电力系统暂态解析bukr.docx

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1、电力系统统暂态分分析讲义Poweer SSysttem Traansiientt Annalyysiss LeectuureTeacchinng MMateeriaal：电力力系统暂暂态分析析第二二版，李李光琦编编Classs HHourr：511Appllyinng CClasss：电气工工程及其其自动化化专业220011级Teaccherr：杭乃善善目 录录绪论 1第一章 电力力系统故故障分析析的基本本知识 1第一节 概述 1第二节 标幺制制 1 第第三节 无限大大功率电电源供电电的三相相短路分分析 44第一章 小结 7第二章 同步步发电机机突然三三相短路路分析 88第一节 同同步发电电机

2、突然然三相短短路的物物理过程程及短路路电流近近似分析析 8第二节 同同步发电电机的基基本方程程、参数数和等值值电路 112第三节 应应用同步步发电机机基本方方程（拉拉氏运算算形式）分分析突然然三相短短路电流流 222第四节 自自动调节节励磁装装置对短短路电流流的影响响 37第二章 小结 37第三章 三相短短路的实实用计算算 41第一节 周周期电流流起始值值的计算算 41第二节 运运算曲线线法 466 第三节 计计算机算算法原理理 47第四章 对称分分量法及及元件的的各序参参数和等等值电路路 48第一节 对对称分量量法 488 第二节 在在不对称称故障分分析中的的应用 488第三节 同步发电电机

3、的负负序、零零序电抗抗 51第四节 异异步电机机的正、负负、零序序电抗 522第五节 变变压器的的零序电电抗和等等值电路路 52第六节 输输电线路路的零序序阻抗和和等值电电路 566第七节 零零序网络络的构成成 59第五章 不对对称短路路的分析析计算 600 第一一节 不不对称短短路时故故障处的的短路电电流和电电压 600第二节 非故障障处电流流、电压压的计算算 65第六章 稳定定性问题题概述和和各元件件的机电电特性 66第一节 概述 66第二节 同同步发电电机组的的机电特特性 677第三节 自自动调节节励磁系系统的原原理和数数学模型型 733第六章 小结 744第七章 电力力系统静静态稳定定

4、 755第一节 简单系统统的静态态稳定 75第二节 负荷的静静态稳定定 755第三节 小干扰法法分析简简单系统统的静态态稳定 755第四节 自动调节节励磁系系统对静静态稳定定的影响响 77第五节 提高静态态稳定的的措施 80第八章 电力力系统暂暂态稳定定 800第一节 暂态稳稳定概述述 800第二节 简简单系统统的暂态态稳定分分析 800第三节 自自动调节节系统对对暂态稳稳定的影影响 844第四节 提提高暂态态稳定的的措施 87复 习 877电力系统暂态解析绪论(IIntrroduuctiion)Trannsieent Anaalyssis：暂态分分析，瞬瞬变、过过渡、暂暂时物理特点点：由一一

5、个状态态（初始始状态）变变化到另另一状态态（终止止状态）的的过程分分析，数学特点点：用微微分方程程描述的的过程分分析。应用：电电力系统统设计、规规划、控控制等；第一章 电力系统统故障分分析的基基本知识识第一节 概述故障，事事故，短短路故障障：正常常运行情情况以外外的相与与相之间间或相与与地之间间的连接接。1故障障类型（电电力系统统故障分分析中） 名称 图示示 符号号 三相相短路 f（3） ff ：ffaullt 二相相短路 f（2） 单相相短路接接地 ff（1） 二相相短路接接地 ff（1。11） 一相相断线 二相相断线 形式上又又可称为为短路故故障、断断线故障障（非全全相运行行）分析方法法上

