电力系统暂态分析第二章
电力系统暂态分析(第二章习题答案)
第2章作业参考答案2-1为何要对同步发电机的基本电压方程组及磁链方程组进行派克变换？答：由于同步发电机的定子、转子之间存在相对运动，定转子各个绕组的磁路会发生周期性的变化，故其电感系数（自感和互感）或为1倍或为2倍转子角θ的周期函数（θ本身是时间的三角周期函数），故磁链电压方程是一组变系数的微分方程，求解非常困难。
因此，通过对同步发电机基本的电压及磁链方程组进行派克变换，可把变系数微分方程变换为常系数微分方程。
2-2无阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定子和转子电流中出现了哪些分量？其中哪些部分是衰减的？各按什么时间常数衰减？试用磁链守恒原理说明它们是如何产生的？答：无阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定子电流中出现的分量包含：a）基频交流分量(含强制分量和自由分量)，基频自由分量的衰减时间常数为T d’。
b）直流分量（自由分量），其衰减时间常数为Ta。
c）倍频交流分量（若d、q磁阻相等，无此量），其衰减时间常数为Ta。
转子电流中出现的分量包含：a）直流分量(含强制分量和自由分量)，自由分量的衰减时间常数为Td’。
b）基频分量（自由分量），其衰减时间常数为Ta。
产生原因简要说明：1)三相短路瞬间，由于定子回路阻抗减小，定子电流突然增大，电枢反应使得转子f绕组中磁链突然增大，f绕组为保持磁链守恒，将增加一个自由直流分量，并在定子回路中感应基频交流，最后定子基频分量与转子直流分量达到相对平衡（其中的自由分量要衰减为0）.2)同样，定子绕组为保持磁链守恒，将产生一脉动直流分量（脉动是由于d、q不对称），该脉动直流可分解为恒定直流以及倍频交流，并在转子中感应出基频交流分量。
这些量均为自由分量，最后衰减为0。
2-3有阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定子和转子电流中出现了哪些分量？其中哪些部分是衰减的？各按什么时间常数衰减？答：有阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定子电流和转子电流中出现的分量与无阻尼绕组的情况相同。
电力系统暂态分析-第2章 同步发电机突然三相短路分析
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电力系统暂态分析
2.2 同步发电机空载下三相短路后物理内部过程及短路电流分析
三、短路后各绕组的磁链及电流分量
1、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
励磁绕组电压
励磁电流
励磁电流 i f 0 漏磁通 f 主磁路的主磁通 0
漏磁通只匝链励磁绕组，主磁通穿过气隙与定子三 相绕组匝练。
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电力系统暂态分析
2.2 同步发电机空载下三相短路后物理内部过程及短路电流分析
（2）、短路前各相磁链
cos t 0 0 a0 ° cos t 120 b0 0 0 ° cos t 120 0 0 c0
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电力系统暂态分析
2.2 同步发电机空载下三相短路后物理内部过程及短路电流分析
三相短路电流的表达式及波形
(7)、关于直流分量中存在倍频分量的说明
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电力系统暂态分析
2.2 同步发电机空载下三相短路后物理内部过程及短路电流分析
2、励磁绕组磁链和短路电流分量 （1）、强制励磁电流 i f |0| 产生的磁链 短路前励磁回路中有恒定的励磁电流 i f |0| ，它由励 磁电源强制产生，定子短路后依然存在； （2）、定子三相交流电流的电枢反应 定子绕组中的三相交流电流可合成一个与转子同步旋 转的电枢反应磁动势，若忽略定子绕组电阻，该磁动势为 纯去磁的，即它穿入励磁绕组，且与主磁通方向相反，我 们用 ad 来表示，其值为常数。
（完整版）电力系统暂态分析（第二章习题答案）
（完整版）电⼒系统暂态分析（第⼆章习题答案）第2章作业参考答案2-1 为何要对同步发电机的基本电压⽅程组及磁链⽅程组进⾏派克变换？答：由于同步发电机的定⼦、转⼦之间存在相对运动，定转⼦各个绕组的磁路会发⽣周期性的变化，故其电感系数（⾃感和互感）或为1倍或为2倍转⼦⾓θ的周期函数（θ本⾝是时间的三⾓周期函数），故磁链电压⽅程是⼀组变系数的微分⽅程，求解⾮常困难。
