行方面將有廣闊的應(yīng)用前景。

2.文獻[基于可信域內(nèi)點法的最優(yōu)潮流問題研究]介紹了OPF內(nèi)點法具有收斂性強、多項式時間復(fù)雜性等優(yōu)點，是極具潛力的優(yōu)秀算法之一。

電力系統(tǒng)不斷發(fā)展，使得OPF算法躋身于極其困難、非凸的大規(guī)模非線性規(guī)劃行列?？尚庞蚝途€性搜索方法是保證最優(yōu)化算法全局收斂性能的兩類技術(shù)，將內(nèi)點法和可信域、線性搜索方法有機結(jié)合，構(gòu)造新的優(yōu)化算法，是數(shù)學(xué)規(guī)劃領(lǐng)域的研究熱點。

此方面的典型文獻有：

1.文獻[電力市場環(huán)境下基于最優(yōu)潮流的輸電容量充裕度研究]首先以最優(yōu)潮流為工具,選取系統(tǒng)中的關(guān)鍵線路作為系統(tǒng)輸電容量充裕度的研究對象,從電網(wǎng)運行的安全性、可靠性的角度系統(tǒng)地研究了輸電線路穩(wěn)定限額對輸電容量充裕度的影響,指出穩(wěn)定限額因子與影子價格的乘積可直接反應(yīng)出穩(wěn)定限額水平的經(jīng)濟價值,同時也可以較好的指示出系統(tǒng)運行相對安全、經(jīng)濟的穩(wěn)定限額水平區(qū)間。

2.文獻[電力市場環(huán)境下基于最優(yōu)潮流的節(jié)點實時電價和購電份額研究]為了為配電公司最優(yōu)購電模型提供價格參考依據(jù),以發(fā)電成本最小為目標(biāo)函數(shù),考慮電力需求價格彈性的影響,建立了實時電價模型。模型利用預(yù)測校正原對偶內(nèi)點法求解,以IEEE30節(jié)點系統(tǒng)為算例驗證了模型的可行性。

3.文獻[電力系統(tǒng)動態(tài)最優(yōu)潮流的模型與算法研究]指出電力系統(tǒng)動態(tài)最優(yōu)潮流是對調(diào)度周期內(nèi)的系統(tǒng)狀態(tài)進行統(tǒng)一優(yōu)化的有效工具,對保證電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義。文獻結(jié)合內(nèi)點法和免疫遺傳算法,對經(jīng)典動態(tài)最優(yōu)潮流問題和動態(tài)無功優(yōu)化問題的算法進行了深入的研究,提出了新的算法;并建立了含電壓穩(wěn)定約束、含無功型離散變量,以及含機組啟停變量的動態(tài)最優(yōu)潮流模型,將新算法推廣應(yīng)用于各種新模型,拓展了動態(tài)最優(yōu)潮流的研究領(lǐng)域。

對于一些特殊性質(zhì)的潮流計算問題有直流潮流計算方法、隨機潮流計算方法和三相潮流計算方法。直流潮流計算方法，文獻[基于改進布羅伊登法的交直流潮流計算]主要介紹在分析求解非線性方程組的布羅伊登法和一種改進的布羅伊登法的基礎(chǔ)上,針對交直流混聯(lián)系統(tǒng),運用改進的布羅伊登法,提出了一種潮流計算的統(tǒng)一迭代法,設(shè)計了算法的具體實現(xiàn)步驟,并以一個IEEE9節(jié)點修改系統(tǒng)進行仿真計算,結(jié)果表明本文采用的改進布羅伊登法交直流潮流計算方法有效可行。文獻[基于直流潮流和分布因子三母線系統(tǒng)脆性源辨識技術(shù)]提出了基于直流潮流和分布因子法相結(jié)合,提出了快速找到系統(tǒng)脆性源的方法和步驟。通過對3節(jié)點電力系統(tǒng)脆性源的辨識,證明了此方法的有效性。文獻[計及雙饋風(fēng)力發(fā)電機內(nèi)部等值電路的電力系統(tǒng)隨機潮流計算]研究了含變速恒頻雙饋式發(fā)電機的風(fēng)電場接入系統(tǒng)后對電壓質(zhì)量的影響,在雙饋式發(fā)電機簡化等值電路的基礎(chǔ)上建立了風(fēng)電場的確定性潮流模型,建立了風(fēng)力發(fā)電機的隨機分析模型,并在這二者的基礎(chǔ)上運用基于半不變量法的隨機潮流進行計算。文獻[計及分布式發(fā)電的配電系統(tǒng)隨機潮流計算]提出了計及分布式發(fā)電的配電系統(tǒng)隨機潮流計算。 2100433B

