第一篇：环境系统分析课程总结

环境系统分析

环境系统分析是以环境质量的变化规律、污染物对人体和生态的影响、环境自净能力以及有关环境工程技术原理为依据，运用系统工程学的理论和方法，研究如何建立起一个合理的环境污染预防控制系统的数学模型，并研究如何利用它来分析各种污染控制过程可调因素（或各种可替换方案）对环境目标或费用、能耗等的影响，以及寻求最优决策方案。

环境系统分析的理论基础和专门技术基础。理论基础：环境科学、环境经济学、环境工程学和系统工程学的基本理论（如运筹学）。专门技术基础：数学建模、计算科学、环境影响评估方法、生命周期评估、系统化的图与网络分析方法。

《环境系统分析》是我国高等学校环境工程、环境科学专业的一门专业基础课，课程任务和教学目标包括：1．使学生了解污染物在水体和大气中的迁移、扩散和变化规律，建立相应的环境系统模型；

2．使学生掌握建立环境数学模型的一般知识；3．使学生了解湖泊、水库水体富营养化的原因和水体富营养化的控制技术；4．使学生掌握区域性环境污染控制系统规划的基本原理和方法；5．使学生建立采用最优化技术求解水污染控制系统规划问题的概念，并有能力解决一般性问题。本门课程一共有十一个章节，主要内容有：环境系统分析概论、数学模型概述、环境质量基本模型、水体水质模型、流域非点源模型、大气质量模型、环境质量评价方法与模型以及环境规划，还有环境决策分析。其中，水体水质模型主要指内陆水体模型，包括湖泊水库水质模型和河流水质模型；环境规划包括水环境规划和大气环境规划。

通过对这门课程的学习，我们对环境系统的分析方法有了一定的了解，它的最大特征是追求环境系统的最优化。

环境系统分析的最优化方法的选用主要有对确定性问题，可采用线性规划、动态规划、非线性规划、整体规划等。对非确定性问题，可用马尔可夫过程，排队论，对策论等方法进行最优化。有的系统优化问题还应用网络理论、图论和模糊数学等进行最优化。

根据本书前言部分介绍这门课程的学科基础包括数学、运筹学、环境科学与环境工程学等，内容较为丰富，通过选用其中的不同章节，可以适用于环境那个科学与工程专业的本科与研究生教学要求，也可以作为参与环境质量评价、规划、管理等的技术人员的参考书。个人认为，这本书所讲内容大部分以计算方法为主，通过运用不同模型求解各种环境条件下某种污染物的浓度或者对不同环境进行合理规划。

第二篇：电力系统分析课程总结

电力系统分析课程总结

本课程是“电气工程及其自动化”专业电力方向的一门学科基础必修课。通过对本课程的学习，使学生较全面了解电力系统的基本原理和分析方法，为今后从事电力工程设计、运行和维护打下良好的基础。课程教学基本要求是掌握电力系统稳定性分析；电力系统故障分析；发电厂及变电所一、二次系统；电力系统无功功率和电压调整分析；电力系统的有功功率和频率调整；电力系统经济性；电力系统的静态稳定；电力系统的暂态稳定；接地和接零概念等电力系统基本理论和知识。掌握以下基本技能输电线路和变压器参数计算；电压和功率分布计算；短路电流计算；常见电力系统继电保护装置整定和计算；电气设备和导线选择。应具有的基本能力具有参加电力工程设计、运行、维护工作所必需的理论知识和技能，为进一步更深入学习和实践打下基础。

“《电力系统分析》重点课程”课题于202_年申请并获得批准后，课题组成员经常组织教学研究的讨论和经验交流，如：集体备课，相互观摩、听课，在教学实践中结合我校特点和实验室条件编写了习题集和实验指导书，并发表了多篇教学改革的论文。经过多方面的努力，在教务处等许多部门的帮助下，圆满地完成课题所提出的优秀课程中期任务。

经过对电气工程及其自动化专业01级、02级、03级及专升本ZB03级、ZB05级等多届学生的教学实践，课题研究取得了令人满意的成果。

电力系统分析课程是高等学校电气类专业的一门重要技术基础课，它涉及的基础理论和知识面较广，在同类课程中占有十分重要的地位，该专业是我校新设置专业，目前《电力系统分析》课程已经达到合格课程标准。电力系统分析课程主要介绍了电力系统的基本计算和稳态、暂态分析方法，主要内容有 电力系统潮流计算、电压调整、频率调整、短路电流计算、暂态稳定、静态稳定和提高稳定的措施、电力系统的一次系统、二次系统、一次设备的选择。《电力系统分析》是电气工程及其自动化专业的主干课程，是电气工程及其自动化专业硕士研究生入学必考的专业课，也是学习后续专业课《高电压技术》、《发电厂电气部分》、《继电保护》的重要理论基础，同现代电力电子技术、现代控制理论等领域密切相关，因此本课程的内容也随着相关技术的发展而不断更新和发展。因此，本课程的建设具有非常重要的意义。《电力系统分析》课程组共有教师有5人，人员构成为：查丛梅副教授、李燕斌讲师、徐其迎讲师、裴素萍助教，是一支结构合理的教学梯队，其中有的教师具有10年以上讲授《电力系统分析》课程的经历。《电力系统分析》课程组统一安排课程的教学、科研以及相关的学生实验、答疑、批改作业等任务。青年教师均通过岗前培训并有专人指导，传、帮、带效果显著。课程组的教师们治学严谨，教学效果良好，普遍受到学生们的好评。学生评教均为85分以上。师资队伍中具有硕士学位教师三人，有一人为在读博士研究生，还有一人正在攻读硕士研究生。

《电力系统分析》课程的中文教材采用杨淑英主编，中国电力出版社出版的《电力系统概论》，这本教材是普通高等教育“十五”规划教材。课程教学中推荐教学参考书为《电力系统工程基础》，熊信银主编，华中科技大学出版社；电力系统分析》（上册），诸骏伟主编，水利电力出版社；《电力系统分析》（下册），夏道止主编，水利电力出版社；《电力系统分析》，孟祥萍、高燕，高等教育出版社。

本课程有自编配套的习题集、实验指导书和选用的参考教材等教学辅助材料。并在教学实践中编写了完整的教学课件，可供网上学习和课外辅导使用。

《电力系统分析》课程理论性强,不易理解，加强本课程的实验环节有助于加深对理论知识的理解，通过对本课程的学习，使学生了解并掌握电力系统组成、分析、计算、及选择设备等方面的知识，培养学生分析问题与解决问题的能力。通过实验教学环节，使学生了解并掌握电力系统分析基本实验的原理和方法，初步掌握对电力系统分析进行一般操作的动手能力和对实验数据的分析能力，既能帮助学生增强感性认识，加深理解，强化系统概念，又能培养学生自己动手操作，独立思考的习惯，使之进一步提高分析问题与解决问题的能力。我们结合长沙同庆电气信息有限公司的TQDB—Ⅲ多功能微机保护与变电站综合自动化实验培训系统和华中科技大学电力自动技术研究所的WDT—Ⅱ电力系统综合自动化实验台整理编写了电力系统综合实验指导书，作为实验参考。实验室基本满足教学大纲和实验大纲要求的实验教学条件，实验开出率达到100%。

考核方式一直是教育模式和教学方法的指挥棒，有什么样的考核方式必然会有什么样的教学方法，而长期以来一直凭借期末考试一张卷的模式作为评价学生学习情况是导致应试教育的根源，在面向素质教育、培养高素质创新型人才的今天，必须从应试教育的模式中解脱出来，强调和加强学生的综合能力的培养。在考核方式上我们进行了必要的改革，将考试成绩分为平时成绩、考试成绩。平时成绩占20%，主要包括学习态度、课堂参与情况、出勤情况、学习主动性、完成作业、课程实验及运用所学专业知识解决问题的能力等。考试成绩占80%，采用自编试题库A、B卷同时统一命题，不仅A、B卷的试题不出现重复，而且3年内，试题不重复率达到70%。在命题中，分为基本要求部分和提高部分，前者占三分之二，主要考核学生掌握基本知识的情况；后者占三分之一，重在考核学生的综合分析能力。在考试后，采用流水评卷的方式，按照评分标准严格阅卷，真实客观地打分。在试卷评阅后，科学地对考卷情况进行分析研究，分析学生对课程内容的理解和掌握程度，为调整下一学的课堂教学内容和进度提供必要的参考信息。通过05-06-2学期教学实践，学生考试成绩分布基本合理，最高分人数最低分人数都很少，大部分学生成绩都集中在七、八十分，60-69分人数稍显多，试卷中失分较多的题目有第六大题、计算题的第一小题和第三小题，第一小题为基本概念题，但书上没有类似的题目，有一定综合性，本题为7分，平均失分为3—4分，反映出学生综合应用知识的能力还有些欠缺。第三小题为综合性题目，基本涵盖了教材第三章的内容，计算量较大，相当多的同学能够列出计算公式，但基本计算能力差，不能得出正确的计算结果，反映了学生的基本计算能力和知识应用能力不够扎实。

《电力系统分析》课程有齐全的教学文件和教学档案，并且一直是严格执行教学大纲和教学计划。

目前，学生获取知识的能力较过去相比有明显的提高，特别是在实践能力、人际交往沟通能力和对社会的适应能力提高等诸方面较为显著。尚显不足的是，自学能力不强，应用知识的能力相对较弱，因此，如何提高课堂教学和实验教学效果，激发学生学习知识的兴趣和热情，提高学生用所学过的知识去分析问题、解决问题的能力，要求我们要去大胆实践和逐步完善。

课堂教学是理论教学的主体，直接关系到教学质量的高低。以基本概念、基本方法为主线，由浅入深地引出要点；因材施教，根据不同层次的学生适当调整讲课内容和深度；将电力系统的最新研究成果和动态介绍给学生等等，都是我们在课堂教学中一贯努力做到的。为提高教学效果和水平，我们在课程内容设计上做了大量工作。课程建设小组成员对各章的基本内容都进行了深入剖析，找出其关键内容、重点和难点。课后要求学生阅读参考书和做一些概念性强的习题，这样可以使学生巩固对课堂上所学知识的理解和掌握，同时对学生也有一定的约束力和督促作用。而教师则可通过课堂练习和课后作业的信息反馈，了解学生对已学内容的理解和掌握情况，并依此及时纠正学生在对基本概念和方法理解上的偏差、调整课堂教学的进度。另外，我们加强了网络课堂建设，充分利用校园网络和网络教学多媒体课件进行网上辅助教学。

