《电能质量与控制技术》教学大纲

课程名称：	电能质量与控制技术	课程编码：	6013A723
总学时数：	32	课内实践学时数：	0
学    分：	2	开课单位：	电信学院
先修课程：	电路、电气设备与供配电系统、电力系统分析
适用专业对象：	电气BG18、电气BG19

 

一、课程的性质、目的和任务

《电能质量与控制技术》课程是电气工程及其自动化专业学生任选的专业课程之一。通过本课程的教学，使学生了解电能质量问题的基本内容，掌握传统电能质量问题、特点、整定方法及其改善措施；熟悉使用软件进行电能质量仿真分析的能力，为学生毕业后从事电能质量分析、监测、控制工作打下必要的基础。主要支撑毕业要求2.2、3.2、3.3、4.1、4.2、4.3达成。

通过本课程的学习，达到以下教学目标：

1、问题分析

能够运用本课程的基本理论知识，熟练分析常见电能质量问题，以满足电力系统供电可靠性需要。

2、设计/开发解决方案

在电力系统的设计开发中能用到本课程的基本知识并体现创新意识。

3、研究

能够针对任务中的未知问题自主选择实验或调试手段和内容，并根据实验现象或调试结果修改完善解决方案。

表1 课程教学目标对专业毕业要求的支撑

 

