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。8.短路电流有效值：一个周期内瞬时电流的均方根即短路电流的交流分量有效值与直流分量的平方和的平方根。短路电流的最大有效值：短路后的第一个周期内短路电流的有效值的最大值。9.短路功率：三相短路与短路点正常工作时的电压构成的三相功率。，短路功率的标幺值等于三相短路电流周期分量的标幺值Ch21.Park变换引入的原因：由于定子、转子之间存在相对运动，故其电感系数或为1倍或为2倍转子角的周期函数，故电压和磁链方程是一组变系数的微分方程。通过Park变换，定子的静止三相绕组被三个随转子旋转的等效绕组dd绕组、qq绕组、00绕组所代替，由于这些绕组之间均不存在相对运动，故在Park坐标系下的各个绕组的自感和互感均为常数，故电压和磁链方程是一组常系数的微分方程，有利于求解。2.同步发电机的稳态计算：隐级机：凸级机：，3.同步发电机的三相短路电流计算（定子基频分量）①无阻尼绕组：由于暂态电势正比于励磁绕组磁链,故Eq’在短路前后保持不变,机端短路后机端电压为U=0，暂态电流（电流基频分量的起始值）为：②有阻尼绕组：由于次暂态电势Eq”、Ed”、E”在短路前后均保持不变，机端短路后机端电压为U=0，次暂态电流（电流基频分量的起始值）：③定子稳态电流，如果励磁调节器没有动作，则qE与短路前相等。4.同步发电机的三相短路暂态过程电磁暂态过程中：绕组磁链守恒产生自由直流分量，电磁感应产生的为自由交流分量①定子绕组电流：1.基频稳态分量：由转子稳态直流分量生成，不衰减。2.基频暂态分量：包含暂态分量（以衰减）、d轴次暂态分量（以衰减）、q轴次暂态分量（以衰减）。3.直流暂态分量和倍频暂态分量：为了保持短路前定子绕组的磁链，产生恒定的静止磁链，以衰减②励磁绕组电流：1.直流稳态分量分量：由外施励磁电压产生2.直流暂态分量：由于短路后定子基频电流增大，为了抵制电枢反应磁场在励磁绕组交链产生磁链，维持励磁绕组的磁链不变而产生。（以衰减）3.基频分量：定子直流电流产生磁场与转子相对运动而产生（以衰减）③D绕组电流：1.直流暂态分量：为维持直轴阻尼绕组的磁链不变而产生（以衰减）2.基频暂态分量：定子直流电流产生磁场与转子相对运动而产生（以衰减）④Q绕组电流：1.直流暂态分量：为维持交轴阻尼绕组的磁链不变而产生（以衰减）2.基频暂态分量：定子直流电流产生磁场与转子相对运动而产生（以衰减）5.全电流表达式：(有阻尼绕组a相)6.abc基频交流～dq0直流，abc直流～dq0基频交流，abc倍频交流～dq0基频交流。7.为什么要引入暂态电势Eq’、Eq”、Ed”、E”？答：不计阻尼回路时，Eq’为暂态电动势，它与励磁绕组磁链Ψf有关，故在扰动前后瞬间不变，可用来计算短路后瞬间的基频交流分量。当计及阻尼回路时，Eq”为q轴次暂态电动势，由于其正比于f绕组磁链和D绕组磁链的线性组合，可用来计算短路后瞬间基频d轴次暂态电流初始值，Ed”为d轴次暂态电动势，用来计算基频q轴次暂态电流初始值，Ch31.在对电网三相对称短路的起始次暂态电流进行实用计算时，采用等值法与采用叠加法的主要不同之处有哪些？答：等值法与叠加法的主要不同之处有：短路前的电气量求取：等值法要求出各个电源点的次暂态电势E”，而叠加法要求出短路点开路电压以及待求量的正常分量。网络化简：等值法针对有源网络求取各个电源对短路点的转移电抗，而叠加法针对无源网络求取整个网络对短路点的等值电抗。最后，等值法对有源网络直接求取其它待求量，而叠加法对无源网络求取其它待求量的故障分量且要加上正常分量。2.任一时刻短路电流计算（交流分量的有效值）：运算曲线法。计算步骤：①制定短路后系统的等值电路（略去电阻、并联支路以及负荷）；②网络变换化简求取各个等值发电机对短路点的转移电抗；（可合并远离短路点的同类型电源）③将转移电抗转化为计算电抗。（无限大电源不需要）。④查运算曲线求得各个电源的短路电流的标幺值。（无限大电源的短路电流为转移电抗的倒数）⑤将查得的短路电流标幺值按电源基准容量以及平均电压转换为有名值后相加。3.计算机求解法步骤：①先作潮流计算，求节点电压和支路电流的正常分量；②列写节点导纳矩阵方程，并在f节点注入单位电流，求解线性方程，得到f列的阻抗矩阵元素。