因此，通过对同步发电机基本的电压及磁链⽅程组进⾏派克变换，可把变系数微分⽅程变换为常系数微分⽅程。
2-2 ⽆阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定⼦和转⼦电流中出现了哪些分量？其中哪些部分是衰减的？各按什么时间常数衰减？试⽤磁链守恒原理说明它们是如何产⽣的？答：⽆阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定⼦电流中出现的分量包含：a）基频交流分量(含强制分量和⾃由分量)，基频⾃由分量的衰减时间常数为T d’。
b）直流分量（⾃由分量），其衰减时间常数为T a。
c）倍频交流分量（若d、q磁阻相等，⽆此量），其衰减时间常数为T a。
转⼦电流中出现的分量包含：a）直流分量(含强制分量和⾃由分量)，⾃由分量的衰减时间常数为T d’。
b）基频分量（⾃由分量），其衰减时间常数为T a。
产⽣原因简要说明：1)三相短路瞬间，由于定⼦回路阻抗减⼩，定⼦电流突然增⼤，电枢反应使得转⼦f绕组中磁链突然增⼤，f绕组为保持磁链守恒，将增加⼀个⾃由直流分量，并在定⼦回路中感应基频交流，最后定⼦基频分量与转⼦直流分量达到相对平衡（其中的⾃由分量要衰减为0）.2)同样，定⼦绕组为保持磁链守恒，将产⽣⼀脉动直流分量（脉动是由于d、q不对称），该脉动直流可分解为恒定直流以及倍频交流，并在转⼦中感应出基频交流分量。
这些量均为⾃由分量，最后衰减为0。
2-3 有阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定⼦和转⼦电流中出现了哪些分量？其中哪些部分是衰减的？各按什么时间常数衰减？答：有阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定⼦电流和转⼦电流中出现的分量与⽆阻尼绕组的情况相同。
电力系统暂态分析2
组都可用开路表示。
• 3、三绕组变压器的零序等值电路 、
（1）结构特点 ） 为了抑制三次及谐波，三绕组变压器至少设置有一个三角形接线的绕 组，所以变压器的零序励磁电抗都可用开路表示。 （2）各种接线方式三绕组变压器的零序等值电路 ）
• 4、双回架空线路的零序阻抗 、 双回架空线路之间的零序互阻抗： 双回架空线路之间的零序互阻抗： 未经全换位时，第二回路的三相对第一回路的各相之间的互阻抗各 不相同。
经全换位后（一回线路的全换位次数为另一回的三倍），第二回路 的三相对第一回路的每相之间的互阻抗都相同。
• 双回架空输电线路的零序等值电路：
• 一、输电线路序阻抗概述
1、正序阻抗、负序阻抗 、正序阻抗、 输电线路的正序、负序阻抗是三相输电线路流过正序、负序电流时 每相的等值阻抗。 正序、负序电流的特点是：三相电路互为回路。 正序阻抗：
z1 = r1 + jx1 (Ω / Km) r1为输电导线单位长度的电阻， Dm x1 = 0.1445 lg (Ω / km) ′ r
四、两相短路接地的分析（以BC两相短路接地为例） 两相短路接地的分析
• 1、金属性短路 、
相作为基本相） （1）边界条件方程（选A相作为基本相） ）边界条件方程（ 相作为基本相
负序阻抗： 因为三相输电线路流过负序电流时的磁场分布完全等同于正序情况 所以负序阻抗和负序等值电路完全于正序相同。
•
2、输电线路的零序阻抗 、 输电线路的零序阻抗是三相输电线路流过零序电流时每相的等值阻
抗。 三相零序电流是完全相同的，所以不能象正、负序电流那样三相 互为回路，必须另有回路。 三相输电线路流过零序电流时的磁场分布不同于正序和负序，所以 输电线路的零序阻抗与正序、负序阻抗不同。
电力系统暂态分析学习指导
电力系统暂态分析学习指导第二部分电力系统暂态分析第一章电力系统故障分析的基本知识一、基本要求掌握电力系统故障的类型和电力系统故障的危害性；掌握电力系统各元件参数标幺值的计算和电力系统故障分析的标幺值等值电路；了解无限大电源系统三相短路电流分析；掌握无限大电源系统三相短路电流的周期分量、短路冲击电流、最大有效值电流和短路容量的计算。
二、重点内容1、电力系统故障类型电力系统的故障分为：短路故障和断线故障。
电力系统的短路故障一般称为横向故障，它是相对相或者相对地发生的故障；断线故障称为纵向故障，包括一相断线、两相断线和三相断线故障。
电力系统的故障大多数是短路故障。
我们着重分析短路故障。
2、短路故障的类型短路故障的类型分为三相短路、单相短路接地、两相短路和两相短路接地。
其中三相短路时三相回路依旧是对称的，因此称为对称短路；其它三种短路都使得三相回路不对称，故称为不对称短路。
断线故障中，一相断线或者两相断线会使系统出现非全相运行情况，也属于不对称故障。
