电力系统暂态分析全册配套完整教学课件

1、电力系统暂态分析全册配套电力系统暂态分析全册配套完整教学课件完整教学课件电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析常鲜戎，赵书强电力系统暂态过程机械工业出版社常鲜戎，赵书强电力系统暂态过程机械工业出版社，20101 何仰赞、温增银电力系统分析(上、下) 华中科技大学出版社，20022 李光琦电力系统暂态分析 3版，中国电力出版社，20073 杨淑英电力系统分析复习指导与习题精解 2版，中国电力出版社.20084 杨淑英电力系统概论中国电力出版社.20075 杨淑英电力系统分析同步训练中国电力出版社.2004课程内容课程内容同步发电机突然三相短路的分析同步发电机突然三相短路

2、的分析 电力系统故障的计算机算法电力系统故障的计算机算法 电力系统运行稳定性的基本概念和电力系统运行稳定性的基本概念和各元件的机电特性各元件的机电特性电力系统的静态稳定性电力系统的静态稳定性 电力系统的暂态稳定性电力系统的暂态稳定性 第一章第一章 同步发电机突然三相同步发电机突然三相 短路的分析短路的分析 n第一节第一节 短路的一般概念短路的一般概念 n第二节第二节 同步发电机突然三相短路后的物同步发电机突然三相短路后的物 理过程及短路电流的近似分析理过程及短路电流的近似分析n第三节第三节 同步发电机的基本方程同步发电机的基本方程n第四节第四节 同步发电机的暂态参数和效电路同步发电机的暂态参数

3、和效电路 n第五节第五节 同步发电机的次暂态参数和效电路同步发电机的次暂态参数和效电路 n第八节第八节 自动励磁调节对短路电流的影响自动励磁调节对短路电流的影响 第一节第一节 短路的一般概念短路的一般概念 一、短路的原因、类型及后果一、短路的原因、类型及后果原因：原因：元件损坏，例如绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不元件损坏，例如绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良所带来的设备缺陷发展成短路等；良所带来的设备缺陷发展成短路等；气象条件恶化，例如雷击造成的闪络放电或避雷器动作，架气象条件恶化，例如雷击造成的闪络放电或避雷器动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等；空线路由于大风或导

4、线覆冰引起电杆倒塌等；人为事故，例如运行人员带负荷拉隔离开关，线路或设备检人为事故，例如运行人员带负荷拉隔离开关，线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压等；修后未拆除接地线就加上电压等；其他，例如鸟兽跨接在裸露的载流部分等其他，例如鸟兽跨接在裸露的载流部分等 第一节第一节 短路的一般概念短路的一般概念 短路类型短路类型示示 意意 图图符号符号三 相 短 路两相接地短路两 相 短 路单相接地短路 3f1 , 1f2f 1f第一节第一节 短路的一般概念短路的一般概念 后果：后果：（1 1）短路电流产生的电动力损坏导体和电气设备）短路电流产生的电动力损坏导体和电气设备（2 2）短路电流发热烧毁设备短

5、路电流发热烧毁设备（3 3）短路电流产生电弧，引发火灾）短路电流产生电弧，引发火灾（4 4）短路引起电压下降，影响用户供电，严重时发生电压崩溃）短路引起电压下降，影响用户供电，严重时发生电压崩溃（5 5）短路会破坏电力系统稳定运行，造成大面积停电）短路会破坏电力系统稳定运行，造成大面积停电（6 6）不对称短路产生零序电流，干扰通讯线路）不对称短路产生零序电流，干扰通讯线路（7 7）不对称短路产生的负序电流损害电机）不对称短路产生的负序电流损害电机 第一节第一节 短路的一般概念短路的一般概念 二、短路计算的作用和若干简化假设二、短路计算的作用和若干简化假设作用：作用：（1 1）选择电气设备）选择

6、电气设备（2 2）合理配置继电保护和自动装置并正确整定其参数）合理配置继电保护和自动装置并正确整定其参数（3 3）在设计电力系统电气主接线时，确定是否需要采取限制）在设计电力系统电气主接线时，确定是否需要采取限制短路电流的措施短路电流的措施（4 4）进行暂态稳定计算、研究短路对用户工作的影响）进行暂态稳定计算、研究短路对用户工作的影响第一节第一节 短路的一般概念短路的一般概念 假设：假设：（1 1） 忽略磁路饱和、磁滞、涡流等的影响忽略磁路饱和、磁滞、涡流等的影响（2 2）电机转子的结构分别相对于直轴和交轴对称）电机转子的结构分别相对于直轴和交轴对称（3 3）定子的三相绕组的空间位置互差）定子

7、的三相绕组的空间位置互差120120电角度，在结构上电角度，在结构上完全相同，它们均在气隙中产生正弦分布的磁动势。完全相同，它们均在气隙中产生正弦分布的磁动势。（4 4）电机空载、转子恒速旋转时，转子绕组的磁动势在定子）电机空载、转子恒速旋转时，转子绕组的磁动势在定子绕组所感应的空载电动势是时间的正弦函数绕组所感应的空载电动势是时间的正弦函数（5 5）定子和转子的槽和通风沟不影响定子和转子的电感）定子和转子的槽和通风沟不影响定子和转子的电感第二节第二节 同步发电机突然三相短路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后的物理过程及短路电流近似分析 影响电力系统动态特性的最主要元件是同