课程组经常开展教研活动。近年来，开展的教研活动所涉及的内容有：《电力系统分析》课程教学体系和教学内容与方法的改革、教材建设、实验室建设、多媒体教学研究与建设等，并在202_年9月从事电力系统分析课程教学的教师参加了“全国电力工程及其自动化教育教学研讨年会”，收获非常大，使我们更加明确了努力的方向。由于改进了教学方法，优化了知识结构，对学生严格要求，使学生增长了知识，开阔了眼界，培养了学生运用基本理论分析和解决实际问题的能力，因此在历届、各层次的教学过程中均受到学生的好评，取得了良好的教学效果。历届考研的学生在这门课程上都取得了很好的成绩。

通过对《电力系统分析》的课程建设和教学改革实践，取得了一定的成果，主要体现在以下几个方面。

1、我们有非常明确的教学思路，既从课程的体系出发,以系统结构→系统分析→综合设计作为课程主线,突出电力系统分析与设计的共性规律和基本方法，在课程教学和毕业设计中强调工程背景,注重理论联系实际，突出能力的培养。

2、《电力系统分析》课程是学习后续专业课的重要理论基础，在整个电气工程及其自动化专业课程体系中有承上启下的作用，通过学生对后续专业课的学习，例如《高电压技术》、《发电厂电气部分》、《继电保护》等课程都反映出学生对电力系统分析的基础知识掌握的比较好。

3、我们正在开发《电力系统分析》网络课堂，在网络中，学生可以利用网络的交互性、检索性等特点来选择自己需要的内容进行独立学习。基于此，我们已经将教学大纲、教案、习题等教学内容制成网络版，从而建立一套自主的，有选择的学习机制，让学生在课余时间，在网上进行学习，激发其学习的主动性，创造性。

4、我们编写了习题集，习题与考核是引导学生学习、检查教学效果、保证教学质量的重要环节，也是体现课程要求规范的重要标志。我们编写的习题注重基本概念，强调基本训练，贴近应用实际，能激发学生的学习兴趣。

5、在教学过程和毕业设计中，我们注重新型计算机软件（如：MATLAB）在电力系统中的应用，了解和掌握电力系统新技术和新方向的发展。学生创新意识和应用能力得到加强，有些学生在毕业找工作期间备受用人单位的青睐,他们在新的岗位上,能够很快适应工作, 表现出良好的科研能力。

6、电气工程及其自动化专业考取研究生人数逐年增加，历届考研的学生在这门课程上都取得了很好的成绩。

7、在教学实践中，积极总结教学经验和教学方法，发表了多篇教学改革论文。

第三篇：电力系统分析课程总结

电力系统分析课程总结报告

学院（部）： 电气学院 专业班级：

电气工程

学生姓名：

**

指导教师：

****

202_年 6 月 28 日

电力系统分析课程总结

目录

1电力系统概述和基本概念..................................................1

1.1电力系统概述......................................................1 1.2电力系统中性点的接地方式..........................................3 2电力系统元件参数和等值电路..............................................3

2.1电力线路参数和等值电路............................................4 2.2变压器、电抗器的参数和等值电路....................................4 2.3发电机和负荷的参数及等值电路......................................5 2.4电力网络的等值电路................................................5 3简单电力网络潮流的分析与计算............................................6

3.1电力线路和变压器的功率损耗和电压降落..............................6 3.2开式网络的潮流计算................................................7 3.3环形网络的潮流分布................................................7 4电力系统潮流的计算机算法................................................7

4.1电力网络的数学模型................................................8 4.2等值变压器模型及其应用............................................8 4.3节点导纳矩阵的形成和修改..........................................8 4.4功率方程和变量及节点分类..........................................9 4.5高斯-塞德尔法潮流计算.............................................9 4.6牛顿-拉夫逊法潮流计算.............................................9 4.7P-Q分解法潮流计算.................................................9 5电力系统有功功率的平衡和频率调整.......................................10

5.1电力系统中有功功率的平衡.........................................10 5.2电力系统的频率调整...............................................11 6电力系统的无功功率平衡和电压调整.......................................11

6.1电力系统中无功功率的平衡.........................................12 6.2电力系统的电压管理...............................................12 6.3电力系统的几种调压方式...........................................13 6.4电力线路导线截面的选择...........................................13 7电力系统各元件的序参数和等值电路.......................................14

I

电力系统分析课程总结

7.1对称分量法.......................................................14 7.2同步发电机的负序电抗和零序电抗...................................14 7.3异步电动机的参数和等值电路.......................................15 7.4变压器的零序参数和等值电路.......................................15 7.5电力系统的序网络.................................................15 8电力系统故障的分析与实用计算...........................................15

8.1由无限大容量电源供电的三相短路的分析与计算.......................16 8.2电力系统三相短路的实用计算.......................................16 8.3电力系统不对称短路的分析与计算...................................16 8.4电力系统非全相运行的分析.........................................17 9机组的机电特性.........................................................17

9.1电力系统运行稳定性的基本概念.....................................17 9.2同步发电机组的运动方程式.........................................17 9.3发电机的功-角特性方程式..........................................18 9.4异步电动机的机电特性.............................................18 9.5自动调节励磁系统对功-角特性的影响................................18 10电力系统的静态稳定性..................................................19

10.1电力系统静态稳定性的基本概念....................................19 10.2小扰动法的基本原理和分析在电力系统静态稳定性中的应用............19 10.3电力系统电压、频率及负荷的稳定性................................20 10.4调节励磁对电力系统静态稳定性的影响..............................20 10.5保证和提高电力系统静态稳定性的措施..............................20 11电力系统的暂态稳定性..................................................21

11.1电力系统暂态稳定性概述..........................................21 11.2简单电力系统暂态稳定性的定性分析................................22 11.3简单电力系统暂态稳定性的定量分析................................22 11.4发电机转子运动方程的数值解法....................................22 11.5提高电力系统暂态稳定性额措施....................................23 致谢.....................................................................23

II

电力系统分析课程总结

1电力系统概述和基本概念

通过本章的学习，对电力系统的各种概念和各种接线方式有了一定的了解，本章主要学习了：

电力系统是由实现电能生产、输送、分配和消费的各种设备组成的统一整体。电能生产过程的最主要特点是，电能的生产、输送和消费在同一时刻实现。对电力系统运行的基本要求是，安全、优质、经济地向用户供电。电能生产还必须符合环境保护标准。

电力系统中各种电气设备的额定电压和额定频率必须同电力系统的额定电压和额定频率相适应。要了解电源设备和用电设备的额定电压同电力网的额定电压等级的关系。各种不同电压等级的电力线路都有其合理的供电容量和供电范围。

电力网的接线方式反映了电源和电源之间，电源盒负荷之间的联接关系。不同功能的电力网对其接线方式有不同的要求。

发电厂把别种形式的能量转换成电能，电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并被分配给用户，再通过各种电气设备转换成适合用户需要的别种能量。这些生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起而组成的整体称为电力系统。火电厂的汽轮机、锅炉、供热管道和热用户，水电厂的水轮机和水库等则属于与电能生产相关的动力部分。电力系统中输送和分配电能的部分称为电力网，它包括升降压变压器和各种电压等级的输电线路。

在交流电力系统中，发电机、变压器、输配电设备都是三相的，这些设备之间的连接状况，可以用电力系统接线图来表示。为简单起见，电力系统接线图一般画成单线的。

主要知识点如下总结所示。1.1电力系统概述

一、电力系统概述

1、电力系统的基本概念

（1）电力系统：是指由生产、输送、分配电能的设备，使用电能的设备以及测量、继电保护、控制装置乃至能量管理系统所组成的统一整体。

（2）动力系统：在电力系统的基础上又加上动力设备，统称为动力系统。（3）电力网络：电力系统中，各种电压等级的输配电力线路及升降压变压器所成为的部分称为电力网络。

2、电力系统的发展概况

（1）1882年，英国建成第一座发电厂，原始线路输送的是低压直流电。（2）同年，法国人德普列茨提高了直流输电电压，被认为是世界上第一个电力系

电力系统分析课程总结

统。

（3）1891年，第一条三相交流输电线路在德国运行，三相交流输电使输送功率、输电电压、输电距离日益增大。

（4）目前，大电力系统不断涌现，甚至出现全国性和国际性电力系统。（5）我国已建成华东、东北、华中、华北、西北、华南六个跨省电力系统，独立的省属电力系统还有山东、福建、海南、四川和台湾系统。

3、电力接线图

（1）地理接线图：按比例显示电力系统中各发电厂和变电所相对地理位置，它反映电力线路的路径和相互间的联接，但不能完全显示各电力元件间的连接情况。

（2）电气接线图：显示系统中各电力元件之间的电气联系，但不能反映发电厂和变电所的相对地理位置。

二、对电力系统运行的基本要求

根据电能生产、输送、消费的特殊性，对电力系统运行有如下三点要求。

1、保证可靠地持续供电

根据用户对用电可靠性的要求，将负荷分为三个等级：

第一级负荷 第二级负荷 第三级负荷

电力系统供电的可靠性，就是要保证一级负荷在任何情况下都不停电，二级负荷尽量不停电，三级负荷可以停电。

2、保证良好的电能质量

良好的电能质量有三个指标：电压质量、频率质量和波形质量。（1）电压偏移：一般不超过用电设备额定电压的±5%。（2）频率偏移：一般不超过±0.2~ 0.5Hz。

（3）波形畸变率：指各次谐波有效值平方和的方根与基波有效值的百分比。

3、提高系统运行的经济性

电力系统的经济指标一般是指火电厂的煤耗以及电厂的厂用电率和电力网的网损率等。

电力系统分析课程总结

1.2电力系统中性点的接地方式

1、大接地电流方式的电力系统

优点：快速切除故障，安全性好；经济性好

缺点：供电可靠性差

2、小接地电流方式的电力系统

优点：供电可靠性高；安全性好

缺点：经济性差；易出现谐振电压 ①中性点有效接地方式 大电流接地方式②中性点全接地方式 （需要断路器遮断单 

相接地故障电流的） ③中性点经低电抗、中低电阻接地方式 中性点接地方式①中性点不接地方式 小电流接地方式（单相接地电弧能够②中性点经消弧线圈接地方式 瞬间熄灭的）

2电力系统元件参数和等值电路

本章主要讲述了电力系统元件参数和等值电路，三相交流电力系统常用星形等值电路来模拟，对称运行时，可用一相等值电路进行分析计算。本章讲的是一相等值电路的参数。

架空线路的一相等值参数的计算公式是在三相对称运行状态下导出的。在一相等值电感中考虑了相间互感的影响。架空线路的换位可使各相的等值参数接近相等。

采用分裂导线相当于扩大了导线的等效半径，因而能减小电感，增大电容。双绕组变压器等值电路中的电阻、电抗、电导和电纳，可根据变压器铭牌中给出的短路损耗、短路电压、空载损耗和空载电流这四个数据分别算出。对于三绕组变压器，电力系统分析课程总结