6、：不不对称故故障、对对称故障障（f（3）计算方法法上：并并联型故故障、串串联性故故障简单故障障：在电电力系统统中只发发生一个个故障。复杂故障障：在电电力系统统中的不不同地点点（两处处以上）同同时发生生不对称称故障。第二节 标幺制一 标幺幺值(PP.U.)有名值基准值 标幺值值= 二 基准准值的选选取 基基准值的的选取有有一定的的随意性性，工程程中一般般选择惯惯用值（SSB=1000MVVA、SSB=10000MMVA、UUB=UN）三相电电路中基基准值的的基本关关系 稳态态分析：， 其中：SSB：三相功功率 UUB：线电压压 IIB：星形等等值电路路中的相相电流 ZZB：单相相阻抗 短路分分析

7、中：ZB：单相相阻抗-故故障分析析中的等等值电路路计算与与稳态分分析相同同 IB：星形等等值电路路中的相相电流 UB：相电压压？三 基准准值改变变时标幺幺值的计计算 已知知以设备备本身额额定值为为基准值值的标幺幺值，求求以系统统基准值值SB、UB为基准准时的标标幺值 例如如：已知知US%，SSTN，求求在系统统基准容容量SBB时的标标幺值电电抗？ 额定定容量SSN小，则则电抗xx*（BB）大，小小机组、小小变压器器的电抗抗大； 简单单网络计计算中，选选取SBB=STNN（SN），可可减少参参数的计计算量。四变压压器联系系的不同同电压等等级电网网中元件件参数标标幺值的的计算（一）准准确计算算法I

8、IIIII 10.5/121110/6.6 选选定SBB、UB11 UB2=UUB1*1121/10.5 UB3=UUB2*66.6/1100作等值电电路： jxxG* jxTT1 jxLL jjxT22 jjxR 取基准准电压=额定电电压，可可简化计计算 变压压器电抗抗可由任任一侧计计算 线线路电抗抗就地处处理更方方便即，准确确计算法法有3种种， 阻抗抗归算法法； （阻阻抗按变变压器实实际变比比归算，简简单网络络较方便便） 就地地处理法法； （基基准电压压按变压压器实际际变比归归算，大大网络计计算较方方便） 在就就地处理理中，取取定各段段的基准准电压（不不一定按按变压器器实际变变比作基基准电

9、压压归算），则则可出现现1：kk*的理理想变压压器，然然后再将将1：kk*变压器器用形等值值电路表表示。（二） 近似计计算法 平均均额定电电压Uaav=11.055UN, 若取取SB=1000MVVA，UUB=UavvUN61035110220500Uav6.310.5537115230550ZBIB 成成为工程程中惯用用的基准准值。 假定定变压器器的变比比均为平平均额定定电压的的变比，且且取各段段基准电电压均为为相应段段的平均均额定电电压，此此时的参参数计算算称为近近似计算算法，即即有以下下简单计计算容量大，电抗小 电压越越高，电电抗越小小（电抗抗与电压压的平方方成反比比）习题1：一简单单电

10、力系系统接线线如下图图所示，取取SB=2220MVVA，UUB（1110）=115kV，试用精确法和近似法分别计算其等值电路。 GG T1 l T22 2400MW 3000MVVA 2330kmm 2800MVAA 100.5kkV 10.5/2242kkV xx=0.42/kmm 2200/1221kVV ccos=0.80 Uss%=114 Us%=144五 f、t的基准准值fB=ffN=500Hz (f*=1)B=22fB=1000特点：当当f=ffN=500Hz时时，可有有x*=LL*=II*x*E*=*sint=siint*第三节 无限限大功率率电源供供电的三三相短路路分析 无无限

11、大电电源：UUG=常数数、xG=0、=常数数一 暂态态过程分分析 本本书中的的一些下下标说明明：|0| ：故故障前瞬瞬间，相相当“电路”中的00-0 ：故障后后瞬间，相相当“电路”中的00+p或：周期分分量（pperiiod）、：频率率为的分量量 ：非非周期分分量m ：模值值（moode）M ：最最大值 （maaximmum） ：稳稳态值 （tt）无互感的的三相电电路如图图1-44：P.111 三相电电源对称称（模相相同、相相位差1120），三三相电路路对称（每每相阻抗抗Z=RR+jL）,发生三三相短路路。 称称为对称称短路。 对称短短路可仅仅取一相相分析，其其他两相相有模相相同、相相位差11