二、教学内容及教学基本要求

第一章 电能质量的基本概念

1、教学要求

掌握：理想的供电系统，电压，频率，正弦波形畸变和谐波，电压波动与闪变，三相电压不平衡，主要干扰性负荷，改善电能质量的意义。

了解：我国电能质量技术监管管理相关规定。

2、教学内容

第一节  电能质量的主要内容

知识要点：电能质量的定义以及电能质量内容。

第二节  中国电能质量的标准与主要内容

知识要点： IEEE对电能质量的标准及相关内容。

    第三节  关于电能质量的相关概念

知识要点：电压偏差、电压暂降、电压突升、断电、电压瞬变、过电压、欠电压等相关概念

第四节  动态电能质量

知识要点：动态电能质量的概念、产生原因以及解决方法。

第五节  IEEE电压容限曲线及分类

知识要点：电压容限曲线、ITIC曲线的定义、意义以及特点等

3、本章重点、难点

本章重点：影响电能质量的参数、产生原因以及相关标准规定，改善电能质量的意义。

本章难点：电能质量的基本现象以及解决措施。

4、本章学时数

本章教学时数：2学时，其中讲课2学时，实验(课内实践、上机)0学时。

第二章 电力系统电压偏差

1、教学要求

掌握：电压偏差的概念、产生的原因、危害，改善电压偏差的措施以及电压偏差的国家标准等。

了解：电力系统无功补偿方法以及电压管理等相关内容。

2、教学内容

第一节  电压偏差的国家标准

知识要点：中国国家标准以及国际组织对电压偏差的相关规定。

第二节  电压偏差超标的危害

知识要点：电压偏差对照明设备、电动机、变压器等用电设备以及电力系统的影响。

第三节  电力系统电压调整

知识要点：电力系统电压调整的常用方法。

第四节  电力系统无功补偿

知识要点：无功补偿的原则，电力系统的电压监测相关概念。

3、本章重点、难点

本章重点：电力系统电压偏差的定义、电压偏差的允许限制、电压偏差产生的原因及危害，调整电压偏差的常见方法。

本章难点：改善电压偏差的常见措施。

4、本章学时数

本章教学时数：2学时，其中讲课2学时，实验(课内实践、上机)0学时。

第三章 电力系统频率偏差

1、教学要求

掌握：电力系统频率的概念、产生的原因、危害、调整措施以及频率偏差的国家标准等。

理解：电力系统的频率特性、频率检测以及新能源发电接入电力系统的频率调整。

2、教学内容

第一节  电力系统频率概念

知识要点：频率的基本属性，电力系统频率、电源频率以及负荷节点频率的相关概念，频率的特性等。

第二节  频率偏差对电力系统的影响

知识要点：频率偏差的定义，影响频率的相关因素，频率偏差对用电设备以及电力系统的影响和危害等内容。

第三节  电力系统频率偏差的标准

知识要点：国内外对电力系统频率偏差的规定。

第四节  电力系统频率调整

知识要点：电力系统频率的一次调整、二次调整以及调频厂的选择。

3、本章重点、难点

本章重点：电力系统频率偏差的影响因素，频率偏差对用电设备和电力系统的危害，电力系统频率调整的常见方法。

本章难点：电力系统频率调整方法。

4、本章学时数

本章教学时数：2学时，其中讲课2学时，实验(课内实践、上机)0学时。

第四章 电力系统谐波

1、教学要求

掌握：电网谐波的标准，电网谐波的限制措施，无源电力滤波器的设计与运行，瞬时无功电流的补偿，有源电力滤波器。

理解：谐波分析的理论基础，非正弦电路的功率，畸变波形的频域分析，信号的采样和频谱分析，畸变波形的时域分析，正弦波形畸变指标，电力系统的主要谐波源，谐波对电力系统的危害和影响，谐波测量方法概述，谐波阻抗的测量，谐波在电网中的传递，电网谐波的评估方法，谐波潮流计算，谐波管理。