要了解三个绕组的容量比，对于绕组容量不等的变压器，如果给出的短路损耗和短路电压尚未折算为变压器额定容量下的值，先要进行折算，并将折算值分配给各个绕组，然后再按有关公式计算各绕组的电阻和电抗。

电力系统中习惯采用标幺制，一个物理量的标幺值是指该物理量的实际值与所选基准值的比值。采用标幺制，首先必须选择基准值。基准值的选择，原则上不应有什么限制。实际上基准值的选择总是希望有利于简化计算和对计算结果的分析评价。

在多级电压的电力网中，基准功率是全网统一的，基准电压则按不同电压等级分别选定，一般选为各级的平均额定电压。2.1电力线路参数和等值电路

一、电力线路结构简述

1、架空线路

（1）导线

（2）避雷线

（3）杆塔

（4）绝缘子

（5）金具

2、电缆线路

二、电力线路的参数

三、电力线路的等值电路

由于正常运行的电力系统三相是对称的，三相参数完全相同，三相电压、电流的有效值相同，所以可用单相等值电路代表三相。因此，对电力线路只作单相等值电路即可。严格地说，电力线路的参数是均匀分布的，但对于中等长度以下的电力线路可按集中参数来考虑。这样，使其等值电路可大为简化，但对于长线路则要考虑分布参数的特性。2.2变压器、电抗器的参数和等值电路

一、双绕组变压器的参数和等值电路

1、阻抗

（1）电阻。变压器的短路损耗Pk可近似地等于额定电流通过变压器时，高低压绕组总电阻中的三相有功功率损耗Pr，即Pk=Pr。而三相电阻中的有功功率损耗为

所以

Pr23IN2RT3(SN)R3UNTSRUN2N2TRTPUSr2N2NPUSk2N2N4

电力系统分析课程总结

（2）电抗。在电力系统计算中，对于大容量的变压器其电抗数值近似等于其阻抗的模的数值，它的电阻可以忽略不计。于是变压器短路电压的百分数为

所以二、三绕组变压器的参数和等值电路

由书中介绍的方法求得电阻、电抗、导纳，可得三绕组变压器的等值电路。

三、自耦变压器的参数和等值电路

自耦变压器和普通变压器的端点条件相同，二者的短路试验、参数的求法和等值电路的确定也完全相同。

2.3发电机和负荷的参数及等值电路

此节讲了两部分内容，一是发电机的电抗和电动势，讲解了发电机电抗和电动势的求法，并可得出发电机的等值电路；第二部分讲了负荷的功率、阻抗和导纳，详细讲述了负荷的功率、阻抗和导纳的求法。2.4电力网络的等值电路

为了调压的需要，双绕组变压器的高压绕组和三绕组变压器的高、中压绕组，除主分接头外，还有若干分接头可供使用。例如，对于无载调压变压器容量一般为6300kVA以下者，有三个分接头，分别对应电压为1.05UN、UN、0.95UN，调压范围为±5%UN； 容量为8000kVA以上的变压器有五个分接头，分别从1.05UN、1.025UN、UN、0.975UN、0.95UN处引出，调压范围为±2×2.5%UN。而变压器低压绕组没有分接头。

变压器的额定变比就是主分接头电压与低压绕组额定电压之比。变压器实际变比是运行中变压器的高、中压绕组实际使用的分接头电压与低压绕组的额定电压之比。在电力系统计算中，有时采用平均额定电压之比，此时变压器各绕组的额定电压被看作是其所连电力线路的平均额定电压。因此变压器的变比将为变压器两侧电力线路平均额定电压之比。

此节讲了三部分主要内容，一是以有名制表示的等值网络，主要采用有单位的阻抗、导纳、电压、电流、功率等进行运算；二是以标幺制表示的等值网络，主要采用没有单位的阻抗、导纳、电压、电流、功率等进行运算；三是等值网络的使用和简化。Uk(%)3INUZT1003INNUXNTXT(%)UNUk(%)UNUk()100SN1003IN电力系统分析课程总结

3简单电力网络潮流的分析与计算

潮流计算是电力系统分析中一种罪基本的计算，它的任务是对给定的运行条件确定系统的运行状态，如各母线上的电压、网络中的功率分布及功率损耗等。

开式网络一般是指由一个电源点通过树状（辐射状）网络向若干个负荷节点供电的网络。潮流计算的已知条件通常是电源点的电压和负荷点的功率，待求的是电源点以外的各节点电压和网络中的功率分布。可以采用逐步逼近的方法，将每一轮的计算分两个步骤进行，第一步，从负荷点开始，逆着功率传送的方向，计算各支路的功率损耗和功率分布；第二步，从电源点开始，顺着功率传送的方向，计算各支路的电压降落。支路计算顺序的确定和两个步骤的迭代计算都可以很方便的用计算机来完成。

不计网络损耗时，两端供电网络中每个电源点送出的功率都由两部分组成，第一部分是负荷功率，可按照类似于力学中的力矩平衡公式算出；第二部分是由两端电压不等而产生的循环功率。利用节点功率平衡条件找出功率分点后，就可在该点将原网络拆开，形成两个开式网络。

实际电力系统的潮流计算主要采用牛顿-拉夫逊法。按电压的不同表示方法，牛顿-拉夫逊法潮流计算分为直角坐标形式和极坐标形式两种。牛顿-拉夫逊法有很好的收敛性，但要求有合适的初值。

P-Q分解法是极坐标形式的牛顿-拉夫逊法潮流计算的一种简化算法。3.1电力线路和变压器的功率损耗和电压降落

本节主要讲了四部分主要内容。

一是电力线路的功率损耗和电压降落，详细介绍了各个损耗和电压降落的计算方法。对于电力线路的功率损耗和电压降落的计算，可用标么制，也可以用有名制。用有名制计算时，每相阻抗、导纳的单位分别为Ω、S；功率和电压的单位为MVA、MW、Mvar和kV,功率角为（o）。而以标么制计算时，δ为rad，所以用rad表示的功率角已是标么值。

二是变压器的功率损耗和电压降落，变压器的功率损耗和电压降落的计算与电力线路的不同之处在于：

①变压器以形等值电路表示，电力线路以形等值电路表示； ②变压器的导纳支路为电感性，电力线路的导纳支路为电容性；

③近似计算中，取U1U2UN，可将变压器的导纳用不变的负荷代替，即

SyTPyTjQ~yTPU1000U0212NI0%SNU1100UN22P01000jI0%100SN6

电力系统分析课程总结

三是电力网络的电能损耗，四是运算负荷和运算功率。3.2开式网络的潮流计算

一、简单开式网络的潮流计算，其计算的步骤和内容如下：

1、计算网络的元件参数

2、潮流计算。

二、变电所较多的开式网络的潮流分布

当已知末端电压时，可以用已知末端电压及末端功率的方法逐段推算至始端，从而算出各支中功率及各点电压。

当已知始端电压时，就相当于已知始端电压和末端负荷的情况：

开始由末端向始端推算时，设全网电压都为网络的额定电压，仅计算各元件中的功率损耗而不用计算电压，从而求出全网的功率分布；

然后由始端电压及计算所得的始端功率向末端逐段推算出电压降落，从而求出各点电压。此时不必重新计算功率损耗与功率分布。3.3环形网络的潮流分布

本节主要讲解了环形网络的潮流分布、两端供电网络的潮流分布、环形网络的潮流计算、网络变换法、环形网络中的经济功率分布。

为了降低网络的功率损耗，可采用的调整控制潮流的手段主要有三种：（1）串联电阻。其作用是以其容抗抵偿线路的感抗。将其串联在环式网络中阻抗相对过大的线段上，可起转移其他重载线段上流通功率的作用。

（2）串联电抗。其作用与串联电容相反，主要是限流。将其串联在重载线段上可避免该线段过载。但由于其对电压质量和系统运行的稳定性有不良影响，这一手段未曾推广。

（3）附加串联加压器。其作用在于不但可以调电压大小，还可调电压的相位角，使环网产生一环流功率，可使强制循环功率与自然分布功率的叠加达到理想值。

4电力系统潮流的计算机算法

第三章讨论简单电力网络的潮流分布计算，理解了与之相关的各种物理现象。对于复杂电力网络的潮流计算，一般必须借助电子计算机进行。运用电子计算机，一般要完成以下步骤：

1、建立电力网络的数学模型

2、确定解算方法

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3、制定计算流程和编制计算程序

本章将着重讨论前两项，主要阐述在电力系统潮流的实际计算中常用的、基本的方法。

实际电力系统的潮流计算主要采用牛顿-拉夫逊法。按电压的不同表示方法，牛顿-拉夫逊法潮流计算分为直角坐标形式和极坐标形式两种。牛顿-拉夫逊法有很好的收敛性，但要求有合适的初值。

P-Q分解法是极坐标形式的牛顿-拉夫逊法潮流计算的一种简化算法。4.1电力网络的数学模型

电力网络的数学模型指的是将网络有关参数及其相互关系归纳起来，组成可以反映网络性能的数学方程式组。也就是对电力系统的运行状态、变量和网络参数之间相互关系的一种数学描述。有：

1、节点电压方程

2、回路电流方程

3、割集电压方程等

节点电压方程又分为以节点导纳矩阵表示的节点电压方程和以节点阻抗矩阵表示的节点电压方程。

4.2等值变压器模型及其应用

一、变压器为非标准变比时的修正

无论采用有名制或标么制，凡涉及多电压级网络的计算，在精确计算时都必须将网络中所有参数和变量按市价变比归算到同一电压等级。实际上，在电力系统计算中总是有些变压器的实际变比不等于变压器两侧所选电压基准值之比，也就是不等于标准变比，而且变压器的变比在运行中是可以改变的。这将使每改变一次变比都要从新计算元件参数，很不方便。下面将介绍另一种可等值地体现变压器电压变换功能的模型。

二、等值变压器模型

三、等值变压器模型的应用 4.3节点导纳矩阵的形成和修改

一、节点导纳矩阵的形成

节点导纳矩阵的计算归纳总结如下：

1、节点导纳矩阵的阶数等于电力网络中除参考点（一般为大地）以外的节点数。

2、节点导纳矩阵是稀疏矩阵，其各行非对角非零元素的个数等于对应节点所连的不接地支路数。

3、节点导纳矩阵的对角元素，即各节点的自导纳等于相应节点所连支路的导纳之

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和，即

分。

6、对网络中的变压器，采用计及非标准变比时以导纳表示的等值电路，并将之接入网络中。然后按此等值电路用前述方法很方便地形成节点导纳矩阵。在实际程序中，往往直接计算变压器支路对节点导纳矩阵的影响。