在电力系统实际运行中，单相短路接地故障发生的几率较高，其次是两相短路接地和两相短路，出现三相短路的几率很少。
需要注意的是：中性点不接地系统发生单相接地故障时，接地电流很小，允许运行1~2小时。
3、 电力系统各元件参数标幺值的计算（近似计算）（1） 发电机NBN B SSX X ⋅=)*()*( ………………………………（7-1）式中 )*(N X —— 发电机额定值为基准值的电抗标幺值；BS —— 基准容量； NS —— 发电机额定容量。
（2） 变压器NBK B SSU X ⋅=100%)*( ………………………………（7-2）式中 %KU ——变压器短路电压百分数。
（3） 电力线路架空线路2)*(4.0BBB USL X ⋅⋅= ………………………（7-3） 电缆线路2)*(08.0BBB USL X ⋅⋅= ……………………… （7-4） 式中 L —— 电力线路长度； BU —— 基准电压。
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电力系统暂态分析李光琦 习题答案 第一章 电力系统分析基础知识1-2-1 对例1-2，取kV 1102=B U ，MVA S B 30=,用准确和近似计算法计算参数标幺值。
解：①准确计算法：选取第二段为基本段，取kV 1102=B U ，MVA S B 30=，则其余两段的电压基准值分别为：9.5kV kV 1101215.10211=⨯==B B U k U 电流基准值：各元件的电抗标幺值分别为：发电机：32.05.930305.1026.0221=⨯⨯=*x 变压器1T ：121.05.3130110121105.02222=⨯⨯=*x 输电线路：079.011030804.023=⨯⨯=*x 变压器2T ：21.01103015110105.02224=⨯⨯=*x电抗器：4.03.062.26.6605.05=⨯⨯=*x 电缆线路：14.06.6305.208.026=⨯⨯=*x 电源电动势标幺值：16.15.911==*E ②近似算法：取MVA S B 30=，各段电压电流基准值分别为：kV U B 5.101=，kA I B 65.15.103301=⨯=kV U B 1152=，kA I B 15.01153301=⨯=kV U B 3.63=，kA I B 75.23.63301=⨯=各元件电抗标幺值：发电机：26.05.1030305.1026.0221=⨯⨯=*x 变压器1T ：11.05.3130115121105.0222=⨯⨯=*x 输电线路：073.011530804.023=⨯⨯=*x 变压器2T ：21.01530115115105.0224=⨯⨯=*x电抗器：44.03.075.23.6605.05=⨯⨯=*x 电缆线路：151.03.6305.208.026=⨯⨯=*x 电源电动势标幺值：05.15.1011==*E 发电机：32.05.930305.1026.0221=⨯⨯=*x 变压器1T ：121.05.3130110121105.02222=⨯⨯=*x 输电线路：079.011030804.023=⨯⨯=*x 变压器2T ：21.01103015110105.02224=⨯⨯=*x电抗器：4.03.062.26.6605.05=⨯⨯=*x 电缆线路：14.06.6305.208.026=⨯⨯=*x 电源电动势标幺值：16.15.911==*E 1-3-1 在例1-4中，若6.3kV 母线的三相电压为：在空载情况下f 点突然三相短路，设突然三相短路时 30=α。
《电力系统暂态分析》第二章提纲
第二章同步发电机突然三相短路分析为什么要讨论该问题？同步发电机是电力系统的电源，电力系统发生短路时的暂态过程主要由同步发电机的暂态过程决定。
同步发电机突然三相短路与无限大功率电源三相短路有不同的地方，其根本差别在于同步发电机的内部存在磁场耦合，发电机内部有暂态过程，不能保持端电压和频率不变。
但暂态过程时间短，而发电机转子惯量较大，可以认为在这么短的时间内发电机转速来不及变化，即频率不变。
第一节同步发电机基本方程一、理想电机本章以理想凸极同步发电机为研究对象。
理想电机是指符合下述“四性”假设条件的电机：（1）对称性。
定子三相绕组完全对称，在空间上互差120°电角度，转子在结构上对本身的直轴和交轴对称。
（2）正弦性。
定子电流在空气隙中产生正弦分布的磁势，转子绕组和定子绕组的互感磁通也在空气隙中按正弦规律分布。
（3）光滑性。
定子和转子的槽和通风沟不影响定子和转子的电感，即认为电机定子及转子具有光滑的表面。
（4）不饱和性。
电机铁芯部分的导磁系数为常数，即忽略磁路饱和的影响，在分析中可以应用叠加原理。
二、物理结构定子：a、b、c三相绕组。
