电力系统电磁暂态分析1-第一章
电力系统暂态分析：第一章 电力系统故障分析(2)
1.3 同步发电机三相短路电磁暂态过程基本假设条件：1.3.1 不计阻尼绕组时同步电机三相短路1. 发电机转速等于等于额定转速，且保持恒定，即2. 磁路不饱和（故可应用叠加原理）；3. 励磁电压保持恒定；☆暂态电抗和暂态电势：* 由定子d 轴和励磁绕组磁链方程：1.3.1 不计阻尼绕组时同步电机三相短路与励磁绕组磁链成正比的磁链：称为纵轴等值磁链。
消去励磁电流 可得：其中：励磁绕组参数相关的计算电抗。
称为d轴暂态电抗，与定子d绕组及定子d 轴等值磁链产生的旋转电势，称为q 轴暂态电势：由此可得q轴暂态电势为：而定子d 轴磁链可表示为：由于q 轴暂态电势与励磁磁链成正比，暂态时不会突变，暂态初始时刻的暂态电势可用稳态运行时的表示。
考虑稳态时的定子电压和磁链方程方程：可得：将两式相加可得：这样以暂态电势表示的稳态节点电压平衡方程为：写成向量的形式：故发电机稳态运行时的向量图如下：同步发电机暂态电势向量图对于磁链和电压方程计算三相短路时的电流：三相短路：即：励磁电压保持恒定，即：在满足条件：由于是对称短路，短路后0轴电流和磁链均为0。
不计阻尼绕组磁链和电压方程为：应用叠加原理求解三相短路前，各变量的稳态运行值为：三相短路后，各变量的故障分量为：则三相短路后，各变量值为：故障后变量值＝故障前变量的稳态值＋故障后变量的故障分量即：将上式代入磁链方程和电压回路方程，可得而稳态时的磁链方程和电压回路方程为：故可得故障分量的磁链方程和电压回路方程为：由三相短路故障条件：由短路瞬间各绕组电流、磁链不能突变，故可得应用拉氏变换法求解微分方程：利用拉氏变换公式：对故障分量的磁链方程和电压方程取拉氏变换，可得：由励磁绕组故障分量的磁链方程和电压方程：可得：即励磁电流故障分量的拉氏变换为：（1） 计算励磁电流的故障分量可得d轴磁链故障分量的拉氏变换为：（2）计算d 轴磁链的故障分量由d 轴磁链方程：代入励磁电流表达式：其中：称为纵（d ）轴运算电抗；将磁链方程：代入电压方程：可得d轴、q轴电流故障分量的拉氏变换其中：（3）计算d 轴、q 轴电流的故障分量对上式取拉氏反变换即可求得定子d 、q 轴电流的解，进而求得定子a 、b 、c 三绕组的电流。
电力系统暂态分析第一章作业参考答案
第一章作业参考答案一、简答题1、电力系统的干扰指什么？什么情况下的干扰最大？答：电力系统的干扰指任何可以引起系统参数变化的事件。
例如短路故障、电力元件的投入和退出等。
其中短路造成的干扰最大。
2、为什么说电力系统的稳定运行状态是一种相对稳定的运行状态？答：由于实际电力系统的参数时时刻刻都在变化，所以电力系统总是处在暂态过程之中，如果系统参数在某组数值附近作微小的持续变化，则描述电力系统运行状态的运行参量持续在某一平均值附近做微小的变化，我们就认为其运行参量保持平均值不变，即系统处于稳定工作状态。
由此可见系统的稳定运行状态实际是一种相对稳定的工作状态。
3、为简化计算，在电力系统电磁暂态过程分析和机电暂态过程分析中都采用了那些基本假设？答：电磁暂态分析过程中假设系统频率不变，即认为系统机电暂态过程还没有开始；机电暂态过程中假设发电机内部的机电暂态过程已经结束。
4、简述电力系统的故障类型答：电力系统的故障主要包括短路故障和断线故障。
短路故障（又称横向故障）指相与相或相与地之间的不正常连接，短路故障又分为三相短路、两相短路、单相接地短路和两相短路接地，各种短路又有金属性短路和经过渡阻抗短路两种形式。
三相短路又称为对称短路，其他三种短路称为不对称短路；在继电保护中又把三相短路、两相短路称为相间短路，单相接地短路和两相短路接地称为接地短路。
断线故障（又称纵向故障）指三相中一相断开（一相断线）或两相断开（两相断线）的运行状态。
5、简述电力系统短路故障的危害答：短路的主要危害主要体现在以下方面：1）短路电流大幅度增大引起的导体发热和电动力增大的危害；2）短路时电压大幅度下降引起的危害；3）不对称短路时出现的负序电流对旋转电机的影响和零序电流对通讯的干扰。
6、简述断线的特点及危害答：断线的特点是不会出现大的电流和低电压，但由于三相不对称，将在系统中产生负序和零序电流，所以断线的主要危害是负序电流对旋转电机的影响和零序电流对通讯的干扰。
电力系统中的电磁暂态分析与建模方法研究
电力系统中的电磁暂态分析与建模方法研究第一章：介绍在现代社会中，电力系统扮演着至关重要的角色。
然而，电力系统的稳定性和可靠性一直是一个挑战。
在电力系统运行过程中，暂态问题会产生，特别是在电力系统发生故障时。
因此，电磁暂态分析与建模方法的研究对于电力系统的正常运行至关重要。