二、第二部分介绍节点导纳矩阵的修改。4.4功率方程和变量及节点分类

该节主要介绍了功率方程、变量的分类和节点的分类。实际计算时，对非线性节点方程要用迭代法解算。本节将以最简单的网络列出系统的功率方程，进而对电力系统的变量和节点进行分类，为电力系统潮流的计算机算法打下基础。4.5高斯-塞德尔法潮流计算

对具有数百个节点的大电力系统，求解潮流的方程通常是非线性代数方程。利用电子计算机计算潮流已出现了很多解算方法，多是以迭代计算为基础，本节介绍高斯-塞德尔迭代法。

本节主要讲解了高斯-塞德尔迭代法迭代格式、对网络中PV节点的考虑、功率及功率损耗的计算。

4.6牛顿-拉夫逊法潮流计算

牛顿-拉夫逊法是目前广泛应用的解非线性方程式组的迭代方法，也是目前广泛采用的电力系统潮流的计算机算法，其收敛性好，但该法对初始值要求比较严格。4.7P-Q分解法潮流计算

P-Q分解法是从简化以极坐标表示的牛顿-拉夫逊法潮流修正方程基础上派生出来的，是考虑到电力系统本身特点的。

Yiiyiiji4、节点导纳矩阵的非对角元素 等于节点 和 间支路导纳的负值，即

YijYjiyij1zij5、节点导纳矩阵是对称方阵，因此一般只需要求取这个矩阵的上三角或下三角部

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5电力系统有功功率的平衡和频率调整

频率是衡量电能质量的重要指标。实现电力系统在额定频率下的有功功率平衡，并留有必要的备用容量，是保证频率质量的基本前提。要了解有功功率平衡的基本内容及各种备用容量的作用。

负荷变化将引起频率偏移，系统中凡装有调速器，又尚有可调容量的发电机组都自动参与频率调整，这就是频率的一次调整，只能做到有差调节。频率的二次调整由主调频厂承担，调频机组通过调频器移动机组的功率频率静特性，改变机组的有功输出以承担系统的负荷变化，可以做到无差调节。主调频厂应有足够的调整容量，具有能适应负荷变化的调整速度，调整功率时还应符合安全与经济原则。

利用负荷和机组的功率频率静特性可以分析频率的调整过程和调整结果。全系统的频率是统一的，调频问题涉及整个系统，当线路有功功率不超出容许范围时，有功电源的分布不会妨碍频率的调整。而无功功率平衡和调压问题则宜于接地区解决。

在进行各类电厂的负荷分配时，应根据各类电厂的技术经济特点，力求做到合理利用国家动力能源，尽量降低发电能耗和发电成本。5.1电力系统中有功功率的平衡

一、频率变化对用户和发电厂及系统本身的影响

系统频率的变化将引起工业用户的电动机转速的变化，这将影响产品的质量。当频率降低，使电动机有功功率降低，将影响所有的转动机械的出力。频率的不稳定，将会影响电子设备的准确性。

系统频率的变化，对发电机及电力系统本身也十分有害。发电厂的厂用机械多使用异步电动机带动，系统频率降低使电动机出力降低，若频率降低过多，将使电动机停止运转，会引起严重后果。

二、电力系统中有功功率的平衡和备用容量

1、频率的一次调整（或称为一次调频）指由发电机组的调速器进行的，是对一次负荷变动引起的频率偏移作调整。

2、频率的二次调整（或称为二次调频）指由发电机组的调频器进行的，是对二次负荷变动引起的频率偏移作调整。

3、频率的三次调整（或称为三次调频）是对三次负荷变动引起的频率偏移作调整。将在有功功率平衡的基础上，按照最优化的原则在各发电厂之间进行分配。

三、各类发电厂的特点及合理组合

四、有功功率负荷的最优分配

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5.2电力系统的频率调整

一、电力系统负荷的有功功率——频率静态特性

当频率变化时，电力系统中的有功功率负荷也将发生变化。当电力系统处于稳态运行时，系统中有功负荷随频率的变化特性称为负荷的有功功率-频率静态特性。

二、频率的一次调整

由于负荷突增，发电机组功率不能及时变动而使机组减速，系统频率下降，同时，发电机组功率由于调速器的一次调整作用而增大，负荷功率因其本身的调节效应而减少，经过一个衰减的振荡过程，达到新的平衡。

三、频率的二次调整

当负荷变动幅度较大（0.5%~1.5%），周期较长（几分钟），仅靠一次调频作用不能使频率的变化保持在允许范围内，这时需要籍调速系统中的调频器动作，以使发电机组的功频特性平行移动，从而改变发电机的有功功率以保持系统频率不变或在允许范围内。

四、调频厂的选择 调频厂须满足的条件：

1、调整的容量应足够大；

2、调整的速度应足够快；

3、调整范围内的经济性能应该好；

4、注意系统内及互联系统的协调问题。通过分析各种电厂的特点，调频厂的选择原则为：

1、系统中有水电厂时，选择水电厂做调频厂；

2、当水电厂不能做调频厂时，选择中温中压火电厂做调频厂。

6电力系统的无功功率平衡和电压调整

电力系统的运行电压水平同无功功率平衡密切相关。为了确保系统的运行电压具有正常水平，系统拥有的无功功率电源必须满足正常电压水平下的无功需求，并留有必要的备用容量。现代电力系统在不同的运行方式下可能分别出现无功不足和无功过剩的情况，都应有相应的解决措施。

从改善电压质量和减少网损考虑，必须尽量做到无功功率的就地平衡，尽量减少无功功率的长距离的和跨电压级的传送，这是实现有效的电压调整的基本条件。

要掌握各种调压手段的基本原理，具体的技术经济性能，适用条件，以及与别种措

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施的配合应用等问题。

电压质量问题可以分地区解决。将中枢点电压控制在合理的范围内，在辅以各种分散安排的调压措施，就可以将各用户处的电压保持在容许的偏移范围内。

现代电力系统中的电压和无功功率控制应以实现电力系统的安全、优质和经济运行为目标。本章主要是从保证电压质量方面讨论了无功功率平衡和电压调整的问题。

必须指出，随着电力系统规模的扩大，系统运行条件日趋复杂。对电力系统的无功平衡和电压质量问题也要有新的认识。

在电力系统稳态工况下，不仅要做好供求关系紧张条件下的无功功率平衡，也要妥善解决无功功率供过于求时的平衡问题。随着超高压输电线路的发展和城市电网中电缆线路的增多，无功功率过剩的问题将会日显突出。

在电力系统的暂态过程中，充分利用无功动态补偿提供电压支持，是改善电力系统稳定性的重要手段。对新型无功补偿装置的合理控制还能阻尼系统的功率振荡。

在改善电压质量方面，无功补偿不能只限于减小系统的电压偏移，还能更全面的提高电压质量。

6.1电力系统中无功功率的平衡

一、无功功率负荷和无功功率损耗

1、无功功率负荷

无功功率负荷是以滞后功率因数运行的用电设备（主要是异步电动机）所吸收的无功功率。一般综合负荷的功率因数为0.6-0.9。

2、电力系统的无功损耗

二、无功功率电源

电力系统的无功功率电源包括同步发电机、同期调相机、并联电容器和静止补偿器等。

三、无功功率的平衡

电力系统无功功率平衡的基本要求：系统中的无功电源可以发出的无功功率应该大于或至少等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗。6.2电力系统的电压管理

一、中枢点电压管理

电力系统进行调压得目的，就是要采取各种措施，使用户处的电压偏移保持在规定的范围内。但由于电力系统结构复杂，负荷较多，如对每个用电设备电压都进行监视和调整，不仅不经济而且无必要。因此，电力系统电压的监视和调整可通过监视、调整电压中枢点电压来实现。

电压中枢点是指某些可以反映系统电压水平的主要发电厂或枢纽变电所母线。因为

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很多负荷都由这些中枢点供电，如能控制住住这些电的电压偏移，也就控制住了系统中大部分负荷的电压偏移。于是，电力系统电压调整问题也就转变为保证各中枢点的电压偏移不超出给定范围的问题。

二、电压调整的基本原理

拥有较充足的无功功率电源是保证电缆系统有较好的运行电压水平的必要条件，但是要使所有用户的电压质量都符合要求，还必须采用各种调压手段。

电压调整的措施：

1、调节发电机励磁电流以改变发电机机端电压VG；

2、改变变压器的变比k1、k2；

3、改变功率分布P+jQ（主要是Q），使电压损耗△V变化；

4、改变网络参数R+jX（主要是X），改变电压损耗△V。6.3电力系统的几种调压方式

一、改变发电机机端电压调压

这种调压手段是一种不需要耗费投资，且是最直接的调压方法，应首先考虑采用。发电机的电压调整是借助于调整发电机的励磁电压，以改变发电机转子绕组的励磁电流，就可以改变发电机定子端电压。

二、改变变压器变比调压

三、改变网络中无功功率分布调压

当电力系统中无功电源不足时，就不能单靠改变变压器变比调压。而需要在适当地点对所缺无功进行补偿，这样也就改变了电力网中无功功率的分布。6.4电力线路导线截面的选择

电力线路导线的投资在电力线路总投资中所占的比重较大，在一般35~110Kv架空电力线路中，导线投资约占30%左右。正确地选择电力线路的导线截面，对电网的经济运行，提高电能的质量至关重要。

一、按经济电流密度选择导线截面

二、按机械强度的要求选择导线最小容许截面

二、按机械强度的要求选择导线最小容许截面

三、按导线的长期发热条件选择导线截面

四、按电晕临界电压选择导线截面

五、按容许电压损耗选择导线截面

六、选择导线截面基本方法的应用：

工厂电力网——持续容许电流或经济电流密度

中、低压配电力网——（长线路）容许电压损耗（短线路）容许电流损耗

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农村电力网——容许电压损耗 区域电力网——经济电流密度

7电力系统各元件的序参数和等值电路

对称分量法是分析电力系统不对称故障的有效方法。在三相参数对称的线性电路中，各序对称分量具有独立性。

电力系统各元件零序和负序电抗的计算是本章的重点。某元件的各序电抗是否相同，关键在于，该元件通一不同序的电流时，所产生的磁通将遇到什么样的磁阻，各相之间将产生怎样的互感影响。各相磁路独立的三相静止元件的各序电抗相等，静止元件的正序电抗和负序电抗相等。由于相间互感的助增作用，架空线路的零序电抗要大于正序电抗，架空地线的存在又使输电线的零序电抗有所减小。

