电力系统分析-学习指引概要

1、电力系统分析（2）-学习指南一、填空题：（共20分，每空1分）.发生短路的根本原因是。.无限大功率系统是指电源的 和 在故障过程中仍能保持。.己知三相短路 a 相电流为 ia = Im sin励 +a-P）+ Imsin（a-）-Im sin（a 二）e/Ta-t/Ta 则 ib=+e 。.电力系统中的任何静止元件，只要 ,其正序阻抗和导纳与负序阻抗和导纳相等。.冲击系数为冲击电流值对于 的倍数。它的大小与有关。.在负序和零序网络中，短路点的负序和零序电压分量相当于电源，因此短路点 的负序和零序电压值 ,离短路点越远，负序和零序电压 。.电力系统暂态稳定性是指电力系统受到 后，各 保持同步运行

2、并过渡到新的或者恢复到 的能力。.电力系统暂态稳定性分析的主要方法是对遭受大干扰后的 进行求 解，从而判断系统是否稳定 。.电力系统短路故障，可分为 、和。.无限大容量电源是指 相对很大、相对很小和 恒定的等效电源或等效系统。冲击电流是指 的最大瞬时值，它出现在短路发生后 周期时。.短路功率等于 同短路处的 的乘积。.无阻尼绕组同步发电机发生三相短路时，定子电流含有基频分量 和,转子电流含有。.对称分量法可以把不对称的 a、b、c三相量，分解为对称的、.正序等效原则是指在简单不对称故障中，故障点 与在故障点每一相 中接入附加阻抗，并在其后发生的三相短路时的电流 。.电力系统静态稳定性是指电力系

3、统受到小干扰后， 或者, 自动恢复到起始运行状态的能力。.无阻尼绕组同步发电机的暂态电势 与在突然短路前后 ,这是因为它正比于 0.发电机中励磁电流产生的主磁通穿过空气隙与 匝链，漏磁通 只匝链。.发电机的惯性时间常数是在发电机的转轴上施加 后,转子从停顿状 态升速到 所需要的时间。20极限切除角是指，恰好等于,系统处于稳定的极限情况， 大于这个角度切除系统故障，系统将失去稳定。.短路后 时的电流有效值最大，这一有效值我们称它为 。.标么值的近似计算与准确计算相比，是近似认为 为网络的平均额定电压。采用近似计算后发电机和变压器额定参数下的标么值只要进行 换算，即可得统一基准下的标幺值。.变压器

4、的零序阻抗和正序、负序阻抗 ,而零序激磁电抗与变 压器 密切相关。.无限大电源供电回路为纯电感电路， 若短路前空载，短路时电源电压正好过 零，短路瞬间直流分量有最大 ,且等于周期分量的 。.零序电流的通路必须以 或 为回路，否则线电流中不存在零序分量。.对单相电缆，由于每相电缆分别受到包皮的屏蔽，其零序电纳与正序 q.发生不对称故障时，计算故障电流的同步角频率周期性分量起始值时，所用 的同步发电机正序等值电路与三相短路近似计算中所采用的 。.对一个实际系统来说，给定的平衡点至少必须是 稳定的。.在发电机经典模型的简单电力系统中，稳定极限运行情况下系统所传输的功 率与功率曲线上的最大值。.短路容

5、量的定义为 ,其标幺值等于 。、简答题（每题5分，共20分）.提高电力系统小干扰稳定性的措施？.提高电力系统暂态稳定性的措施。.电力系统短路故障的危害以及短路计算的目的是什么？.若在极限切除角时切除故障，则在摇摆过程中的最大角为图中的哪个角，为 什么。P*PlM.简单电力系统的功角具有什么含义？.试述等面积定则的基本含义。.简述短路点的输入电抗与电源点对短路点转移阻抗的关系。.简单电力系统不对称短路故障时，各序电压的分布情况如何？.推导单相短路的序边界条件，并给出复合序网图。.暂态电动势有何特点？如何计算突变瞬间的暂态电动势？.无限大容量电源的含义是什么？由这样的电源供电系统三相短路时，短路电