8、步发影响电力系统动态特性的最主要元件是同步发电机，不充分了解同步发电机的特性，谈论电力系统电机，不充分了解同步发电机的特性，谈论电力系统的特性是完全无意义的。的特性是完全无意义的。 关根泰次关根泰次 本节在实测的短路电流波形基础上，应用同步发电机的双反双反应原理应原理和超导回路的磁链守恒原理磁链守恒原理，对短路后的物理过程和短路电流的表达式作近似分析。第二节第二节 同步发电机突然三相短路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后的物理过程及短路电流近似分析短路条件：短路条件： 同步发电机转子有励磁电流同步发电机转子有励磁电流 定子回路开路即空载定子回路开路即空载 定子三相绕组端部突

9、然三相短路定子三相绕组端部突然三相短路 假设：假设： 发电机转子保持同步转速，即频率保持恒定发电机转子保持同步转速，即频率保持恒定 一、空载时突然三相短路的电流波形一、空载时突然三相短路的电流波形第二节第二节 同步发电机突然三相短路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后的物理过程及短路电流近似分析二、空载短路电流分析二、空载短路电流分析思路：思路：回路对应电流回路对应电流六个回路：六个回路： 定子（定子（a、b、c 3个）个） 励磁回路励磁回路 阻尼绕组（阻尼绕组（D、Q 2个）个）分析磁链分析磁链第二节第二节 同步发电机突然三相短路同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流

10、近似分析后的物理过程及短路电流近似分析( (一一) )定子短路电流分量定子短路电流分量120cos120coscos00c00b00a随时间的变化而变化随时间的变化而变化第二节第二节 同步发电机突然三相短路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后的物理过程及短路电流近似分析120cos120coscos0000c0000b0000attt120cos120coscos000c000b000a第二节第二节 同步发电机突然三相短路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后的物理过程及短路电流近似分析aibici短路后定子产生短路电流，短路电流产生相应磁链短路后定子产生短路

11、电流，短路电流产生相应磁链0c0cci0b0bbi0a0aai第二节第二节 同步发电机突然三相短路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后的物理过程及短路电流近似分析磁链分析结论：磁链分析结论：短路后定子绕组含有两个磁链短路后定子绕组含有两个磁链 交流磁链、直流磁链交流磁链、直流磁链交流磁链交流磁链基频交流电流基频交流电流直流磁链直流磁链直流电流直流电流 + 2倍频交流电流倍频交流电流定子回路：定子回路：基频交流电流基频交流电流 直流电流直流电流 2 2倍频交流电流倍频交流电流第二节第二节 同步发电机突然三相短路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后的物理过程及短

12、路电流近似分析tRRr0202sintaRaRi0202sin( (二二) )励磁回路电流分量励磁回路电流分量第二节第二节 同步发电机突然三相短路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后的物理过程及短路电流近似分析短路前励磁回路的励磁电流为短路前励磁回路的励磁电流为0fi 突然短路后定子电流的电枢反应将引起励磁回路感生其他电流分量 短路后定子电流的电枢反应将使励磁回路感生其他电流分量短路后定子电流的电枢反应将使励磁回路感生其他电流分量 定子回路：定子回路：基频交流电流基频交流电流 直流电流直流电流 2 2倍频交流电流倍频交流电流第二节第二节 同步发电机突然三相短路同步发电机突然三

13、相短路后的物理过程及短路电流近似分析后的物理过程及短路电流近似分析定子基频交流电流定子基频交流电流与转子同步旋转的电枢反应磁动势与转子同步旋转的电枢反应磁动势励磁回路感生附加直流电流分量励磁回路感生附加直流电流分量磁链守恒磁链守恒第二节第二节 同步发电机突然三相短路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后的物理过程及短路电流近似分析定子直流电流定子直流电流空间静止磁场（与转子相对转速为同步速）空间静止磁场（与转子相对转速为同步速）励磁回路感生基频交流电流分量励磁回路感生基频交流电流分量磁链守恒磁链守恒第二节第二节 同步发电机突然三相短路同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流

14、近似分析后的物理过程及短路电流近似分析定子定子2倍频交流电流倍频交流电流2倍同步转速旋转磁场（与转子相对转速为同步速）倍同步转速旋转磁场（与转子相对转速为同步速）励磁回路感生基频交流电流分量励磁回路感生基频交流电流分量磁链守恒磁链守恒第二节第二节 同步发电机突然三相短路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后的物理过程及短路电流近似分析励磁回路：励磁回路：励磁电流励磁电流 附加直流电流附加直流电流 基频交流电流基频交流电流0fi（三）（三） 阻尼回路电流分量阻尼回路电流分量等效阻尼绕组等效阻尼绕组D：与励磁绕组同轴向：与励磁绕组同轴向等效阻尼绕组等效阻尼绕组Q：与励磁绕组轴向垂直

15、：与励磁绕组轴向垂直D绕组：绕组：附加直流电流附加直流电流 基频交流电流基频交流电流Q绕组：绕组： 基频交流电流基频交流电流第二节第二节 同步发电机突然三相短路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后的物理过程及短路电流近似分析（四）（四） 定子、转子回路电流分量对应关系与衰减定子、转子回路电流分量对应关系与衰减定子：定子：基频交流电流基频交流电流 直流电流直流电流 2 2倍频交流电流倍频交流电流励磁：励磁：励磁电流励磁电流 附加直流电流附加直流电流 基频交流电流基频交流电流D绕组：绕组：附加直流电流附加直流电流 基频交流电流基频交流电流Q绕组：绕组：基频交流电流基频交流电流第二