第二章：电磁暂态问题概述电力系统中的电磁暂态问题是指电力系统在发生故障、开关操作等事件时所产生的瞬态现象。
电力系统暂态问题主要包括短路故障、开关操作、大负荷变化等。
这些暂态问题会导致电压和电流的剧烈变化，进而影响电力系统的稳定性和可靠性。
第三章：电磁暂态分析方法电磁暂态分析方法是指用于分析电磁暂态问题的方法和技术。
常用的电磁暂态分析方法包括时域方法和频域方法。
时域方法基于电磁场的时间变化进行分析，能够提供更详细的暂态信息。
频域方法则基于电磁场的频谱进行分析，能够提供系统的频率响应特性。
第四章：电磁暂态建模方法电磁暂态建模方法是指用于建立电力系统暂态模型的方法和技术。
在电磁暂态建模中，常用的方法包括潮流计算、状态估计、线路参数估计、设备模型等。
潮流计算是电力系统分析中的基本方法，用于确定电力系统中各节点的电压和功率。
状态估计用于通过测量值推测电力系统中的未知状态变量。
线路参数估计用于确定电力系统中线路的参数，包括电阻、电感和电容等。
设备模型包括变压器、发电机、输电线路、负荷等模型。
第五章：电磁暂态分析与建模在电力系统中的应用电磁暂态分析与建模在电力系统中有广泛的应用。
其中之一是故障分析。
通过对电磁暂态分析和建模，可以快速准确地判断电力系统中的故障类型和位置，为故障处理提供有效的依据。
此外，电磁暂态分析与建模还可以用于评估电力系统在不同工况下的稳定性和可靠性，为电力系统规划、运行和维护提供技术支持。
第六章：电磁暂态分析与建模方法的发展趋势随着技术的不断进步，电磁暂态分析与建模方法也在不断发展。
未来的发展趋势主要包括以下几个方面。
首先，基于人工智能的电磁暂态分析与建模方法将得到广泛应用。
电力系统暂态分析总复习
•
•
Uf Uf 0Zff If
•
•
Uf zf I f 0
•
If
•
Uf0
Z ff z f
第四章 电力系统运行稳定性的基本 概念和各元件的机电特性
第一节 电力系统运行稳定性的基本概念
第二节 同步发电机组的机电特性 第三节 发电机励磁系统与原动机系统
数学模型
第一节 电力系统运行稳定性 的基本概念
3
12
12
12
派克变换实现了不同坐标系电流 的等价变换
派克变 换矩阵
idq0 Piabc
iaR uq R
0
id iq
pd pq
11ssqd
u0
R
i0
p0
0
uf
Rf
if
pf
0
0 0
0
RD
RQ
（一）列出系统状态变量偏移量的线性状态方程
dδ dt
ω 1ω0
dω dt
1 TJ
PT
E qU xd
sinδ
0
1
dδ( δ) dt
dδ dt
ωω 0
d( 1ω) dt
dd tωT1J PT
EqUsi xd
nδ(0 δ)
PeE xq dU sin δ0 (δ)E xq dU siδn0ddP δe0δ21!dd2δP 2e0δ2 E xq dU siδn0ddP δe0δP0PePTPe
第二节 同步发电机组的机电特性
重点：
发电机转子运动方程 掌握发电机组的惯性时间常数及物理意义。 推导隐极机以Eq、E’q、E’、UG表示的有功功率表达式 功率极限、暂态磁阻功率的概念 隐极机、凸极机功率极限的区别
电力系统暂态分析-第1章 电力系统故障分析的基本知识ppt课件
电力系统暂态分析
第一章 电力系统故障分析的 基本知识
1.1 故障概述 1.2 标幺制 1.3 无限大功率电源供电的三相短路 电流分析
2
电力系统暂态分析
1.1 故障概述
一、电力系统运行状态分类
1、稳态
系统参数不变时，运行参量不变，系统的这种运行 状态称为稳态。
1.1 故障概述 三、断线故障
1、断线故障（纵向故障）的类型 1）一相断线 2）两相断线
2、断线原因
1）采用分相断路器的线路发生单相短路时单相跳闸； 2）线路一相导线断开。 3、断线的影响 造成三相不对称，产生负序和零序分量，而负序和零序 分量对电气设备和通讯有不良影响。
9
电力系统暂态分析
1.2 一、标幺制的概念
短路电流产生很大的电动力，可引起设备机械变形、扭 曲甚至损坏；
短路时系统电压大幅度下降，严重影响电气设备的正常 工作； 严重的短路可导致并列运行的发电厂失去同步而解列，
破坏系统的稳定性。
不对称短路产生的不平衡磁场，会对附近的通讯系统及 弱电设备产生电磁干扰，影响其正常工作 。
8
电力系统暂态分析
U UU / B *
S S / S P j Q / S P j Q * B B * *
11
I* I /IB
电力系统暂态分析
1.2 标幺制 二、电力系统中基准值的选取
对单相电路来说 如果基准选取满足： 电力系统基本公式：
SB U BIB U B Z B I B
值计算表达式?