2、教学内容

第一节  电力系统谐波的基本概念

知识要点：电力系统谐波的定义、性质，非正弦波形的畸变率，谐波特征等相关概念。

第二节  电力系统非正弦波形的分析方法

知识要点：非正弦波形的频域分析，非正弦电路的功率和功率因数等相关概念。

第三节  电力系统谐波的来源

知识要点：电力系统中谐波的产生来源。

第四节  电力系统谐波潮流计算

知识要点：谐波潮流计算的方法。

第五节  谐波对电网的影响和危害

知识要点：谐波对电网的影响，对用电设备、保护设备的影响。

第六节  电力系统谐波的抑制

知识要点：减少谐波源的方法，滤波装置方案的设计。

第七节  电力系统谐波的标准及其管理

知识要点：中国国家标准以及国际组织对谐波限值的规定。

3、本章重点、难点

本章重点：电网谐波的标准，电网谐波的限制措施，电力系统的主要谐波源，无源电力滤波装置。

本章难点：电力系统谐波的抑制方法，谐波潮流计算，无源电力滤波器、瞬时无功电流的补偿以及有源电力滤波器设计、运行。

4、本章学时数

本章教学时数：10学时，其中讲课10学时，实验(课内实践、上机)0学时。

第五章 电压波动和闪变

1、教学要求

掌握：电压波动，闪变，主要闪变源，影响闪变的主要因素，电压波动与闪变的标准，电压波动与闪变的抑制方法。

理解：电压波动与闪变的测量方法与仪器，闪变的统计特征值。

2、教学内容

第一节  电压波动和闪变的基本概念

知识要点：电压波动、闪变的相关概念，电压波动和闪变对用电设备和电力系统的影响和危害。

第二节  电压波动和闪变的标准

知识要点：国内外对电压波动和闪变限值的规定。

第三节  电压波动和闪变的产生和抑制

知识要点：电压波动和闪变的产生原因，电压波动的抑制方法，大型负荷波动补偿方式。

3、本章重点、难点

本章重点：电压波动，闪变，主要闪变源，影响闪变的主要因素，电压波动与闪变的标准，电压波动与闪变的抑制方法。

本章难点：电压波动和闪变的检测方法与仪器，闪变的统计特征值。

4、本章学时数

本章教学时数：4学时，其中讲课4学时，实验(课内实践、上机)0学时。

第六章 电力系统三相不平衡

1、教学要求

掌握：三相不平衡的基本概念，三相不平衡的干扰性负荷，三相不平衡的危害，三相不平衡的标准，三相不平衡的测量仪器，改善三相不平衡的措施。

理解：对称分量法，三相不平衡度算式，三相不平衡的计算

2、教学内容

第一节  三相不平衡的概念及计算

知识要点：三相不平衡的定义，对称分量计算方法，三相不平衡度，三相不平衡的计算。

第二节  三相不平衡的国家标准

知识要点：电压不平衡度的允许限值，电压不平衡度的测量。

第三节  三相不平衡的危害及改善措施

知识要点：三相不平衡对用电设备、保护装置以及电力系统的影响和危害，改善三相不平衡的措施。

3、本章重点、难点

本章重点：三相不平衡的基本概念，三相不平衡的干扰性负荷，三相不平衡的危害，三相不平衡的标准，三相不平衡的测量仪器，改善三相不平衡的措施。

本章难点：三相不平衡的测量仪以及改善措施。

4、本章学时数

本章教学时数：6学时，其中讲课6学时，实验(课内实践、上机)0学时。

第七章 其它电能质量问题

1、教学要求

掌握：暂时过电压、瞬态过电压、电力系统间谐波、电压暂降的相关概念，标准限值的规定，各因素对用电设备以及电力系统的影响、危害以及抑制措施。

理解：间谐波、电压暂降的测量以及计算方法。

2、教学内容

第一节  暂时过电压和瞬态过电压

知识要点：暂时过电压和瞬态过电压的定义、分类，允许的限值，雷电压保护措施。

第二节  电力系统间谐波

知识要点：间谐波的定义，产生原因，对用电设备以及电力系统的危害，抑制措施，国内外标准限值的规定。

第三节  电压暂降

知识要点：电压暂降的定义、危害以及抑制措施。

第四节  配电系统可靠性

知识要点：配电系统可靠性的定义，准则，城市电力网可靠性规定。

3、本章重点、难点

本章重点：暂时过电压、瞬态过电压、电力系统间谐波、电压暂降产生原因、危害以及抑制措施，配电系统可靠性设计。

本章难点：各种影响因素的测量及计算方法。

4、本章学时数

本章教学时数：6学时，其中讲课6学时，实验(课内实践、上机)0学时。

表2 知识单元、学时分配与教学目标对应表

知识单元		知识点		理论学时	教学 目标
序号	描述	序号	描述
1	电能质量的基本概念	1	电能质量的主要内容	2	1
		2	中国电能质量的标准与主要内容
		3	关于电能质量的相关概念
		4	动态电能质量
		5	IEEE电压容限曲线及分类
2	电力系统电压偏差	1	电压偏差的国家标准	2	1、2、3
		2	电压偏差超标的危害
		3	电力系统电压调整
		4	电力系统无功补偿
3	电力系统频率偏差	1	电力系统频率概念	2	1、2
		2	频率偏差对电力系统的影响
		3	电力系统频率偏差的标准
		4	电力系统频率调整
4	电力系统谐波	1	电力系统谐波的基本概念	10	1、2、3
		2	电力系统非正弦波形的分析方法
		3	电力系统谐波的来源
		4	电力系统谐波潮流计算
		5	谐波对电网的影响和危害
		6	电力系统谐波的抑制
		7	电力系统谐波的标准及其管理
5	电压波动和闪变	1	电压波动和闪变的基本概念	4	1、2、3
		2	电压波动和闪变的标准
		3	电压波动和闪变的产生和抑制
6	电力系统三相不平衡	1	三相不平衡的概念及计算	6	1、2、3
		2	三相不平衡的国家标准
		3	三相不平衡的危害及改善措施
7	其它电能质量问题	1	暂时过电压和瞬态过电压	6	1、3
		2	电力系统间谐波
		3	电压暂降
		4	配电系统可靠性
	总计			32

 