16、节第二节 同步发电机突然三相短路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后的物理过程及短路电流近似分析定子：定子：基频交流电流基频交流电流 直流电流直流电流 2 2倍频交流电流倍频交流电流励磁：励磁：励磁电流励磁电流 附加直流电流附加直流电流 基频交流电流基频交流电流D绕组：绕组：附加直流电流附加直流电流 基频交流电流基频交流电流Q绕组：绕组：基频交流电流基频交流电流两个衰减过程两个衰减过程Td d、Td d一个衰减过程一个衰减过程Ta a第二节第二节 同步发电机突然三相短路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后的物理过程及短路电流近似分析定子回路定子回路稳态短路电

17、流I基频交流电流初始与稳态值之差I-I直流电流ia二倍频电流i2励磁回路励磁回路励磁电流if|0|自由直流电流ifa基频交流电流if阻尼回路阻尼回路D D自由直流电流iDa基频交流电流iD阻尼回路阻尼回路Q Q自由直流电流iQa0基频交流电流iQ第二节第二节 同步发电机突然三相短路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后的物理过程及短路电流近似分析三、空载短路电流基频交流分量的初始和稳态有效值三、空载短路电流基频交流分量的初始和稳态有效值(一) 稳态值d0qdXEII0qE0fi对应励磁电流的空载电动势有效值 dXaddXXX直轴同步电抗( (二二) ) 初始值初始值1.1.不计

18、阻尼回路时基频交流分量初始值不计阻尼回路时基频交流分量初始值 I0fifai产生的主磁通 产生的主磁通增量 产生的定子漏 磁通 IIfaiI产生的电枢反应磁通 0fi产生的励磁漏磁通 fai产生的励磁漏磁通 I0fifai产生的主磁通 产生的主磁通增量 产生的定子漏 磁通 IfaiI产生的电枢反应磁通 0fi产生的励磁漏磁通 fai产生的励磁漏磁通 励磁绕组磁链守恒励磁绕组磁链守恒Rf0产生空载电动势 0qEd0qdXEII0qEd0qdXEII00qqEE计算计算 困难困难 ffd0qdXEII产生空载电动势 fddXX0qEd0qdXEIIaddXXX第二节第二节 同步发电机突然三相短路同

19、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后的物理过程及短路电流近似分析2 2计及阻尼回路时基频交流分量初始值计及阻尼回路时基频交流分量初始值 IRD 0Rf0磁通平衡关系磁通平衡关系 d0qdXEIIaddXXXdddXXX 第二节第二节 同步发电机突然三相短路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后的物理过程及短路电流近似分析当短路不是发生在发电机端，而是发生在外电路电抗X之后时 dXXXd短路电流计算公式仍然适用，只是须对电抗进行修正 dXXXddXXXd第二节第二节 同步发电机突然三相短路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后的物理过程及短路电流近

20、似分析X当很大时，显然XXXXXXXdddd0qdXEIId0qdXEIId0qdXEIIIII III fff变化过程变化过程第二节第二节 同步发电机突然三相短路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后的物理过程及短路电流近似分析四、空载短路电流的近似表达式四、空载短路电流的近似表达式( (一一) ) 基频交流分量的近似表达式基频交流分量的近似表达式基频交流电流幅值基频交流电流幅值 ddddd0qm1e11e112ddXXXXXEtITtTt 120cos120coscos00mpc00mpb00mpattItittItittIti三相交流基频电流瞬时值三相交流基频电流瞬时值

21、( (二二) ) 全电流的近似表达式全电流的近似表达式00ddddd0qacos1e11e112ddtXXXXXEiTtTt第二节第二节 同步发电机突然三相短路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后的物理过程及短路电流近似分析aecos20d0qTtXE第二节第二节 同步发电机突然三相短路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后的物理过程及短路电流近似分析五、负载时短路电流基频交流分量初始值五、负载时短路电流基频交流分量初始值不计阻尼回路不计阻尼回路 d0qXEI计及阻尼回路计及阻尼回路 q0dqjXEId0qdj/ XEId000jXIUE第二节第二节 同步发电

22、机突然三相短路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后的物理过程及短路电流近似分析虚构次暂态电动势虚构次暂态电动势 d0/ XEId/1XI第二节第二节 同步发电机突然三相短路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后的物理过程及短路电流近似分析d0/ XEId0qdXEIId0qdXEIId0qXEI空载空载 负载负载 结论：结论：负载短路电流小于空载短路电流负载短路电流小于空载短路电流 负载短路电流与空载短路电流的比较负载短路电流与空载短路电流的比较 第三节第三节 同步发电机的基本方程同步发电机的基本方程一、电压方程和磁链方程一、电压方程和磁链方程 Q.D.f.c

23、.b.a.QDfcbaQDffcba0000iiiiiiRRRRRRuuuu电压方程电压方程磁链方程磁链方程QDfcbaQQQDQfQcQbQaDQDDDfDcDbDafQfDfffcfbfacQcDcfcccbcabQbDbfbcbbbaaQaDafacabaaQDfcbaiiiiiiLMMMMMMLMMMMMMLMMMMMMLMMMMMMLMMMMMML第三节第三节 同步发电机的基本方程同步发电机的基本方程二、电感系数二、电感系数 ( (一一) ) 定子各相绕组的自感系数定子各相绕组的自感系数ccbbLLLaa第三节第三节 同步发电机的基本方程同步发电机的基本方程自感系数是自感系数是角的周