变压器的各序漏抗相等，变压器的零序励磁电抗则同其贴心结构有关。旋转电机的各序电抗互不相等。

制订序网时，某序网络应包含该序电流通过的所有元件，负序网络的结构与正序网络相同，但为无源网络。

三相零序电流大小同相位，必须经过大地形成通路，制订序网络时，应从故障点开始，仔细查明序网络电流的通路情况。变压器的零序等值电路只能在YN侧与系统的零序网络联接，d侧和Y侧都同系统断开，d侧还须自行短接。在一相零序网络中，中性点接地阻抗须以其三倍值表示。零序网络也是无源网络。7.1对称分量法

对称分量法：由一组不对称三相系统的三个相量可以分解出三相对称的正序、负序、零序；反之由三相对称的正序、负序、零序也可以合成一组不对称三相系统的相量。

7.2同步发电机的负序电抗和零序电抗

一、同步发电机的负序电抗

定义：发电机端点的负序电压的同步频率分量与流入定子绕组负序电流的同步频率分量的比值。

二、同步发电机的零序电抗

定义：施加在发电机端的零序电压的同步频率分量与流入定子绕组的零序电流的同步频率的分量的比值。由定子绕组的漏抗确定。

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7.3异步电动机的参数和等值电路

一、异步电动机的次暂态参数和等值电路

二、异步电动机的负序和零序参数 7.4变压器的零序参数和等值电路

1、零序电压施加在变压器绕组的三角形侧或不接地星形侧时，无论另一侧绕组的接线方式如何，变压器中都没有零序电流流通。这种情况下，变压器的零序电抗X0= ∞。

2、零序电压施加在绕组连接成接地星形一侧时，大小相等，相位相同的零序电流将通过三绕组经中性点流入大地，构成回路。但在另一侧，零序电流流通的情况则随该侧的接线方式而异。7.5电力系统的序网络

1、利用对称分量法分析电力系统的各种不对称故障，首先应该绘出与系统各序阻抗相对应的序网络，利用序网络依次求得待求电量的各序分量之后，再进行合成，求得最终结果。

2、在制定各序网络时，一般从故障点做起，根据各序电流的流通路径，确定各序网络的结构，由各元件的序阻抗构成一个完整的序网络。

8电力系统故障的分析与实用计算

对于各种不对称短路，都可以对短路点列写各序网络的电势方程，根据不对称短路的不同类型列写边界条件方程。联立求解这些方程可以求得短路点电压和电流的各序分量。

简单不对称故障的另一种有效解法是，根据故障边界条件组成复合序网。在复合序网中短路点的许多变量被消去，只剩下正序电流一个待求量。

根据正序电流的表达式，可以归纳出正序等效定则，即不对称短路时，短路点正序电流与在短路点每相加入附加电压而发生三相短路时的电流相等。

为了计算网络中不同节点的各相电压和不同支路的各相电流，应先确定电流和电压的各序分量在网络中的分布。在将各序量组合成各相量时，特别注意正序和负序对称分量经过Y，d接法的变压器时要分别转过不同的相位。

不对称短路分析计算的原理和方法，同样适用于不对称断线故障。必须注意，横向故障和纵向故障的故障端口节点的组成是不同的。

为了统一各种不同类型故障数学模型的建立方法，引入了端口矩阵的概念。所谓端

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口，即是两个节点构成的节点对，两个节点的注入电流总是大小相等，符号相反。节点阻抗矩阵是端口阻抗矩阵的特例。节点阻抗矩阵元素的物理概念可以延伸到端口阻抗矩阵。

在研究复杂不对称故障时，为了处理好全系统对称分量基准相的统一性和各处故障特殊相的随意性，需要在故障边界条件方程中引入移相系数。对于发生在星形-三角形接法变压器两侧的故障，为了考虑正序和负序分量经过变压器后会产生不同的相位移动，也需要在边界条件中引入相应的移相系数。

无论哪一类故障，本章都采用网络对故障口的电势方程和故障口边界条件方程联立求解的方法，求出故障口电流和电压的各序分量之后，再进行网络内电流和电压的分布计算。

本章和第六章一样，也是应用阻抗矩阵建立故障计算的数学模型。但是所有的方程式也只涉及与故障口节点号相关的节点阻抗矩阵元素。因此，在实际计算中只需要形成全系统的节点导纳矩阵，根据计算要求算出与故障口节点号相关的某几列节点阻抗矩阵元素即可，不必形成全系统的节点阻抗矩阵。8.1由无限大容量电源供电的三相短路的分析与计算

一、无限大容量电源

电源距短路点的电气距离较远时，由短路而引起的电源送出功率的变化远小于电源的容量，则该电源为无限大容量电源。

二、无限大容量电源供电的三相短路暂态过程的分析

三、短路的冲击电流、短路电流的最大有效值和短路功率

四、无限大容量电源供电的三相短路的电流周期分量有效值的计算 8.2电力系统三相短路的实用计算

电力系统三相短路的实用计算，主要是计算非无限大容量电源供电时，电力系统三相短路电流周期分量的有效值，该有效值是衰减的。本节主要学习了起始次暂态电流的计算、冲击电流和短路电流最大有效值、电流分布系数和转移阻抗、应用曲线法求任意时刻短路电流周期分量的有效值、三相短路电流的计算机算法。8.3电力系统不对称短路的分析与计算

电力系统中发生不对称短路时，无论是单相接地短路、两相短路还是两相接地短路，只是在短路点出现系统结构的不对称，而其它部分三相仍旧是对称的。

根据正序等效定则，不对称短路时短路点的正序电流值等于在短路点每相接入附加阻抗 而发生三相短路时的短路电流值。因此，三相短路的运算曲线可以用来确定不对称短路过程中任意时刻的正序电流。其计算步骤如下：

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（1）元件参数计算及等值网络。（2）化简网络求各序等值电抗。（3）计算电流分布系数。

（4）求出各电源的计算电抗和系统的转移电抗。（5）查运算曲线计算短路电流。

（6）若要求提高计算准确度，可进行有关的修正计算。8.4电力系统非全相运行的分析

电力系统非全相运行包括单相断线和两相断线，如下图所示。非全相运行时，系统的结构只在断口处出现了纵向三相不对称，其他部分的结构仍然是对称的，故也称为纵向不对称故障。

9机组的机电特性

本章介绍了发电机的基本方程，为电力系统暂态过程研究准备基础知识。理想同步电机内各绕组电磁量的关系可用一组微分方程和一组代数方程来描述。在a、b、c坐标系的磁链方程中，有许多系数是转子角的周期函数。

在研究电力系统的稳定性问题时，有时还要考虑到自动调节励磁系统和自动调节转速系统的作用。电力系统的稳定性问题又可分为电源的稳定性和负荷的稳定性，前者是指同步发电机组的稳定性，后者是指异步电动机组运行的稳定性。

要分析电力系统的稳定性问题，首先就要讨论同步发电机组和异步发电机组的机电特性。即机组的转子运动方程式和同步发电机组的功-角特性方程式。其中同步发电机组是电力系统最主要的电源，对电力系统的稳定性起了主导的作用。因此对电力系统稳定性的研究主要是研究同步发电机组运行的稳定性。9.1电力系统运行稳定性的基本概念 稳定的基本概念：

电力系统运行稳定性问题就是当系统在某一正常运行状态下受到某种干扰后，能否经过一定时间后回到原来的运行状态或者过渡到一个新的稳定运行状态的问题。如果能够，则认为系统在该运行状态下是稳定的。反之，若系统不能回到原来的运行状态或者不能建立一个新的稳定运行状态，则说明系统的状态变量没有一个稳定值，而是随着时间不断增大或震荡，系统是不稳定的。9.2同步发电机组的运动方程式

本节主要学习了同步发电机组的运动方程式，其转子的运动方程式是电力系统稳定

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性分析和计算中最基本的方程式。它可以描述电力系统受到扰动后发电机间或发电机与系统间的相对运动，它也是用来判断电力系统受扰动后能否保持稳定性的最直接根据。9.3发电机的功-角特性方程式

发电机的功-角特性：发电机输出的电磁功率和功率角的关系。

一、隐极式发电机的功-角特性方程式

1、以空载电动势和直轴同步电抗表示发电机

2、以交轴暂态电动势和直轴暂态电抗表示发电机

二、凸极式发电机的功-角特性方程式

1、以空载电动势和交直轴同步电抗表示发电机

2、以交轴暂态电动势和直轴暂态电抗表示发电机

三、多机系统中发电机的功-角特性方程式

将整个系统化简为N网络，该网络除了保留发电机节点以外，已消除了网络中全部联络节点。

四、网络接线及参数对有功功率功-角特性的影响

1、串联电抗的影响：功率极限下降了

2、串联电阻的影响：

3、并联电阻的影响

4、并联电抗的影响

五、关于同步发电机的等值电路

对于隐极式发电机，只有以空载电动势和同步电抗或以直轴暂态电抗后的电动势 和直轴暂态电抗表示发电机时，才能绘出其等值电路

对于凸极式发电机，只有以虚构电动势和交轴同步电抗以等值空载电动势和等值同步电抗或以直轴暂态电抗后的电动势和直轴暂态电抗表示发电机时，才能绘出其等值电路。

9.4异步电动机的机电特性

本节主要讲了异步电动机组的运动方程式和电磁转矩。9.5自动调节励磁系统对功-角特性的影响

一、无自动调节励磁电流时发电机端电压的变化

当不调节发电机的励磁电流而保持发电机的空载电动势不变时，随着发电机输出有功功率的增加，功率角也要增大，因而发电机端电压下降。

二、自动调节励磁系统对功-角特性的影响

由功-角特性方程式，可以看出，由于自动调节励磁系统的作用，使空载电动势

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随功率角的增大而增大，从而使与不再是正弦关系。为了定性分析自动调节励磁系统对功-角特性的影响，对于不同的电动势值，作出了一组正弦功-角特性曲线族，它们的幅值与空载电动势成正比。

10电力系统的静态稳定性

基于运动稳定性理论的小扰动法是分析运动系统静态稳定的严格方法。未受扰运动是否具有稳定性，必须通过受扰运动的性质才能判定；当扰动很小时，非线性系统的稳定性，在一定条件下，可以用它的一次近似的线性小扰动方程来判定。由于一次近似方程是齐次方程，判定系统是否具有静态稳定性，只取决于方程的系数矩阵而不需要求解扰动方程，用于电力系统静态稳定计算时，可以不必再去注意具有随机性质的扰动形式和初值，这也是电力系统静态稳定与暂态稳定性质上的根本差异。以上是学习与运用小扰动法分析计算电力系统静态稳定必须掌握的重要概念。