12、20的结果果。ua=Umsin(t+) 单单相等值值电路：iaR LR L短路前：短路发生生：一阶阶线性非非齐次微微分方程程 其解=特特解+齐齐次方程程的通解解 周周期分量量：ipa 非周期期分量：ia tipa ipa0 在起点点（t=0+）时刻刻即 结论：由由，短路路电流由由周期分分量和非非周期分分量组成成，较大大的周期期分量是是因电源源电势作作用于较较小的回回路阻抗抗而产生生，非周周期分量量是回路路电感中中原储存存的磁场场能量释释放而产产生，其其按回路路的时间间常数衰衰减，且且，状态态突然变变化瞬间间，电感感中合成成磁链不不突变。负载下突突然短路路，初始始状态的的相量图图 ua ipa0

13、 ia|00| 空载下突突然短路路： ua ipa0= -ia0 二短路路冲击电电流和最最大有效效值电流流（一） 短路冲击击电流短路冲击击电流：在最恶恶劣短路路情况下下的短路路电流的的最大瞬瞬时值。i对于G、TT、L：xR，iM最恶劣的的情况为为：Im|00|=00,=0ia0即空载运运行，电电压过零零瞬间冲击电流流iM出现在在短路发发生后11/2周周期，f=500Hz, t=0.01ss，即有有T/2t ip0 冲冲击系数数，冲击击电流对对周期电电流幅值值的倍数数（1kM2） 实实用中，kM=1.8 对变压器高压侧短路； kM=1.9 对机端端短路。（二） 最大有有效值电电流 有有效值 最最

14、大有效效值电流流：短路路后半个个周期时时，设该该时刻前前后一个个周期内内非周期期分量近近似不变变的电流流。根据谐波波的有效效值分析析，因iip、正交，周周期积分分=0，l iM、IIM可根据据Im（I）及kM计算，11kM2，且且实用中中kM=1.8或kM=1.9;l iM用于于动稳定定校验，IM用于热稳定校验。第一章 小结1名词词解释（117个）2概念念 暂态过程程中，因因绕组中中的磁链链不突变变，绕组组中产生生非周期期分量电电流，其其按绕组组回路时时间常数数衰减；绕组中中的周期期分量电电流由电电势和回回路阻抗抗所确定定； 工程中，短短路电流流的计算算关键在在周期分分量Im或I的计算算；3计

15、算算方法-标幺值值的换算算和准确确（稳定定）、近近似（短短路）等等值电路路 准准确方法法（稳定定） 近似似方法（短短路）1 UBB 2 SBB 1000MVAA、10000MVVA 1100MMVA、10000MVVA3 ZBB 4 G： (容量量大，电电抗小)5 T： k*=16 LL： 7tBB tBB=1/331410电力系统暂态分析第二章 同步发发电机突突然三相相短路分分析第一节 同步发电电机突然然三相短短路的物物理过程程及短路路电流近近似分析析一 空载情况况下三相相短路电电流波形形实测短路路电流波波形分析析 短路电流流包络线线中心偏偏离时间间轴，说说明短路路电流中中含有衰衰减的非非周

16、期分分量； 交流分量量的幅值值是衰减减的，说说明电势势或阻抗抗是变化化的。 励磁回路路电流也也含有衰衰减的交交流分量量和非周周期分量量，说明明定子短短路过程程中有一一个复杂杂的电枢枢反应过过程。二 定子子短路电电流和转转子回路路短路电电流 1理理想电机机 azbcacyxb ax、by、cz为定定子三相相绕组 ff为励磁磁绕组 转子子铁心中中的涡流流（隐极极机）或或闭合短短路环（凸凸极机）为为阻尼绕绕组？8：阻阻尼绕组组相当于于异步电电动机的的鼠笼绕绕组，在在同步发发电机中中起什么么作用？2基本本物理概概念 转子以0的转速速旋转，主主磁通0交链定定子abbc绕组组，即三三相绕组组的磁通通如式（