6、流包括几种分量，有什么特点？.架空线路的正序、负序和零序参数有什么特点？三、计算题（共60分）.一 台无阻尼绕组同步发电机，已知：P =150MW,cos5N =0.85,UN =15.75KV ,xd 1.04,xq = 0.69,xd = 0.31。发电机潴载运行，试计算电动势 EQ,Eq,Eq,E. q q.电力网的元件参数如图，不计变压器及线路的并联支路，请用近似计算法求各 元件标幺值并建立网络的标么值等值电路。（Sb=15MVA）。 （12分）110/11kV10.5/121kV60kmStni=15MVAx1 =0.4, 1 / kmUk%=10.5Stn2 = 15MVAUk%=

7、10.510kV0.3kAXr%=4.图示系统发生f处发生三相短路时，计算短路电流周期分量起始值及冲击电流(kA),并求各电源对短路点的转移阻抗，各线路电抗均为0.4Q/km,长度标在图。（取 SB =250MVA ） （14 分）1000MVAXs =1.250km 110kV 20kmT 10kV250MVAUk%=10.5250MVAX”0.12.热电厂内某台发电机的参数如下：额定功率R =150MW,cos中=0.85 ,正常运行时，U =15KV ,机械转速为1500r/min, J =75d03kgm2。求正常运行时发电机储存的动能及惯性时间常数。.画出下列网络的零序等值电路图(1

8、2分).一台发电机 A额定运行参数如下：50Hz,60MW,75MVA,1500r/min,它的惯性常数 H=7.5MJ/MVA,另一台发电机 B 相应的参数为：50Hz,120MW,133.3MVA,3000r/min,4.5MJ/MV A。(1)如果这两台发电机在某电站并列运行，以100MVA为基准值，计算等效发电机的Ho(2)若与此电站相连的另一电站中运行着四台发电机，且每两台的参数与上述 发电机相同，求与无穷大母线相连的等效发电机的H。.在图示的简单系统中，己知发电机暂态电势E与无限大系统母线之间电抗及发电机向无限大系统输送功率，试计算 E,恒定时，此系统的静态稳定储备系数。 (12

9、分)EXd =1.5 U =1QfWYAP0 =0.71Q0 =0.14.已知：Ia =1/0,Ib =1/90,Ic =2/1350,试求 Ia0,Ia1,Ia2.电力网的元件参数如图，不计变压器及线路的并联支路，请用近似计算法求各 元件标幺值并建立网络的标么值等值电路。（Sb=100MVA）。（10分）110/11kV10.5/121kV30MVAStn1=31.5 MVAxd =0.125 Uk %=10.5100kmKDMStn2 =25 MVAUk %=10.5J10kV0.3kAXR %=4.计算图示系统f点发生三相短路瞬时次暂态电流有效值（kA）。（取2 15MVAXd =0.1

10、25Sb=100MVA） （14 分）121/6.60.6kAUk%=10.5xr%=1011某4极发电机，频率为50Hz,额定容量为100MVA,惯性常数为8MVs/MVA 若机械功率和电磁功率由稳定的 50MW突然增加到80MW,求转子的角加速度。10个周期后，转角和转速各变化多少？.试计算图示网络中f点发生单相接地时，短路点的短路电流（kA）及发电机 母线的a相电压（kV），发电机和变压器归算至SB=50MVA的电抗标幺值标在图中。（14 分）10.5kV115kVXt =0.105.画出下列网络的零序等值电路图（12分）.已知一简单系统发电机在正常运行时 露=34.5,发电机在正常、故

11、障和故障切除后的最大功率分别为Pim =1.77, Piim=0, Piim =1.35,试计算极限切除角(0cm = C0S0)(10 分)P)(-h - -0)- PIIM cos C.h - P11M cos C.PIIIMPiim.已知同步发电机的参数为：Xd =1.2,% =0.8凶=0.29,a =0.25,% = 0.35.要额定运行时U =1.0, I = 1.0, cos =0.8试计算在额定运行状态下同步发电机的LL l l l lEQ , Eq , Eq , E , Eq , Ed参考答案一、填空题1电气设备载流部分相与相之间或者相与地之间的绝缘遭到破坏2电压幅值，频率，

