第1章-电力系统电磁暂态概述
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。
电力系统分析(第三版)于永源 杨绮雯 1章 概述
第一章 电力系统概述和基本概念 表1-1 我国三相交流电力网和用电设备的额定电压∕kV
分类
电力网和用电设备的 额定电压
0.22/0.127
发电机额定电压
0.23 0.40 0.69
电力变压器额定电压
一次绕组 0.22/0.127 0.38/0.22 0.66/0.38 二次绕组 0.23/0.133 0.40/0.23 0.69/0.40
二.电力系统的发展概况
1.电力工业发展历程
1882年，法国人首先实现了较高电压的直流输电，被认为是 世界上第一个电力系统(57km，送端电压1300V，受端电压 850V，输送功率1.5KW)
第一章 电力系统概述和基本概念
1889年，俄国工程师先后发明了三相异步电动机、三相变压 器和三相交流制。 1891年，德国工程师密勒主持建立了第一条三相交流输电线 路，三相交流输电使输送功率、输电电压、输电距离日益 增大。(输送距离175km，输送功率130KW)
图 供电线路上的电压变化示意图
注意：当变压器一次绕组直接与发电机相连时，其额定电压应与发电 机的额定电压相同。
其中5%用于补偿变压器满 第一章 电力系统概述和基本概念 载供电时一、二次绕组上的 可以不考虑线路上的电 电压损失； 另外5%用于补 压损失，只需要补偿满 偿线路上的电压损失，用于 载时变压器绕组上的电 变压器的二次绕组：对于用电设备而言，相当于电源。 35kV及以上线路。 压损失即可，用于10kV 及以下线路。 当变压器二次侧供电线路较长时：应比同级电网额定电
为中心的全国统一联合电网。 21世纪：在北、中、南三大电网的基本格局下，逐步形
成全国联合大电网。与此同时，在21世纪将形成与周边国
家互联的亚洲东部联合电网。
陕西科技大学电力系统暂态分析第一章
是电力系统稳定控制措施制定的依据。
故障分析中的基本假设
1、假定同步发电机的转速维持不变：由于电 磁暂态过程的时间很短，系统中旋转电机的机 械运动变化非常微小（有惯性）； 2、各发电机内电势间的相位角―相对功率角 不变； 3、异步电动机的转差率保持不变。
不考虑机电的相互作用！
U s (%) 10.5
（a)接线图
解：（１）准确计算法
E* 1.05
1 0.87
2 0.33
3 0.22
4 0.58
5 1.09
6 0.38
（b）准确计算等值电路
选第Ⅱ为基本段，并取ＵＢ２＝１２１ＫＶ，ＳＢ＝１００ＭＶＡ， 则电压电流基准值分别为： SB 100 10.5 U B1 k1U B 2 121 10.5(kV ) I B1 3U 3 10.5 5.5(kA) B1 121
30
变压器 T
输电线路
1
X 2* 0.105
100 0.33 31.5
100 X 3* 0.4 80 0.22 1212
变压器 T 2 电抗器 电缆线路 电源电势
1102 100 X 4* 0.105 0.58 2 15 121
X 5* 0.05
停电前后卫星拍到的美国上空照片
四、减少短路危害的措施
(1)限制短路电流（加电抗器）。
(2)继电保护快切。
(3)结线方式。
(4)设备选择。
五、计算短路电流的目的
短路电流计算结果
是选择电气设备（断路器、互感器、电抗器、
母线、电缆等）的依据；
是电力系统继电保护设计和整定的基础； 是比较和选择发电厂和电力系统电气主接线图
电力系统暂态分析第一章
第25页
电力系统暂态分析
Exit
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电力系统暂态分析
• 2. 短路电流有效值
•在短路过程中，任意时刻t的短路电流有效值，是指以时 刻t为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值，即
1 It T
t T / 2 t T / 2
1 2 i dt T
t T / 2 t T / 2
t时刻的周期电流有效值为
I Pt I m / 2
It
2 2 I pt I at
短路电流最大有效值出现在短路后半个周期 t=0.01s 短路电流的最大有效值：
IM
I I
2 m /
m
/
i 2 I
2 2
2 a ( t 0.01) 2 m
I
2
2 m /
(i
• ２）机电暂态过程分析
▪ ω 、s变化 ▪ 分析发电机组转子运动规律 ▪ 电力系统的稳定性