(1)在電網(wǎng)規(guī)劃階段,通過潮流計算,合理規(guī)劃電源容量及接入點,合理規(guī)劃網(wǎng)架,選擇無功補償方案,滿足規(guī)劃水平的大、小方式下潮流交換控制、調(diào)峰、調(diào)相、調(diào)壓的要求。

(2)在編制年運行方式時,在預(yù)計負荷增長及新設(shè)備投運基礎(chǔ)上,選擇典型方式進行潮流計算,發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)中薄弱環(huán)節(jié),供調(diào)度員日常調(diào)度控制參考,并對規(guī)劃、基建部門提出改進網(wǎng)架結(jié)構(gòu),加快基建進度的建議。

(3)正常檢修及特殊運行方式下的潮流計算,用于日運行方式的編制,指導(dǎo)發(fā)電廠開機方式,有功、無功調(diào)整方案及負荷調(diào)整方案,滿足線路、變壓器熱穩(wěn)定要求及電壓質(zhì)量要求。

(4)預(yù)想事故、設(shè)備退出運行對靜態(tài)安全的影響分析及做出預(yù)想的運行方式調(diào)整方案。

總結(jié)為在電力系統(tǒng)運行方式和規(guī)劃方案的研究中，都需要進行潮流計算以比較運行方式或規(guī)劃供電方案的可行性、可靠性和經(jīng)濟性。同時，為了實時監(jiān)控電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，也需要進行大量而快速的潮流計算。因此，潮流計算是電力系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛、最基本和最重要的一種電氣運算。在系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計和安排系統(tǒng)的運行方式時，采用離線潮流計算；在電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)控中，則采用在線潮流計算。

電力系統(tǒng)分析（analysis of electric power system）電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行分析、故障分析和暫態(tài)過程的分析。電力系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)為電力系統(tǒng)潮流計算、短路故障計算和穩(wěn)定計算。

電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析

主要研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行的性能，包括系統(tǒng)有功和無功功率的平衡，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓和支路功率的分布等，解決系統(tǒng)有功功率和頻率調(diào)整，無功功率和電壓控制等問題。電力系統(tǒng)潮流計算是電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析的基礎(chǔ)。潮流計算的結(jié)果可以給出電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時各節(jié)點電壓和各支路功率的分布。在不同系統(tǒng)運行方式下進行大量潮流計算，可以研究并從中選擇確定經(jīng)濟上合理、技術(shù)上可行、安全可靠的運行方式。潮流計算還給出電力網(wǎng)的功率損耗，便于進行網(wǎng)據(jù)分析，并進一步制定降低網(wǎng)損的措施。潮流計算還可以用于電力網(wǎng)事故預(yù)想，確定事故影響的程度和防止事故擴大的措施。潮流計算也用于輸電線路工頻過電壓研究和調(diào)相、調(diào)壓分析，為確定輸電線路并聯(lián)補償容量、變壓器可調(diào)分接頭設(shè)置等系統(tǒng)設(shè)計的主要參數(shù)以及線路絕緣水平提供部分依據(jù)。諧波分析主要通過諧波潮流計算，研究在特定諧波源作用下，電力網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點諧波電壓和支路諧波電流的分布，確定諧波源的影響從而制定消除諧波的措施。