12
电力系统暂态分析
1.2
对三相电路来说 基准值选择应满足：
考研知识点 电力系统暂态分析
• 当f点发生三相短路时，这个电路即被分成两个 独立的电路，其中左边的一个仍与电源相连接， 而右边的一个则变为没有电源的短接电路。
• 在短接电路中，电流将从它发生短路瞬间的初始 值衰减到零，在这一衰减过程中，该电路磁场中 所储藏的能量将全部转化为电阻中所消耗的热能。
• 在与电源相连的左侧电路中，每相的阻抗已变为 R+jwL，其电流将要由短路前的数值逐渐变化到 由阻抗R+jwL所决定的新稳态值，短路电流计算 主要是对这一电路进行的。
•
arctg L为稳态短路电流和电源电压
间的相角
R
•
短路电流的自由分量电流为：
t
L
iaa ce
R
• 又称为直流分量或非周期分量，它是不断减小的 直流电流。
t
• 则短路的全电流i为a ia iap Im sin(t ) ce
• 则短路的全电流为
t
ia ia iap Im sin(t ) ce
• 二、电力系统三相短路电流的周期分量与非周期 分量
• 上图所示的三相短路，短路发生前，电路处于稳 态，其a 相的电流表达式为
ia Im 0 sin(t 0 )
I
Um
• 式中 m 0
(R R)2 2 (L L)2 为正常回路电
流的幅值
•
0
arctg (L L)
(R R)
正常回路阻抗角
电压，将其他电压级下的电抗有名值归算到基本电压级 下：
• 假设选定第一段作为基本段，其它各段的参数均向这一 段归算，然后选择功率基准值和电压基准值分别为SB ， UB1。各元件的电抗标么值计算如下
• （1）发电机。发电机就在基本段，其电抗有名 值不需归算，故有
电力系统暂态分析第一章作业参考答案
第一章作业参考答案一、简答题1、电力系统得干扰指什么？什么情况下得干扰最大？答:电力系统得干扰指任何可以引起系统参数变化得事件。
例如短路故障、电力元件得投入与退出等。
其中短路造成得干扰最大。
2、为什么说电力系统得稳定运行状态就是一种相对稳定得运行状态？答:由于实际电力系统得参数时时刻刻都在变化,所以电力系统总就是处在暂态过程之中,如果系统参数在某组数值附近作微小得持续变化,则描述电力系统运行状态得运行参量持续在某一平均值附近做微小得变化,我们就认为其运行参量保持平均值不变,即系统处于稳定工作状态。
由此可见系统得稳定运行状态实际就是一种相对稳定得工作状态。
3、为简化计算,在电力系统电磁暂态过程分析与机电暂态过程分析中都采用了那些基本假设？答:电磁暂态分析过程中假设系统频率不变,即认为系统机电暂态过程还没有开始;机电暂态过程中假设发电机内部得机电暂态过程已经结束。
4、简述电力系统得故障类型答:电力系统得故障主要包括短路故障与断线故障。
短路故障(又称横向故障)指相与相或相与地之间得不正常连接,短路故障又分为三相短路、两相短路、单相接地短路与两相短路接地,各种短路又有金属性短路与经过渡阻抗短路两种形式。
三相短路又称为对称短路,其她三种短路称为不对称短路;在继电保护中又把三相短路、两相短路称为相间短路,单相接地短路与两相短路接地称为接地短路。
断线故障(又称纵向故障)指三相中一相断开(一相断线)或两相断开(两相断线)得运行状态。
5、简述电力系统短路故障得危害答:短路得主要危害主要体现在以下方面:1)短路电流大幅度增大引起得导体发热与电动力增大得危害;2)短路时电压大幅度下降引起得危害;3)不对称短路时出现得负序电流对旋转电机得影响与零序电流对通讯得干扰。
6、简述断线得特点及危害答:断线得特点就是不会出现大得电流与低电压,但由于三相不对称,将在系统中产生负序与零序电流,所以断线得主要危害就是负序电流对旋转电机得影响与零序电流对通讯得干扰。
电力系统暂态分析1
3、《高电压技术》——波过程的分析计算
第一篇：电力系统故障分析
第一章：电力系统故障分析的基础知识 第二章：同步发电机突然三相短路电流分析 第三章：三相短路电流的实用计算 第四章：对称分量法与电力元件的序阻抗 第五章：不对称故障的分析计算
第一章：电力系统故障分析的基本知识 第一节：电力系统故障概述
（2）控制元件
用来改变系统的运行状态的设备和装置，如ZTL、 ZTS和继电保护装置等。
二、电力系统运行状态的描述
1、运行参量
表示电力系统运行状态的物理量称为电力系统的运 行参量。具体有电压、电流、功率、频率、功角等。
2、系统参数
系统的运行参量直接由系统参数决定。 系统参数指代表系统元件特性的参数。如电阻、电 抗 、电导、电纳、变压器变比、时间常数等。 系统参数的改变引起运行参量的改变，即改变系统 运 行状态。
2、断线原因
1）采用分相断路器的线路发生单相短路时单相跳闸； 2）线路一相导线断开。
3、断线的影响
造成三相不对称，产生负序和零序分量，而负序和零 序分量对电气设备和通讯有不良影响。
三、复杂故障
系统中不同地点同时发生故障称为复杂故障。
第二节 标幺值
一、标幺值的概念及电压、电流、阻抗、导纳、 功率的标幺值 二、时间、频率及角频率的标幺值
0
当 为任意角度时
二、突然短路后转子励磁绕组中的电流分量
（1）强制励磁电流分量 i f |0|