24、期函数，其变化周期为角的周期函数，其变化周期为 4cos2cos420aalllL第三节第三节 同步发电机的基本方程同步发电机的基本方程自感系数是自感系数是角的周期函数，其变化周期为角的周期函数，其变化周期为 2cos20aallL( (二二) ) 定子绕组间的互感定子绕组间的互感第三节第三节 同步发电机的基本方程同步发电机的基本方程互感系数是互感系数是角的周期函数，其变化周期为角的周期函数，其变化周期为 1502cos902cos302cos20acca20cbbc20baabmmMMmmMMmmMM互感系数恒为负值互感系数恒为负值 第三节第三节 同步发电机的基本方程同步发电机的基本方程ab

25、第三节第三节 同步发电机的基本方程同步发电机的基本方程( (三三) ) 转子上各绕组的自感系数和互感系数转子上各绕组的自感系数和互感系数转子各绕组的自感、互感系数转子各绕组的自感、互感系数为常数为常数 DffDMMffLDDLQQL0QDDQQffQMMMM常数常数常数常数( (四四) ) 定子绕组和转子绕组的互感系数定子绕组和转子绕组的互感系数120cos120coscosaffccfaffbbfaffaafmMMmMMmMM120cos120coscosaDDccDaDDbbDaDDaaDmMMmMMmMM定子各相绕组与励磁绕组间的互感系数定子各相绕组与励磁绕组间的互感系数 定子各相绕组与

26、定子各相绕组与D绕组间的互感系数绕组间的互感系数 定子各相绕组与定子各相绕组与Q绕组间的互感系数绕组间的互感系数 120sin120sinsinaQQccQaQQbbQaQQaaQmMMmMMmMM磁链方程磁链方程QDfcbaQQQDQfQcQbQaDQDDDfDcDbDafQfDfffcfbfacQcDcfcccbcabQbDbfbcbbbaaQaDafacabaaQDfcbaiiiiiiLMMMMMMLMMMMMMLMMMMMMLMMMMMMLMMMMMML电感系数为常数电感系数为常数 Q.D.f.c.b.a.QDfcbaQDffcba0000iiiiiiRRRRRRuuuu电压方程电压方

27、程线性变系数微分方程线性变系数微分方程 第三节第三节 同步发电机的基本方程同步发电机的基本方程三、派克变换及其应用三、派克变换及其应用拉氏变换拉氏变换从时域变换到频域，微分方程变从时域变换到频域，微分方程变为代数方程为代数方程对称分量变换对称分量变换从不对称空间变换到对称空间从不对称空间变换到对称空间派克变换派克变换把变系数微分方程变换为常系数把变系数微分方程变换为常系数微分方程微分方程傅立叶变换、小波变换等等傅立叶变换、小波变换等等coscos90sinm0m0maItItIi旋转相量旋转相量第三节第三节 同步发电机的基本方程同步发电机的基本方程120cos120coscosmcmbmaIi

28、IiIi同步发电机的双反应原理：同步发电机的双反应原理：a、b、c三相电流产生三相电流产生的电枢反应，用同步旋转的的电枢反应，用同步旋转的d、q轴电枢反应等效轴电枢反应等效综合相量综合相量sincosmqmdIiIi显然显然t0t000diqi为直流为直流第三节第三节 同步发电机的基本方程同步发电机的基本方程120sin120sinsin32120cos120coscos32cbaqcbadiiiiiiiicba0qd212121120sin120sinsin120cos120coscos32iiiiii增加增加“0”轴轴第三节第三节 同步发电机的基本方程同步发电机的基本方程派克变派克变换矩阵

29、换矩阵P212121120sin120sinsin120cos120coscos32abcdq0Piidq01abciPi派克变换实现了不同坐标系电流派克变换实现了不同坐标系电流 的等价变换的等价变换第三节第三节 同步发电机的基本方程同步发电机的基本方程派克变换同样适用于电压和磁链派克变换同样适用于电压和磁链0dq1abcabc0dqUPUPUU0dq1abcabc0dqPP第三节第三节 同步发电机的基本方程同步发电机的基本方程举例：举例：120cos120coscos000mcbatttIiii派克变换派克变换0sincos0000m0Iiiiqd交流电流交流电流 直流电流直流电流 第三节第

30、三节 同步发电机的基本方程同步发电机的基本方程举例：举例：派克变换派克变换25.025.01mcbaIiii1sin5cos5600m0ttIiiiqd直流电流直流电流 交流电流交流电流 四、派克变换后的磁链、电压方程四、派克变换后的磁链、电压方程QDf0qdQaQDraDrfaf0aQqaDafdQDf0qd0002300002300023000000000000iiiiiiLmLmmmLmLmLmmL派克变换后的磁链方程派克变换后的磁链方程QDf0qdQaqDadadadfad0aqqadaddQDf0qd0000000000000000000000pipipipipipiXXXXXXXX

31、XXXXXXpppppp0000110000dqQDf0qdQDf0qdQDff0qdssppppppiiiiiiRRRRRRuuuu派克变换后的电压方程派克变换后的电压方程一般不存在一般不存在0轴分量，所以发电机模型为轴分量，所以发电机模型为5阶阶如果不考虑阻尼绕组，则发电机模型为如果不考虑阻尼绕组，则发电机模型为3阶阶第四节第四节 同步发电机的暂态同步发电机的暂态 参数和等效电路参数和等效电路一、同步发电机正常运行时定子回路的电压方程一、同步发电机正常运行时定子回路的电压方程正常运行时，同步发电机定子三相电流对称正常运行时，同步发电机定子三相电流对称 120cos120coscos0mc0