電力系統(tǒng)故障分析

主要研究電力系統(tǒng)中發(fā)生故障（包括短路、斷線和非正常操作）時，故障電流、電壓及其在電力網(wǎng)中的分布。短路電流計算是故障分析的的主要內(nèi)容。短路電流計算的目的，是確定短路故障的嚴(yán)重程度，選擇電氣設(shè)備參數(shù)。整定繼電保護，分析系統(tǒng)中負序及零序電流的分布，從而確定其對電氣設(shè)備和系統(tǒng)的影響。

電力系統(tǒng)暫態(tài)分析

主要研究電力系統(tǒng)受到擾動后的電磁和機電暫態(tài)過程，包括電磁暫態(tài)過程的分析和機電暫態(tài)過程的分析。

電磁暫態(tài)過程的分析

主要研究電力系統(tǒng)故障和操作過電壓及諧振過電壓，為變壓器、斷路器等高壓電氣設(shè)備和輸電線路的絕緣配合和過電壓保護的選擇，以及降低或限制電力系統(tǒng)過電壓技術(shù)措施的制訂提供依據(jù)。

機電暫態(tài)過程的分析

主要研究電力系統(tǒng)受到大擾動后的暫態(tài)穩(wěn)定和受到小擾動后的靜態(tài)穩(wěn)定性能。其中暫態(tài)穩(wěn)定分析是研究電力系統(tǒng)受到諸如短路故障，切除或投入線路、發(fā)電機、負荷，發(fā)電機失去勵磁或者沖擊性負荷等大擾動作用下，電力系統(tǒng)的動態(tài)行為和保持同步穩(wěn)定運行的能力。為選擇規(guī)劃設(shè)計中的電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，校驗和分析運行中的電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性能和穩(wěn)定破壞事故，制訂防止穩(wěn)定破壞的措施提供依據(jù)。靜態(tài)穩(wěn)定分析為確定輸電系統(tǒng)的輸送功率，分析靜態(tài)穩(wěn)定破壞和低頻振蕩事故的原因，選擇發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的形式和參數(shù)提供依據(jù)。

電力系統(tǒng)分析工具 三要有暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析儀、物理模擬裝置和計算機數(shù)字仿真。

暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析儀 用阻抗模型模擬電力網(wǎng)用于電磁暫態(tài)過程的研究。其變壓器、線路的頻變電氣參數(shù)具有較高精度，而且利用計算機技術(shù)進行數(shù)據(jù)的收集處理和分析，有較強的實用價值。

電力系統(tǒng)動態(tài)模擬裝置

曾廣泛用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定研究和機電暫態(tài)分析。該模擬裝置的所有元件均為物理仿真模型，模擬產(chǎn)生的物理現(xiàn)象可與實際電力系統(tǒng)一一對應(yīng)，可用于考核校驗實際電力系統(tǒng)繼電保護和自動裝置。但由于模擬裝置中元件的數(shù)量有限，模擬試驗周期長以及計算機數(shù)字仿真的迅速發(fā)展等原因，其實際應(yīng)用受到了限制。

計算機數(shù)字仿真

電力系統(tǒng)分析的主要方法。電力系統(tǒng)分析的理論研究和計算機技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，促進了電力系統(tǒng)分析方法的進步和發(fā)展。理論研究為電力系統(tǒng)分析建立了堅實的理論基礎(chǔ)，例如三相交流電力系統(tǒng)不對稱故障和操作下電壓、電流計算的對稱分量法，以及描述同步電機的電壓、電流、磁鏈等電磁量與轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等機械量之間的相互關(guān)系的派克方程。前者為現(xiàn)代電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析提供了重要的方法依據(jù)，而后者奠定了同步電機暫態(tài)分析的基礎(chǔ)。矩陣、圖論、數(shù)值計算等與計算機相關(guān)的應(yīng)用數(shù)學(xué)分支在電力系統(tǒng)分析領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展，使電力系統(tǒng)分析數(shù)學(xué)表達的形式、建立數(shù)學(xué)模型的方法、數(shù)值計算方法等方面發(fā)生了很大變化，從而大大提高了電力系統(tǒng)分析的規(guī)模和速度，適應(yīng)了現(xiàn)代大規(guī)模電力系統(tǒng)（幾千個節(jié)點、上萬條支路）和實時控制快速分析的需要，這是其他分析手段無法比擬的。

