电力系统分析- 学习指南概要

1、电力系统分析（2）-学习指南一、填空题：供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 i = I sin（t+ag） + I sin（a中）-1 sin（aSw/%a mml0l101 m则 ib=+e-t/Tao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 保持同步运行并过渡到

2、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。11.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、三序量。 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统受到小干扰后

3、，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E在突然短路前后，这是因为q它正比于。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。 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。 变压器的零序阻抗和正序、负序阻抗，而零序激磁

4、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。短路容量的定义为，其标幺值等于。二、简答题（每题5分，共20分）提高电力

5、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。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 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

6、无阻尼绕组同步发电机，已知：P = 150MW ,cos 5 = 0.85” =15.75KV,工 1.04,工=0.69,尤=0.31。发电机满载NNNdqd运行，试计算电动势Eq, E ,E,E .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）10.5/121kV110/11kV60kmStn1=15mvAUk%=10.5气=0.4。/kmSTN2=15MVAUk%=10.510kV0.3kAX r%=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

7、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）1000MVAX =1.250km 110kV 20km30km._/fjTT 10kV-WHS）250MVA 250mvaUk%=10.5 Xd=0,12热电厂内某台发电机的参数如下：额定功率P =150MW,cos = 0.85，正常运行时，U = 15KV，机械转速为 1500,/min, J = 75x103kgm2。求正常运行时发电机储存的动能及惯性时间常数。5.画出下列网络的零序等值电路图（12分）p 36.一台发电机A额定运行参数如下：50Hz,60MW,75MVA,1500r/mi

8、n,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/MVA。（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H。（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。7.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 分）X = 1.5P = 0.710Q0 = 0.14已知：I = 1Z0o,I = 1Z-

9、 90o,I = 2Z135o,试求I ,I ,Iabca 0 al a 2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）10.5/121kV110/11kV30MVASTN1=31.5 MVA 气=0.4。/km十 0254%=10.5STN2=25 MVA4%=10.510kV0.3kAXr%=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Sb=100MVA）（14 分）无限大系统50km0.4Q/km2 x 7.5MVAG2 x15MVAX = 0.125 d121/6.60.

10、6kA* %=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？ 12.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）13.画出下列网络的零序等值电路图（12分）14.已知一简单系统发电机在正常运行时 = 34.5。，发电机在正常、故障和故障切除后的最大功率分别为七=1.77 , Pim = 0 , Pim

11、=1.35，试计算极限切除角5P （5 -5 ） + P cos5 一 P cos5 .（5 = COS-1 h0HMhHM0 ）（10 分）列膈-Pm15.已知同步发电机的参数为：工=1.2,工=0.8, % = 0.29,尤、=0.25/、= 0.35 .要额dqddq定运行时U = 1.0,1 = 1.0, COS = 0.8试计算在额定运行状态下同步发电机的E ,E ,E,E ,E ,EQ q qq d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，恒定C. ,. ,2、,2、， ,2 、一3 i = I sin（f + a兀一cp） +

12、Isin（a兀一cp ） I sin（a兀一cp）e一/Ta4三相对称 5短路电流周期性分量幅值、时间常数Ta6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2

13、6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、（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。2、（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3、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

14、据。4、摇摆过程中最大角为1。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1，系统会失去稳定性，故1为摇摆过程中最大角。5、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。6、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。在加速期 间积蓄的功能增量全部耗尽，即加

15、速面积和减速面积大小相等，即等面积等则。7、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8、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。9、短路点边界条件为：疽yf，/广/广0 转换成序分量有：U + U + U =(I +I +I ) Zfl f2 f0 f 1 f 2 f 0 ffl f 2 fO复合序网图如图10、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

16、变化 的，只是在突变瞬间它不发生变化。计算突变瞬间的暂态电动势，只须计算突变 瞬间前的暂态电动势。11、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。12、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=1/0o,cos8= 0.85, 8 =31.8oI=1Z-31.8oE =U+jx I=1.484/23.3o

17、 = 23.3oE = E +（七-x ）I. = 1.772E = 1.772Z23.3o qE = U + jx、I=1.193/12.8o& = 12.8oE = E、cos（一） = 1.173 q2、取UB =气贝1有X = UK% X SB = 0.105X 15 = 0.105T1 100 ST15X = X X 乌=0.4 X 60 xJ = 0.027LU21152BX =栏箜 X 七=0.105 X = 0.105T2XR100_ X % =100STU SXN X B 二0 U2NB15=0.0410 x J3 x 0.3x 15 = 0.10510.523、解：XT取U