32、mb0matIitIitIidiqi为常数为常数duqudq为常数为常数QDf0qdQaqDadadadfad0aqqadaddQDf0qd0000000000000000000000iiiiiiXXXXXXXXXXXXXXqqqqddfaddddiXEiXiXiX0000110000dqQDf0qdQDf0qdQDff0qdssppppppiiiiiiRRRRRRuuuuqdqdqdRiuRiu变压器电动势变压器电动势发电机电动势发电机电动势qdqdqdRiuRiuqqqqddfaddddiXEiXiXiXqddqdqqqqdqddEiXRiRiuiXRiRiuqddqdqqqqdqddEi

33、XRiRiuiXRiRiuqqdqdqdqqdsincosXUXuiXUEXuEi忽略电阻忽略电阻虚构电动势虚构电动势 dqdqQiXXEEQdqqqEiXRiuQqdqqdqdjjjjjEiiXiiRuuqdqqdQjjjjiiXRuuEqddqdqqqqdqddEiXRiRiuiXRiRiu代入代入组合组合qdqqdQjjjjiiXRuuE以相量表示以相量表示IZUEQqQjEEQqdjuuUqdjiiIqqjXRZ QE在虚轴（j）轴上dqdqQiXXEE二、无阻尼绕组同步发电机三相短路的物理过程二、无阻尼绕组同步发电机三相短路的物理过程第四节第四节 同步发电机的暂态同步发电机的暂态 参

34、数和等参数和等效效电路电路 ffa0ffiiii 2ak0iiiiii dTaT三、同步发电机的暂态电动势和暂态电抗三、同步发电机的暂态电动势和暂态电抗qqdqdqdqqdsincosXUXuiXUEXuEifqiE暂态过程中暂态过程中Eq、Ud、Uq随随 if、i 的变化而变化，的变化而变化，此公式不能此公式不能 用来计算暂态过程中的用来计算暂态过程中的 id、iq第四节第四节 同步发电机的暂态同步发电机的暂态 参数和等参数和等效效电路电路第四节第四节 同步发电机的暂态同步发电机的暂态 参数和等效电路参数和等效电路QDf0qdQaqDadadadfad0aqqadaddQDf0qd00000

35、00000000000000000iiiiiiXXXXXXXXXXXXXXffdadffaddddiXiXiXiX第四节第四节 同步发电机的暂态同步发电机的暂态 参数和等效电路参数和等效电路QDf0qdQaqDadadadfad0aqqadaddQDf0qd0000000000000000000000iiiiiiXXXXXXXXXXXXXXffdadffaddddiXiXiXiX第四节第四节 同步发电机的暂态同步发电机的暂态 参数和等效电路参数和等效电路ffdadffaddddiXiXiXiX消去消去ifdf2addffaddiXXXXX第四节第四节 同步发电机的暂态同步发电机的暂态 参数和等

36、效电路参数和等效电路qffadEXX令令df2addXXXXddqqiXEudqqdXuEiR=0由于由于0qEE 短路瞬间不突变，可由正常运行状态短路瞬间不突变，可由正常运行状态求出，且求出，且fEq第四节第四节 同步发电机的暂态同步发电机的暂态 参数和等效电路参数和等效电路qdqdqqdXuiXuEi0qd uudqdXEi 0qi暂态过程中暂态过程中qQXIjUIZUEqddqqiXuEqXI jdXIjUEdqdqQiXXEE第四节第四节 同步发电机的暂态同步发电机的暂态 参数和等效电路参数和等效电路qffadffadadEXXXXXdfadfadXXXXXX第四节第四节 同步发电机的

37、暂态同步发电机的暂态 参数和等效电路参数和等效电路四、无阻尼绕组同步发电机电四、无阻尼绕组同步发电机电流自由分量衰减的时间常数流自由分量衰减的时间常数ddfddffdXXTXXRXTfffRXT第四节第四节 同步发电机的暂态同步发电机的暂态 参数和等效电路参数和等效电路fadfaddXXXXXXqaqXXXqdqda2XXRXXT第五节第五节 同步发电机的次暂态同步发电机的次暂态 参数和等效电路参数和等效电路一、同步发电机的次暂态电动势和次暂态电抗一、同步发电机的次暂态电动势和次暂态电抗QDfqdQaQDfDaDfDfadaQqaDaddQDfqd000000000000iiiiiXXXXXX

38、XXXXXXXd2adfDadfD2addqDadffadD2adfDad2XXXXXXXXXEXXXXXXXXdQQaqEXXqQ2aqqXXXX第五节第五节 同步发电机的次暂态同步发电机的次暂态 参数和等效电路参数和等效电路二、有阻尼绕组同步发电机电流二、有阻尼绕组同步发电机电流自由分量的衰减时间常数自由分量的衰减时间常数 DfadfadfadDdRXXXXXXXXXXT第五节第五节 同步发电机的次暂态同步发电机的次暂态 参数和等效电路参数和等效电路qqQqqQQqXXTXXRXTQQQRXT三、同步发电机各电抗、电动势大小的比较三、同步发电机各电抗、电动势大小的比较qqqQqEEEEE0