本章以简单系统为例，针对简单模型和较为精细模型进行分析论述，其处理方法完全可用于实际电力系统。

功率极限是指发电机功率特性的最大值；稳定极限是指保持静态稳定下发电机所能输送的最大功率，不许严格区分这两个重要的概念。还应注意，复杂电力系统不能从理论上求出其功率极限和稳定极限。然而，在许多场合下，仍然可以将实际电力系统近似地简化成简单系统，应用功率极限的概念来定性的估计电力系统的稳定性。

具有等效负阻尼系数的电力系统是不能稳定运行的，其失去稳定的形式是周期性的不断增大振荡幅度。

自动励磁调节器可以提高功率极限和稳定运行范围。由于调节器的某些环节会产生负阻尼作用，当发电机输送功率增大到一定程度，调节器的负阻尼完全抵消并超过系统固有的正阻尼，使系统等效阻尼为负值时，系统将自发振荡而失去静态稳定，这使励磁调节器提高稳定性的效果受到限制。10.1电力系统静态稳定性的基本概念

电力系统的静态稳定性指的是正常运行的电力系统承受微小的、瞬时出现但又立即消失的扰动后，恢复它原有运行状况的能力；或者，这种扰动虽不消失，但可用原有的运行状况近似地表示新运行状况的可能性。

10.2小扰动法的基本原理和分析在电力系统静态稳定性中的应用

一、小扰动法的基本原理

李雅普诺夫运动稳定性理论

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二、用小扰动法分析简单电力系统的静态稳定性

三、小扰动法理论的实质

小扰动法是根据受扰动运动的线性化微分方程式组的特征方程式的根，来判断未受扰动的运动是否稳定的方法。

如果特征方程式的根都位于复数平面上虚轴的左侧，未受扰动的运动是稳定运动；反之，只要有一个根位于虚轴的右侧，未受扰动的运动就是不稳定运动。10.3电力系统电压、频率及负荷的稳定性

一、电力系统电压的静态稳定性

二、电力系统频率的静态稳定性

三、电力系统负荷的静态稳定性 10.4调节励磁对电力系统静态稳定性的影响

计及自动调节励磁系统作用时电力系统的暂态过程是非常复杂的。为了理解调节励磁对电力系统静态稳定性的影响，本节中仅介绍最简单电力系统中发电机的不连续调节励磁系统的作用，且发电机为隐极机。然后，对电力系统的静态稳定性作简单综述。本节主要有以下内容：

一、不连续调节励磁对静态稳定性的影响

二、对电力系统静态稳定性的简单综述 10.5保证和提高电力系统静态稳定性的措施

根本措施—缩短“电气距离”，也就是减小各电气元件的阻抗，主要是电抗。

一、采用自动调节励磁装置

如果按运行状态变量的导数调节，则可以维持发电机端电压为常数。这相当于发电机的电抗减小为零。

二、减小线路电抗

采用分裂导线，可以减小架空电力线路的电抗。

三、提高电力线路的额定电压

在电力线路始末端电压间相位角保持不变的前提下，沿电力线路传输的有功功率将近似地与电力线路额定电压的平方成正比。换言之，提高电力线路的额定电压相当于减小电力线路的电抗。

四、采用串联电容器补偿

五、改善电力系统的结构

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11电力系统的暂态稳定性

本章从定性分析和定量计算两个方面论述了电力系统暂态稳定的分析计算方法。功角随时间变化的特性，是判断电力系统能否保持暂态稳定的重要依据，在定性分析中，应掌握好以下几点：

1、不平衡功率的符号决定了发电机加速度的符号，两者的符号相同。

2、加速度的符号决定了相对速度的变化方向，但与当时的相对速度的符号无关。加速度为正时，相对速度将增大，反之则减小。

3、相对速度的符号决定了功角的变化方向，但与当时的加速度的符号无关。相对速度的符号为正时，功角将增大，反之则减小。

等面积定则是基于能量守恒原理导出的。发电机受大扰动后转子将产生相对运动，当代表动能增量的加速面积与减速面积相等时，转子的相对速度达到零值。应用等面积定则，可以确定发电机受扰后转子相对角的振荡幅度，即确定最大和最小摇摆角，可以判定发电机能否保持暂态稳定。

等面积定则虽然是从最简单的电力系统引出的，但是其原理对复杂系统也是适用的。

本章介绍的暂态稳定数值计算的两种方法，都是把时间分成一个个小段，在一个步长内对描述暂态稳定过程的方程进行近似的求解，以得到一些变量在一系列时间离散点上的数值。分段计算法是把发电机转子的相对运动在一个步长内近似看成等加速运动；改进欧拉法则把转子相对运动在一个步长内近似看成等速运动。两种算法具有同等级的精度。当发电机采用简化模型和负荷用恒定阻抗模型时，分段计算法的计算量要比欧拉法少得多。

本章还介绍了可用于电力系统暂态稳定实际计算的发电机、励磁系统、原动机及其调节系统、负荷及网络等的数学模型。11.1电力系统暂态稳定性概述

电力系统暂态稳定是指正常运行的电力系统承受一定大小的、瞬时出现但又立即消失的扰动后，恢复到近似它原有运行状况的能力。或者这种扰动不消失，但系统可从原有的运行状况安全的过渡到新的运行状况的能力。

一、大扰动的原因

1、负荷的突然变化

2、切除或投入系统的主要元件

3、电力系统的短路故障，其对系统的扰动最为严重。

二、主要短路故障类型

电力系统分析课程总结

1、三相短路，最严重，最危险。发生次数6%-7%

2、两相接地短路和两相短路，危险程度仅次于三相短路，发生次数23%-24%。

3、单相短路，影响程度最小，发生次数一般可占70%左右。

三、暂态稳定计算中的基本假设

四、有关计算的简化规定

11.2简单电力系统暂态稳定性的定性分析

首先介绍了各种运行情况下的功角特性，然后对电力系统暂态稳定性的定性分析。11.3简单电力系统暂态稳定性的定量分析

一、等面积原则

故障发生后，从始起角 到故障切除瞬间所对应的角这段时间里，发电机转子受到过剩转矩的作用而加速。可以证明：过剩转矩对相对角位移所作的功等于转子在相对运动中动能的增加。

等面积定则：加速面积和减速面积相等

1、最大可能减速面积≥加速面积，稳定。

2、最大可能减速面积＜加速面积，不稳定。

3、加速面积=减速面积： 加速面积与减速面积的计算

1、初始状态。

2、过程划分及功率特性。

3、新平衡点及不稳定平衡点

4、S加，S减。

5、判断。

二、极限切除角

1、极限切除角时切除，利用最大可能的减速面积；

2、切除角大于极限切除角，系统失稳；

3、切除角小于极限切除角，系统稳定。

实际需要知道的是为保证系统稳定必须在多少时间之内切除故障线路，也就是要知道极限切除角对应的极限切除时间。11.4发电机转子运动方程的数值解法

一、分段计算法

二、改进欧拉法

电力系统分析课程总结

11.5提高电力系统暂态稳定性额措施

一、快速切除故障和自动重合闸

二、强行励磁和快速关闭汽门

三、电气制动和变压器中性点经小电阻接地

四、采用单元接线方式

五、连锁切机和切除部分负荷

六、系统解列、异步运行和再同步

致谢

感谢****老师，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；在这一学期的学习中，杨老师无论在知识学习中，还是在人生道路上都给与我们很大的指导，为我们的未来指明了方向。

第四篇：《环境系统分析》教学大纲

《环境系统分析》教学大纲

英文名称:Environmental systematic Analysis 学 分:2学分 学 时:32学时 理论学时:32学时 实验学时:0学时 教学对象:环境工程专业

先修课程:高等数学,最优化,环境科学与工程基础 教学目的: 本课程是环境工程专业本科生的选修课程,是一门从理论上探讨环境系统分析基本方法的课程.通过本课程的学习,使学生掌握系统的基本概念和基本理论,了解环境系统分析与环境管理的关系,学会用环境系统分析,预测,模拟,规划的基本方法和技术,形成系统优化的环境保护及管理思想,为学生从事环境管理,环境规划工作提供基本的理论,思想,方法和技术.教学要求: 本课程教学与学习要侧重于环境系统分析的基本理论,方法和技术;掌握环境系统的模型化及模拟技术;能够对环境系统进行最优化与综合分析,为进一步的环境规划与管理课程学习及今后参与环境系统决策打下基础.教学内容: 一,绪论(2学时)系统及其特征,系统分析的基本概念,环境系统分析的目标与任务 基本要求: 了解系统的分类及其特征,了解系统分析的基本概念,理解环境系统分析的目标,任务与分类.二,系统模型化(4学时)数学模型概念,模型的建立,模型的参数估值与检验,灵敏度分析 基本要求: 掌握数学模型的定义,掌握数学模型的建立方法和过程,掌握线性回归分析,曲线拟合及参数估计等数学建模问题,掌握数学模型的验证与误差分析方法.重点: 数学模型的建立方法和过程 难点: 模型的参数估值与检验,数学模型误差分析方法 三,环境基本模型(6学时)污染物在环境介质中的运动特征,基本模型的建立,非稳定源排放的解析解,基本模型的稳态解,污染物在均匀流场中的分布特征,环境质量模型的数值解 基本要求: 掌握污染物在环境介质中的运动特征,了解环境基本模型的建立过程,理解并掌握污染物在均匀流场中的分布特征,掌握对流扩散方程的解析解和应用方法,以及污染物到达对岸和完成横向均匀混合的距离,了解环境质量模型的数值解方法.重点: 污染物在环境介质中的运动特征,非稳定源排放的解析解以及基本模型的稳态解,污染物在均匀流场中的分布特征 难点: 环境基本模型的建立过程,环境质量模型的数值解方法 四,河流水质模型(6学时)基本水质问题,单一河段水质模型,多河段水质模型,河口水质模型 基本要求: 了解河流中的基本水质问题,掌握守恒污染物在均匀流场和非守恒污染物在均匀河流中的两类水质模型的概念和典型模型的解,掌握河流的Streeter-Phelps模型的含义,S-P模型的解和Thomas等改进模型,了解河口水质模型部分.重点: 守恒污染物在均匀流场和非守恒污染物在均匀河流中的两类水质模型的概念和典型模型的解,河流的Streeter-Phelps模型的含义,S-P模型的解和Thomas等改进模型 五,湖泊与水库水质模型(2学时)湖泊水库的水质特征,营养源与营养负荷,箱式水质模型,竖向温度分布模型,综合水质模型 基本要求: 熟悉湖泊和水库的水质特征,理解湖泊与水库的营养源与营养负荷,了解湖泊,水库的箱式水质模型,竖向温度分布模型与综合水质模型 重点: 湖泊和水库的水质特征,湖泊与水库的营养源与营养负荷,湖泊与水库的箱式水质模型 难点: 湖泊与水库的箱式水质模型,深湖与水库的温度模型,湖泊水库的生物学模型 六,空气质量模型(4学时)污染源预测和污染源清单,箱式空气质量模型,高架点源扩散模型,线源与面源模型,参数 基本要求: 掌握主要大气污染物和污染源种类,了解其特点;掌握气温层结,干绝热直减率,位温,逆温的概念,认识气温层结与大气稳定度的关系;掌握各种不同条件下高斯模式的应用公式;掌握烟气抬升高度与地面最大浓度的计算公式, 学习利用常规气象资料确定大气稳定度的分级和获得大气湍流扩散参数的方法,认识点源,线源,面源以及特殊气象条件下大气污染物扩散模式的处理方法.重点: 主要大气污染物和污染源种类,气温层结,干绝热直减率,位温,逆温的概念,各种不同条件下高斯模式的应用公式,利用常规气象资料确定大气稳定度的分级和获得大气湍流扩散参数的方法 难点: 点源,线源,面源以及特殊气象条件下大气污染物扩散模式的处理方法 七,水污染控制系统规划(4学时)系统构成与分类,规划的依据,水质最优规划,水资源-水质系统规划 基本要求: 掌握水污染控制系统的构成与分类,理解进行水污染控制系统规划的依据,掌握排放口处理最优规划与水资源-水质系统规划方法.重点: 水污染控制系统的构成,规划的依据,排放口处理最优规划方法 难点: 排放口处理最优规划方法,水资源-水质系统规划方法 八,空气污染控制系统规划(2学时)空气污染控制过程及其特点,掌握比例下降规划与地面浓度控制规划方法,空气质量-经济-能源系统规划 基本要求: 掌握大气污染控制的过程,了解比例下降规划与地面浓度控制规划方法,理解空气质量-经济-能源系统规划方法.重点: 比例下降规划方法,地面浓度控制规划方法 难点: 比例下降规划方法,地面浓度控制规划方法,空气质量-经济-能源系统规划方法 九,一般决策方法(2学时)环境决策的基本概念,常用决策分析工具,最优化决策,多目标决策 基本要求: 掌握环境决策的基本概念,理解常用决策分析的主要内容与步骤,了解常用的决策分析工具.重点: 常用决策分析的主要内容与步骤 难点: 常用的决策分析工具.参考书: 程声通,陈毓龄,环境系统分析,北京:高等教育出版社 1990 高廷耀主编, 水污染控制工程,北京:高等教育出版社,1989 韦鹤平编著,环境系统工程,上海:同济大学出版社,1993 海思 D A.环境系统最优化,北京:中国环境科学出版社,1987 列奇 L.G,环境系统工程.北京:水利出版社,1987