17、22-2） 在t=00（短路路时刻）瞬瞬间，各各绕组的的磁链初初值为： 由于绕绕组中的的磁链不不突变，若若忽略电电阻，则则磁链守守恒，绕绕组中的的磁链将将保持以以上值（一）定定子短路路电流分分析1t=0（短短路后），主主磁通0继续交交链定子子绕组，则则定子回回路中须须感应电电流以产产生磁链链a II，使磁磁链守恒恒，-a0 图示为a ia|0|a02aa i 是定子子绕组中中感应电电流所产产生的磁磁链，其其中心轴轴偏离时时间轴，则则定子电电流中包包含基频频交流ii和直流流分量ii。3三相相绕组中中的直流流分量合合成为一一个空间间静止的的磁场27018090cxbazy 是是空间静静止的 当转子

18、纵纵轴与重重合时，气气隙最小小，则电电感系数数L大，需需小； 当转子纵纵轴与垂垂直时，气气隙最大大，则电电感系数数L小，需需大； 由于磁阻阻的变化化周期是是1800，所以以非周期期分量包包含2倍倍频分量量和直流流分量：（二） 励磁回回路中的的电流分分量R01 励磁电压压作用下下的依然然存在；0 是空间静止的2 定子三三相交流流产生去去磁的旋旋转磁场场R= -0, 其突突然穿越越励磁绕绕组，则则励磁绕绕组要保保持磁链链不突变变，需感感生直流流电流；3 励磁绕组组以同步步转速切切割空间间静止的的磁场，将将产生基基频交流流。 4所以，d三）阻尼尼回路电电流分量量1 磁链轴线线在d轴轴方向的的称为直直

19、轴阻尼尼绕组DD，；q2 磁链轴线线在q轴方向向的称为为交轴阻阻尼绕组组Q，；(四) 定、转转子回路路电流分分量的对对应关系系和衰减减 自由电流流分量：维持绕绕组本身身磁链不不突变而而感生的的电流，其其衰减主主要由该该绕组的的电阻所所确定； 强制电流流分量：由电势势产生的的电流。1 定、转子子回路电电流分量量的对应应关系为为：定子电流流iabcc周期分量量电流II自由分量量直流电电流i自由分量量倍频交交流i2强制电流流Iifif|00|自由分量量直流 if基频交流流ifiD自由分量量直流 iD基频交流流iDiQ自由分量量直流 iQ0基频交流流iQ2衰减减关系 定子绕组组自由分分量电流流、按定子

20、子回路时时间常数数衰减，所所以，由由静止磁磁场引起起的转子子电流、也按衰减减； 维持转子子绕组磁磁链不突突变的自自由分量量电流、起到励励磁电流流的作用用，其衰衰减变化化引起定定子周期期分量电电流由初初始的衰衰减到 的衰减远远快于，则则可认为为衰减完完毕，变变化甚少少； 定子三相相短路后后，近似似不变而而衰减到到零的过过程的衰衰减时间间常数为为，其主主要由阻阻尼绕组组的电阻阻所确定定，是衰衰减到的的过程； 衰减到零零的过程程的衰减减时间常常数为，其其主要由由励磁绕绕组的电电阻所确确定，是是衰减到到的过程程；三 短路路电流基基频交流流分量的的初始值值和稳态态值（一） 稳态值值I 稳稳态短路路时的电

21、电枢反应应 定定子绕组组电压方方程：0if|0| ufRf 即 ：同步电电抗。 （二）初初始值 1不计阻阻尼回路路时基频频交流分分量初始始值 因II产生生的电枢枢反应磁磁通所经的磁磁路为绕绕励磁绕绕组外侧侧，其对对应的电电压降为为0，则电压压方程为为f+ifif|0|ufR=R -oI f则 I为不不计阻尼尼回路时时初始基基频交流流电流-暂态电电流；为绕励磁磁绕组外外侧的定定子磁通通所对应应的电抗抗-暂态态电抗；2计及及阻尼回回路 同理可可得： I”为计计及阻尼尼回路时时初始基基频交流流电流-次暂态态电流；为绕励磁磁绕组和和阻尼绕绕组外侧侧的定子子磁通所所对应的的电抗-次暂态态电抗； 同步发电