转子：励磁绕组（ff）、直轴阻尼绕组（DD）、交轴阻尼绕组（QQ）。
三、正方向的规定图2-1 同步发电机各绕组轴线正方向示意图QQLDDL ffL Qr r r =Q u图2-2 同步发电机各回路电路磁链：绕组轴线正方向作为磁链正方向(+→+ψ轴线)。
电流：定子绕组正向电流产生的磁链与相应绕组轴向相反（即去磁作用，ψ-→+i ）； 转子绕组正向电流产生的磁链与相应绕组轴向相同（即助磁作用，ψ+→+i ）。
电压：定子绕组向负荷侧看，电压降正方向与电流正方向一致（i u +→+）； 励磁绕组向绕组侧看，电压降正方向与电流正方向一致（i u +→+）； 阻尼绕组为短接绕组，电压为零。
四、电压方程和磁链方程1．电压方程(根据电磁感应定律和基尔霍夫电压定律) a a a p ψri u +-= b b b p ψri u +-= c c c p ψri u +-= f f f f p ψi r u ++= D D p ψri ++=0 Q Q p ψri ++=0 式中：dtdp =——微分算子。
电力系统暂态分析(第二、四章习题答案)
答：由于同 步发电机的定子、转子之间存在相对运动，定转子各个 绕组的磁路会发生周期性的变化，故其电感系数（自感和互感）或为1 倍或为2倍转子角θ的周期函数（θ本身是时间的三角周期函数），故磁 链电压方程是一组变系数的微分方程，求解非常困难。因此，通过对同 步发电机基本的电压及磁链方程组进行派克变换，可把变系数微分方程 变换为常系数微分方程。 2-2 无阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定子和转子电流中出现了 哪些分量？其中哪些部分是衰减的？各按什么时间常数衰减？试用磁 链守恒原理说明它们是如何产生的？
8、已知电力系统原理接线如下图所示，如果不计各元件对地导纳 支路、各元件电阻以及负荷影响，请画出图中f点发生接地短路时，系 统的正序、负序和零序等值电路。
解：
答：不能。因为对称分量法实际上是迭加原理的应用，而迭加原理不能用于非线性电路 的分析计算，所以对称分量法不能用于非线性三相电力系统的分析计算。
7、什么叫做分析不对称故障的基本相？基本相如何选取？ 答：利用对称分量法分析计算时，以哪一相的序分量为未知数列方程求解，则那一相就 称为分析计算的基本相。基本相通常选择特殊相。
答：架空输电线路正序电抗、负序电抗、零序电抗三者之间的关系是 ； 因为架空输电线路任何一相的磁链都是由本相电流产生的自感磁链和其它两相电流产生 的互感磁链组成，正序和负序情况下，其它两相所产生的互感磁链对自感磁链起去磁作用， 零序情况下互感磁链对自感磁链起助磁作用，所以输电线路的正序电抗与负序电抗相等，而 小于零序电抗。 4、为什么电动机的零序阻抗总可以视为无限大？ 答：因为电力元件的某序阻抗等于在该元件端点施加的该序电压和由它产生的流过元件 端点的该序电流的比值。电动机三相绕组采用三角形接线和中性点不接地的星形接线方式， 当在其端点施加零序电压时，在端口产生的零序电流为零，根据序阻抗的定义其零序阻抗为 无限大。 5、变压器的正序励磁电抗和负序励磁电抗都可以视为无限大，从而用开路代替，变压器的 零序励磁电抗是否也可以视为无限大？在什么情况下，变压器的零序励磁电抗才可以视为无限 大？ 答：变压器的正序励磁电抗和负序励磁电抗之所以都可以视为无限大，是因为不管变压 器采用什么样的铁芯形式，其励磁磁通都是通过铁芯形成回路的，由于铁芯的磁阻很小，所 以与之相对应的励磁电抗非常大，近似计算中可以视为无限大；而变压器的零序励磁磁通通 道与变压器铁芯的结构有关，在三相芯式变压器中，其励磁磁通只能通过铁芯、油箱与铁芯 之间间隙和油箱形成回路，由于间隙的磁阻很大，所以对应的励磁电抗较小，因而不能视为 无限大。只有在变压器的铁芯形式能够使零序励磁磁通通过铁芯形成通道时（如三相变压器 组、三相五柱式变压器、壳式三相变压器等）才可以将其零序励磁电抗视为无限大。另外当 变压器有三角形接线绕组时，由于在零序等值电路中三角形绕组对零序而言相当于短路，其 漏抗与励磁电抗并联连接，由于漏抗远小于励磁电抗，所以此时变压器的零序励磁电抗也可 以视为无限大。 6、对称分量法能否用于非线性三相电力系统的分析计算？为什么？
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。
（完整版）电力系统暂态分析期末复习题答案
（完整版）电⼒系统暂态分析期末复习题答案电⼒系统暂态分析期末复习题答案第2章同步发电机突然三相短路⼀、简答题1.电⼒系统暂态过程的分类暂态过程分为波过程、电磁暂态过程和机电暂态过程。
波过程主要研究与过电压有关的电压波和电流波的传递过程；电磁暂态过程主要研究与各种短路故障和断线故障有关的电压、电流的变化，功率的变化；机电暂态过程主要研究电⼒系统受到⼲扰时，发电机转速、功⾓、功率的变化。
