一、基本引入
1-什么是电力系统？
电力系统：完成电能生产、输送、分配、消费的统一整体。通常由发电机、变压器、电力线路和负荷等电力设备组成的三相交流系统。
2-电力系统的结构是什么？
电力系统由一次系统（高电压），二次系统（低电压）：保证一次系统安全/可靠/经济运行的信息系统及其操作机构，组成。
3-一次系统如何组成？
发电机：电能生产，一次能源转换成二次能源(电能)，火/水/核/风/太阳/地热等。
电力网络（输配电系统）：电能输送和分配，包括：输电网（输电系统）和配电网（配电系统）。
负荷（用户）：电能消费，将电能转换成其他形式能量，电动机/照明/电炉等。
4-电力系统通常如何表示？
单线图，用单线表示电力系统设备之间的联系。
5-电力系统为什么要互相连接？
减少总装机容量（错峰效应），减少备用容量（同时故障和检修概率小），提高供电可靠性、电能质量（故障和异常时相互支援），合理利用动力资源，可经济运行（水、小火电、经济分配）。
但同时，互联也提高了运行和自动化的难度。
6-电力网络有哪些接线方式？
开式接线，一般用于配电网络。
闭式接线，一般用去输电网络。
7-电力网络为什么要采取高压输电线？
高压能量容量大 S=UI ，高压可以保证用户端有足够的电压 ΔU=IR ，高压可以减少传输损耗 Plost=I2R 。
考虑绝缘，发电机电压 10−30kV ，变压器升压到 110−750kV 。
8-为何要确定额定电压?
标准化：避免电压等级数量的无限制扩大，导致互联困难。
最佳的技术经济性能：电力设备需要在额定电压下进行优化设计、制造和使用。
9-如何确定额定电压?(电压分布:±5%)？
考虑到线路的损耗，以及漏抗。
假设1：电压会在线路以上损耗 10% ，因此约定在线路起始处的输入电压因该是线路额定电压的 1.05 倍。太高的输入电压会导致线路不绝缘，太低的输入电压导致末端电压不足。
举例：上图下部直接连接发电机的输入电压为 1.05UN 。
假设2：因为比变压器漏抗的存在，约定变压器的二次侧电压为线路额定电压的1.05 倍，在考虑的假设1的损耗，所以变压器的二次侧电压为应为线路额定电压的 1.1 倍。通常升压变压器漏抗较大，对二次侧我们考虑乘上 1.1 。降压变压器漏抗较小，对二次侧我们只乘上 1.05 。
一些确定原则：
线路（电网）额定电压 = 用电设备额定电压
发电机额定电压 = 1.05 倍线路额定电压
升压变压器额定电压：
一次侧 = 发电机额定电压(与发电机相联线路1.05 倍）= 线路额定电压(若与线路相联）
二次侧 = 1.1 倍线路额定电压
降压变压器额定电压：
一次侧 = 线路额定电压
二次侧 = 1.05 倍或1.1 倍线路额定电压(取决于漏抗大小)
10-为何采用高压直流输电HVDC?
优点：
适用于大系统互联：两端交流系统无需同步运行，无需同频率，本身不存在稳定问题。
直流线路造价低：费用相同时，架空线输电容量DC:AC=3:2,电缆比例更高。
能量损耗小。
控制快速简便。
缺点：
换流站造价高：AC与DC的等价距离，架空线大约500km，地下或海底电缆大约50km。
换流产生谐波，恶化电能质量，干扰通信系统，需要滤波。
电流没有过零点，熄弧困难，HVDC断路器研制困难。
二、电力系统复功率引入
如上图所示，对于电力系统的电流来可以拆成连个部分，一部分为 IR˙ 与 U˙ 相角差为 0 ，产生有功功率；一部分为 IX˙ 与 U˙ 相角差为 90o ，产生无功功率。
i(t)=iR(t)+iX(t)
设 ，i(t)=2Icos(wt−φ)，u(t)=2Ucos(wt) ，我们可以直接写出 ，iR(t)，iX(t) 的时域表达式。
iR(t)=2Icos(φ)cos(wt)
iX(t)=2Isin(φ)cos(wt−π2)
(注：因为电力系统电路一般为感性，电压领先电流所以 iR(t) 的角度需要减去 π2 )
因此，有功分量 pR(t)=iR(t)u(t)=IUcos(φ)[1+cos(2w)]
可以看出 pR(t)≥0 ，均值为 IUcos(φ) ，是无源网络中等效电阻的耗能速率（物理意义）。
同理可得无功分量 pX(t)=iR(t)u(t)=IUsin(φ)sin(2w)
可以看出 pR(t) ，均值为 0 ，峰值为 IUsin(φ) ，是无源网络中等效电抗与外电源的电能量交换速率（物理意义）。
总结一下：
有功功率 P 定义为pR(t)的均值(特征值)： P=UIcos(φ)
无功功率 Q 定义为pX(t)的峰值(特征值)：Q=UIsin(φ)
视在功率 S 定义为 i(t) 与 u(t) 的有效值之积： S=UI
因此我们可以引入了一个功率三角形， φ 为功率因数角。
S2=Q2+P2
由功率三角形，也可引入复功率概念： S˙=U˙I∗˙=UI∠φ=P+Qj
我们可以看出复功率有良好的物理意义和计算价值，实部是有功功率P，虚部是无功功率Q，幅角是功率因数角φ，模是视在功率S，且在计算中可以直接相加。
我们还可以得出三项电路的总功率： p(t)=u(t)aI(t)a+u(t)bI(t)b+u(t)cI(t)c=3Pp=3UpIpcos(φ)
因此还可以定义出三项无功为： Q=3UpIpsin(φ)
三项视在功率为： S=3UpIp
对于 ，Y，Δ 接法都有：
Pp=3ULILcos(φ)
Qp=3ULILsin(φ)
Sp=3ULIL
对于三项系统的复功率： S˙=3Up˙Ip∗˙=3UL˙IL∗˙e−jπ6
注：对于 ，Y，Δ 接法都有，因为线上的电压要和相电压或线电流和相电流的相位差，所以需要乘上 e−jπ6 。
三、电力系统负荷
定义：电力系统负荷是电力用户所需电功率总和，也称电力系统综合用电负荷。
此外也存在负荷损耗，损耗的来源为1-线路损耗，约占10%，2-发电站维持自身运作的功率消耗，约战1%-5%。