（2）非周期自由分量 i f
（3）周期自由分量 i fp
三、突然短路后转子阻尼绕组的电流分量
• 1、d轴阻尼绕组
（1）非周期自由分量 （2）周期自由分量
• 2、q轴阻尼绕组
q轴阻尼绕组仅有周期自由分量
电力系统暂态分析（自己总结的）
电力系统暂态分析（自己总结的）电力系统暂态分析过程（复习提纲）第一篇电力系统电磁暂态过程分析（电力系统故障分析）1 第一章电力系统故障分析的基本知识1.1故障概述1.2标幺制1.2.1标幺值1.2.2基准值的选取1.2.3基准值改变时标幺值的换算1.2.4变压器联系的不同电压等级电网中各元件参数标幺值的计算一、准确计算法二、近似计算法1.3无限大功率电源供电的三相短路电流分析1.3.1暂态过程分析1.3.2短路冲击电流和短路电流有效值一、短路冲击电流二、短路电流有效值习题2 第二章同步发电机突然三相短路分析2.1同步发电机在空载情况下定子突然三相短路后的电流波形及其分析2.2同步发电机空载下三相短路后内部物理过程以及短路电流分析2.2.1短路后各绕组的此联及电流分量一、定子绕组磁链和短路电流分量1、励磁主磁通交链定子三相绕组的磁链2、短路瞬间三相绕组磁链的瞬时值3、磁链守恒原理的作用4、三相短路电流产生的磁链5、对应的i 的三相短路电流二、励磁绕组磁链和电流分量1、强制励磁电流产生的磁链2、电子三相交流电流的电枢反应3、定子直流电流的磁场对励磁绕组产生的磁链4、按照磁链守恒原理励磁回路感生的电流和磁链三、等效阻尼绕组的电流四、定子和转子回路（励磁和阻尼回路的统称）电流分量的对应关系和衰减2.2.2短路电流极基频交流分量的初始和稳态有效值一、稳态值二、初始值1、不计阻尼回路时基频交流分量初始值2、计及阻尼回路作用的初始值2.2.3 短路电流的近似表达式一、基频交流分量的近似表达式二、全电流的近似表达式2.3 同步发电机负载下三相短路交流电流初始值2.3.1 正常稳态运行时的相量图和电压平衡关系2.3.2 不计阻尼回路时的初始值'I 和暂态电动势'q|0|E 、'|0|E一、交轴方向二、直轴方向2.3.3 计及阻尼回路的''I 和次暂态电动势''|0|E一、交轴方向二、直轴方向2.4 同步发电机的基本方程2.4.1 同步发电机的基本方程和坐标转换一、发电机回路电压方程和磁链方程二、派克变换及d 、q 、0、坐标系统的发电机基本方程1、磁链方程的坐标变换2、电压平衡方程的坐标变换2.4.2 基本方程的拉氏运算形式和运算电抗一、不计阻尼绕组时基本方程的拉氏运算形式，运算电抗和暂态电抗二、计及阻尼绕组时基本方程的拉氏运算形式，运算电抗和暂态电抗2.5 应用同步发电机基本方程分析突然三相短路电流2.5.1 不计阻尼绕组时的短路电流一、忽略所有绕组的电阻以分析d i 、q i 各电流分量的初始值二、dq i 的稳态值三、计及电阻后的dq i 各分量的衰减1、d i 直流分量的衰减时间常数2、dq i 中基频交流分量的衰减时间常数3、计及各分量衰减的dq i四、定子三相短路电流五、交轴暂态电动势2.5.2 计及阻尼绕组时的短路电流一、dq i 各分量的初始值二、dq i 的稳态直流三、计及电阻后的dq i 各分量的衰减1、d i 直流分量的衰减2、q i 直流分量的衰减3、dq i 中基频交流分量的衰减时间常数四、定子三相短路电流五、次暂态电动势1、交轴次暂态电动势''Eq 2、直轴次暂态电动势''Ed2.6自动调节励磁装置对短路电流的影响3 第三章电力系统三相短路电流的实用计算3.1短路电流交流分量初始值计算3.1.1计算的条件和近似3.1.2简单系统''I计算3.1.3复杂系统计算3.2计算机计算复杂系统短路电流交流分量初始值的原理3.2.1等值网络3.2.2用节点阻抗矩阵的计算方法3.2.3用节点导纳矩阵的计算方法一、应用节点导纳矩阵计算短路电流的原理二、三角分解法求导纳型节点方程3.2.4短路点在线路上任意处的计算公式3.3其他时刻短路电流交流分量有效值的计算3.3.1运算曲线法一、方法的基本原理二、运算曲线的制定三、应用运算曲线计算的步骤四、合并电源简化计算五、转移阻抗3.3.2应用计算系数计算一、无限大功率电源二、发电机和异步电动机4 第四章对称分量法及电力系统元件的各序参数和等值电路4.1对称分量法4.2对称分量法在不对称故障分析中的应用4.3同步发电机的负序和零序电抗4.3.1同步电机不对称短路时的高次谐波电流4.3.2同步发电机的负序电抗4.3.3同步发电机的零序电抗4.4异步电动机的负序和零序电抗4.5变压器的零序电抗和等值电路4.5.1双绕组变压器一、YNd接线变压器二、YNy接线变压器三、YNyn接线变压器4.5.2三绕组变压器4.5.3自耦变压器4.6输电线路的零序阻抗和电纳4.6.1输电线路的零序阻抗一、单根导线——大地回路的自阻抗二、双回路架空输电线路的零序阻抗三、架空地线的影响四、电缆线路的零序阻抗4.6.2架空线路的零序电容（电纳）一、分析导线电容的基本公式二、单回线路的零序电容三、同杆双回路的零序电容4.7零序网络的构成5 