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？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，如果其运⾏参量变化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是常数（平均值），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.同步发电机突然三相短路时，定⼦绕组电流中包含哪些电流分量？转⼦励磁绕组中包含哪些电流分量？阻尼绕组中包含哪些电流分量？它们的对应关系和变化规律是什么？定⼦电流中包含基频交流分量、直流分量和倍频交流分量；转⼦励磁绕组中包含强制励磁电流分量、直流分量和基频交流分量；d轴阻尼绕组中包含直流分量和基频交流⾃由分量；q轴阻尼绕组中仅包含基频交流分量。
定⼦绕组中直流分量和倍频分量与转⼦励磁绕组中的基频交流分量相对应，两者共同衰减，最后衰减⾄零；转⼦回路直流分量与定⼦基频交流分量相对应，共同衰减但不会为零4.同步发电机原始磁链⽅程中哪些电感系数为常数？哪些电感系数是变化的？变化的原因是什么？凸极式同步发电机原始磁链⽅程中，转⼦的⾃感系数、转⼦各绕组之间的互感系数为常数；定⼦的⾃感系数、定⼦绕组间的互感系数可变可不变，定⼦与转⼦间的互感系数是变化，变化的主因是转⼦旋转，辅因是转⼦凸级⽓息中d，q磁路不对称。
隐极式同步发电机原始磁链⽅程中，转⼦的⾃感系数、转⼦各绕组之间的互感系数为常数、定⼦的⾃感系数、定⼦绕组间的互感系数均为常数；定⼦与转⼦间的互感系数是变化的，变化的原因是定⼦绕组和转⼦绕组之间存在相对运动。
电力系统暂态分析全部课件
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 ：fault
⑵ 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 ）
⑸ 一相断线
⑹ 二相断线
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。 第二节 标幺制 一 标幺值(P.U.) 标幺值= 有名值 基准值
第六章
稳定性问题概述和各元件的机电特性 第一节 第二节 第三节 第六章 概述
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暂态稳定概述 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 80 简单系统的暂态稳定分析 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 80 自动调节系统对暂态稳定的影响 提高暂态稳定的措施 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 84 87 87
电力系统暂态分析第二章
概述 一、基本假设
1、只计电机内部的电磁暂态过程,不计机 电暂态过程, 即认为发电机的频率不变,而端电压是变化的. 2、电机磁路不饱和〔线性磁路〕,等值电 路为线性电 路,可以应用迭加原理进行分析. 3、认为励磁电压不变,即忽略ZTL的作用.
4、认为短路发生在机端.
短路后
〔3〕短路电流起始有效值 〔4〕计算简化
I Id
Eq|0| xd
要确定
E
q
|0
,必须确定＋d、＋q轴的方向,这就需要
|
用假到想虚电构势电E 势|0 | 来E& Q 代|0 | .替工虚程构上电为势了E计 q|0算| E .简|0|便U ,通|0|常利jI|0用|xd 另一
4、计及阻尼绕组时初始值 I 和 E |0|
五、负载情况下三相短路电流初始有效值
1、分析方法 〔1〕定子电流分量
周期分量〔用以抵消转子励磁电流磁通在短 路后在定子绕
组中产生的交变磁链〕、非周期分量〔包含倍 频分量〕〔用以
维持〔短2〕路各瞬分间量定变子化I三 情相E况x绕qd|0| 组的磁链〕. 周期分量从短路瞬间的起始值〔与空载情况
不同〕逐渐衰
交流分量的幅值是衰减的,说明电势或阻抗是变化的. 励磁回路电流也含有衰减的交流分量和非周期分量, 说明定子短路过程中有一个复杂的电枢反应过程.
同步发电机三相短路电流
❖ 实际电机绕组中都存在电阻,因此所有绕组的磁链都随时间变化,形成 电磁暂态过程. ❖ 周期分量,其幅值将从起始次暂态电流逐渐衰减至稳态值； ❖ 非周期分量和倍频周期分量,它们将逐渐衰减至零. ❖ 短路电流计算一般指起始次暂态电流或稳态短路电流计算；而其它任 意时刻短路电流工频周期分量有效值计算工程上采用运算曲线方法.