18、二B_ U%100=Ug则有Sx =0.105 xS250 _2500.105TX = X X 乩=0.4 X 50 X -5 = 0.378L1 1 U21152BL22U2BSXL3 = X3 X -B- = 0.4BXi1152250X 30 X=0.2271152有X = X + X = 1.2 + 0.378 = 1.578X = X + X + X = 0.12 + 0.151 + 0.105 = X3 = XL3 = 0.227A. AV V V11v V VX = X X SB = 0.4 X 20 X 250 = 0.151.X30.376再进行Y T 变化有右侧发电机转移阻

19、抗X = X + X + 言3 = 0.376 + 0.227 + 0“376 * 0.227 = 0.657 TOC o 1-5 h z 2322 X11.578左侧发电机转移阻抗 X = X + X + X = 1.578 + 0.227 + 技78 * 0.227 = 2.7581313X20.376期电流有效值I=1.885,11+0.657 2.758250冲击电流 iM = 2.55I* = 2.55 x 1.855 = 4.73, IB = 3 成=1.312I = 1.885 x 1.312 = 2.47(kA) 所以有i = 4.73 x 1.312 = 6.21(kA)4、

20、JW2m0n = 1500,则 w = 2兀空00m 060H=WSW =925.28MWsH=5.24s5、zt36、(1)已知：SB = 100MVA, S = 75MVA,以=133.3MVA, H = 1.5MJ / MVA,气=4.5MJ / MVA 所以等效的 H:H = Ha + HS = 11.6235MJ/MVA。 SB第一个电站的等效H为11.6235MJ/MVA，第二个电站的等效H为2 x 11.6235MJ/MVA,则与无穷大母线连接的发电机等效H为HHH=哉 =7.749MJ / MVAH1+H 27、XU + 空)2 + (M )2 . UU:冬5 )2 + (H

21、)2;111.612=F = 1.075X 亍 1.5 d乙PP x 100% = L075 0.71 = 51.3%P00.718、=0.195/135oIa 0I = 1.311/15o a1I = 0.494Z- 105o9、XT1=Uav则有g-% x ； = 0.125 x 100 = 0.417100 S30u % snxf = 0.105 x = 0.333ST31.5XT2X x MU2BU %100=0.4 x 100 x = 0.3021152X %100 xS100 x = 0.105 x = 0.42S25UNS10100 x = 0.04 x x= 0.698U2亳

22、x 0.3 10.5 2B1010、解:XG1XT1XL1XR=XG2XT2XL2X %100Uav则有X：% 100 x sGNU % S土 = 0.125 x 四=0.83315xf = 0.105 x = 2.333ST7.5SX xfU2BUx ,N侦31N=0.4 x 100 x = 0.3021152S 6100 x B = 0.1 x xU2m3 x 0.6 6.3 2B=1.455XT1RXT2RXT1T2X x XXT1 * +XrXT2 X XRXT1 + XT2 + XRXT1 X Xt2Xt1 + X+ X2.333 x 1.455 =0.555 2.333 + 2.3

23、33 +1.4552.333 x 1.455=0.5552.333 + 2.333 +1.4552.333 x 2.333= 0.8892.333 + 2.333 +1.455T2 RXl/2XT1T2XT1RA A A ,V V V0.555-Wv-0.8330.150.8890.5550.833WvXaT2R0.302+ 0.889 = 1.04 2=0.555 + 0.833 = 1.388如图X2令X = X = 0.555X4 = XG = 0.833X34X2再进行 Y变化有X x XX2 +2X3 +3X4X xX,X +2X +4XX xX.X2 +X +3X4X23X 24X

24、341.388 x 0.555=0.2781.388 + 0.555 + 0.8331.388 x 0.833=0.417 1.388 + 0.555 + 0.8330.833 x 0.555 =0.137 1.388 + 0.555 + 0.833n Xz = (X + X23)/X24 + X34 = (1.04 + 0.278)/0.417 + 0.1370.45411短路电流标幺值为I = 2.204* X y0.454所以有 I = I XI = 2.204 X00= 20.2(kA)* Bt3 x 6.311、由已知条件，P (t 0) = 80- 50 = 0.3 aa100由摇摆方程知8.=兰0 P2 H a&(t 0) = 5.89rad / s2 = 5.62 /s。8. = const8 = 2 8. (At )2 = 6.7o此发电机有4极，因此，A8 =1A8 m 2 eA8 (At = 0.2s) = -A8.At = 5.62r/min。2 e0.2 s 后，转速变为(1500+5.6) =1505.6r/min12、解.发电机电抗：X1 = X2 = 0.125变压器电抗X1