第五章不对称故障的分析计算5.1各种不对称短路时故障处的短路电流和电压5.1.1单相接地短路[(1)f]5.1.2两相短路[(2)f]5.1.3两相接地短路[(11)f，]5.1.4正序增广网络的应用一、正序增广网络二、应用运算曲线求故障处正序短路电流5.2非故障处电流、电压的计算5.2.1计算各序网中任意处各序电流、电压5.2.2对称分量经变压器后的相位变化5.3非全相运行的分析计算5.3.1三序网络及其电压方程5.3.2一相断线5.3.3两相断线5.4计算机计算程序原理框图第二篇电力系统机电暂态过程分析（电力系统的稳定性）6 第六章电力系统稳定性问题概述和各元件机电特征6.1概述6.2同步发电机组的机电特性6.2.1同步发电机组转子运动方程6.2.2发电机的电磁转矩和功率一、简单系统中发电机的功率二、隐极同步发电机的功-角特性三、凸极式发电机的功-角特性四、发电机功率的一般近似表达式6.2.3电动势变化过程的方程式6.3自动调节励磁系统的作用原理和数学模型6.3.1主励磁系统一、直流励磁机励磁二、交流励磁机励磁三、他励直流励磁机的方程和框图6.3.2自动调节励磁装置及其框图6.3.3自动调节励磁系统的简化模型6.4负荷特性6.4.1恒定阻抗（导纳）6.4.2异步电动机的机电特性——变化阻抗一、异步电动机转子运动方程二、异步电动机转差率的变化——等值阻抗的变化6.5柔性输电装置特性6.5.1静止无功补偿器（SVC）一、晶闸管控制的电抗器二、晶闸管投切的电容器三、SVC的静态特性和动态模型6.5.2晶闸管控制的串联电容器（TCSC）一、基本原理二、导通阶段三、关断阶段7 第七章电力系统静态稳定7.1简单电力系统的静态稳定7.2小干扰法分析简单系统表态稳定7.2.1小干扰法分析简单系统的静态稳定一、列出系统状态变量偏移量的线性状态方程二、根据特征值判断系统的稳定性7.2.2阻尼作用对静态稳定的影响7.3自动调节励磁系统对静态稳定的影响7.3.1按电压偏差比例调节励磁一、列出系统状态方程二、稳态判据的分析三、计及T时系统的状态方程和稳定判据e7.3.2励磁调节器的改进一、电力系统稳定器及强力式调节器二、调节励磁对静态稳定影响的综述7.4多机系统的静态稳定近似分析7.5提高系统静态稳定性的措施7.5.1采用自动调节励磁装置7.5.2减小元件的电抗一、采用分裂导线二、提高线路额定电压等级三、采用串联电容补偿7.5.3改善系统的结构和采用中间补偿设备一、改善系统的结构二、采用中间补偿设备8 第八章电力系统暂态稳定8.1电力系统暂态稳定概述8.2简单系统的暂态稳定性8.2.1物理过程分析一、功率特性的变化二、系统在扰动前的运行方式和扰动后发电机转子的运动情况8.2.2等面积定则8.2.3发电机转子运动方程的求解一、一般过程二、改进欧拉法8.3发电机组自动调节系统对暂态稳定的影响8.3.1自动调节系统对暂态稳定的影响一、自动调节励磁系统的作用二、自动调节系统的作用8.3.2计及自动调节励磁系统作用时的暂态稳定分析8.4复杂电力系统的暂态稳定计算8.4.1假设发电机暂态电动势和机械功率均为常数，负荷为恒定阻抗的近似计算法一、发电机作为电压源时的计算步骤二、发电机作为电流源时的计算步骤8.4.2假设发电机交轴暂态电动势和机械功率为常数一、坐标变换二、发电机电流源与网络方程求解8.4.3等值发电机8.5提高暂态稳定性的措施8.5.1故障的快速切除和自动重合闸装置的应用8.5.2提高发电机输出的电磁功率一、对发电机实行强行励磁二、电气制动三、变压器中性点经小电阻接地8.5.3减少原动机输出的机械功率8.5.4系统失去稳定后的措施一、设置解析点二、短期异步运行和再同步的可能性。
电力系统暂态分析：第一章电力系统故障分析(3-1)
例.简单电力系统如下图所示：
G
①
T 1
～
93.8MVA 2 31.5MVA
10.5k V
10.5 / 121kV
x"d
0.12
Uk L 1
10.5%
25.5 j15.8MVA
l 1
T 2 ② C
l 2 20km
～
60km T 3
③
20MVA
5MVA
2 16MVA 110 / 6.3kV 6.3kV
0.0194
j0.398
j0.328
E3"
④
D
j1.058
I
" D
1.4.1 三相短路起始短路电流的计算
发电机与调相机供出的电流：
E "
" 6
1.1219.63
1.544 78.84
I6 Z17 Z6 0.0194 j0.398 j0.328
负荷L－2供出的电流：
)
et
Ta
sin( t 0
)
d、q轴直流分量与abc坐标的交流分量对应，当t=0时，d、q
电流的直流分量为： id E"q( 0 ) x"d
iq E"d( 0 ) x"q
1.4.1 三相短路起始短路电流的计算
表示为相量形式，考虑 x"d x"q有：
id Eq"( 0 ) jx"d
假定, x"d x"q、r 0 ,且将方程写成相量的形式：
Ed"
U d
电力系统稳态分析(第一章)
第一节 电力系统的概念和组成
全国联网势在必行
西线：西北与川渝以直流方式相联 北部和中部三纵： 中线：华北与华中以直流背靠背相联
南部和中部：
东线：山东与华东以直流背靠背相联 提高水电利用容量，减少弃水 湖南衡阳到广东韶关500KV交直流输电 三峡到广东的远距离直流输电