③用f点的自阻抗元素求故障点次暂态电流。④用节点i与f点之间的互阻抗元素，求节点i的节点电压的故障分量；⑤合并节点电压的正常分量和故障分量得到短路后的实际节点电压；⑥求得各个支路的次暂态电流。4.电源的转移电抗是指消去中间节点后电源与短路点直接连接的电抗，运算电抗是指转移电抗归算为以该电源发电机额定容量为基准容量后的值。网络对短路点的等值电抗是指所有电源对短路点转移阻抗的并联。运算曲线：以运算电抗xjs为横坐标，不同时刻t的短路电流It为纵坐标，制成的关系曲线It=f(xjs,t)。5.合并电源条件：1.电源的类型和参数相同2.电源距短路点的电气距离基本相同，一般合并远离短路点的同类型电源。6.短路计算较正常的潮流计算的等值网络的区别：近似实用计算中，短路计算可不计及负荷、不计实际变比、不计线路电阻和电纳等，甚至假设短路前为空载运行，各点电压标幺值为1。7.自阻抗定义：为除点i外其它节点的注入电流为0，i节点电压与i注入电流的比值：互阻抗定义：为i节点注入电流其它节点注入电流为0，j节点电压值与i节点注入电流的比值：8.三相短路实用计算中，同步发电机如何等值？在什么情况下应该将异步电动机（综合负荷）作为电源看待？答：三相短路实用计算中，同步发电机可用直轴次暂态电抗，而电动势采用次暂态电势。另外在不及负荷时也可假设全网空载，全部电动势均为1且同相位。对于距离短路点较远的电源可设为无穷大电源（取额定电压）。距离短路点较近的大中型异步电动机，必须计及短路后倒送短路电流，作为电源看待。Ch41.各个电网元件的正、负、零序阻抗①旋转元件（发电机、电动机、调相机）：②静止磁耦合元件（输电线、变压器）：③静止无磁耦合元件（电抗器、电容器）：2.变压器的零序漏抗与正序、负序漏抗相等，而零序激磁电抗与变压器的铁心结构密切相关。零序等效电路与外电路的连接有关，与变压器三相绕组连接形式及中性点是否接地有关。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，各相零序电流大小相等、相位相同，各相间互感磁通相互加强，故零序电抗要大于正序电抗。3.对称分量法：在三相对称网络中出现局部不对称情况时，分析其三相不对称电气量时，将三相不对称量分解变换为三组对称对称分量（正序、零序、负序）。对称分量法实质是叠加法，只适用于线性系统中。4.对称分量法求解步骤：①画出各个序网；②求出各序网对故障点的等值阻抗；③列出边界条件或采用复合序网求得“基准相”的3个序电压和序电流；④求得各相电压和电流。复合序网：正、负、零三序网络根据由各序电压电流分量表示的边界条件连接后形成的网络。5.单回架空输电线各序阻抗比较：由于三相零序电流同相位和大小，另外二相的互感使每相等值电感增大（即增磁作用），故单回线路的零序电抗一般为正序电抗3倍左右。双回架空输电线：双回线路之间的互感对零序电流有助磁作用，使得其零序阻抗增大。有架空地线时的零序阻抗：：架空地线对线路是去磁作用，使得线路零序阻抗减小。6.零序网的绘制方法：按故障点来画出零序电源，即在故障点加零序电压，查明零序电流可以流过的通路作为画出零序网的依据，来作出零序网络。Ch51.不对称故障短路的电流、电压比较：记忆：阻抗增大，短路电流减小，电压升高；数值对称性。2.正序等效定则：简单不对称短路的短路点电流正序分量，与在短路点每相中加入附加阻抗后，在附加阻抗后发生三相短路时的电流是等效的，且短路电流的绝对值与其正序分量的绝对值成正比。正序增广网络：简单不对称短路时，在短路点后每相串接附加阻抗后形成的网络。3.用运算曲线求取不对称短路故障处正序短路电流原理：应用正序等效定则，在短路点处每相加入附加阻抗，然后运用运算曲线法可求得附件阻抗后三相短路的任意时刻t时的短路电流即不对称短路的短路点电流的正序电流。4.电网内各序电压的变化规律：①正序电压：从电源点到短路点正序电压逐渐降低，由于故障处正序电流越大，正序电压损耗就大，按正序电压降低按严重程度从高到低分别为：①三相短路②二相短路接地③二相短路④单相接地。②负序电压：从短路点到电源点负序电压逐渐降低，在发电机中性点上负序电压降到零，且有二相短路的故障点的负序电压最大。③零序电压：从短路点开始到变压器，其零序电压逐渐降低，在变压器侧零序电压降到0。5.非全相运行：电力系统中一相断线或