三、教学手段、方法建议

课程教学以课堂教学、课外作业、综合讨论等共同实施。主要采用启发式教学法、项目驱动法、案例教学法、模块化教学法、翻转课堂等。有效调动学生的学习积极性，增加学生的学习兴趣，注重师生互动，及时发现在学生中存在的问题并加以解决，使学生易于理解和掌握所授知识。

本课程课堂教学流程如图1所示。

 

本课程安排4次课外作业：

1、电力系统电压偏差

2、电力系统频率偏差

3、电力系统谐波

4、电力系统三相不平衡

四、课程考核方式及要求

本课程考核内容为支撑毕业要求对应的课程目标，主要考查毕业要求2.2、3.2、3.3、4.1、4.2、4.3所对应的课程目标的达成情况。

（一）考核内容

1、电能质量基础知识

2、电力系统电压偏差

3、电力系统频率偏差

4、电力系统谐波

5、电压波动/闪变

6、电力系统三相不平衡

（二）考核方式

1．考核方式：考试（）；考查（√）

2．成绩评定：采用（N+2）的考核模式

计分制：百分制（）；五级分制（√）；两级分制（）

采用（N+2）考核模式：笔记考核（10%）过程考核（40）％；结课考核（50）％
其中过程考核构成：

第一次：基础考核；形式：考勤；成绩比例：10%

第二次：电能质量基础知识；形式：笔试；成绩比例：10%

第三次：电力系统谐波；形式：笔试；成绩比例：10%

第四次：电力系统三相不平衡；形式：笔试；成绩比例：10%

五、课程教学目标达成情况评价分析

1. 定量评价

需要根据公式逐步计算出每项课程教学目标的达成度。

2. 定性分析

需要针对课程教学目标以及毕业要求分析以下内容：

（1）上次评价中存在的问题，这次改进的情况；

（2）该课程目前存在的问题，以及后续教学过程需要改进的措施。

六、建议教材及参考资料

建议教材： 

《电能质量概论》，程浩忠主编，中国电力出版社，2013年版

参考资料：

1．《电能质量分析与控制》，肖湘宁主编，中国电力出版社，2010年版

2．《电力系统谐波分析》，宋文南、刘宝仁，水利电力出版社，1995年版

3．《干扰性负荷的供电》，孙树勤，林海雪编著，中国电力出版社，1996年版

4．《电能质量监测与分析》，程浩忠、吕干云、周荔丹，科学出版社，2012年版

七、课程教学目标与毕业要求关系表

表3 课程教学目标与毕业要求的关系

毕业要求	指标点	电能质量与控制技术
1．工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础、专业基础和专业知识用于解决电气工程及相关领域的复杂工程问题。	1.1 能够运用数学、自然科学和工程基本知识对电气工程领域相关工程问题进行识别、准确表达、分析或求解。
	1.2掌握专业基础知识，并能将其用于电气工程领域相关工程问题的推演和分析，得出有意义的结果。
	1.3 掌握电气工程领域的专业知识，能够对电气工程领域复杂工程问题的数学模型或解决方案进行比较、综合、优选，并提出改进思路。
2．问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献查阅、研究分析电气工程领域的复杂工程问题，获得有效结论。	2.1能够运用数学、自然科学和工程科学的基本原理对电气工程领域复杂工程问题进行数学建模、求解或机理分析。
	2.2能够运用工程科学的基本原理，对电气工程领域的工程实际问题进行识别和准确表达，以满足电气运行维护、工程设计的需要。	M
	2.3能够运用电气工程专业知识对复杂工程问题进行分解、分析和钻研，并结合文献研究得出有效结论。
3．设计/开发解决方案：针对电气工程相关领域的复杂工程问题，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。	3.1能够综合运用所掌握的专业知识、技术手段和开发工具，设计满足特定需求的产品或系统。
	3.2掌握电气工程设计领域的专业知识、设计方法和工程设计工具，为满足特定需求和标准的电气工程设计项目提供解决方案。	L
	3.3在电气工程相关领域复杂工程问题设计过程中，体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。	L
4. 研究：能够基于科学原理并采用科学方法对电气工程领域的复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。	4.1能够针对电气工程领域的实际工程问题进行初步的建模与仿真分析。	L