Exit
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电力系统暂态分析
第一篇 电力系统电磁暂态过程分析 （电力系统故障分析）
第一章 电力系统故障分析的基本知识 第二章 同步发电机突然三相短路分析 第三章 电力系统三相短路电流的实用计算 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 第五章 不对称故障的分析计算
C I m|0| sin( |0| ) I m sin Nhomakorabea )
ia I m sin(t ) [ I m|0| sin( |0| ) I m sin( )]e t / Ta
Exit
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电力系统暂态分析
• b、c相短路电流表达式
ia I m|0| sin(t |0| )
题目电力系统暂态部分——电磁暂态
题目：电力系统暂态部分——电磁暂态讲授内容提要：1、电力系统故障分析的基本知识；短路引起的电力系统电磁暂态过程的完整概念；2、短路故障引起的电力系统电磁暂态过程；各种扰动引发的电力系统机电暂态过程；3、同步发电机短路的物理过程数学模型；发电机短路无限大系统短路不对称短路的计算方法以及励磁调节对短路的影响。
教学目的：1、了解电力系统电磁暂态过程及各种扰动引发的电力系统机电暂态过程，建立起电力系统电磁暂态过程的完整概念。
2、使学生了解同步发电机短路的物理过程数学模型以及发电机发生短路所造成的影响。
教学重点：了解电力系统故障分析的基本知识，电磁暂态过程；及发生电磁暂态的设备调节。
教学难点：掌握电力系统电磁暂态过程及学习方法；采用教具和教学手段：1．主要采用多媒体课件，显示讲述的题目、要点、公式、图表、多媒体动画等内容。
2．辅助使用粉笔板书，补充多媒体课件中没有显示，但需要详细讲述或补充的内容。
授课时间：2014年6月6日授课地点：新教学楼1106 教室教学过程：一、首先回顾一下上学期讲述的专业相关课程内容，自然引出本课程的内容二、讲授本次课的主要内容：1、电力系统故障分析的基本知识；2、短路引起的电力系统电磁暂态过程的完整概念；3、短路故障引起的电力系统电磁暂态过程；三、本次课的小结，重点教学内容的强调说明1. 电力系统运行状态的分类2．电力系统的干扰3. 电力系统的相对稳定运行状态4. 电力系统电磁暂态过程分析和机电暂态过程分析中的基本假设四、下次课要讲授的内容和预习要求预习“电力系统暂态分析——绪论部分”五、突发停电的处理完全采用粉笔板书完成教学内容，板书内容与多媒体课件类似。
电力系统暂态分析Chap1-重庆大学电气工程学院赵渊概要
18
第二节 标幺制
三相星形接线系统标幺制下的基准值约束关系
S B U B I B U B Z B I B YB 1 Z B S B 3 S B U B 3U B
U * Z* I * U * S* U* I* S *
在标幺制中三相电路的关系 式类似于单相电路
选择全网统一功率基准，选择各级电网额定电压为各自基准电压 将未经归算的各级有名值除以各级的基准值，折算为标么值 理想变压器的变比用标幺值变比（实际变比除以基准变比）表示 假定变压器变比为各电压等级的平均额定电压之比 选取各电压等级的平均额定电压为基准电压
22
近似计算法
第二节 标幺制
12
第一节 故障概述
一、短路故障
短路概念
一切不正常的相与相或相与地之间的连接称为短路，又叫横向故障
短路类型（short-circuit fault ）
三相短路（5％） 两相短路（10％）
f（2） 不对称 故障
f（3）
单相接地短路（65％） 两相短路接地（20％）
f（1） f（1,1）
13
第
|0|
0
：故障前瞬间，相当“电路”中的0：故障后瞬间，相当“电路”中的0+
p或ω：周期分量（period）、ω：频率为ω的分量
α
m M ∞
：非周期分量
：向量的模值（mode） ：最大值 （maximum） ：稳态值 （t→∞）
26
第三节 无限大功率电源的三相短路电流分析
sin t sin
磁链的基准值 B LB I B 当ω=2πfN=ωB时
(5.1)--电力系统暂态分析概论
