华北电力大学电网络分析理论第一章网络理论基础(1)精简版ppt课件.ppt

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合；可用支路和结(节)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。“四网”：电力网络、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 ransactions 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,500kV平武线长江大军山跨越，建于1981年，塔高108m，跨江距1166m，导线标号LHGJT-440，跨江采用三分裂方式，架空地线标号为LHGJT-150， 最大风舞振幅可达13m，频率0.13Hz。,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。,工程实际中网络理论的研究对象,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。,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）,直流试验基地,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。,12.5期间三纵三横输电项目，直流1100kV示范试验工程已经开工！,皖电东送淮南至上海青浦特高压交流输电示范工程于2011年9月27日获得核准并正式开工。为同塔并架双回线，全长656km共1421铁塔，计划2013年底完成。其中世界上最高特高压跨越塔（跨长江）高277.5m(一个横担重20T)预计于2012年10月28日封顶。,电网的安全防护问题,自然灾害是人类大电网的天敌！？,冰雪作为一种自然现象，是不可避免的，由冰雪引起的线路覆冰现象曾给世界各地许多架空线路的安全运行造成严重影响。,例如，冰雪、风（含飓风等）、火山、地震、海啸。,2008年1月2月我国湘鄂赣云贵川闽苏皖等15个省市自治区范围内发生雨雪冰冻灾害，灾区范围内的电力系统有36700多条线路故障，受灾人口达1亿多，直接经济损失超过1100亿元人民币。,对我国电网的损害尤其严重，其中500kV输电线路断线处高达799处。据统计，国家电网公司高压线杆塔倒塌17.2万基，受损1.2万基；低压线路杆塔倒塌51.9万基，受损15.3万公里；各级电压等级线路停运15.3万条，变电站停运884座。南方电网公司系统杆塔损毁12多万基，受损线路7000多条，变电站停运859座。,2011年初的低温、冻雨、冰雪对湘、云、桂、川、黔、渝等十几个省市自治区造成了较大的影响。例如湖南、四川、重庆电网共有56条35kV及以上线路覆冰（500kV及以上线路17条、220kV线路15条、110kV线路20条、35kV线路4条。,其中，湖南包括江城直流在内有12条线路覆冰，覆冰厚度13毫米，最大覆冰厚度12毫米；四川30条线路覆冰，线路覆冰厚度1020毫米，最大覆冰厚度30毫米；重庆包括800 kV复奉直流在内有14条线路覆冰，线路覆冰厚度25毫米 。,2012年10月桑迪飓风袭击美国,2012年10月29日百年一遇的桑迪风暴对美国东海岸地区造成巨大影响和损失，风速最高达130km/h，受飓风影响严重的州数量达17个，各大州的城市交通及居民用电都受到严重的影响，桑迪过后美国一片狼藉，几乎所有房屋都遭到浸泡，大量树木和电线杆倒塌。,2012年10月28日开始到现在，新泽西州240万人因飓风桑迪影响断电。