第一节 电力系统的概念和组成
近年来停电事故频发
8.14美加大停电 8.28伦敦大停电 9.1悉尼和马来西亚大停电 9.28意大利大停电
频率的抖动会造成次品堆积如山，大停电造成的灾难不 压于一次强烈的地震
近年来面临严重缺电
去年缺电3500万KW，今年缺电2500万KW。电力建设滞后 于电力需求增长，电力供应总量不足，是造成电力供应逐 步紧张的根本原因。
源 三 流量： 14300m3/s
峡 可装机： 2500万kw
计划装机：70*26=1820万kw，已投980
第二节 电能变换和电源构成
三 峡 电 站
第二节 电能变换和电源构成
三 峡 电 站
第二节 电能变换和电源构成
三 峡 电 站
第二节 电能变换和电源构成
总投资603.3亿元、总工期12 年两个月、装机容量1260万千瓦的 中国第二大水站——溪洛渡水电站， 已于今春正式开工
第二节 电能变换和电源构成
三、火力发电
第二节 电能变换和电源构成
三、火力发电
第二节 电能变换和电源构成
三、火力发电
第二节 电能变换和电源构成
三、火力发电
第二节 电能变换和电源构成
四、水力发电
水 冲击水轮机旋转 带动发电机发电
电力系统暂态分析1
一、电力系统的基本概念 二、电力系统运行状态的描述 三、电力系统运行状态的分类 四、本课程的任务
一、电力系统的基本概念
1、电力系统
由发电机、变压器、线路和负荷组成的网络。它包括通过电气或 机械的方法连接在系统中的设备。
2、电力系统设备分类
（1）电力元件 直接用于电能生产、变换、输送分配和消费的设备。如发电机、变压
由于电路为对称电路，所以只需分析其中一相。
显然
三、短路非周期分量电流起始值取得最大值的条件
非周期分量电流的起始值取决于短路瞬间电源电压的相角（取 短路瞬间作为时间计时起点，则为初相角α ）、短路前和短路后电 路的阻抗角|0|、 ，以及短路前、后周期分量电流的幅值 I m|0|、I m 。
器、输电线路、电动机等。 （2）控制元件 用来改变系统的运行状态的设备和装置，如ZTL、ZTS和继电保护装
置等。
二、电力系统运行状态的描述
1、运行参量
表示电力系统运行状态的物理量称为电力系统的运行参量。具 体有电压、电流、功率、频率、功角等。
2、系统参数
系统的运行参量直接由系统参数决定。 系统参数指代表系统元件特性的参数。如电阻、电抗、电导、 电纳、变压器变比、时间常数等。 系统参数的改变引起运行参量的改变，即改变系统运行状态。
二、无限大功率电源供电的三相短路暂态过程分析
看下面的电路
短路时，短路点将电路分为两部分，如下图所示。 右侧电路：无源电路，电流从短路前一瞬间的数值逐渐减小到零。
左侧电路：有源网络，且电源电压、频率保持不变，每相阻抗 ，其电流必然从短路前的稳定工作
状态向新的稳定工作状态过渡，短路电磁暂态过程的分析就是针对 这一电路的 。
• 二、磁路磁阻与线圈（绕组）电感（电抗）之 间的关系
电力系统暂态分析(讲义)
→ ① 回路阻抗减小，电流大幅增加。 Z ↓ I ↑↑ 短路点离电源越近，短路电流越
大。机端短路，短路电流可达额定值的 10～15 倍。 ② 引起故障点及邻近区域的电压大幅降低。 ③ 引起电网的结构变化，并导致发电机功率不平衡。
后果： ① 短路点的高电流电弧烧毁电气设备；或使设备发热严重，甚至受损。 ② 电动力大幅增加，使导体弯曲、变形、断裂。 ③ 异步电机的电磁转矩与电压平方成正比，转矩降低可导致停机。 ④ 发电机电磁功率减小，而输入功率变化不大时，导致转子加速失步，甚至导致
电机输入输出功率不平衡，使机组失去同步。 ③ 保护误动作引起(短路电流引起热效应)。 暂态分析的目的：掌握暂态过程的本质，充分了解系统的暂态特性，为系统的稳定 性评估、控制设备及保护设备的参数整定等提供依据。最终目标是确保电力系统的稳定 运行。 暂态故障导致大停电事故的例子： 1）1982 年 8 月 7 日华中电网湖北区大停电： 2）1996 年 8 月 10 日美国西部电网大停电：高温-〉无序跳开-〉电压失稳-〉连锁 反应 3）2003 年 8 月 14 日美加大停电事故：高温、短路、跳闸、过载、再跳闸。
三相电路中，有两个基本关系
U = 3ZI
线电压= 3 ×相阻抗×相电流
S = 3UI 若基准值选为：
U B = 3ZB IB SB = 3U B IB
三相功率= 3 ×线电压×相电流
则
U*
=U UB
=
3ZI 3ZB IB
= Z*I* ，
S* = U*I*
即标幺制中，三相电路的关系式与单相电路类似。
四个基准值UB ， IB ， ZB ， SB 中，有两个可任选，如UB ， SB 选定，则另外两个基
SB ΩB
电力系统电磁暂态特性分析
电力系统电磁暂态特性分析电力系统是一个复杂的系统，由大量的电气设备和电路构成，包括发电机、变电站、输电线路、配电线路、电力负载等。
在实际运行中，电力系统中会不可避免地产生各种电磁暂态现象，如过电压、过电流、电磁干扰等，这些暂态现象有可能导致电力设备的故障，甚至给人们带来巨大的经济损失和安全隐患。
因此，对电力系统的电磁暂态特性进行分析和研究，具有极为重要的现实意义。