第二篇第一章电力系统暂态分析绪论(Introduction of Power System TransientAnalysis)（第十三讲）1问题1、什么叫暂态？暂态与稳态有何差别？2、短路的原因、后果及类型？3、如何分析电力系统短路？4、无穷大电源短路电流的组成与特点？2§1 电力系统的两种运行状态1、稳态－Steady State：正常的、相对静止的运行状态；电压、电流、功率有什么特点？哪些计算是？2、暂态过程－Transient Process ：从一个稳态向另一个稳态的过渡过程；电压、电流、功率有什么特点？哪些计算是？34电力系统处于稳态的特点节点电压幅值、频率、相位不随时间变化；线路电流幅值、频率、相位不随时间变化。
O tU ,I,ϕ,ω5电力系统处于暂态的特点－频率时变暂态过程2003.8.14.美加大停电--离Newark（New Jersey）700哩处频率变化电力系统处于暂态的特点－电压时变暂态过程2003.8.14.美加大停电－Newark（New Jersey）电压变化6⏹暂态过程中各电气参量随时间变化，能不能用相量来分析？为什么？⏹电力系统调频、调压是否会引起电力系统出现暂态过程？如何分析的？7§2 电力系统的暂态过程一、三类暂态过程•波过程（第一类电磁暂态过程）：操作、雷击过电压相关，涉及电流、电压波的传播，微秒～毫秒级－高电压工程（波阻抗）•电磁暂态过程（第二类）：短路、断线故障相关，涉及电流/压、磁链等电磁变量的快速变化，毫秒～秒级－故障分析（2、3章）•机电暂态过程：系统振荡、稳定性破坏、异步运行相关，涉及机组功率角、转速、系统频率、电压等的变化，秒～分钟级－稳定性分析（4章）9沿线路以光速传播的冲击波（微秒级）c分布参数模型！电压沿线路的分布1011绝缘子设计，放电研究等等均涉及波过程变电站接线12电磁暂态过程－短路电流（毫秒级）发电机短路后的一相短路电流电力系统电力电子化趋势明显•发电：大量发电设备通过变换器接入-分布式发电、储能-调节特性发生大的变化•输电：柔性交、直流输电，传统直流•配电：电力电子变压器、电力电子断路器、柔性交直流配电•用电：大量负荷经整流或变换器接入-变频器、变流器-有功、无功与电压、频率等关系大变•能源互联网：调控主要由电力电子技术实现电磁暂态分析越来越重要！VSC-HVDC的基本结构基于两电平或箝位型多电平的VSC-HVDC机电暂态过程（摇摆相量为发电机内电势相量，时间：秒～分钟）机电暂态动画1516二、什么导致暂态过程的产生扰动：短路故障（Short Circuit Fault ）－常见的严重扰动－系统内元件（？）不同相之间的或相与地之间的短路故障。
电力系统暂态分析要点与分析
电力系统电磁暂态分析Ch11.电力系统暂态指电力系统受突然的扰动后，运行参数发生较大的变化即引起电磁暂态、机电暂态过程。
电磁暂态是电压电流等电气运行参数的快速变化过程。
机电暂态是角速度等机械运行参数的慢速变化。
电力系统电磁暂态分析是研究交流电力系统发生短路（断线）后电压电流的变化。
2.元件参数指发电机、变压器、线路的属性参数，运行参数指反映电力系统运行状态的电气、机械参数。
3.故障类型：短路（三相短路、两相短路、两相短路接地、单相短路接地）、断线（一相断线、两相断线）。
对称故障（三相短路）、不对称故障（不对称短路、断线故障）。
短路故障（横向故障）、断线故障（纵向故障、非全相运行）。
简单故障：指电力系统中仅有一处发生短路或断线故障，复杂故障：指电力系统中有多处同时发生不对称故障。
4.短路危害：短路电流大使设备过热并产生一定的电动力、故障点附件电压下降、功率不平衡失去稳定、不对称故障产生不平衡磁通影响通信线路。
短路计算目的:电气设备选型、继电保护整定、确定限制短路电流措施、电气接线方式的选择。
短路解决措施：继电保护快速隔离、自动重合闸、串联电抗器。
5. 无限大功率电源指短路点距离电源的电气距离较远时，短路导致电源输出功率的变化量远小于电源所具有的功率的电源。
6.无限大功率电源的三相突然短路电流：1.短路电流含有二种分量：基频稳态分量、直流暂态分量。
2.基频稳态分量比短路前电流大，其大小受短路后回路的阻抗值决定。
3.直流暂态分量其大小由短路前电流和短路后电流的交流稳态值决定，并按短路后回路的时间常数Ta 衰减为0（出现原因：短路前后电感电流不能突变）。
7.最大短路电流条件：短路前线路空载、短路后回路阻抗角≈90°、电压初始角α为0°或180°。
出现时间：在短路后0.01秒时刻出现。
短路冲击电流：指在短路时可能达到的最大短路电流瞬时值。
三相电流中那相的直流分量起始值越大，则其短路电流越大。
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。
电力系统暂态分析课件(全书)
四、本课程的任务