当风暴到达加拿大时，仅安大略地区就有20万人用电受到影响,2012年10月28日，由于受到飓风影响弗吉利亚州地区普降暴雪，当日降雪达到18cm，而截至到2012年11月1日，大雪积深最厚达68cm,2012年10月29日，位于纽约中心地带曼哈顿地区受桑迪影响水最深达到3m，36万人被强制疏散，67万用户遭到停电，其中在曼哈顿下城的东部地区，一个变电站发生爆炸，爆炸变压器火光四起。,这是纽约100百年内的第二次大飓风袭击。,2012年10月29日，为减少飓风对循环水系统的影响，康涅狄格州一家核电站提前减少了三成发电量，而受灾区断电影响，佛蒙特州一家核电站减少了一成发电量，宾夕法尼亚州一家核电站更锐减了75%的发电量。,美国核能管理委员会10月30日通报，飓风“桑迪”致使一座核电站进入“警戒”状态，3座核电站关闭核反应堆，另有3座核电站在飓风来袭前后减少了发电量。,2012年11月3日报道，截至目前，飓风“桑迪”已造成美国与加拿大两国至少102人死亡。,2012年11月3日报道，截至目前，美国仍有300万户居民未能恢复供电，其中包括纽约州120万户。目前纽约市已有40万户恢复电力供应，包括曼哈顿、皇后区与布鲁克林区等地。,2012年10月29日至11月1日因飓风影响，据统计美国已有500万人断电，100万人被强制撤离，5000万人受到影响，直接经济损失达数百亿美元，此次飓风属于百年一遇。,2012年11月3日报道 “桑迪” 造成的损失为500亿美元，是美国史上损失最惨重的风暴之一,2012年11月4日13时报道 纽约市已有70%恢复了电力供应，没有恢复的人们用蜡烛 “煮咖啡” 。,风暴“桑迪”给美国纽约造成严重影响，有视频画面显示，10月29日，在曼哈顿下城的东部地区，一个变电站发生爆炸，爆炸现场火光四起，十分震撼,当地时间10月30日，飓风“桑迪”裹挟着狂风骤雨重创了美国东海岸，飓风所经过之处一片狼藉。图为飓风“桑迪”袭击后，美国马里兰州Chevy Chase街道上的电线杆倒塌阻断道路。,弗吉利亚州地区受飓风影响普降大雪,2012年11月3日10时至11月4日10时，北京市雨夹雪，仅延庆县就有13条高压线受到影响，1800多户短时断电。发布消息时，已经恢复。,气象专家称，下雪天打雷!（雨夹雪？）对流强烈！？,智能电网（Smart grid）,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（Smart grid）,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、经济的电力系统，已经成为全球电力行业的共同目标。除了这些驱动力，电力系统首先应该满足经济发展的需求。,有关专家指出，中国发展智能电网也与其他国家有所差别。“外国智能电网更多地关注配电领域。目前，我们需要更多地关注智能输电网领域，把特高压电网的发展融入其中，保证电网的安全可靠和稳定，提升驾驭大电网安全运行的能力。”而在灾害天气来临时,智能电网将预期输电线路是否会发生故障,并采取补救措施。这是智能电网的特征之一自愈。智能电网通过实时掌控电网运行状态，及时发现、快速诊断和消除故障隐患，提升电网运行的可靠性。,智能电网的“核心技术”是数字化电网、分布式能源系统、信息化家电和蓄能式混合动力交通工具。智能电网主要包括数据采集、数据传输、信息集成、分析优化和信息展现五大方面。高级分析和优化是智能电网应用的核心。有效地解决电网企业普遍存在的数据收集体系残缺、通信体系兼容性差、应用系统相互割裂、数据缺乏深度利用等问题，在调度信息与生产管理信息有效集成的基础上，实现从不同维度和层次对数据进行分析，是智能电网建设必须解决的问题。,智能电网概念，从提出到形成只有不到12年的时间。发展超导输电和智能电网，大力改善需求侧用电波动影响，提高电网调度调配能力，减少输配环节损耗，无论是经济价值、社会价值，还是环境价值都具有深远意义。美国还计划使用超导输电技术而并非特高压输电技术，超越四个时区将全国主要电网连接起来，以提高电网的安全性和电力调配能力。