电力系统暂态分析习题答案
电力系统暂态分析李光琦 习题答案 第一章 电力系统分析基础知识1-2-1 对例1-2，取kV 1102=B U ，MVA S B 30=,用准确和近似计算法计算参数标幺值。
解：①准确计算法：选取第二段为基本段，取kV 1102=B U ，MVA S B 30=，则其余两段的电压基准值分别为：9.5kV kV 1101215.10211=⨯==B B U k U 电流基准值：各元件的电抗标幺值分别为：发电机：32.05.930305.1026.0221=⨯⨯=*x 变压器1T ：121.05.3130110121105.02222=⨯⨯=*x 输电线路：079.011030804.023=⨯⨯=*x 变压器2T ：21.01103015110105.02224=⨯⨯=*x电抗器：4.03.062.26.6605.05=⨯⨯=*x 电缆线路：14.06.6305.208.026=⨯⨯=*x 电源电动势标幺值：16.15.911==*E ②近似算法：取MVA S B 30=，各段电压电流基准值分别为：kV U B 5.101=，kA I B 65.15.103301=⨯=kV U B 1152=，kA I B 15.01153301=⨯=kV U B 3.63=，kA I B 75.23.63301=⨯=各元件电抗标幺值：发电机：26.05.1030305.1026.0221=⨯⨯=*x 变压器1T ：11.05.3130115121105.0222=⨯⨯=*x 输电线路：073.011530804.023=⨯⨯=*x 变压器2T ：21.01530115115105.0224=⨯⨯=*x电抗器：44.03.075.23.6605.05=⨯⨯=*x 电缆线路：151.03.6305.208.026=⨯⨯=*x 电源电动势标幺值：05.15.1011==*E 发电机：32.05.930305.1026.0221=⨯⨯=*x 变压器1T ：121.05.3130110121105.02222=⨯⨯=*x 输电线路：079.011030804.023=⨯⨯=*x 变压器2T ：21.01103015110105.02224=⨯⨯=*x电抗器：4.03.062.26.6605.05=⨯⨯=*x 电缆线路：14.06.6305.208.026=⨯⨯=*x 电源电动势标幺值：16.15.911==*E 1-3-1 在例1-4中，若6.3kV 母线的三相电压为：在空载情况下f 点突然三相短路，设突然三相短路时ο30=α。
暂态分析第二章
IF1
IF2
Uf 0
ZFF 1ZFF 22zf
三、纵向不对称故障
(一)单相断开
Ia 0, Ub z f Ib 0
Ub z f Ic 0
与两相接地短路的边界条件完全相似。因此，两相接地短路 的复合序网及故障口各序电流的算式都可用于单相断开的计 算，只是故障口自阻抗和开路电压的计算不同而已
第一节 概述
用计算机进行故障分析时，主要有以下两条基本假设： 1)系统各元件的参数是恒定的，因而可以应用叠加原理 2) 除了发生不对称故障的局部以外，系统其余部分各元件的
三相参数是对称的 商业化的计算软件： PSASP、BPA
第二节 电力系统故障计算 的等效网络
一、系统等效网络
(一) 等效网络 1.电源
-
任何一条支路可以表示成 电压源的形式
+
U mZ m ImE m
这一方程只反映了各支路特性， 并不反映这些支路的连接情况， 一般称为网络的原始支路阻抗 矩阵
第二节 电力系统故障计算 的等效网络
z11
Zm
z21
zm1
z12 z1m
z22 z2m
zm2
二、横向不对称故障
(一)单相接地短路
IF1
ZFF 1
Uf 0 ZFF 2 ZFF 0
3zf
Iijk
UikUjk zijk
k1,2,0
(二)两相接地短路
IF1
ZFF1zf
Uf 0 ZFF2zf ZFF0zf 3zg
第二部分电力系统暂态分析
第二部分 电力系统暂态分析电力系统的暂态过程，即涉及到电力系统内部的电磁暂态过程，又涉及到电力系统内部的机械运动中的暂态过程，因此研究它有一定的复杂性。
所谓电力系统的暂态过程包括两种：一种是电磁暂态过程(七、八章)，一种是机电暂态过程（九、十章）。
电力系统的电磁暂态过程，主要与电力系统中发生短路、断路、自动磁励有关，涉及电流、电压随时间的变化。
电力系统的机电暂态过程，主要与系统受到干扰、稳定性破坏、异步运行有关，涉及功率、功率角、旋转电机的转速随时间的变化。
第七章 电力系统对称故障分析计算主要内容提示本章首先以无限大功率电源供电系统发生三相对称短路为例，讨论发生短路后短路电流的变化（暂态）过程，并进行短路冲击电流、短路电流有效值和短路功率的计算。
其次讨论同步发电机的基本方程，同步发电机突然三相短路物理过程及三相短路电流的计算表达式，电力系统三相短路的实用计算方法。