1、《电力系统稳态分析》——电力系统稳态运行的分 析计算 2、《电力系统暂态分析》——电力系统电磁暂态过程 和机电暂态过程的分析计算 （1）电磁暂态过程分析又称为电力系统故障分析； （第一篇） （2）电力系统机电暂态过程分析主要讨论电力系统 运行的稳定性，所以又称为电力系统稳定性分析（第二 篇） 3、《高电压技术》——波过程的分析计算
2、无限大功率电源的相对性 实际工作中，理想的无限大功率电源是不存在的，但当电 源的内阻抗远远小于外电路的阻抗 时，负荷的变化对电源端电 压和频率的影响很小，可以视为不变，所以此时的实际有限容 量电源就可以视为无限大功率电源。 通常当电源内阻抗占短路回路总阻抗的比例小于10%时， 就可以认为该电源为无限大功率电源。
I M 1.52
Im 2
3、最大有效值电流用途 校验某些开关电器的断流能力
第二章：同步发电机突然三相短路分析
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。
ia0 ia|0| ia 0 ia|0| iap 0
在纵轴上 所以就是 Iam|0| - I am0 的投影。据此可得| i a 0|取得 最大值的条件为： 与纵轴平行； a、相量 Iam|0|- I am0 I am|0|- I am0 有尽可能大的幅值， b、 此条件等效于短路前空载。
图1-5绘出了三相短路前后三相短路电流的波形图。从图可 以看到三相短路电流的非周期分量是不相等的。 3、非周期分量的起始值越大，短路电流的最大瞬时值越大。 4、非周期分量电流取得最大值的条件： 从短路电流的表达式可以 看到，非周期分量的起始值和 电源电压的初相角、短路前瞬 间回路中的电流值有关。
电力系统暂态分析第一章
周期（强制）分量
非周期（自由）分量
❖ 结论：由 ia i pa ，ia短路电流由周期分量和非周期分
量组成，较大的周期分量是因电源电势作用于较小的回路 阻抗而产生，三相幅值相等，相位相差1200；非周期分量 是回路电感中原储存的磁场能量释放而产生，其按回路的
❖ 电流表达式：
短路后交流+ 周期（强制）分量
非周期（自由）分量
t
ia Im sin(t ) Im 0 sin( 0 ) Im sin( ) e Ta
短路后稳态交流
直流分量初值e
t Ta
13
1.3 无限大功率电源供电的三相短路分析
❖ 电流表达式：
t
ia I m sin(t ) I m 0 sin( 0 ) I m sin( ) e Ta
❖ 设计和选择厂站的电气主接线；
❖ 进行电力系统暂态稳定计算的基 础。
7
1.2 短路计算等值电路的建立 1.2.1 标幺值的概念
标幺值
有名值（有单位的物理 量） 基准量（与有名值同单 位的物理量
)
如：
U*
U UB
,
I*
I IB
,
X*
X ZB
P*
P SB
,
Q*
Q SB
,
R*
R ZB
8
1.2.2 基准值的选择
5
1.1 故障概述
1.1.3 短路故障的危害
短路的特征：电流增大，电压下降
❖ 短路电流的电动力效应产生的机械应力，可能造成设
备的机械破坏（与短路电流瞬时值成正比，动稳定、 冲击电流）；
❖ 短路电流的热效应使设备可能过热以致损坏（与短路
电流有效值平方成正比，热稳定度）；
电力系统电磁暂态概述
电力系统电磁暂态概述电力系统电磁暂态是指在电力系统中发生突发故障或其他突变事件时，电流、电压和电磁场等物理量发生急剧变化的现象。
电磁暂态的产生和传播会对电力系统的稳定性、设备安全运行以及电力质量产生重要影响，因此对电力系统电磁暂态进行研究和分析具有重要意义。
电磁暂态的产生原因可以是突发故障，如线路断开、短路、闪络等，也可以是非突发的变化，如变压器切换、电容器接入等。
在这些事件发生时，电路参数会瞬间发生变化，从而导致电流和电压的快速变化，进而引发电磁场的变化。
电磁暂态的传播特性和影响主要体现在以下几个方面：1.电压与电流的快速变化：电磁暂态引起电流和电压的急剧变化，可能导致设备的过电压或过电流，对设备的绝缘和电气特性产生不利影响，甚至引发设备损坏或烧毁。
2.动态稳定性影响：电力系统电磁暂态会影响电力系统的动态稳定性，如电力系统电机的启动过程中，电磁暂态会导致电压和电流的不稳定变化，从而对电机驱动性能产生负面影响。
3.区域电力质量：电磁暂态的传播会引起电力系统中的电压波动、频率变化等问题，导致电力质量下降，对电力用户的用电设备产生影响，甚至影响整个电力系统的稳定运行。