目前，智能电网在国外先进电网企业的实施和应用已经为企业带来了卓著的价值回报。,从2001年意大利电力公司安装和改造了3000万台智能电表至今，智能电网的发展只有10年的时间，在世界范围内，智能电网正在带动上下游产业形成庞大的“智网产业链” 。,2011年4月7日，美国电力科学研究院发布报告,对美国现代化电力系统以及部署智能电网技术的成本和收益进行了评估。,该报告估计，全面落实现代化电力系统和智能电网将花费3380亿4760亿美元，而收益将达到13000亿20000亿美元。该报告还分析了各方面的成本和收益，包括改善智能电网对可再生能源更有效的支持，更可靠的电力传输及质量保证，到加强电网安全和保障。同时，报告指出，做出这些改变将带来更高的电源利用率和更有效的高峰负荷管理。,预计到2030 年美国整个智能电网建设需要的资金投入高达1.5万亿美元。这种国家层面的“自觉行为”，不仅为美国智能电网的发展提供了必要的资金和政策保证，而且为美国智能电网的发展注入了强大的驱动力。,智能电网的核心技术是数字化电网、分布式能源系统、信息化家电和蓄能式混合动力交通工具。智能电网主要包括数据采集、数据传输、信息集成、分析优化和信息展现五大方面。高级分析和优化是智能电网应用的核心。有效地解决电网企业普遍存在的数据收集体系残缺、通信体系兼容性差、应用系统相互割裂、数据缺乏深度利用等问题，在调度信息与生产管理信息有效集成的基础上，实现从不同维度和层次对数据进行分析，是智能电网建设必须解决的问题。,有关专家指出，中国发展智能电网也与其他国家有所差别。“外国智能电网更多地关注配电领域。目前，我们需要更多地关注智能输电网领域，把特高压电网的发展融入其中，保证电网的安全可靠和稳定，提升驾驭大电网安全运行的能力。”而在灾害天气来临时,智能电网将预期输电线路是否会发生故障,并采取补救措施。这是智能电网的特征之一自愈。智能电网通过实时掌控电网运行状态，及时发现、快速诊断和消除故障隐患，提升电网运行的可靠性。,在“2009年特高压输电技术国际会议”上,国务院副总理张德江表示，中国将从实际出发，积极探索符合中国国情的智能电网发展道路。在最近连续两次的政府工作报告中，国务院总理温家宝都讲到了积极发展新能源、可再生能源和加强智能电网建设。一次是在2010年3月5日的第十一届全国人民代表大会第三次会议上，一次是在2011年3月5日的第十一届全国人民代表大会第四次会议上。这说明智能电网建设已经受到我国政府最高层的重视。,未来10年，我国智能电网预计年均投资约3000亿元。从产业链层面看，智能电网依次分为发电、输电、变电、配电、用电、调度等环节，其所涉及的技术极为庞杂，每个环节都将应用大量的新技术。,到目前为止，国际上也尚未出现关于智能电网的国家标准或国际标准，我国的智能电网标准研究与国际上基本处于同一起跑线。国网正在制定中的智能电网建设规划将于近期出台，但国家层面的智能电网建设规划可能在能源和电力的“十二五”规划制定完毕之后再着手制定。目前南方电网也在制定智能电网的相关标准。,2011年5月2729日国家自然科学基金委主办了“双清论坛”，论坛针对我国未来智能电网的内涵、发展方略、关键的科学问题、重点发展方向等迫在眉睫的问题进行了探讨，研讨了智能电网领域的发展动态、前沿科学和关键技术问题。,2011年6月810日，科技部主持在北京香山饭店召开了“中国的智能电网关键技术问题和发展战略”学术讨论会，对我国智能电网的内涵、发展方略、关键的技术领域和突破点，以及目前的合理可行的发展重点发展方向等迫在眉睫的问题进行了探讨，并对我国智能电网总体发展战略思路和国家政策提出了建议。,在短短十几天的时间内，自然科学基金委、发改委、科技部纷纷聚焦智能电网，足见国家对智能电网建设的关注程度。,微电网(micro-grid，micro grid) 与智能小区,微电网(micro-grid，micro grid),微电网已成为一些发达国家解决电力系统众多问题的一个重要辅助手段。