12、恒定3=ImSin（ t 1 -2 二 - ：）Im|0|Sin（二-;二-）- ImSin（： -2 二 - ：）e/T 3334三相对称5短路电流周期性分量幅值、时间常数Ta a6最高，越低7大干扰，同步电机，原来稳定运行方式8系统微分方程式9三相短路、单项短路、两项短路和两相接地短路10内阻抗，端电压11短路电流，半个12短路电流有效值，正常电压13直流分量，倍频分量，直流分量和基频分量14正序分量、负序分量、零序分量15正序电流，相等16不发生自发振荡，非周期失步17不变，暂态电抗18定子绕组、励磁绕组19额定转矩，额定转速20最大减速面积，加速面积21第一周期短路，电流最大有效值22

13、额定电压、变压器额定标准变比23铁心结构24幅值、有效值25大地，中线26相同27相同28小干扰29相等30短路电流与故障前电压的乘积、短路电流的标幺值二、简答题（1）、采用分裂导线（2）、采用更高等级的电压线路，（3）、采用串联电容补偿 （4）、采用励磁调节器。（1）、快速切除故障和自动重合闸，（2）、发电机强行励磁，（3）、电气制动，（4）、 快速汽门控制，（5）切机、切负荷，（6）、系统解列短路电流很大，引起导体及绝缘体的严重发热而破坏，导体受到强大的电动力，也可以造成损坏。短路导致电网电压突然降低，影响用电设备正常工作。短路的 最严重危害是系统解列。另外，短路故障对通信也有影响。短路计

14、算的目的是为 发电机变电站以及整个电力系统的设计和运行提供依据。摇摆过程中最大角为63原因如果在极限切除角时切除故障，加速面积是最大的，必须使减速面积等于加速面积，如果摇摆角大于跳，系统会失去稳定性，故a为摇摆过程中最大角。具有双重意义：1、它是送端发电机电动势与受端系统电压之间的相位角2、若将受端无穷大系统看成一个内阻为零的等效发电机，则功角即可看成是送端和受端两个发电机转子之间的相对相位角。正常运行情况下，发电机的输出电功率与原动机的输入机械功率保持平衡，发生短路时，机械功率不变，输出电功率变小，使转子加速。切除故障后，输出电功 率变大，转子减速，当功角达到最大时，转子转速重新达到同步转速

15、。在加速期 间积蓄的功能增量全部耗尽，即加速面积和减速面积大小相等，即等面积等则。短路点输入电抗是指从短路点向系统中看的等效电抗，转移电抗是指经过星角变换从电源点到短路点之间的电抗负序和零序电压在网络中的分布，以短路点的有效值最大，离短路点越远越小。正序电压是在发电机处有效值最大，由发电机向短路点逐渐下降。短路点边界条件为:Ufa =IfaZf ,% =1忙=0转换成序分量有:Uf1 Uf2 Uf0复合序网图如图暂态电动势是运行参数，只能根据给定的运行状态计算出来，但无法进行实测。不论在稳态下还是暂态下，暂态电动势都不是常数，它是随运行情况不同而变化 的，只是在突变瞬间它不发生变化。计算突变瞬

16、间的暂态电动势，只须计算突变 瞬间前的暂态电动势。无限大容量电源含义是指容量相对很大，内阻抗相对很小和端电压恒定的等效电 源或等效系统。由这样的电源供电的系统三相短路时，短路电流包括周期分量， 非周期分量和倍频分量，最大的特点是周期分量不随时间变化。架空线路是静止元件，它的正序电抗等于负序电抗。由于三相架空线路中，各相 的零序电流大小相等相位相同，各相间互感磁通互相加强，故零序电抗要大于负 序电抗。三、计算题1、解：设：U=1. 0,cos、=0.85,、=31.8oI=1. -31.8oEQ=U+jxqI=1.484 23.3o；=23.3o=Eq (Xd -%)Id =1.772= 1.7

17、72 23.3oE = U jxd I=1.193 12.8o ；=12.8Eq = E cos(一 ) =1.173 2、取UBT1Uk% Sb100ST15= 0.105万=0.10515Sb=X-B2Ub15= 0.4 60 2 =0.027115T2Uk%100SBSt15= 0.105 =0.10515XR% UN1003InB102 =0.04 B. 3 0.3152 =0.10510.53、解:U av则有100ST250Sb八八250*Bt =0.4 502 =0.378uB1152SB250=X21 =0.4 202 =0.151Ub115Sb250二X3y =0.4 302