为了有效应对电力系统电磁暂态，电力系统需要做出以下方面的工作：1.设备参数优化：在电力系统的设计和运行中，通过优化电路元件的参数（如电容、电感、电阻等）来降低电磁暂态的产生和传播。
2.电力系统保护：通过合理设计和配置电力系统保护装置，快速切除异常电路并限制电流和电压的过大波动，从而保护设备的安全运行。
3.模拟和仿真技术研究：利用电力系统的仿真和模拟技术研究电磁暂态的传播和影响规律，为系统设计和运行提供参考和依据。
4.电力系统监测与调节：通过电力系统的监测和调节手段，实时监测电力系统的状态和参数，及时调节电路参数和配置，降低电磁暂态的影响。
总之，电力系统电磁暂态是电力系统中常见的现象，其产生和传播会对电力系统的稳定性和电力质量产生重要影响。
电力系统电磁暂态概述资料
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 (3)1.2 电力系统电磁暂态分析的目的 (6)1.3 电力系统电磁暂态研究的方法 (7)1.4 电力系统电磁暂态的特点 (9)1.4.1 频率范围广 (9)1.4.2 元件模型因计算目的而异 (11)1.4.3 行波现象和分布参数 (13)1.4.4 非线性元件和开关操作 (20)1.4.5 元件参数的频率特性 (21)1.4.6 时间跨度的要求 (22)1.5 电力系统数字仿真 (22)1.5.1 电力系统数字仿真的分类 (22)1.5.2 电力系统数字仿真的优点 (24)1.5.3 电力系统数字仿真软件 (25)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。
电力系统暂态分析概述
4. 2003年8月14日美加大停电
4. 2003年8月14日美加大停电
4. 2003年8月14日美加大停电
5. 电力系统电磁暂态和机电暂态分析
➢ 电力系统是由发电、输电、配电、用电等设备及其辅助控制 系统和保护系统组成的大规模复杂系统。
➢ 如此庞大、复杂系统的暂态过程，需要极高维数的非线性微 分方程组来描述。要全面严格地分析整个电力系统的暂态过 程是极其复杂，有时甚至是不可能的。
➢ 电磁暂态过程是指电力系统各个元件电场和磁场以及相应的 电压和电流的变化过程，持续时间通常从几微秒到几秒钟。
➢ 电磁暂态过程变化非常快，主要分析各元件电流和电压瞬时 值变化情况。分析时需要考虑元件的非线性、电磁耦合、计 及输电线路分布参数引起的波过程，还要考虑线路三相结构 的不对称、电晕等因素的影响。而发电机的转速变化则可忽 略不计。
➢ 2012年底全国装机容量11.45亿千瓦 ➢ 其中水电占21.7％； ➢ 火电占71.5％
➢ 2012年底全国220kV以上输电线路长度超50.7万公里；
➢ 2012年底全国220kV及以上变电容量22.8亿千伏安；
2. 电力系统的基本特点及要求
➢ 电力传输的二大特点：
➢ 第一，电流以接近光速流动（29.76万公里/每秒），且大量 存储很不经济。因此，电力生产和消费需同时完成。
➢ 电力系统各种暂态过程的过渡时间差异非常之大，如雷击过 电压的过渡过程是几十微秒、操作过电压的过渡过程从几百 微秒到100毫秒之间，而发电机转速和转子位置变化的暂态 过程则可持续数十秒。
➢ 为了简化分析，可根据不同的研究对象，将电力系统的暂态 过程分为电磁暂态过程和机电暂态过程。
5. 电力系统电磁暂态和机电暂态分析
电力系统的电磁暂态分析与建模
电力系统的电磁暂态分析与建模1. 介绍电力系统电磁暂态的意义和挑战电力系统是我们现代生活中不可或缺的基础设施，然而，在电力系统运行过程中，经常会发生各种电磁暂态现象，如瞬时过电压、过电流等，这些暂态现象可能对系统的稳定性和设备的正常运行造成严重影响。
电力系统的电磁暂态分析就是为了研究和理解这些暂态现象，并提出相应的模型和解决方案。
然而，电磁暂态分析面临着很多挑战，包括系统复杂性、模型建立的准确性等等。
因此，我们需要深入研究和分析电磁暂态，并建立相应的模型来辅助分析和设计电力系统。
2. 电力系统电磁暂态的基本原理电力系统中的电磁暂态是由于突然改变电路的参数或电源的性质而引起的。
比如，在发电机发生故障或者线路突然接触断裂时，就会引发电磁暂态现象。
这些突变会导致电力系统中的电流、电压和电场等发生瞬间的变化。
电磁暂态的分析可以基于电磁场理论和电路理论。
通过电磁场理论，可以计算和分析电磁暂态过程中的电场和磁场分布。
而电路理论则可以用来分析电力系统中的电流和电压。
这两者的结合可以为电力系统的电磁暂态分析提供全面的理论支持。