39、ddddEEEE电抗电抗类型类型水轮发电机水轮发电机汽轮发电机汽轮发电机0.7-1.41.2-2.20.2-0.350.15-0.240.14-0.260.1-0.150.45-0.71.2-2.20.15-0.350.1-0.15dXdXdXqXqX第八节第八节 自动调节励磁装置对自动调节励磁装置对 短路电流的影响短路电流的影响主要是强行励磁会主要是强行励磁会对短路电流产生明对短路电流产生明显影响，其他控制显影响，其他控制由于限幅环节的作由于限幅环节的作用，对短路电流影用，对短路电流影响不大。响不大。第八节第八节 自动调节励磁装置对自动调节励磁装置对 短路电流的影响短路电流的影响 0dqm0

40、ffdffddqmacoscosee1ffdttFXEtTTTTXEiTtTt第六节第六节 同步发电机的三相短路电流同步发电机的三相短路电流diqi等效定子电流等效定子电流的完整表达式的完整表达式 aqaddesinesin11ecosecos11ecos110q00qq0q0d00dd00dd0d0qdTtTtTtTtTttXuXXuitXuXXuXXuXEi第六节第六节 同步发电机的三相短路电流同步发电机的三相短路电流aaqdde2cos2ecos2esinsin11ecoscos11ecoscos11cos00dqqd000qdqd000qq000dd000dd00d0qaTtTtTtT

41、tTttXXXXuXXXXutXXutXXutXXutXEi派克变换后定子派克变换后定子a相电流为相电流为 电力系统暂态分析电力系统暂态分析主讲：主讲： 赵书强赵书强2009-2010第二学期第二学期电力系统暂态分析电力系统暂态分析常鲜戎，赵书强电力系统暂态过程机械工业出版社常鲜戎，赵书强电力系统暂态过程机械工业出版社，20101 何仰赞、温增银电力系统分析(上、下) 华中科技大学出版社，20022 李光琦电力系统暂态分析 3版，中国电力出版社，20073 杨淑英电力系统分析复习指导与习题精解 2版，中国电力出版社.20084 杨淑英电力系统概论中国电力出版社.20075 杨淑英电力系统分析同

42、步训练中国电力出版社.2004课程内容课程内容同步发电机突然三相短路的分析同步发电机突然三相短路的分析 电力系统故障的计算机算法电力系统故障的计算机算法 电力系统运行稳定性的基本概念和电力系统运行稳定性的基本概念和各元件的机电特性各元件的机电特性电力系统的静态稳定性电力系统的静态稳定性 电力系统的暂态稳定性电力系统的暂态稳定性 第二章第二章 电路系统故障的电路系统故障的 计算机算法计算机算法 n第一节第一节 概述概述 n第二节第二节 电力系统故障计算的等效网络电力系统故障计算的等效网络n第三节第三节 对称短路计算对称短路计算n第四节第四节 简单不对称故障计算简单不对称故障计算 n第五节第五节

43、复杂故障的计算方法复杂故障的计算方法 第一节第一节 概述概述用计算机进行故障分析时，主要有以下两条基本假设：用计算机进行故障分析时，主要有以下两条基本假设：1)1)系统各元件的参数是恒定的，因而可以应用叠加原理系统各元件的参数是恒定的，因而可以应用叠加原理2) 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 三相参数是对称的三相参数是对称的商业化的计算软件：商业化的计算软件： PSASPPSASP、BPABPA第二节第二节 电力系统故障计算电力系统故障计算 的等效网络的等效网络一、系统等效网络一、系统等效网络 ( (一一) ) 等效网

44、络等效网络1.1.电源电源第二节第二节 电力系统故障计算电力系统故障计算 的等效网络的等效网络2.2.负荷负荷一般采用恒定阻抗一般采用恒定阻抗 在简化的短路故障电流计算中，在简化的短路故障电流计算中，可以不计负荷电流的影响，即可以不计负荷电流的影响，即将负荷阻抗视为无限大将负荷阻抗视为无限大 L2LLSUZ3.3.变压器非标准电压比情况下的等效电路变压器非标准电压比情况下的等效电路3.3.变压器非标准电压比情况下的等效电路变压器非标准电压比情况下的等效电路第二节第二节 电力系统故障计算电力系统故障计算 的等效网络的等效网络( (二二) ) 原始矩阵原始矩阵任何一条支路可以表示成任何一条支路可以

45、表示成电压源的形式电压源的形式 + +- -mmmmEIZU这一方程只反映了各支路特性，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，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一般称为网络的原始支路阻抗矩阵矩阵 第二节第二节 电力系统故障计算电力系统故障计算 的等效网络的等效网络mmmmmmmzzzzzzzzz212222111211Z自阻抗自阻抗互阻抗互阻抗稀疏矩阵稀疏矩阵第二节第二节 电力系统故障计算电力系统故障计算 的等效网络的等效网络任何一条支路可以表示成任何一条支路可以表示成电流源的形式电流源的形式 + +- -这一方程只反映了各支路特性，这一方程只反映了各支路

46、特性，并不反映这些支路的连接情况，并不反映这些支路的连接情况，一般称为网络的原始支路导纳一般称为网络的原始支路导纳矩阵矩阵 mmmmJUYI第二节第二节 电力系统故障计算电力系统故障计算 的等效网络的等效网络( (三三) ) 节点关联矩阵节点关联矩阵An nm m维矩阵维矩阵维矩元素：维矩元素：0 0、1 1、-1-1第二节第二节 电力系统故障计算电力系统故障计算 的等效网络的等效网络二、导纳型节点方程二、导纳型节点方程0mAIUAUTmmmmmJUYIIYU第二节第二节 电力系统故障计算电力系统故障计算 的等效网络的等效网络节点导纳矩阵的特点：节点导纳矩阵的特点： 1) 1) 节点导纳矩阵为