18、 =0.227XL1XL2XL3BUb迤=0.105 250 =0.1059X2XiX2X3=Xs Xli =1.2 0.378 = 1.578=XG XL2 XT =0.12 0.151 0.105-0.376= XL3 =0.227L3X1X3/A再进行Y T 变化有右侧发电机转移阻抗X 23 XX2X3cc”0.376 0.227 八=X2 X2 = 0.376 0.227 = 0.657X11.578左侧发电机转移阻抗 X13 =X1 - X3 - XX =1.578 - 0.227 - 1.578 0.227 = 2.758 X20.376期电流有效值I*=1.885,0.657 2

19、.758冲击电流 iM =2.55I* =2.55 1.855 =4.73, IB250 =1.312,3 110所以有1= 1.885 1.312 =2.47(kA)= 4.73 1.312 =6.21(kA)2Wk =/01500n = 1500则 Wm0 =2 二-60H_ WkH=SWk=925.28MWsH=5.24szt36、(1)已知：SB =100MVA, Sa =75MVA,Sb =133.3MVA,Ha =7.5MJ / MVA, Hb=4.5MJ / MVA所以等效的 H:He = HaSa HbSb =11.6235MJ/MVA Sb(2)第一个电站的等效 H为11.6

20、235MJ/MVA ,第二个电站的等效 H为2M11.6235MJ/MVA,则与无穷大母线连接的发电机等效H为H一,H 一 cH=e1 竺=7.749MJ / MVA儿什九？7、EqQX八2 px八2(U -U-) (U)=.(1 0.1415)2 (0.71 1.52_ _)=1.612Pm叱=1_J=1.0751.5PoPm P 100%1.075 -0.710.71= 51.3%Ia0 =0.195. 135o a0Ia1 =1.311 15oIa2 =0.494. -1050取Ub =U”则有XgXG%SB100=0.125 =0.417100SGN30X T1U K % SB100=

21、0.105 =0.333100St31.5XlSB100=X C= 0.4 1000.302UB1152X T2U K % Sb100=0.105 =0.42100St25XrXr% Unsb10100= -=0.040.6981003In Ub、3 0.3 10.5210、解：取UB = Uav则有 bavX二X G2Xg%SbB= 0.125100 x= 0.833G1-100SGN15X=X T2UK%显St= 0.105100=2.333T1-1007.5XL1=X l2s,二xUBt =0.4 100B1001152= 0.302X_Xr% u nSB=0.16100R1003InU

22、B.3 0.6 6.32= 1.455Xl/2,W进At Y变换有:Xti Xr2.333 1.455X T1R=0.555XT1 XT2 XR 2.333 2.333 1.455X T2RX T2 X RX T1 X T2 X R2.333 1.4552.333 2.333 1.455-0.555X T1T2X T1X T2X T1 X T2 X R2.333父2.3330 8892.333 2.333 1.455XT1RXl/ 2W0.15XT1T2VW-0.889 TOC o 1-5 h z -VAWv-0.5550.8330.5550.833rXT2R0.302X1 = 0.889-1

23、.042如图 X2 =0.555 0.833=1.388 令X3 =Xt2r =0.555X4 =Xg =0.833再进行 T Y变化有X 23X2 X3X2 X3 X41.388 0.5551.388 0.555 0.833= 0.278X 24X2 X41.388 0.833=0.417X2 X3 X41.388 0.555 0.833X 4 X30.833 0.555X 34 =43- = = 0.137X2 X3 X41.388 0.555 0.833=X . =(X1 X23)/X 24 X34 =(1.04 0.278)/0.417 0.137 =0.454短路电流标幺值为I* =- =- =2.204X、0.454所以有I=I* I B =2.204100 =20.2(kA).3 6.380-50=0.310011、由已知条件，Pa(t ：二0) =0,Pa(t . 0)由摇摆方程知3= w0 Pa2H、U(t 0) =5.89rad /s2 =5.62/sC = const, =2j(.=t)2 =6.7此发电机有4极，因此，、m = 1 . ”e2 1W(& =0.2s) =5& =5.62r/min。0.2s后，转速变为