,随着电网规模的不断扩大, 超大规模电力系统的弊端也日益凸现, 成本高, 运行难度大, 难以适应用户越来越高的安全和可靠性要求以及多样化的供电需求。尤其在近年来世界范围内接连发生几次大面积停电事故之后, 电网的脆弱性充分暴露了出来。 “自然灾害也是人类大电网的天敌”。,作为大电网的有效补充与分布式能源的有效利用形式，微电网已引起各国科学家的广泛关注。虽然将其实用化还有许多问题尚待解决，但毫无疑问，微电网的发展潜力十分巨大。,国外微电网研发现状,美国CERTS（美国电力可靠性技术解决方案协会）最早提出了微电网的概念,美国CERTS提出的微电网主要由基于电力电子技术且容量小于等于500KW的小型微电源与负荷构成,并引人了基于电力电子技术的控制方法。电力电子技术是美国CERTS微电网实现智能、灵活控制的重要支撑。目前, 美国CERTS微电网的初步理论研究成果已在实验室微电网平台上得到了成功检验。,日本立足于国内能源日益紧缺、负荷日益增长的现实背景, 也展开了微电网研究, 但其发展目标主要定位于能源供给多样化、减少污染、满足用户的个性化电力需求。,欧洲提出要充分利用分布式能源、智能技术、先进电力电子技术等实现集中供电与分布式发电的高效紧密结合, 并积极鼓励社会各界广泛参与电力市场, 共同推进电网发展。微电网以其智能性、能量利用多元化等特点也成为欧洲未来电网的重要组成。目前, 欧洲已初步形成了微电网的运行、控制、保护、安全及通信等理论, 并在实验室微电网平台上对这些理论进行了验证。,除美国、日本、欧洲外, 加拿大、澳大利亚等国也展开了微网研究。从各国对未来电网的发展战略和对微电网技术的研究与应用中可清楚看出,微电网的形成与发展绝不是对传统集中式、大规模电网的革命与挑战（？！）, 而是代表着电力行业服务意识、能源利用意识、环保意识的一种提高与改变。微电网是未来电网实现高效、环保、优质供电的一个重要手段, 是对大电网的有益补充。,微电网在中国的发展前景,（1）微电网是中国发展可再生能源的有效形式。若能将负荷点附近的分布式能源发电技术、储能及电力电子控制技术等很好地结合起来构成微电网, 则可再生能源将充分发挥其重要潜力。例如, 对于中国未通电的偏远地区, 充分利用当地风能、太阳能等新能源, 设计合理的微电网结构, 实现微电网供电, 将是发挥中国资源优势、加快电力建设的重要举措。,（2）微电网在提高中国电网的供电可靠性、改善电能质量方面具有重要作用。中国的经济已进人数字化时代, 优质、可靠的电力供应是经济高速发展的重要保障。,（4）微电网与大电网间灵活的并列运行方式可使微电网起到削峰填谷的作用，从而使整个电网的发电设备得以充分利用，实现经济运行。在系统中加入基于电力电子技术的新能源并配以智能、灵活的控制方式，一方面可提高系统的智能化与自动化水平，另一方面也可为企业带来可观的经济效益。,（3）微电网对于在中国发展热电联供有极大的指导意义。如何就近选择合适容量的热力用户与电力用户组成微电网，并进行最佳的电力技术组合，对于中国提高能源利用效率、优化能源结构、减少环境污染等具有重要意义。,智能小区（2011）,智能电网涉及发电、输电、变电、配电、用电和调电等环节，智能用电小区建设是智能电网的重要组成部分。,智能小区不仅是一次技术上的更新，更是生活方式的“革命”。,智能小区，通过用电信息采集、双向互动服务、小区配电自动化、分布式电源及储能、电动汽车充电、智能家居监控等，综合计算机技术、通信技术、控制技术等多种技术应用，实现小区供用电服务的智能化。,“电力光纤入户”是指在低压通信接入网中采用光纤复合低压电缆，将光纤随低压电力线敷设，实现到表到户，配合无源光网络技术，承载用电信息采集、智能用电双向交互、“三网融合”等业务。 电力光纤入户是智能电网的标志性技术之一。,电力光纤入户是一项涉及多领域、跨行业乃至生活理念转变的系统工程，涵盖通信设备、新能源发电、智能家电等多个产业的创新发展，还将于智能生活、智能家居、智能城市等更广阔领域的建设发展相适应。