	4.2能够基于专业理论并运用科学方法设计实验方案、搭建实验平台、获取实验数据。	L
	4.3能够对实验结果进行合理分析、解释，通过信息综合得出合理有效的结论，完善解决方案，并反馈到工程设计和实践中。	L
5．使用现代工具：能够针对电气工程及相关领域的复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。	5.1具有计算机熟练应用和电气图纸绘制的技能。
	5.2熟悉C语言、MATLAB、STEP7、PROTEUS、KEIL等软件仿真和在线硬件仿真工具的运用，能对工程问题进行模拟和预测，并理解其局限性。
	5.3能够根据工程实际问题检索文献、查询资料、合理选择技术。
6．工程与社会：能够基于电气工程领域的背景知识进行合理分析，评价复杂工程问题的解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。	6.1具有工程实习和社会实践的经历，熟悉与电气工程相关的技术标准、行业政策、法律、法规。
	6.2 认识工程问题与社会伦理道德联系，树立正确的工程伦理道德观，具备高度的责任感从事工程活动。
	6.3能够评价电气工程领域工程实际问题的解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并能正确理解由于这些影响所应当承担的责任。
7．环境和可持续发展：针对电气工程及相关领域的复杂工程问题，能够分析和评价工程实践对环境、社会可持续发展的影响。	7.1了解电气工程及其自动化技术对于可持续发展的影响，理解电气工程行业与环境保护的关系。
	7.2熟悉环境保护的相关法律、法规，能够从经济效益、社会效益、 利用效率、污染以及安全隐患多个方面贯彻环境保护和社会可持续发展的理念。
	7.3理解电气工程及相关领域的工程实践活动对环境和社会的双重性，判断其可能对人类和环境造成损害的隐患。
8．职业规范：具有人文社会科学素养、 社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守职业道德和规范，履行责任。	8.1 具有人文知识、思辨能力和科学精神。
	8.2了解国情，理解社会主义核心价值观，维护国家利益，具有推动民族复兴和社会进步的责任感。
	8.3理解工程伦理的核心理念，了解电气工程师的职业性质和责任，在工程实践中，能自觉遵守职业道德和规范，具有法律意识。
9．个人和团队：具有团队精神，能够在多学科背景下的团队承担个体、团队成员以及负责人的角色。	9.1对企业运作的模式有认知能力。
	9.2 能够主动与其他学科的成员合作，胜任团队成员的角色与责任。
	9.3 具有技术团队的构建、运行、协调和负责的能力。
10.沟通：能够就电气工程及其相关领域的复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。	10.1 具备就电气工程及其相关领域的工程实际问题进行人际交往和口头表达的能力。
	10.2 具有撰写设计文稿、技术总结报告及项目申请报告的能力。
	10.3 具备一定的外文文献阅读、理解能力和外语交流和沟通能力。
11.项目管理：理解并掌握工程管理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。	11.1 了解电气工程领域工程管理与经济决策基本知识，理解并掌握相应的工程管理与经济决策方法。
	11.2 能够在多学科环境中应用工程管理与经济决策方法进行工程设计与实践。
	11.3 具有初步的项目实施过程中的运行和管理能力。
12．终身学习：具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。	12.1有积极向上的价值观，具备自主学习和终身学习的意识。
	12.2掌握自主文献检索、资料查询及运用现代信息技术跟踪并获取相关信息的基本方法。
	12.3能够针对个人或职业发展的需求，采用合适的方法自主学习、自我完善、可持续发展。

 

 

七、大纲说明

需要特殊表述的大纲中未尽事宜，如课程改革、整合情况等。

 

 

执   笔   人：孙娜

参加研讨人员：孙娜 樊爱龙 关大陆

审   核   人：关大陆  

审   批   人：赵双元