22、电机突然然短路时时基频交交流电流流幅值变变化的原原因是：突然短短路时，转转子闭合合回路为为维持本本身磁链链不突变变而改变变了电枢枢反应磁磁通的磁磁路，使使定子绕绕组的等等值电抗抗发生了了变化。 暂态过程程中，定定子绕组组的等值值电抗为为、。二 短路路电流的的近似公公式 （一一） 基基频交流流分量电电流的近近似公式式 突然短短路过程程中，电电枢反应应引起磁磁路变化化，相应应的阻抗抗分别为为： 起始阻尼电电流衰减减完毕稳态 突然短短路过程程中，电电枢反应应引起磁磁路变化化，相应应的电流流分别为为： 起始阻尼电电流衰减减完毕稳态 突然短短路过程程中，相相应的电电流衰减减变化的的时间常常数分别别为 起

23、起始阻尼电电流衰减减完毕 ： 阻阻尼电流流衰减完完毕稳态 ：基频交流流幅值可可表示为为： (二) 全电流流的近似似公式 第二节 同步发发电机的的基本方方程、参参数和等等值电路路一基本本方程 （一一）回路路电压方方程和磁磁链方程程ifrf绕绕组模型型iaufLffzqdbcacyxbDDLaafibLbbrarbQDrcLDDrDuDiDaficLccrQuQiQLQQucubua 6绕组模模型，定定子abbc三相相绕组，励励磁绕组组ff，d轴阻尼尼绕组DDD，q轴阻尼尼绕组QQQ; 磁链正方方向在绕绕组的轴轴线上，q轴超前d轴90(发电机一般处于过激，过励状态)； 定子正电电流产生生负磁链链（

24、过激激运行，电电枢反应应为去磁磁作用）； 转子正电电流产生生正磁链链（转子子方程符符合右手手螺旋定定则）； 定子流出出正电流流，电压压为正（电电源）； 转子侧绕绕组流入入正电流流，电压压为正（负负载）；回路路电压方方程定子回回路：，正正电流产产生负磁磁链转子回路路：（负负载反电电势）绕组：绕组：用分块矩矩阵形式式简写为为：磁链链方程电感感系数分分析原理：电电感正比比于磁通通，磁通通反比于于磁阻，磁磁阻正比比于气隙隙宽度；气气隙宽度度小，电电感系数数大；气隙宽宽度大，电电感系数数小。定子子绕组的的自感系系数Laa、Lbb、Lcc 自自感，由由环绕本本绕组的的磁通所所经的磁磁路分析析。aaddda

25、ad 气气隙小，电电感大 气隙隙大，电电感小 气隙隙小，电电感大 气隙隙大，电电感小Laa 周期为为的周期期函数；27018090 Laa=ff()=ff(-) 偶函数数 理理想电机机，仅考考虑基波波性，略略去4次次及以上上高次项项， Laa=ll0+l2coss2同理 Lbb=ll0+l2coss2(-1220) Lcc=ll0+l2coss2(+1220)定子绕绕组间的的互感系系数 互互感，由由环绕（链链匝）两两相绕组组的磁通通所经磁磁路作分分析Mab27018090adddad 气隙小小，电感感大 气气隙大，电电感小 作富氏氏级数分分析，取取基波项项，得 转子各各绕组的的自感系系数 Lff=LLf LLDD=LLD LLQQ=LLQ转子各各绕组间间的互感感系数MfQ=MQff=MDQQ=MQDD=0MfD=MDff=Mr定子与与转子绕绕组间的的互感系系数 因因定子、转转子绕组组的相对对位置随随转子的的旋转而而周期变变化，所所以 Maf=mmafcoos, MaaD=mmaDcoos, MMaQ=-maQQsinn Mbf=mmafcoos(-1220), MbDD=maDDcoss(-1220), MMbQ=-maQQsinn(-1220) Mcf=mmafcoos(+1220), M