電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電力系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)為電力系統(tǒng)潮流計算、短路故障計算和穩(wěn)定計算。

電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析

主要研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行的性能，包括系統(tǒng)有功和無功功率的平衡，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓和支路功率的分布等，解決系統(tǒng)有功功率和頻率調(diào)整，無功功率和電壓控制等問題。電力系統(tǒng)潮流計算是電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析的基礎(chǔ)。潮流計算的結(jié)果可以給出電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時各節(jié)點電壓和各支路功率的分布。在不同系統(tǒng)運行方式下進行大量潮流計算，可以研究并從中選擇確定經(jīng)濟上合理、技術(shù)上可行、安全可靠的運行方式。潮流計算還給出電力網(wǎng)的功率損耗，便于進行網(wǎng)據(jù)分析，并進一步制定降低網(wǎng)損的措施。潮流計算還可以用于電力網(wǎng)事故預(yù)想，確定事故影響的程度和防止事故擴大的措施。潮流計算也用于輸電線路工頻過電壓研究和調(diào)相、調(diào)壓分析，為確定輸電線路并聯(lián)補償容量、變壓器可調(diào)分接頭設(shè)置等系統(tǒng)設(shè)計的主要參數(shù)以及線路絕緣水平提供部分依據(jù)。諧波分析主要通過諧波潮流計算，研究在特定諧波源作用下，電力網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點諧波電壓和支路諧波電流的分布，確定諧波源的影響從而制定消除諧波的措施。

電力系統(tǒng)故障分析

主要研究電力系統(tǒng)中發(fā)生故障（包括短路、斷線和非正常操作）時，故障電流、電壓及其在電力網(wǎng)中的分布。短路電流計算是故障分析的的主要內(nèi)容。短路電流計算的目的，是確定短路故障的嚴(yán)重程度，選擇電氣設(shè)備參數(shù)。整定繼電保護，分析系統(tǒng)中負序及零序電流的分布，從而確定其對電氣設(shè)備和系統(tǒng)的影響。

電力系統(tǒng)暫態(tài)分析

主要研究電力系統(tǒng)受到擾動后的電磁和機電暫態(tài)過程，包括電磁暫態(tài)過程的分析和機電暫態(tài)過程的分析。

電磁暫態(tài)過程的分析

主要研究電力系統(tǒng)故障和操作過電壓及諧振過電壓，為變壓器、斷路器等高壓電氣設(shè)備和輸電線路的絕緣配合和過電壓保護的選擇，以及降低或限制電力系統(tǒng)過電壓技術(shù)措施的制訂提供依據(jù)。

機電暫態(tài)過程的分析

主要研究電力系統(tǒng)受到大擾動后的暫態(tài)穩(wěn)定和受到小擾動后的靜態(tài)穩(wěn)定性能。其中暫態(tài)穩(wěn)定分析是研究電力系統(tǒng)受到諸如短路故障，切除或投入線路、發(fā)電機、負荷，發(fā)電機失去勵磁或者沖擊性負荷等大擾動作用下，電力系統(tǒng)的動態(tài)行為和保持同步穩(wěn)定運行的能力。為選擇規(guī)劃設(shè)計中的電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，校驗和分析運行中的電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性能和穩(wěn)定破壞事故，制訂防止穩(wěn)定破壞的措施提供依據(jù)。靜態(tài)穩(wěn)定分析為確定輸電系統(tǒng)的輸送功率，分析靜態(tài)穩(wěn)定破壞和低頻振蕩事故的原因，選擇發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的形式和參數(shù)提供依據(jù)。