§7—1无限大功率电源供电系统的三相短路分析所谓无限大功率电源：是指当电力系统的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量)(Q j P S ∆+∆∆远小于电源所具有的功率S ，即S S ∆， 则称该电源为无限大功率电源，记作∞=S 。
无限大功率电源的特点是： ⑴由于P P ∆，所以认为在短路过程中无限大功率电源的频率恒定，即c f =。
⑵由于Q Q ∆，所以认为在短路过程中无限大功率电源的端电压恒定，即c U =。
⑶内电抗等于零，即0=s X 。
实际上，真正无限大功率电源是没有的，一般在S ∆＜S %3或s X ＜∑X %10的情况下，即可认为电源为无限大功率电源。
一、电力系统三相短路电流的周期分量与非周期分量 由无限大功率电源供电系统的等值电路如图7-1所示。
正常运行时，a 相电压、电流的表达式为： ()αω+=t E u m a sin()()()00sin ϕαω-+=t I i m a＞ ＞ ＞＞u a图 7-1 无限大功率电源供电等值电路(3) ＞ ＞其中()()()220L L R R E I mm '++'+=ωω—为正常回路电流的幅值；()0ϕ—为正常回路阻抗角。
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虚构电势 EQ|0|。
& &&
&
&&
&
&
Eq|0| U |0| jI d|0| xd jI q|0| xq U |0| jI d|0| xq jI q|0| xq jI d|0| (xd xq )
&&
&
&
U |0| jI|0| xq jI d|0| (xd xq ) EQ|0| jI d (xd xq )
各相磁链波形图如下：
7、定子电流表达式及波形
各相短路电流的一般表达式，当 0 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
交流分量的幅值是衰减的，说明电势或阻抗是变化 的。
励磁回路电流也含有衰减的交流分量和非周期分量， 说明定子短路过程中有一个复杂的电枢反应过程。
同步发电机三相短路电流
❖ 实际电机绕组中都存在电阻，因此所有绕组的磁链都随时间变化，形 成电磁暂态过程。 ❖ 周期分量，其幅值将从起始次暂态电流逐渐衰减至稳态值； ❖ 非周期分量和倍频周期分量，它们将逐渐衰减至零。 ❖ 短路电流计算一般指起始次暂态电流或稳态短路电流计算；而其它任 意时刻短路电流工频周期分量有效值计算工程上采用运算曲线方法。
四、发电机空载情况下短路电流的表达式
1、定子绕组阻抗变化过程 2、定子电流变化过程 3、短路周期电流电流表达式
X d X d X d
I I I
t
t
Im(t)
2Eq|0|
[(
1 X d
1
)e Td
X d
( 1 X d
1
)e Td
Xd
1] Xd
4、短路发生在外电抗x 后时
应将外电抗x 加在相应的发电机电抗上。
短路后
Eq|0| Uq|0| jId|0| xd 称为交轴假想电势，它可以由短路前的 运行状态确定
短路电流周期分量起始值直轴分量计算公式：
Id
Eq|0| jxd
I d
Eq|0| xd
（2）直轴方向 短路前
Ud|0| jIq|0| xq
短路后
（3）短路电流起始有效值 （4）计算简化
I Id
当短路点距离机端较远，即x 很大时，可以认为
X d x X d x X d x x
短路电流有效值保持不变，即将发电机作为无限大电 源处理。
I
I
I
Eq|0| x
5、短路全电流近似表达式
t
t
ia
1 2Eq|0|[( X d
1
)e Td
X d
( 1 X d
1
)e Td
Xd
1 Xd
]cos(t
2、q轴阻尼绕组 q轴阻尼绕组仅有周期自由分量
四、实际的非超导体绕组中的短路电流
当R 0 时， |0| ，即绕组交链的磁链永远保持不变； 当R 0时，绕组交链的磁链不能永远保持不变，但在短 路瞬间前后是不能突变的。 相应的为保持在短路瞬间磁链不变出现的各种自由电 流分量都会逐渐衰减。事实上，定子绕组、转子绕组中 感生的非周期电流都会逐渐衰减到零，与定子非周期分 量电流相对应的转子各绕组中的周期分量电流也会逐渐 衰减到零
二、磁路磁阻与线圈（绕组）电感（电抗）之
间的关系
1、磁路磁阻和线圈电感（电抗）之间的关系 因为
W
F
iW
W2
W W i
Rm
Rm
Rm
iL
所以
L W 2 W 2 Rm
X W 2 2f W 2 2fW 2
Rm
Rm
2、磁路并联时线圈的电感（电抗）
因为：
W
(1
2 )W
(F Rm1
F Rm2
)W
i( 1 Rm1
1 Rm2
)W 2
iL
所以：
L
( 1 Rm1
1 )W 2 Rm2
L1
L2
X L L1 L2 X1 X 2