一、电磁暂态的概念及影响电磁暂态是指在电力系统中短时间内发生的电压、电流和电场、磁场等参数的变化过程，主要包括以下几种类型：1.电压暂降和电压暂升：电力系统中由于外部干扰、设备操作等引起的系统电压瞬时下降或瞬时上升的现象。
2.过电压和过电流：电力系统中由于负载波动、故障、雷击等原因引起的电压或电流超过额定值的现象。
3.电磁干扰：电力系统中由于设备操作或外部干扰引起的电磁辐射或感应，对电子器件等产生干扰影响。
以上三种电磁暂态现象对电力系统和电力设备都会产生不同程度的影响。
如电压暂降和电压暂升会使电力设备失去稳态工作，从而对电力系统的稳定性和可靠性产生影响；过电压和过电流会对设备的绝缘性能产生损伤，甚至引发火灾等；电磁干扰会干扰电子设备的正常工作，给通讯、计算机等领域带来不良影响。
二、电磁暂态分析方法在对电磁暂态进行分析时，需要采用适当的分析方法，以得到准确的结果，并采取相应的措施消除或减小暂态影响。
常用的电磁暂态分析方法主要有以下几种：1.传统的解析法：该方法主要是基于电磁场理论，通过解析电路方程和场方程，求解相应的电磁场参数，如电压、电流、电场、磁场等。
2.数值模拟法：该方法主要是通过建立电磁场数值模型，利用数值计算手段求解电磁场参数。
3.试验分析法：该方法主要是利用实验手段对电力设备或系统进行测试和分析，以获得电磁暂态的详细信息。
三、电磁暂态仿真为了更好地模拟和分析电磁暂态现象，电气工程师经常使用电磁暂态仿真软件。
这种软件可以生成复杂的电路模型，并对电路中的电压、电流等参数进行仿真计算，以模拟电磁暂态的影响。
电力系统分析第1章
表1.2 各级电压架空线路与输送容量、输送距离的关系 额定电压 （KV） 0.38 3 6 输送容量 （MW） 0.1以下 0.1～1.0 0.1～1.2 输送距离 （Km） 0.6以下 1～ 3 4～15 适用地区 低压动力与三相照明 高压电动机 发电机电压、高压电动机
10
35 110 220 330 500 750
0.5
1949年容 量185万瓦
1952 1957 1962 1967 1972 1977 1982 1987 1992 1997 2002
0
500kV 330kV 220kV
火电厂 水电厂 核电厂
中国电网
东北
华北 新疆
西藏
西北
华东 华中 川渝
电网覆盖率96.4%
南方
第1章
电力系统的基本概念
1.1电力系统的组成和特点
1.1UN-0.05UN=1.05UN
特：内阻抗小于7.5％的小型变压器（3kv—
10kv电压等级）和供电距离很短的变压器，1.05UN
分类
电力网和 用电设备额定电压
发电机 额定电压
电力变压器额定电压 一次绕组 二次绕组
低压
高压
220/127 380/220 660/380 3 6 10 － 35 63 110 220 330 500 750
（2）电能不能大量储存，生产与消费具有同时性
（3）电力系统暂态（过渡）过程非常短暂
2、电力系统运行的基本要求
（1）保证安全可靠地供电 （2）保证良好的电能质量
（3）保证电力系统运行的经济性
（1）保证安全可靠的供电。
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。
电力系统暂态分析第一章
自我介绍
目前承担科研项目包括：国家自然科学 基金重大项目“随机-确定性耦合电力系统稳 定机理及分析方法”，国家863计划“适应大 规模间歇式电源接入的电网保护控制技术”， 国家科技支撑计划“风光水气多种能源发电 联合运行控制关键技术及示范”，国网公司 重大项目课题“多形态电源大规模、集中接 入条件下的大电网规划理论与方法研究”， 等。
电气工程及其自动化专业
电力系统暂态分析
North China Electric Power University
自我介绍
李庚银，河北人，1964年5月生。于1984、 1987、1996年毕业于华北电力大学电力系统 及其自动化专业，分获学士、硕士和博士学位。 现为电气与电子工程学院常务副院长、教授、 博导。兼任电力节能教育部工程研究中心主任、 能源行业电力应急技术标准化技术委员会 （NEA/TC25）委员，中国电机工程学会高级 会员，IEEE会员。
a 0 0 cos0
b 0 0 cos 0 120
c 0 0 cos 0 120
32
第二节 同步发电机突然三相短路 后的物理过程及短路电流近似分析
短路后定子产生短路电流，短路电流产生相应磁链
ai bi ci
ai bi
a0 b0
a0 b0
ci
19
第一节 短路的一般概念
短路类型 三相短路 两相接地短路 两相短路 单相接地短路
示意图
符号
f 3
f 1,1
f 2
f 1
20
第一节 短路的一般概念
后果：
（1）短路电流产生的电动力损坏导体和电气设备 （2）短路电流发热烧毁设备 （3）短路电流产生电弧，引发火灾 （4）短路引起电压下降，影响用户供电，严重时发生电压崩溃 （5）短路会破坏电力系统稳定运行，造成大面积停电 （6）不对称短路产生零序电流，干扰通讯线路 （7）不对称短路产生的负序电流损害电机
绕组模型定子abc三相绕组励磁绕...