,清洁环保。一方面，用户通过用电终端优先选择清洁能源供电；另一方面，让用户便捷地使用清洁能源。电动汽车充电功能，也使用户绿色出行。,节能降耗。根据实际需求及时调整用电行为。减少不必要的耗电，新能源发电系统，为用户供应清洁电力，并将剩余能源卖给电网企业，增加家庭收入。,智能高效。智能电网的双向互动功能，智能家电进行统一集中管理，本地和远程的多种家电控制方式；便捷的社区管理、市政管理、电子医疗、远程教育等服务-智能家居服务。,安全可靠。居住安全，智能交互终端可对家庭的安全布防；用电安全。分布式电源的并网和运行管理，互为备用，大大提高了供电可靠性。,光伏发电系统photovoltaic system，PV system,利用太阳能电池直接将太阳能转换成电能的发电系统。其特点是可靠性高、使用寿命长、不污染环境、能独立发电又能并网运行，具有广阔发展前景。,太阳能光伏发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）和太阳跟踪控制系统组成。可以与其它发电系统构成混合发电系统。,风光互补路灯,风光互补路灯系统主要由风力发电机、太阳能电池组件、风光互补控制器、蓄电池和光源组成。白天，路灯通过蓄电池储存电能，晚上则利用智能系统实现路灯照明。,每充满一次电，路灯可满足40至48小时的照明，相当于4个夜晚的连续供电；而在气候极端恶劣的地区，路灯被设定为可支持72小时的不间断照明。,风光互补路灯虽然一个灯杆的价格是传统路灯的2至3倍，但却省去了铺设电线和电费等费用。,冷热电“三联供”,冷热电联产简称“三联供”，是集制冷、制热及发电过程于一体化的总能系统。 “三联供”装置，系统采用天然气燃烧做功发电，然后对发电后的烟气进行余热回收；夏天余热为用户供冷及提供生活热水，冬天余热可全部用于供暖。,“经过余热回收后，三联供的能源利用率高达80%至90%，而传统的发电设备，这一数值仅为40%左右”。,纯电动汽车,在国家电网试点（左安门2011.3）的智能小区内为电动汽车提供了3个充电桩，可满足电动汽车车主的充电需求。充电8小时可跑160公里。,一台电动汽车一次充电量约为30千瓦时，每次续航160公里，按年行驶2万公里测算，年用电量为3750千瓦时，每年节约用油量2000升，减排二氧化碳4.6吨，可节省使用支出上万元。,电网角色的扩展（重新定位）,电力光纤入户是国家电网为实现智能电网功能，开展电信网、广播网、互联网内容传输“三网融合”等业务而提出的新型电力通信手段。光纤信号在光缆中的传输互不干扰，可有效阻止来自互联网和电网对生产控制的攻击，不会产生安全隐患，降低近40%的运营商光纤入户成本。,电网企业将有多种新的角色定位，如不仅可以为“三网融合”提供通道，还可以作为智能电网服务商、宽带资源批发商、为智能家居提供服务等。,智能用电小区“全国开花”（ 2011-9-7）,上海浦东联洋社区“第九城市”，是上海首个光纤入户示范小区。根据规划，浦东联洋“第九城市”涉及电力业务，包括配电自动化和智能抄表，及外网业务，包括宽带、IPTV、语音电话等。2011年，上海将电力光纤入户、智能电表集抄、配网自动化等建设项目进行了统筹规划、优化设计和同步建设，计划全年完成20万户。其中，一期涉及6.5万户，二期涉及13.5万户。,北京左安门智能公寓项目是经3个月的原公寓改造完成的（2011年03月12日），是北京首个智能用电试点小区。造价较高。仅电力光纤入户的改造成本，每户约增加5%-10%的资金投入。,该智能小区，主体是左安门公寓，地下两层和地上八层，共68个房间。具有电网与客户双向互动及智能家居控制等智能用电的功能。小区还配置了3座电动汽车充电桩和2盏风和光发电互补路灯，公寓屋顶安装有太阳能光伏发电设备。