3. 电磁暂态分析的模型建立在电磁暂态分析中，模型的建立是非常关键的。
模型的准确性和适用性将直接影响到分析结果的正确性和可靠性。
因此，在建立电力系统的电磁暂态模型时，需要考虑以下几个因素：首先，需要准确地描述电力系统中各个元件的特性和参数。
比如，发电机的电压特性、变压器的变化率以及线路的阻抗等。
这些参数通常需要通过试验或仿真来获得。
其次，需要考虑各个元件之间的相互作用和耦合。
电力系统中的元件并不是孤立的存在，它们之间相互影响，需要建立相应的连接和关系。
最后，需要考虑系统中的控制和保护装置。
这些设备对电力系统的稳定性和安全性至关重要，因此，在建立模型的时候需要考虑它们的作用和影响。
4. 电磁暂态分析的应用和挑战电磁暂态分析在电力系统的设计和运行中起着重要的作用。
通过分析和模拟电力系统中的电磁暂态现象，可以预测系统的响应和性能，从而改善系统的可靠性和稳定性。
电力系统的电磁暂态分析方法
电力系统的电磁暂态分析方法电力系统的电磁暂态分析方法是研究电力系统在暂态过程中电磁场的分布和行为的重要工具。
电磁暂态指的是电力系统在突发性故障或变动中，电磁场发生的瞬时变化。
电力系统电磁暂态分析方法的研究，可以帮助我们深入了解电力系统的运行情况和其对设备的影响，为系统的安全稳定运行提供重要的指导和支持。
1. 电力系统的电磁暂态电力系统在运行过程中，常常会出现突发性故障或突变，如雷击、闪络、设备故障等，这些突发事件可能导致电力系统电磁场发生瞬时变化，从而对系统的安全运行产生影响。
电磁暂态一般分为两种类型：自然暂态和人为暂态。
自然暂态主要包括雷击、地闪、纵闪等现象；人为暂态则主要是指开关操作、故障发生等。
电力系统的电磁暂态分析方法旨在研究这些暂态过程中电磁场的分布和行为。
2. 电磁暂态分析方法的重要性电磁暂态分析方法对于电力系统的安全稳定运行至关重要。
通过分析电磁暂态过程中电磁场的分布和行为，可以帮助我们了解系统的脆弱点和缺陷，预测和评估故障的发生概率和影响程度，并采取相应的措施来提高系统的可靠性和鲁棒性。
此外，电磁暂态分析方法还可以为电力系统的设计、规划和运行管理提供参考依据。
3. 电磁暂态分析方法的基本原理电磁暂态分析方法的基本原理主要包括电磁场计算方法、电磁场仿真方法和电磁场测量方法。
电磁场计算方法通过建立系统的电磁场数学模型，运用各种数值计算技术来求解电磁场的分布和行为。
电磁场仿真方法则是通过计算机模拟电力系统的暂态过程，得到电磁场的变化规律和影响因素。
电磁场测量方法则是通过安装传感器和仪器设备，对电力系统中的电磁场参数进行实时监测和测量。
4. 电磁暂态分析方法的应用电磁暂态分析方法在电力系统的多个领域都有着广泛的应用。
首先，在电力系统设计和规划中，电磁暂态分析方法可以帮助工程师确定电力系统的故障等级、故障保护设备的配置及其参数，并评估系统的稳态和暂态工作性能。
其次，在电力系统运行管理和维护中，电磁暂态分析方法可以用于故障诊断和故障处理，帮助工程师快速准确地找出故障原因和修复故障设备。
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。
电力系统电磁暂态分析
电力系统电磁暂态分析绪论一、电力系统暂态过程概述电网参数①元件参数：发电机、变压器、线路等各个元件的属性参数（R 、L 、 C 、K ）②运行参数：反映元件当前运行状态的电气或机械参数（U 、I 、φ、ω）。
电网的运行状态①从控制管理的角度分类：正常、警戒、紧急、崩溃、恢复。
②按运行参数的变化来分类：稳态（正常）、暂态（故障）。
暂态的起因：突然的扰动（短路、设备故障、雷电、操作等）。
暂态过程包括二个过程：①电磁暂态：线路变压器电压电流等电气运行参数量的快速变化；（故障分析、元件保护快速切除）；②机电暂态：电机角位移、角速度等机械运行参数量的慢速过程。
（稳定性分析，电网安稳装置）。
电力系统分析：①电力系统稳态分析②电力系统暂态分析（电磁暂态分析、机电暂态分析）a) 电力系统电磁暂态分析（电力系统故障分析）：研究交流电力系统发生短路后电磁暂态过程。
b) 电力系统机电暂态分析（电力系统稳定性）：电力系统受到各种扰动后的机电暂态过程。
研究假设：快速与慢速过程的解耦，突出关键和便于分析①电磁暂态分析中一般忽略机电参数变化；②机电暂态分析则对电磁参数作近似假设。
二、电力系统暂态过程的研究方法①现场试验：风险大，费时费事，非必要时不采用；②模拟试验：动模试验（物理模拟）、数学模拟（直流计算台、交流计算台）、暂态网络分析仪（TNA ，电力系统物理模型与计算机技术结合产物）。