第五篇：环境系统分析教案

第一章环境系统分析概论

一、系统及其特征

系统是由两个或两个以上相互独立又相互制约的、执行特定功能的元素组成的有机整体。系统的元素又称为子系统，每一个系统又是—个比它更大的系统的子系统。

任何一个系统都具有整体性、相关性、目的性、阶层性和环境适应性的特征。

二、系统的结构化

系统结构化旨在研究系统内部各个子系统之间的分布规律和分布秩序，为系统模型化奠定基础。结构模型解析法是研究系统结构化的有效工具。

结构模型解析法是系统结构化的常用方法。结构模型解析法从一堆杂乱的元素人手，通过构建有向连接图、相邻矩阵、可达性矩阵以及对矩阵的区域分解和级间分解，确定各子系统在系统中的位置，建立系统的递阶结构模型。

三、系统分析方法

系统分析是对研究对象进行有目的、有步骤的探索和研究过程，它运用科学的方法和工具，确定一个系统所应具备的功能和相应的环境条件，以确定实现系统目标的最佳方案。

系统分析的基本过程是对系统的分解和综合，通常可以分为下述六个阶段：明确问题的范围和性质、设立目标、收集资料、建立模型、制定评价标准和进行综合分析。

系统分析的基本内容是系统的模型化、最优化和决策分析。

四、环境系统与环境系统分析

在研究人与环境这个矛盾统一体时，把由两个或两个以上的和环境保护、污染与控制有关的要素组成的有机整体称为环境系统。

环境系统分析的两大任务是：研究环境系统内部各组成部分之间的对立统一关系，寻求最佳的污染防治体系；研究环境质量和社会经济发展的对立统一关系，寻求经济与环境协调发展的途径。应用系统分析方法解决上述环境问题的显著特点是通过模型化和最优化来协调环境系统中各要素之间的关系，实现经济效益、环境效益和社会效益的统——。

[习题及题解]

1．什么是系统?一个系统应具备哪些特征?

2．系统的各种特征在模型化和最优化过程中各起什么作用?

3．简述系统分析的研究对象与研究内容。

4．简述系统分析的基本原理和方法。

5．系统结构化的目的和意义何在?

第二章数学模型概述

[内容简介]

一、定义和分类

根据对研究对象所观察到的现象及实践经验，归结成一套反映数量关系的数学公式和具体算法，用来描述对象的运动规律，这套公式和算法称为数学模型。

数学模型可以从不同的角度进行分类：

按照变量和时间的关系，可以分为动态模型和稳态模型；

按照变量之间的关系，可以分为线性模型和非线性模型；

按照变量的变化规律，可以分为确定性模型和随机模型；

按照模型的用途，可以分别模拟模型和管理模型；

按照模型中参数的特征，可以分为集中参数模型和分布参数模型。

二、模型的建立

一切应用于实际的模型，都必须满足下述要求：要有足够的精度；模型的形式要力求简单实用；模型的依据要充分；模型中应具有可控变量。

—个模型的建立，大体要经历以下步骤。

1．数据的收集和分析

数据收集可以通过两个途径：利用已有数据和现场监测采样。要尽可能多地占有与研究对象有关的数据和资料，包括与研究对象直接相关的数据(如大气环境质量数据、污染源数据等)和间接相关的数据(如气象数据、水文数据、社会经济发展规划数据等)。

对所收集的数据进行整理分析，通常要绘制成变量的时间过程线、空间变化曲线或各种表格以分析事物的发展变化规律。

要保证数据的可靠什。

2．模型结构的选择

模型的结构可分为白箱、灰箱和黑箱三种。白箱模型即机理模型，它是以客观事物的变化规律为基础建立起来的。灰箱模型又称半机理模型，若仅知道各因素之间质的关系，并不确切明了量的关系，还需用一个或多个经验系数来加以定量化。经验系数要借助观测数据或试验数据确定。黑箱模型又称输入—输出模型。它是根据系统的输入、输出数据建立各个变量之间的关系，而完全不追究其内在机理的纯经验模型。

3．参数估计

一个灰箱模型中存在着至少一个待定参数，这些参数的值要根据实际观测数据或实验数据加以确定。

4．模型的检验和修正

用实测的输人—输出数据和已确定了参数的模型计算的输出数据进行比较，以确定模型是否满足精度要求。若模型计算误差超过了预定的界限，则可通过修正参数或调整模型结构加以改进，并需要新估计参数和模型验证。

三、模型参数估计方法

模型参数估值通常有基于同归拟合的方法、基于试验或经验的方法及基于搜索的方法三类。

1．基于回归拟合的方法

(1)图解法

凡给定的公式可以直接描述成一条直线，或经适当处理后能转换为直线时，可将自变量和因变量的各对应点绘于直角坐标系中，用直尺连成尽可能靠近各个点的直线。若直线表达为

y＝b+mx

则上述直线的斜率就是式中的m，y轴上的截距即为式中的6。(2)一元线性回归分析

线性问归分析有两个假设：①所有自变量的值均不存在误差，因变量的值则含有测量误差；②与各测量点拟合最好的直线为能使各点到直线的竖向偏差(因变量偏差)的平方和最小的直线。若模型形式为y＝b+mz，则可得下式：

(3)多元线忭间归分析

多元线性回归分析与一元线性回归分析原理相同。可建交起类似一元线性回归分析中的目标函数来估计未知参数。

2．基于试验或经验的方法

(1)试验法

物理意义明确的参数可通过试验测定的方式辅助确定，比如耗氧速度常数、复氧速度常数等，测定方法参见后面章节或环境监测相关书籍。

(2)经验公式法

利用经验公式计算一些使用频率高的参数，如复氧速度常数、大气扩散方程中的标准偏差等经常采用经验公式估计。

(3)基于搜索的方法

根据搜索方式的不同，基于搜索的方法可分为网格法(枚举法)、最优化方法和随机采样方法等。基于搜索的方法适用于较复杂模型的参数估计以及计算机辅助F的参数自动识别(Auto Calibration)。

网格法

设有几个待定参数，其中O(i＝1，2，…，n)的搜索区间为(a；b)。如果把区间分成m÷等分，分点为O(A＝o，1，2，…，m)，其中口；O＝d／，d；”’＝b，则参数空间o＝(Jl，O，…，Jn)被划分成ml，mz，…，m。个网格。计算所有网格结点，L的目标函数值，选取其中最小值所对应的参数值作为最优参数估计值。

第三章环境质量基本模型

[内容简介]

一、污染物在环境介质中的运动特征

污染物进人环境后的运动形式比较复杂，既有随着介质的推流迁移运动，也有污染物质点的分散运动，以及污染物的衰减转化运动。

1．推流迁移

推流迁移是指污染物在气流或水流作用下产生的位置移动。推流迁移只能改变污染物所处的位置，不能降低污染物的浓度。其迁移通量为：

守恒物质进人环境后仅随介质运动而改变位置，因分散作用不断向周围扩散而降低其初始浓度，但它在介质中的总量不变。

非守恒物质进入环境后，除了随介质流动而改变位置，并不断扩散而降低浓度外，还因自身的衰减而不断降低其总量。

污染物在环境中的衰减过程墓本上符合一级动力学规律，即

dc/dt=kc—一Ac

式中，c为污染物浓度；‘为反应时间；A为污染物降解速度常数。

二、环境质量基本模型与解析解

1.零维模型

(1)模型形式

第四章内陆水域水质模型

[内容简介]