47、对称阵节点导纳矩阵为对称阵2) 2) 节点导纳矩阵为稀疏矩阵节点导纳矩阵为稀疏矩阵 3) 3) 网络结构变更时，节点导纳矩阵修改速度快、方便网络结构变更时，节点导纳矩阵修改速度快、方便 4) 4) 在网络节点数不变的情况下，节点导纳矩阵的结构在网络节点数不变的情况下，节点导纳矩阵的结构取决于节点编号顺取决于节点编号顺 第二节第二节 电力系统故障计算电力系统故障计算 的等效网络的等效网络ZIIYU1IYU 节点阻抗矩阵的特点：节点阻抗矩阵的特点： 1 1）一般为满阵）一般为满阵2 2）形成）形成 Z Z 阵较困难阵较困难3 3）网络结构变化时修改）网络结构变化时修改 Z Z 阵困难阵困难4 4）

48、利用）利用 Z Z 阵解算简单阵解算简单三、阻抗型节点方程三、阻抗型节点方程第三节第三节 对称短路计算对称短路计算 Uf Uf 一、叠加原理的应用一、叠加原理的应用 等效等效 第三节第三节 对称短路计算对称短路计算 Uf Uf 正常分量正常分量 故障分量故障分量 故障网络故障网络 第三节第三节 对称短路计算对称短路计算故障网络故障网络 非金属性短路，过渡阻抗非金属性短路，过渡阻抗 fzninnninniiininiIIIZZZZZZZZZUUU11i111111ZIIYU1fifGjjijiIZIZUfifiiIZUU0fifGjjijiIZIZUfffffIZUU0fffffIZUU00ff

49、fIzUfffffzZUI0第三节第三节 对称短路计算对称短路计算二、非故障处电压、电流的计算二、非故障处电压、电流的计算 fifiiIZUU0fffffzZUI000ffffifiiUzZZUU节点电压节点电压 ijjiijZUUkI变压器支路电流变压器支路电流 非变压器支路电流非变压器支路电流 ijjiijZUUI第三节第三节 对称短路计算对称短路计算对于简化计算：对于简化计算：（1 1）可不计负荷电流的影响，）可不计负荷电流的影响，（2 2）各节点电压正常分量的标幺值可近似为）各节点电压正常分量的标幺值可近似为1 1 fffififfffzZZUzZI11对称短路简化对称短路简化计算原理

50、框图计算原理框图 fffifizZZU1ffffzZI1ijjiijZUUkI第四节第四节 简单不对称故障计算简单不对称故障计算一、各序网络的电压方程式一、各序网络的电压方程式 1101111111FiFiFihFifGjjijiIZUIZIZIZU不论横向故障、纵向故障，都从故障口把不论横向故障、纵向故障，都从故障口把各序网络看成是等效的两端各序网络看成是等效的两端( (一端口一端口) )网络网络 h1h2h0第四节第四节 简单不对称故障计算简单不对称故障计算对于故障口的两个节点对于故障口的两个节点 1101FfFffIZUU 1101FhFhhIZUU 11011100111FFFFFhF

51、fFhfhfFIZUIZZUUUUU正序网络故障口的电压方程式正序网络故障口的电压方程式 i第四节第四节 简单不对称故障计算简单不对称故障计算故障口的负序、零序电压故障口的负序、零序电压 网络中任一节点的负序和零序电压网络中任一节点的负序和零序电压 000222FiFiFiFiIZUIZU 000222FFFFFFFFIZUIZU二、横向不对称故障二、横向不对称故障( (一一) )单相接地短路单相接地短路 fFFFFFFfFzZZZUI302101 0,2, 1kzUUIkijkjkikij( (二二) )两相接地短路两相接地短路 gfFFFFgfFFfFFfFFfFzzZZzzZzZzZUI

52、3230202101 102201020232323FgfFFFFfFFFFgfFFFFgfFFFIzzZZzZIIzzZZzzZI( (二二) )两相接地短路两相接地短路 fFFFFfFFzZZUII221021第四节第四节 简单不对称故障计算简单不对称故障计算三、纵向不对称故障三、纵向不对称故障( (一一) )单相断开单相断开00,0cfbbfbaIzUIzUI与两相接地短路的边界条件完全相似。因此，两相接地短路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

53、路电压的计算不同而已算，只是故障口自阻抗和开路电压的计算不同而已 ( (二二) )两相断开两相断开0, 0afacbIzUII单相接地短路的特征条件完全相似。因此，复合序网的接法以单相接地短路的特征条件完全相似。因此，复合序网的接法以及故障口各序电流的算式也同单相接地短路的一样。但需注意，及故障口各序电流的算式也同单相接地短路的一样。但需注意，横向故障和纵向故障时故障口自阻抗和开路电压是不同的横向故障和纵向故障时故障口自阻抗和开路电压是不同的 ( (三三) )串联补偿电容的非全相击穿串联补偿电容的非全相击穿第四节第四节 简单不对称故障计算简单不对称故障计算输电线路的串联补偿电容有可能输电线路的