,公寓供电整体由智能微电网管理系统控制，包括微型冷热电联产系统、大容量储能系统、能量管理及配电自动化系统，可实现多种电源方式优化分配和经济运行。,“智能小区试点工程，集中展示了智能电网、智能用电的先进理念，是对北京建设世界城市打造坚强智能电网的有益尝试。”,重庆市加新沁园是国内第一家规模超千户并正式投入运营的智能用电小区，于2010年6月28日建成。智能交互终端，操控着家里所有的智能家电，能够通过智能插座收集所有家电的用电信息。,智能交互终端具有外出、就寝、舒适、经济这四种用电模式，并能显示低碳指数。楼顶上有一套黑色的电池板(光伏发电系统)。利用太阳能发电，平均每户每天可发电8千瓦时，最高时可达12千瓦时。“这种高清洁、可循环能源的利用，让低碳成为可能 。,目前(到2011.11为止)，我国智能小区的建设及改造工作正不断推进。除上海外，北京市丰台区莲香园小区完成智能电网系统功能改造，成为全国首个面向普通居民实现运营的智能电网小区;黑龙江首个智能用电小区试点项目建设接近尾声“智能之家”距离普通百姓家已不再遥远。,国网的智能小区试点建设项目取得阶段性成果，预计2050年智能小区将作为城市社区建设的标准，全面进入人们的生活。也许2020年的某一天，这些美好的生活场景就已经提前到来？！,2012年10月26日国家电网公司今天向社会发布关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见，从11月1日开始，国家电网公司开始按照新的工作标准接受分布式光伏发电并网。,国家电网公司确定了分布式光伏的界定标准。该范围能涵盖所有的屋顶和光电建筑一体化项目。对于分布式光伏发电并网，国家电网公司做出了一系列免费承诺。除分布式光伏发电项目免收系统备用费外，电网企业为分布式光伏发电项目业主提供接入系统方案制定、并网检测、调试等全过程服务，均不收取费用。,为支持分布式光伏发电分散接入低压配电网，国家电网公司还允许富余电力上网，电网企业按国家政策全额收购富余电力，上、下网电量分开结算。,本课程的主要内容,掌握基本概念和基本分析计算方法。使对电网络的分析在“观念”和“方法”上有所提高。,3.本课程的主要内容,教材的第一章第七章的大部分内容，计划40学时（1219），19周考，详见后面的教学安排。,4.要求,5.参考书,肖达川：线性与非线性电路,邱关源：电网络分析 网络理论分析（新书，罗先觉）,跳过！,传统的网络理论有“分析”和“综合”两大类问题。所谓分析，是在特定的激励下求一个给定网络的响应;所谓综合则是分析的反问题，是在特定的激励下为了要达到预期的响应，而来构成(设计)一个网络。,分析的问题是网络拓扑和参数全已知，而网络的响应全未知;综合的间题是网络的响应全已知，而网络的拓扑和参数全未知。,研究表明，在进入VLSI（Very Large scale integration）阶段以后，有相当一类实际网络问题，可以在理论上归结为网络拓扑和参数有一部分已知，另一部分未知，而网络的响应亦有一部分已知，另一部分未知。,这类间题的典型例子是复杂电子系统的故障诊断和元件参数可解性问题。于是，称分析为第一类问题，综合为第二类间题；其他归入了第三类间题，这是林爭辉教授在1980年提出的一个新观点。,第一章 网络理论基础,1- 1 网络及其元件的基本概念,1-2 基本二端代数元件,1-3高阶二端代数元件,1-4代数多口元件,1-5动态元件（简介）,1-8 图论的基础知识1-10网络的互联规律性,1-11网络及元件的基本性质,第三章 多口网络,3-1非含源多口网络的常见矩阵表示法,3-2含源多口网络（的常见矩阵表示法）,3-3多口网络的等效电路（星网变换）,3-6不定导纳阵（归入第四章讲）,第四章 电路的代数方程,4- 1概述,4- 2支路方程的矩阵形式,4- 3电路代数方程的矩阵形式,4- 4混合分析法（重点）,4- 5约束网络法（简介）,4- 6稀疏表格法,4- 7改进节点法（重点）,4- 