一、基本水质问题

污水排人水域之后，从污水排放口到污染物在水域中达到均匀分布，通常要经历竖向混合和横向混合两个阶段。河流中存在着以下的水质墓本问题。

①生物化学分解 水体中的有机物由于生物降解而消耗河流中的溶解氧。生物化学反应可用一级动力学反应式表达。

②人气复氧 水中溶解氧的主要来源是大气。氧气由大气进入河水的质量传递速度与河水中的氧亏成正比。

③光合作用 水牛植物的光合作用是水体中溶解氧的另一个重要的来源。

④藻类的呼吸作用 藻类的呼吸消耗水中的溶解氧。

⑤底栖动物和沉淀物的耗氧 底栖动物耗氧的主要原因是由于底泥中的耗氧物质返回到水中和底泥顶层耗氧物质的氧化分解。

二、湖泊水库水质模型

1．湖泊和水库的水质特征

湖泊和水库中的水流速很低，停留时间很长，它们属于静水环境，具有相对比较封闭的水生生态系统。富营养化是湖泊和水库中最基本的水质问题。

在水深较大的湖泊和水库中，水温和水质的竖向分层是常见的水质特征。水温的竖向分布随四季气温的变化呈规律性变化。在大多数时间里，湖泊与水库的水质呈竖向分层状态。

2．完全混合模型

完全混合模型又称箱式模型，是一种从宏观上研究湖泊、水库中营养物质平衡的输入—产出关系的模型。

(1)沃伦威德尔模型

①模型的基本形式 假定湖泊、水库中某种营养物的浓度是输入、输出和在湖泊、水库内沉积的该种营养物质的量的函数：

y＝Ic一，CVQC

式中，y为湖泊或水库的容积，m3；C为某种营养物质的浓度，8／m’；／c为某种营养物质的总负荷，g／a；s为营养物在湖泊或水库中的沉积速度常数，1／a；Q为湖泊或水库出流的流量，m3／a。

若令帅刷系数r＝Q，则上述方程为：

dC/dt=Jc

②模型的解析解 给定初始条件，模型解析解为：

[内容简介]

一、河口及近岸海域水文特征

1．河门水文特征

(1)非稳定性棍合

潮汐和风的作用，导致河口与近岸水流在半天或一天内呈周期性变化，以及小周期的随机性变化。流动的非恒定性导使水体的混合具有了明显的时变特征。

(2)潮汐的抽吸和阻滞作用

潮流除引起小尺度的紊动混合外还产生较大尺度的流动，包括剪切作用和环流，对河口中的混合产生抽吸和阻滞。抽吸作用是河口段污染物的运动和盐水上溯的一个重要机理，是产生纵向离散的—个重要部分。

(3)密度分层与斜压环流作用

河口中有来自河流的淡水和来自海洋的咸水，在浮力作用下发生分层流动。河流是河口中密度变化的浮力源而潮汐则是密度变化的动能源。对分层的河口而言，密度等值线呈顶部倾向海洋而底部倾向陆地的倾斜状，潮周平均流速在表层朝向海洋，而在底层朝向陆地，从而在水流内部产生—个因密度变化引起的环流——斜压环流。

2．河口的冲洗时间

河口的冲洗时间是指由于上游径流作用，从河口的某一个特定位置将污染物输送到河口外所需时间。河门冲洗时间基本反映了污染物进入河口后停留的时间。

河口冲洗时间的计算通常采用两种方法，即淡水分数法和修正进潮量法。

下面只介绍淡水分数法。如果将河口分成”段进行冲洗时间的计算，其公式为：

式中，丁为河段总的冲洗时间；f为第i河段的淡水分数；R：为第i河段在一个潮周期上所得的河水水量；P为第i河段在一个潮周期上的进潮量；vJ为第i河段河水的实际体积。

3．近岸海域水流特征

海流有密度流、风生流、潮流，其中起上导作用的是潮流。

(1)潮汐和潮流

潮汐是海面一种长周期的波动现象。由于月球、太阳、地球三者之间相对位置的变化以及地形的影响，潮汐一般分为半日潮(一日两次潮)、日潮(一日一次潮)和混合潮三种类型。

潮流是水平水流运动，同潮汐类似，潮流具有周期性及旋转特性。(2)风生流

由于风作用引起的海水水平运动称之为风生流。

对于近岸海域，当已知离海面10m高处的风速为v1。(m／s)时，可用下式估算海面风生流流速Vs(m／s)：

Vs＝kVlo

式中，A为经验系数。一般取A＝o．3；当风向垂直于海岸时，取A＝o．4；当风向平行于海岸时，取A＝0．07。

二、污染物在水体中的混合稀释

污水在海洋中的物理过程可分为三个基础阶段：初始稀释阶段，再稀释和迁移阶段，长期扩散和输移阶段。1．初始稀释

初始稀释阶段是污水与周围环境水体在排放口近区混合过程。这个过程主要受控于污水的动量、浮力和海流条件。污水在出口动量和浮力作用下边上升边发生紊动混合，当被稀释的污水达到最大的浮升高度停止上升井水平运动或当射流最大速度衰减到喷口的动量再也不能产生显著的混合时，初始混合即结束，此时达到的平均稀释度称为浮力射流的初始稀释度。2．污染羽流再稀释和迁移

再稀释和迁移阶段是指污水场(此时常称之为污染羽流)在海流作用下的湍流扩散和迁移过程。这一条件主要受控于海流条件及海水湍流强度，并且与污水场初始尺度或扩散管长度有关。污染羽流再稀释预测常采用Brooks模式。3．长期扩散和输移阶段

长期扩散和输移阶段是指污水中的污染物在诲洋中的被动输移和扩散过程。这一过程主要由诲洋中各种尺度的湍涡所控制。4，稀释度

稀释度即稀释后的水体总体积与体积中所包含的污水体积之比。

三、河口水质模型 1．河口水质基本模型

由质量平衡原理可以推导出与河流水质模型相似的河口水质基本模型，即：

第六章 流域非点源模型

[内容简介]

一、非点源污染概述

1．定义

狭义的非点源污染指在降雨、径流的淋溶和冲刷作用下，大气中、地面和地下的污染物进入汀河、湖泊和海洋等水体而造成的污染。

广义的非点源污染指时空上无法定点监测的，与大气、水文、土壤、植被、地质、地貌、地形等环境条件和人类活动密切相关的，可随时随地发生的，直接对大气、土壤、水构成的污染。它包括大气环境的非点源、土壤环境的非点源和水环境的非点源。与水环境有关的非点源污染主要包括人气干湿沉降、暴雨径流、底泥二次污染和生物污染等。

2．非点源污染种类和来源

非点源污染物主要包括泥沙、营养物(氮和磷)、可降解有机物(BOD、COD)、有毒有害物质(包括重金属、合成有机化合物)、溶解性固体、固体废物等。

非点源污染主要分为两大类：农业非点源污染和城市径流污染。通常，农业非点源污染主要关注土壤、营养元素和农药的流失，而城市径流污染则主要关注有毒有害物质、有机物和固体废物等的污染。

3．非点源污染的危害

非点源污染的危害，不仅表现在其输出的污染物对受纳水体的污染，也会对农林牧业造成破坏，如农田土壤侵蚀造成的作物减产、土地退化等。城市径流污染能够危害脆弱的城市及其下游的河湖水系，造成富营养化。

二、流域非点源的产生与特征

1．非点源污染的特征

非点源发生机理复杂，影响因素众多。具有以下特点：①受气象因素控制，发生时间上具有随机性和间歇性；②污染源的空间分布具有广泛性；③发生机理复杂，涉及水文学、水力学、土壤学、环境科学等多个学科；④污染物组成和负荷影响因素众多，具有不确定性；⑤非点源污染控制和管理比较困难。

2．非点源污染与水文过程

流域的非点源污染往往伴随着降雨、径流过程而产生，与暴雨过程关系密切。降雨前期地表条件、降雨的强度和历时、径流的发生过程和发生量是影响非点源负荷的主要因素。降雨前期条件直接决定了污染物的类型和潜在污染负荷，降雨对地面的冲击和径流对地表的冲刷是污染物脱离土壤、进入水休的主要动力，而径流量和流速则是污染物挟带能力的主要决定因素。

3．非点源污染模拟的历史

图6—1是非点源污染模拟历史和进展。

[内容简介]

一、大气污染物的扩散过程

1．大气垂直结构

大气层在垂向上具有层状结构。按照大气温度的垂向分布，将大气圈由地表向外依次分为对流层、平流层、中间层和暖层。其中对流层是对人类生产生活影响最大的一层，污染物的迁移扩散也主要在这层。

2．大气运动特征

大气运动特征主要表现为湍流运动，湍流是一种不规则的运动，由若干大大小小的涡旋或湍涡构成。大气湍流的形成与发展取决于机械或动力的因素形成的机械湍流及热力因素形成的热力湍流，是两者综合的结果。

3．大气污染物扩散过程

污染物质广义的扩散过程包括层流、湍流扩散、沉降、降雨清洗、光化学反应等过程。因此，影响污染物在大气中扩散的主要因素包括风、大气湍流、大气稳定度、气温的铅直分布和逆温以及降水与雾等。

4．大气污染物扩散模型分类

按污染物扩散状态可以分烟流模型、烟团模型、箱式模型；按模型推导方法可以分为物理模型和统计模型；按污染源空间尺度町以分为点、线、面、体扩散模型。

二、污染源解析

1．污染源分类

污染源分类见表7—l。

2．大气污染物

大气污染物可根据化学特性分为无机气态物、有机气态物和颗粒物；根据生成源可分为—次污染物和二次污染物。

3．污染源源强

(1)预测源强的一般模型

Q＝KW：(1一N)

式中，Q为源强，对瞬时点源以kg或t计，对连续稳定排放点源以kg／h或t／h计；W，为燃料的消耗量，对固体燃料以k8或t计，对液体燃料以L计，对气体燃料以100m，计，时间单位以L或d计；N为净化设备对污染物的去除效率；K为某种污染物的排放因子，i为污染物的编号。

(2)燃煤的二氧化硫排放源强一般预测模型

Qso：＝KW5(1一V)

式中，Qs。：为二氧化硫排放源强，对连续稳定排放点源以kg／h或t／h计；W为燃煤量，以ks／h或t／L计；V为二氧化硫去除效率，％；S为煤中的全硫分含量，％；K为二氧化硫排放因子，表示煤中硫的转化率为80％。

(3)燃煤烟尘排放源强一般预测模型

Qi=WAB(1—V)

式中，Qc为烟尘排放源强，对连续稳定排放点源以ks／h或t／h计；A为煤的灰分，％；月为烟气中烟尘的质量分数；"为烟尘去除效率，％。

(4)流动源(汽车尾气)源强模型

式中，Q为汽车尾气源强，s／(m·s)；n为道路汽车类型总数；凡为i类型汽车的车流量，辆／h；E为i类型汽车尾气的综合排放因子，8／km。

4．污染物排放因子

在污染源源强模式计算中，污染物排放因子的确定是非常重要的。各种污染物排放因子受燃烧方式和燃烧条件影响很大。

三、箱式大气质量模型

1．单箱模型

单箱模型是计算一个区域或城市大气质量的最简单的模型，箱子的平面尺寸就是所研究的区域或城市的平面，箱子的高度是由地面计算的混合层高度^。

(1)基本模型