③数字仿真：数学模型、计算方法、程序编制、问题求解。
EMTP （Electro-magnetic Transient Program ）（UBC 、BPA 、EPRI/DCG ）；实时数字仿真RTDS （Real Time Digital Simulation ）。
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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。
但电力系统在运行过程中常常会发生故障或需要进行操作，常见的电力系统故障有：雷击电力设备等雷害故障，短路、接地故障和谐振等电气故障，断线等机械故障。
常见的电力系统操作有：（1）断路器的投切操作，如合空载线路、合空载变压器、切空载线路、重合闸、甩负荷等。
（2）隔离开关的投切操作，如母线投切等。
电力系统发生故障或进行操作时，系统的运行参数发生急剧变化，系统的运行状态有可能急促地从一种运行状态过渡到另一种运行状态，也有可能使正常运行的电力系统局部甚至全部遭到破坏，其运行参数大大偏离正常值，如不采取特别措施，系统很难恢复正常运行，这将给国民经济生产和人民生活带来严重的后果。
电力系统运行状态的改变，不是瞬时完成的，而要经历一个过渡状态，这种过渡状态称为暂态过程。
电力系统的暂态过程通常可以分为电磁暂态过程和机电暂态过程。
电磁暂态过程指电力系统各元件中电场和磁场以及相应的电压和电流的变化过程，机电暂态过程指由于发动机和电动机电磁转矩的变化所引起的电机转子机械运动的变化过程。
虽然电磁暂态过程和机电暂态过程同时发生并且相互影响，但由于现代电力系统规模的不断扩大，结构愈益复杂，需要考虑的因素繁多，再加上这两个暂态过程的变化速度相差很大，要对它们统一分析是十分复杂的工作，因此在工程上通常近似地对它们分别进行分析。
例如，在电磁暂态过程分析中，由于在刚开始的一段时间内，系统中的发电机和电动机等转动机械的转速由于惯性作用还来不及变化，暂态过程主要决定于系统各元件的电磁参数，故常不计发动机和电动机的转速变化，即忽略机电暂态过程。
而在静态稳定性和暂态稳定性等机电暂态过程分析中，转动机械的转速已有了变化，暂态过程不仅与电磁参数有关，而且还与转动机械的机械参数（转速、角位移）有关，分析时往往近似考虑或甚至忽略电磁暂态过程。
只在分析由发动机轴系引起的次同步谐振现象、计算大扰动后轴系的暂态扭矩等问题中，才不得不同时考虑电磁暂态过程和机电暂态过程。
下面以一个简单开关接通RL 电路的例子，以便获得对在电力系统暂态时起关键作用的物理过程的充分了解。
一个正弦波电压接通到一个电感与电阻串联的电路上，如图1-1所示。
这实际上是一个高压断路器闭合到短路的输电线路或短路的电缆的最简单单相表示法。
电压源)sin()(θω+=t E t e m 代表连接的同步发电机的电动势。
电感L 包括发电机的同步电感、电力变压器的漏电感与母线、电缆与输电线的电感，电阻R 表示供电电路的电阻损耗。
图1-1 正弦波电压源接通到RL 串联电路假设s 0=t 时合闸，应用基尔霍夫电压定律，得到电路方程)sin(θω+=+t E dtdi L Ri m （1-1） 该方程为一阶常系数、线性、非齐次常微分方程，其解就是合闸电路的全电流，它由两部分组成：稳态分量和暂态分量，即aP P i i i +=其中稳态分量为)tan sin()(122R L t L R E i mP ωθωω--++= （1-2）暂态分量，也就是合闸电流的自由分量,记为a T t pt aP CeCe i -== （1-3） 式中，LR p -=，为特征方程0=+pL R 的根；R L p T a =-=1，为暂态分量电流衰减的时间常数；C 为由初始条件决定的积分常数。
在开关闭合之前，电感L 中的磁通为0，根据磁通守恒定律，在闭合的瞬间，即0)tan sin()(122=-++-R L L R E C m ωθω由此得到 )tan sin()(122R L L R E C mωθω--+-= （1-4）从而得到合闸的全电流表达式为tL R mme R L L R E R L t L R E t i )/(122122)tan sin()()tan sin()()(----+-+-++=ωθωωθωω （1-5）式（1-5）中的暂态分量含有t L R e )/(-衰减项，也称为直流分量，其系数为常数，数值大小取决于电流合闸瞬间，在)tan (1R Lωθ--为πk （其中 2,1,0=k ）时，直流分量为0，电流立即进入稳态，换言之，不存在暂态振荡过程。
