1.7 電力系統分析課程的主要內容與研究工具
1.主要內容
電力系統分析是一門專業課，也是一門專業基礎課，其主要內容是，系統地講述電力系統運行狀況分析計算的基本原理和方法。
當電力系統中各種發電、變電、輸配電及用電設備之間的相互聯接情況已經確定時，電力系統的運行狀態是由一些運行變量（亦稱為運行參數）的變化規律來描述的。這些運行變量包括功率、頻率、電壓、電流、磁鏈、電動勢以及發電機轉子間的相對位移角等。
電力系統運行狀態一般可區分為穩態和暫態。實際上，由于電力系統存在各種隨機擾動（如負荷變動）因素，絕對的穩態是不存在的。在電力系統運行的某一段時間內，如果運行參數只在某一恒定的平均值附近發生微小的變化，我們就稱這種狀態為穩態。穩態還可以分為正常穩態、故障穩態和故障后穩態。正常穩態是指正常三相對稱運行狀態，電力系統在絕大多數的時間里處于這種狀態。
電力系統暫態一般是指從一種運行狀態到另一種運行狀態的過渡過程。在暫態中，所有運行參數都發生變化，有些則發生激烈的變化。此外，運行參數發生振蕩的運行狀態，也是一種暫態。
對電力系統運行狀態的分析研究，除了對運行中的電力系統進行實際觀測和進行必要的模擬試驗外，大量采用的方法是把待研究的系統狀態用數學方程式描述出來，運用適當的數學方法和計算工具進行分析計算。描述系統狀態的數學方程式反映了各種運行變量間的相互關系，有時也稱為系統的數學模型。例如，正弦電勢源作用下的γ-L電路方程式為
有n個節點的復雜網絡的節點方程式為
在上述方程式中，Em、ω、α、i、
、
等都是運行變量，系數R、L、Yij等統稱為系統參數。系統參數是指系統各元件或其組合在運行中反映其物理特性的參數。各種元件的電阻、電感（或電抗）、電容（或電納）、時間常數、變壓器的電壓比以及系統的輸入阻抗、轉移阻抗等都屬于系統參數。系統參數主要取決于元件的結構特點，也與其額定參數密切相關。元件的額定參數（如額定電壓、額定電流、額定容量、額定功率因數、額定頻率等）反映了對元件結構的設計要求，同時也規定了元件所適用的運行條件。無論對電力系統進行何種狀態的分析研究，系統參數的計算都是必不可少的。
本課程內容非常豐富，適用于電氣工程及其自動化專業課堂講授。內容主要是將電路分析的方法應用于電力系統的短路電流計算。在這里，系統的各元件（包括發電設備和用電設備）將被當作電路元件來處理，并用等效電路來代替，電流是分析計算的基本物理量。求取短路電流的關鍵是阻抗（工程計算中主要是電抗）的計算。系統各元件各序電抗的物理意義及其計算方法，標幺參數的歸算，系統的輸入阻抗，轉移阻抗及計算電抗的求取，節點導納矩陣（或節點阻抗矩陣）的形成等，在教材中都有比較系統且詳細的闡述。對突然短路后的暫態現象的物理分析、同步發電機基本方程式的推導和變換，放在本書的姊妹篇《電力系統分析》中講授。
對電力系統的運行狀況進行更全面的分析，電力系統將被看成是電能生產、輸送、分配和消費的統一整體，根據安全、優質和經濟供電的要求，分析系統在穩態運行性能，并研究對其運行狀態進行調整和改善的原理和方法。在這里，電力系統的發電設備和用電設備將從功率轉換的角度去研究其特性對系統運行性能的影響，對于電力網元件則著重分析其在傳送功率時產生的電壓降落和功率損耗，對于變壓器還應考慮其調節電壓和無功功率分布的作用。反映電能質量的電壓和頻率，系統運行的經濟性。
2.研究工具
由于電力系統及其暫態過程的復雜，研究電力系統時，常需借助一定的工具。這些研究工具大致分兩類——電力系統的數學模擬和電力系統的物理模擬。
最簡單的電力系統數學模擬是直流計算臺。它是一種由直流電源和若干可變電阻組成的計算工具。借調整各電阻值來模擬系統各元件參數，并按給定的接線圖將它們相互連接，再在各電源點施加直流電壓，就可用表計測量模擬系統中的電流、電壓分布。這種計算臺主要用以計算系統中發生短路時的短路電流，但也可作近似的功率分布計算。
交流計算臺的工作原理和直流計算臺相似。只是交流計算臺可分別以電阻和電抗模擬系統各元件，而且施加在各電源點的交流電壓的相位也可調節。因此，交流計算臺的用途遠較直流計算臺廣。它可用以計算系統中的功率分布、短路電流以及系統的靜態和暫態穩定性等。
通用模擬式電子計算機也可用以研究電力系統。按描述發電機、電動機、自動調節裝置等的方程式組將它的積分元件、加法元件、乘法元件等組合為系統各元件并組成整個電力系統的模擬后，就可運用示波器觀測以電壓表示的、連續變化的、表征系統運行狀態的各個變量。因此，這種計算機適合于分析系統的暫態過程，尤其是有自動調節裝置時的暫態過程。它的缺點是可供使用的元件數量有限，以致待研究的系統不能過于復雜。
通用數字式電子計算機已廣泛用于電力系統的運行、設計和科學研究各個方面。自1956年成功地運用它計算功率分布以來，幾乎所有主要的電力系統計算都已使用這種計算機。因此，本書有關章節中將著重介紹這種研究工具的運用。
上列四種研究工具都屬數學模擬。它們的共同特點是必須先明確系統及其各元件的數學表示方式方能運用它們計算、分析。除數學模擬外，還有物理模擬，即通常所謂的動態模擬。電力系統動態模擬可看作是一種具體而微的電力系統。其中，發電機、變壓器、電動機等都用相應的實物模擬。將它們按給定的結線方式組成模擬系統后，就可運用表計或示波器直接觀測其中出現的各種物理現象。因此，不僅系統各元件的數學表示式未知時就可進行動態模擬試驗，而且動態模擬的試驗結果還可用以檢驗擬定的數學表示式是否正確。此外，在動態模擬上還可進行自動調節、控制裝置的實物試驗。這一功能也是各種數學模擬所不具備的。動態模擬的缺點也是待研究系統的規模不能過大，而且模擬裝置的參數調整范圍有一定的限制。
綜上所述，各種研究工具都有其特點和適用范圍。取長補短、互相配合才是正確的發展方向。正是沿這一方向，近年來又陸續出現了模擬計算機和數字計算機的組合、模擬計算機和交流計算臺組合以及數字計算機、模擬計算機和動態模擬的組合等新型研究工具。