54、串联补偿电容有可能发生单相或两相击穿，这也属于发生单相或两相击穿，这也属于纵向不对称故障。这类故障按非纵向不对称故障。这类故障按非全相断开处理比较方便全相断开处理比较方便 单相击穿单相击穿 两相击穿两相击穿 四、简单不对称故障的计算通式四、简单不对称故障的计算通式 fFFFFFFfFzZZZUI302101 gfFFFFgfFFfFFfFFfFzzZZzzZzZzZUI3230202101 fFFFFfFFzZZUII221021 101ZZUIFFFF正序电流计算通式正序电流计算通式 负序、零序负序、零序电流计算通式电流计算通式 102201020232323FgfFFFFfFFFFgfFF

55、FFgfFFFIzzZZzZIIzzZZzzZI 21FFII 102201020232323FgfFFFFfFFFFgfFFFFgfFFFIzzZZzZIIzzZZzzZI 100122FFFFIKIIKI电力系统暂态分析电力系统暂态分析主讲：主讲： 赵书强赵书强2009-2010第二学期第二学期电力系统暂态分析电力系统暂态分析常鲜戎，赵书强电力系统暂态过程机械工业出版社常鲜戎，赵书强电力系统暂态过程机械工业出版社，20101 何仰赞、温增银电力系统分析(上、下) 华中科技大学出版社，20022 李光琦电力系统暂态分析 3版，中国电力出版社，20073 杨淑英电力系统分析复习指导与习题精解

56、2版，中国电力出版社.20084 杨淑英电力系统概论中国电力出版社.20075 杨淑英电力系统分析同步训练中国电力出版社.2004课程内容课程内容同步发电机突然三相短路的分析同步发电机突然三相短路的分析 电力系统故障的计算机算法电力系统故障的计算机算法 电力系统运行稳定性的基本概念和电力系统运行稳定性的基本概念和各元件的机电特性各元件的机电特性电力系统的静态稳定性电力系统的静态稳定性 电力系统的暂态稳定性电力系统的暂态稳定性 第四章第四章 电力系统运行稳定性的基本电力系统运行稳定性的基本 概念和各元件的机电特性概念和各元件的机电特性n第一节第一节 电力系统运行稳定性的基本概念电力系统运行稳定性

57、的基本概念 n第二节第二节 同步发电机组的机电特性同步发电机组的机电特性 n第三节第三节 发电机励磁系统与原动机系统发电机励磁系统与原动机系统 数学模型数学模型 n第四节第四节 负荷特性负荷特性 第一节第一节 电力系统运行稳定性电力系统运行稳定性 的基本概念的基本概念 电力系统稳定电力系统稳定 电压稳定电压稳定 频率稳定频率稳定 功角稳定功角稳定 静态稳定（小干扰稳定）静态稳定（小干扰稳定） 暂态稳定暂态稳定 动态稳定动态稳定 机电暂态过程机电暂态过程第一节第一节 电力系统运行稳定性电力系统运行稳定性 的基本概念的基本概念 GT电网电网负荷负荷调速系统调速系统励磁系统励磁系统微分方程微分方程代

58、数方程代数方程负荷模型负荷模型第一节第一节 电力系统运行稳定性电力系统运行稳定性 的基本概念的基本概念 电力系统运行稳定性问题就是当系统在某一正常运行状态下电力系统运行稳定性问题就是当系统在某一正常运行状态下受到某种受到某种干扰干扰后，能否经过后，能否经过一定时间一定时间后回到后回到原来的运行状态原来的运行状态或者过渡到一个或者过渡到一个新的稳态运行状态新的稳态运行状态的问题。如果能够，则认的问题。如果能够，则认为系统在该正常运行状态下是稳定的。反之，若系统不能回为系统在该正常运行状态下是稳定的。反之，若系统不能回到原来的运行状态或者不能建立一个新的稳态运行状态，则到原来的运行状态或者不能建立

59、一个新的稳态运行状态，则说明系统的状态变量没有一个稳态值，而是随着时间不断增说明系统的状态变量没有一个稳态值，而是随着时间不断增大或振荡，系统是不稳定的。大或振荡，系统是不稳定的。 稳定的基本概念稳定的基本概念第一节第一节 电力系统运行稳定性电力系统运行稳定性 的基本概念的基本概念 原动机转矩原动机转矩电磁转矩电磁转矩正常运行时正常运行时 原动机转矩原动机转矩=电磁转矩电磁转矩 发电机稳定运行发电机稳定运行转子转子第一节第一节 电力系统运行稳定性电力系统运行稳定性 的基本概念的基本概念 静态稳定静态稳定：是指电力系统受到小干扰后，不发生非周期性失是指电力系统受到小干扰后，不发生非周期性失步或自

60、发振荡，自动恢复到初始运行状态的能力。步或自发振荡，自动恢复到初始运行状态的能力。暂态稳定暂态稳定：是指电力系统受到大干扰后，各同步发电机组保：是指电力系统受到大干扰后，各同步发电机组保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行状态的能力。持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行状态的能力。动态稳定：动态稳定：是指电力系统受到小的或大的干扰后，在自动是指电力系统受到小的或大的干扰后，在自动调节和控制装置的作用下，保持长过程运行稳定性的能力调节和控制装置的作用下，保持长过程运行稳定性的能力 第二节第二节 同步发电机组的机电特性同步发电机组的机电特性 一、同步发电机组转子运动方程一、同步发电机组