但当开关闭合电路不在)tan (1R L ωθ--为πk （其中 2,1,0=k ）时，合闸过程将引起电磁暂态过程，在)tan (1R Lωθ--为︒90时，暂态过程将达到最大电流，如图1-2所示。
图1-2 开关合闸的暂态过程电流波形1.2 电力系统电磁暂态分析的目的电磁暂态过程分析的主要目的在于分析和计算故障或进行操作后可能出现的暂态过电压和过电流，以便对电力设备进行合理设计。
通常情况下，电力系统电磁暂态产生的过电压在确定设备绝缘水平中起决定作用，据此制定高电压试验电压标准，确定已有设备能否安全运行，并研究相应的限制和保护措施。
此外，对于研究电力系统新型快速保护装置的动作原理及其工况分析，故障测距原理与定点方法以及电磁干扰等问题，也常需要进行电磁暂态过程分析。
另外，调查事故原因，寻找对策；计算电力系统过电压发生概率，预测事故率；检查电气设备的动作责能，如断路器的暂态恢复电压和零点偏移；检查继电保护和安全自动装置的响应等，也离不开电磁暂态过程的计算和模拟。
电磁暂态过程变化很快，一般需要分析和计算持续时间在ms级，甚至是μs级以内的电压、电流瞬时值变化情况，因此，在分析中需要考虑元件的电磁耦合，计及输电线路分布参数所引起的波过程，有时甚至要考虑三相结构的不对称、线路参数的频率特性以及电晕等因素的影响。
1.3 电力系统电磁暂态研究的方法为了保证电力系统运行的可靠性、安全性和经济性，在电力系统设计、运行、分析和研究中必须全面地了解实际系统的电磁暂态特性。
目前，研究电力系统电磁暂态过程的手段有3种：（1）系统的现场实测方法。
（2）应用暂态网络分析仪（Transient Network Analyzer，简称TNA）的物理模拟方法。
（3）计算机的数字仿真（或称数值计算）方法。
系统的现场实测方法是在实际的电力系统上直接进行试验和研究，六十年代之前经常要在实际电力系统进行短路、操作等试验，这种试验对电力系统的考验是真实和严格的，以确保电力系统运行的可靠性、安全性和经济性，但是系统的现场实测方法会对电力系统的正常运行和电气设备带来很大危害，短路点的电弧有可能烧坏电气设备，很大的短路电流通过设备会使发热增加，当持续一定时间后，可能使设备过热而损伤；很大的短路电流引起的电动力有可能使设备变形或遭到不同程度的破坏；操作试验过程中产生的过电压可能引起电气设备载流部分的绝缘损坏，加剧绝缘材料的老化。
即便如此，实测对于研究电力系统电磁暂态过程仍是非常重要的，它一方面验证TNA及数字仿真的准确性，为系统安全运行提供依据；另一方面可以全面研究系统各类元件的参数特性，为TNA及数字仿真提供更精确的原始数据。
系统的现场实测常常会遇到困难，有些困难甚至是不可能解决的，利用模型系统进行试验和分析就成为一种非常有效的途径。
暂态网络分析仪就是一种用于研究电力系统动态特性的物理模型系统。
TNA方法多用于模拟操作过电压和交流过电压的暂态现象，同时通过改变元件特性，TNA也可用来模拟更高频率下的暂态现象。
它是在相似理论的指导下，把实际电力系统的各个部分，如同步发电机、变压器、输配电线路、电力负荷等按照相似条件设计、建造并组成一个电力系统模型，这样将一个高电压、大电流、体积庞大的电力系统，按照一定的比例转化为一个低电压、小电流、体积较小的模拟试验台，在模拟台中出现的电磁暂态现象，电压和电流的波形与它模拟的电力系统是一样的，用这种模型代替实际电力系统进行各种正常运行与故障状态的试验和分析。
与系统的现场实测相比，TNA方法对电力系统的正常运行和电气设备不产生影响，为了缩小模拟装置的尺寸，节省电感元件和电容元件，减少模拟设备的昂贵费用，并考虑到现有的技术条件、模拟精度要求等，选择恰当的比例尺是非常重要的。
TNA具有物理意义清晰，易于理解和使用的优点，可以多次重复试验现象，便于观察和研究，北美不少大的电力公司都将TNA作为培训新员工的一种工具。
随着现代电力系统的发展，电力系统的规模和复杂程度发生很大变化，采取物理模型的动态模拟方法受到很大限制。
与此同时，数字计算机和数值计算技术飞速发展，数字计算机的性能价格比不断提高，出现了用数学模型代替物理模型的新型模型系统。
电力系统数字仿真（Digital Simulation of Power System）就是将电力系统的电源、网络和负荷元件建立其数学模型，用数学模型在数字计算机上进行实验和分析的过程。
电力系统数字仿真的主要步骤为建立各元件数学模型、建立数字仿真模型和进行仿真试验。