3、磁路串联时线圈的电感（电抗） 因为：
所以：
三、空载情况下三相短路时电枢反应磁通分布、电 抗、基频交流分量初始有效值和稳态有效值
1、不计阻尼绕组影响时
5、定子电压正方向 采用非关联参考方向（发电机惯例）
6、转子绕组电压正方向 采用关联参考方向（电动机惯例）
❖ 一、空载情况下三相短路的电流波形
实测波形： 同步发电机在转子有励磁 而定子回路开路即空载运 行情况下，定子三相绕组 端突然三相短路后的电流 波形。
实测短路电流波形分析：
短路电流包络线中心偏离时间轴，说明短路电流中 含有衰减的非周期分量；
对于任何无源回路有：
超导体情况下： d 0、 常数
dt
非超导体情况下
三、发电机电流、电压、磁链的参考正方向
1、各绕组轴线正方向
2、各绕组磁链正方向 各绕组磁链正方向取轴线方向；
3、定子绕组电流正方向 末端流向首端。从而正方向电流产生负方向的磁链。
4、转子绕组电流正方向 正方向电流产生产生正方向的磁链。
Eq|0| xd
要确定 Eq|0| ，必须确定＋d、＋q轴的方向，这就需要
用到虚构电势
& EQ
|0|
。工程上为了计算简便，通常利用另一
假想电势 E|0| 来代替虚构电势Eq|0| 。
E|0| U|0| jI|0| xd
4、计及阻尼绕组时初始值 I 和 E|0|
（1）交轴方向 短路前 Eq|0| jId|0| xd Uq|0| 短路后
本章内容
基本前提 同步发电机的原始方程 dq0坐标系的同步电机方
程 同步电机的标幺制方程 同步电机的对称稳态运行
第3-1节 基本前提
对同步电机进行建模需考虑 哪些基础条件？（要适合于 电磁暂态分析）
0
)
2Eq|0| xd
t
cos0e Ta
B、C两相短路电流的表达式可以仿照写出（见教材 P26）
五、负载情况下三相短路电流初始有效值
1、分析方法 （1）定子电流分量
周期分量（用以抵消转子励磁电流磁通在短路后在定子绕
组中产生的交变磁链）、非周期分量（包含倍频分量）（用以
维持短路瞬间定子三相绕组的磁链）。
（2）隐极机 电压平衡方程
& && Eq|0| U|0| jI|0| xd
（3）空载电动势的确定
对于隐极机可以从正常运行时的电压和电流以及相角
求出
Eq|0|
；对于凸极机需要知道I&d
、&
|0| I q|0|
、U&d
、&
|0| U q
才能求出
|0|
Eq|0|
，
即需要知道& ＋d、＋q轴的方向，为确定＋q轴的方向引进
（2）各分量变化情况 周期分量从短路瞬间的起始值（与空载情况不同）逐渐衰
减到稳态值，定子短路稳态电流同空载情况下短路一样，仍为
I
Eq|0| xd
非周期分量和倍频分量从短路瞬间的起始值逐渐衰减到零。
（3）分析方法 确定短路电流基频交流分量的有效值，写出基频交流
分量的表达式； 根据 i 0 i|0| i p0 确定非周期分量的起始值，写出非
将
Id
Eq|0| jxd
、Iq
Ed|0| jxq
合并得 I
Id Iq
Ed|0| Ed|0| jxd
E|0| jxd
从而
I E|0| xd
xd 很小，工程实际中进一步假设E|0| U|0| ,标幺值计算
时 E|0| U|0| 1 ，则短路电流起始有效值的标幺值为：
I*
1 xd*
第三章(第四节) 同步发电机的基本方程
1、同步发电机结构特点
同步发电机简化等值图
气隙
定子 转子
定子上3个等效绕组
B相绕组
A相绕组
C相绕组
转子上3个等效绕组
q轴等效的阻 尼绕组
励磁绕组
d轴等效的阻 尼绕组
同步发电机简化为：定子3个绕组、转子3个绕组、 气隙、定子铁心、转子铁心组成的6绕组电磁系统。
同步发电机的特点:
❖ 转子是旋转的。 ❖ 绕组是分散的。 ❖ 存在磁饱和现象。
五、定子绕组倍频分量及其出现的原因
当转子d轴和q轴方向磁阻不同时，定子绕组中还会出 现倍频分量。
原因是当转子d轴和q轴方向磁阻相同时，为维持短路 前瞬间磁链所需的非周期磁动势为常数，因而产生它们 的定子绕组非周期分量也为常数。当d轴和q轴方向磁阻 不同时，随着转子的转动产生同样的磁链所需磁动势不 同，通过d轴时，磁阻小，所需的磁动势小，电流也小； 通过q轴时，磁阻大，所需的磁动势大，电流也大。
短路电流周期分量起始值交轴分量计算公式：
Iq
Ed|0| jxq
I q
Ed|0| xq
（3）基频交流电流的起始有效值 I
I Id Iq
I I d2 I q2
（4）计算简化
xd xq Ed|0| Eq|0| Ud|0| Uq|0| j(Id|0| Iq|0| )xd
E|0| U|0| jI|0| xd 次暂态电动势
定子：按去磁规律来定义； 转子：按助磁规律来定义； 绕组电压方向： 定子：发电机规律来定义； 转子：电动机规律来定义
2电压同方程步：电机的电压方程、磁链方程
ra
rf
rD
Z
Z
rQ
Z子侧：
u f rf i f f