9端口分析法（重点）,第六章 网络函数与稳定性,6-3信号流图（Mason公式）,第七章网络的灵敏度分析（重点）,7-1灵敏度分析的意义,7-2灵敏度分析的基本概念,7-3伴随网络法（重点）,7-3导数网络法,第五章 动态电路（网络）的时域分析,5-1状态变量分析的基本概念,5-2状态方程的建立,5-3线性状态方程的解析解,5-5稀疏表格法（简介，一般为代数微分混合方程）,5-6改进节点法（带微分算子）,5-7端口分析法（储能元件、高阶元件和独立源抽出跨接在端口上与本科介绍的储能元件的抽出替代法类似）,第二章 简单电路（非线性电路分析）,2-1 非线性电阻电路的图解法（DP、TC、假定状态法）,2-2 小信号和分段线性化法,2-3 简单非线性动态电路的分析（一阶非线性动态电路分析）,2-4 二阶非线性动态电路的定性分析（重点）,课程内容开始！,重 点,第一章 网络理论基础,网络及其元件的基本概念,基本代数二端元件，高阶二端代数元件，代数多口元件和动态元件。,网络及其元件的基本性质,集中性与分布性、线性、非线性；时变、非时变 ；因果、非因果；互易、反互易、非互易；有源、无源 ；有损、无损，非能 。,网络图论基础知识,G，A，T ，P， ， ; KCL、KVL的矩阵形式；特勒根定理和互易定理等。,1-1 网络及其元件的基本概念,1. 网络的基本表征量,基本变量,高阶基本变量,基本复合变量,令,则基本变量与高阶基本变量可统一表示为,基本变量（表征量）之间存在的与“网络元件”无关的普遍关系:,多端元件和多口元件,元件都是由端子与外电路联接的，多端元件就是有多个端子的元件。其端子满足什么条件才能构成端口呢？,网络（或元件）端口定义,如果流入一个端子的电流恒等于流出另一个端子电流，则这对端子称为一个端口；如果元件（或网络）的所有端子均能两两构成端口，则称为多口元件（或多口网络）。,二端元件单口元件,1,按端口定义，二端网络一定是一端口（单口）网络，四端网络不一定是二端口（一般不是）。,多端口网络,如果四端网络两对端子都满足端口条件，称为双口（二端口）网络，是最简单的多口网络。如理变，运放，回转器等都是典型的双口网络。,（n1）端元件共地n端口元件,对图示（n1）端元件（网络），把（n+1）端子改接成如下图形式，使k与 端子分别构成端口，称为共地n端口元件（网络）。,为分析简单以后只分析 n端口元件,约定一般端口电压与电流采用关联参考方向，分别表示为,例1-1对图示三极管任选一端为参考点则为二端口元件,3 容（允）许信号偶和赋定关系,把可能满足元件两端电压和电流关系的电压和电流，称为电压、电流容（允）许信号偶，简称容许偶。记做,容（允）许信号偶,容（允）信号偶的全体称为赋定关系。自变量定义域和函数值域构成的集合。,赋定关系,容（允）信号偶相当于我们熟知的自变量的定义域和函数值域的组合构成的集合（中的任一对）。,4 网络及其元件的性质(一)（分类依据）,1）集中性与分布性,如果在任何时刻 t ，流入任一端子的电流恒等于其它端子流出的电流的代数和，则该元件称为集中参数元件（简称集中元件），否则称为分布参数元件（简称分布元件）。,这是一种形象、直观的描述，实际上与我们大学本科的定义是一样的。（元件或网络的几尺寸远远小于其传播的电磁波的波长）。,描述集中元件电路（网络）方程的一般形式是常微分方程。,描述分布元件电路（网络）方程的一般形式是偏微分方程。如均匀传输线的电报方程等。,2）时变性与时不变性,设,为某元件的任意客许偶，T为任意常数，,元件为时不变的，否则称为时变的。,则称n端口网络为时不变的，否则称为时变的。(端口型定义),由时不变元件构成的n端口是时不变n端口，但时不变n端口不必由时不变元件构成。,时变电路和时不变电路：由独立源（作为激励可以是时变的）和时不变元件构成的电路称为时不变电路，否则称为时变电路。