《电力系统故障分析》学习包（作业答案全部要求手写，直接打印平时成绩无效）第一篇电力系统电磁暂态过程分析第一章电力系统故障分析的基本知识一、故障概述故障，事故，短路故障：正常运行情况以外的相与相之间或相与地之间的连接。
1．故障类型（电力系统故障分析中）名称图示符号⑴三相短路f（3）f ：fault⑵二相短路f（2）⑶单相短路接地f（1）⑷二相短路接地f（1。
1）形式上又可称为短路故障、断线故障（非全相运行）分析方法上：不对称故障、对称故障（f（3））计算方法上：并联型故障、串联性故障简单故障：在电力系统中只发生一个故障。
复杂故障：在电力系统中的不同地点（两处以上）同时发生不对称故障。
二、标幺制（一）、标幺值(P.U.)标幺值=（二）、基准值的选取·基准值的选取有一定的随意性，工程中一般选择惯用值（S B=100MV A、S B=1000MV A、U B=U N）·三相电路中基准值的基本关系稳态分析：BBBIUS3=，BBBZIU3=其中：S B：三相功率U B：线电压I B：星形等值电路中的相电流Z B ：单相阻抗短路分析中：Z B ：单相阻抗---故障分析中的等值电路计算与稳态分析相同 I B ：星形等值电路中的相电流 U B ：相电压？ （三）、基准值改变时标幺值的计算● 额定容量S N 小，则电抗x *（B ）大，小机组、小变压器的电抗大； ● 简单网络计算中，选取S B =S TN （S N ），可减少参数的计算量。
（四）、．变压器联系的不同电压等级电网中元件参数标幺值的计算 1、准确计算法①选定S B 、U B1 ②U B2=U B1*121/10.5 ③U B3=U B2*6.6/110 作等值电路：jx G* jx T1 jx L jx T2 jx R22)*()*(BB Gn GN N G B G U SS U x x ⨯⨯= 取基准电压=额定电压，可简化计算 222212*1121100%5.10100%B B TN s B B TN s T U S S U U S S U x ⨯⨯=⨯⨯= 变压器电抗可由任一侧计算 22212*1215.10B B l B B l L U S l x U S l x x ⨯⨯=⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯= 线路电抗就地处理更方便 即，准确计算法有3种，⑴ 阻抗归算法； （阻抗按变压器实际变比归算，简单网络较方便）⑵ 就地处理法； （基准电压按变压器实际变比归算，大网络计算较方便）⑶ 在就地处理中，取定各段的基准电压（不一定按变压器实际变比作基准电压归算），则可出现1：k*的理想变压器，然后再将1：k *变压器用π形等值电路表示。
电力系统电磁暂态概述
第1章电力系统电磁暂态概述1.1 电力系统电磁暂态现象....................................................................................1.2 电力系统电磁暂态分析的目的........................................................................1.3 电力系统电磁暂态研究的方法........................................................................1.4 电力系统电磁暂态仿真的特点........................................................................1.5 电力系统数字仿真............................................................................................思考与练习题1.1 电力系统电磁暂态现象 (2)1.2 电力系统电磁暂态分析的目的 (4)1.3 电力系统电磁暂态研究的方法 (5)1.4 电力系统电磁暂态的特点 (7)1.4.1 频率范围广 (7)1.4.2 元件模型因计算目的而异 (8)1.4.3 行波现象和分布参数 (10)1.4.4 非线性元件和开关操作 (16)1.4.5 元件参数的频率特性 (17)1.4.6 时间跨度的要求 (18)1.5 电力系统数字仿真 (18)1.5.1 电力系统数字仿真的分类 (18)1.5.2 电力系统数字仿真的优点 (20)1.5.3 电力系统数字仿真软件 (21)第1章电力系统电磁暂态概述1.1 电力系统电磁暂态现象电力系统稳态运行时，发电厂发出的功率与用户所需要的功率及电网中损耗的功率相平衡，系统的电压和频率都是稳定的。
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第一章电力系统故障分析的基础知识
内容提要：
电网故障类型，多电压等级电网的标幺值计算方法，短路冲击电流和最大短路电流有效值的计算方法。
故障类型
1、短路是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地（或中性线）之间的连接，也称为横向故障。
短路一段时间后（约10个周期），称为短路至稳态。
2、断线是指一相或两相电路的开断，也称为纵向故障。
断线后称为非全相运行。
短路原因
相间或相对地的绝缘损坏
1、雷击、过电压、表面污秽导致绝缘子闪络
2、发电机、变压器、电缆等设备的载流导体的绝缘材料损坏
3、动物接触带电导体
4、气象因素，如大风、覆冰等
5、人为因素，未拆除接地线就加电压、带电合接地刀闸等。
3、输入电网的功率和电网输出的功率不平衡，破坏系统稳定性。
4、不对称短路导致三相不平衡磁通，干扰无线电通讯。
短路预防
1、防雷击、操作等导致的各种过电压。
2、预防人为事故
3、采用继电保护切除故障，以及采用限制短路电流的措施。
短路性质
1、永久性短路：短路后故障点的绝缘不能够自动恢复。
2、暂时性短路：短路后，在故障点与电源隔离的条件下，其绝缘能够自动恢复。
自动重合闸（ARC，auto recloser）
U
2
（二）近似计算法
问题：同一电压等级可能出现不同的电压基准值。
变压器有分接头，运行时实际变比和标准变比可能不一致。
1、各电压等级的电压基准值等于该电压等级的平均额定电压，彼此之间无联系。
额定电压（kV）361035110220330500
31563105
平均额定电压（kV） 3.15 6.310.537115230345525
2、认为变压器的实际变比近似等于各侧平均额定电压之比，变压器额定电压变
为平均额定电压。
1
G 30=×0
1
G
⎟⎠100。