電力系統(tǒng)分析工具三要有暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析儀、物理模擬裝置和計算機數(shù)字仿真。

暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析儀用阻抗模型模擬電力網(wǎng)用于電磁暫態(tài)過程的研究。其變壓器、線路的頻變電氣參數(shù)具有較高精度，而且利用計算機技術(shù)進行數(shù)據(jù)的收集處理和分析，有較強的實用價值。

電力系統(tǒng)動態(tài)模擬裝置

曾廣泛用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定研究和機電暫態(tài)分析。該模擬裝置的所有元件均為物理仿真模型，模擬產(chǎn)生的物理現(xiàn)象可與實際電力系統(tǒng)一一對應(yīng)，可用于考核校驗實際電力系統(tǒng)繼電保護和自動裝置。但由于模擬裝置中元件的數(shù)量有眼，模擬試驗周期長以及計算機數(shù)字仿真的迅速發(fā)展等原因，其實際應(yīng)用受到了限制。

計算機數(shù)字仿真

目前電力系統(tǒng)分析的主要方法。電力系統(tǒng)分析的理論研究和計算機技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，促進了電力系統(tǒng)分析方法的進步和發(fā)展。理論研究為電力系統(tǒng)分析建立了堅實的理論基礎(chǔ)，例如三相交流電力系統(tǒng)不對稱故障和操作下電壓、電流計算的對稱分量法，以及描述同步電機的電壓、電流、磁鏈等電磁量與轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等機械量之間的相互關(guān)系的派克方程。前者為現(xiàn)代電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析提供了重要的方法依據(jù)，而后者奠定了同步電機暫態(tài)分析的基礎(chǔ)。矩陣、圖論、數(shù)值計算等與計算機相關(guān)的應(yīng)用數(shù)學(xué)分支在電力系統(tǒng)分析領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展，使電力系統(tǒng)分析數(shù)學(xué)表達的形式、建立數(shù)學(xué)模型的方法、數(shù)值計算方法等方面發(fā)生了很大變化，從而大大提高了電力系統(tǒng)分析的規(guī)模和速度，適應(yīng)了現(xiàn)代大規(guī)模電力系統(tǒng)（幾千個節(jié)點、上萬條支路）和實時控制快速分析的需要，這是其他分析手段無法比擬的。2100433B

本書的英文版作為《電力工程手冊》五卷集的一部分，涵蓋了電力系統(tǒng)潮流計算、高電壓與電磁暫態(tài)、電網(wǎng)規(guī)劃、電力市場和電力電子技術(shù)等方面的內(nèi)容，并在歐美電力工程領(lǐng)域中享有盛譽的LLGrigsby、Andrew Hanson、Pritindra Chowdhuri、Gerry Sheblé和 Mark Nelms等人指導(dǎo)下精心完成。書中還包括了大量國外電力系統(tǒng)分析方面的新近研究成果，這些內(nèi)容可以為國內(nèi)研究人員在相關(guān)專題的研究中提供參考。

本書詳細講解了相關(guān)領(lǐng)域的理論知識，并附加了眾多照片、圖形，可以幫助讀者更好地理解相關(guān)內(nèi)容。每一章節(jié)的更新部分都包括了相關(guān)領(lǐng)域在理論和技術(shù)發(fā)展的前沿內(nèi)容，以及相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)和實際應(yīng)用情況。主要內(nèi)容包括：

 電力系統(tǒng)分析與仿真

 電力系統(tǒng)暫態(tài)過程及高電壓

 電力系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性

 電力電子理論及其在可再生能源發(fā)電中的應(yīng)用

本書可作為從事電力系統(tǒng)自動化專業(yè)研究等相關(guān)工作的專業(yè)技術(shù)人員，以及高校電氣工程自動化專業(yè)或其他相關(guān)專業(yè)的本科生、研究生的參考讀物。