,证：设,令：,为其任意容允许偶,T为任意实常数,则有：,与,对应的电压分别为：,显然：,则有：,对应的电压分别为：,所以该元件为时变一端口元件,若,该元件为非时变一端口元件,令,一般R，C，L非时变时，它们是非时变元件，若其参数是时间函数，则是时变元件。,由以上算例可以看出,例1-3 试证明图示电路为时变一端口网路但为非时变(时不变)电路。,证:(1) 由KVL得,例1-3可以不讲！,证: (2),由电路分析支、回、节等任一方法均可得,电路中任何一个电压或电流均可表为,对图示电路,对图示电路,激励有一个延迟响应也有一个延迟，所以电路是时不变电路,令t1=t-T,代入上式得,3）线性与非线性,也是该元件的容许偶，则称该元件是线性的，否则称为非线性的。,也是该网络的容许偶，则称该n端口网络是线性的，否则称为非线性的（端口型） 。,线性和非线性可表述为,齐次性,可加性,也为容许偶。,也为容许偶。,齐次性和可加性,由线性元件构成的n端口是线性n端口，但线性n端口不必由线性元件构成（端口型） 。,线性和非线性（电路）网络：由线性元件和独立源（作为激励它不必是线性元件）组成的网络（电路）称为线性（电路）网络，否则称为非线性（电路）网络。它与线性n端口网络的概念是不同的。,例1-4 验证（线性时变电容器）,为线性元件。,证明：,例1-4可以不讲！,所以该元件为线性（时变）元件,设,则有,例1-5 试验证图示电路为非线性一端口网路但为线性电路。,证:(1) 由KVL得,设,是任意两组客许偶，则,和,例1-5 可以不讲！,设,则有,所以,不是客许偶。,所以该元件为非线性一端口元件。,证: (2),由电路分析的支、回、节等任一方法均可得电路中任何一个电压或电流,任何一个电压或电流均可表示为,对图示电路,显然，对电路中的任何一个电压或电流均有,成立。,则有,即任何一个响应对所有激励满足线性可加性，所以电路是线性电路。,该一端口网络为线性一端口网络,例1-6 试验证图示电路为线性一端口网路。,解：,列出相应的KCL和KVL方程,设二极管D的模型为正向电阻 和反向电阻 ，它们都是常数。,目前在利用低压电力网（配网）来解决高速信息网络“最后一公里”问题，前几年已成为高速信息接入网的一个研究热点。电话、电脑、电视与电力网“四网合一”几年前已经有一些应用。,网络（电路）线性和非时变性的工程实际意义,在信息通信中，必须解决信道特性、传输技术和网络交换三大问题。而这些问题都与低压电网（配网）非时变和线性特性有关，甚至准线性和准时变性的确定也是很有意义的。,在发送端耦合器和接收端耦合器之间的低压电力网（配网）是信息（电磁波）传播的物理媒质（信道），一般假定它是线性的和可逆（双向）的。但由于低压配网存在大量随机性开关操作，使传输信道具有随机时变性和非线性。,在双向工频通信技术中，低压电力网（配网）是其物理媒质（信道）。由于低压配网存在大量的随机性开关操作，使得传输信道具有随机时变性和非线性。,我国配网作为双向工频通信的物理媒质，其调制回路和传输通道的物理和数学模型、频率特性，是该技术应用的关键。,2011.11最新查阅资料：OPLC（光纤复合低压电缆Optical Fiber Composite Low-Voltage Cable）（OPGW（电力地线复合光缆，OPPC (光纤复合相导线），其中 OPLC已经在重庆、上海、北京、黑龙江、宁夏等智能小区应用。,在智能小区，电话、电脑（Net）、电视与电力网“四网合一”已经实现。显然OPLC的“四网合一”各行其道，互不干扰。预计2050年智能小区将遍布全世界！,“科技发展”日新月异，机不可失，时不我待！,OPGW光缆，Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire（也称光纤复合架空地线）。 把光纤放置在架空高压输电线的地线中，用以构成输电线路上的光纤通信网，这种结构形式兼具地线与通信双重功能，一般称作OPGW光缆。 由于光纤具有抗