1、電力系統(tǒng)暫態(tài)分析,暫態(tài)分析，瞬變、過渡、暫時(shí) 物理特點(diǎn)：由一個(gè)狀態(tài)（初始狀態(tài)）變化到另一狀態(tài)（終止?fàn)顟B(tài)）的過程分析， 數(shù)學(xué)特點(diǎn)：用微分方程描述的過程分析。 應(yīng)用：電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、規(guī)劃、控制等。,緒 論,第一章 電力系統(tǒng)故障分析的基本知識(shí),本章的主要內(nèi)容是簡(jiǎn)單介紹電力系統(tǒng)產(chǎn)生故障的原因、故障的種類、故障的分類、故障的危害、短路計(jì)算的目的。,介紹標(biāo)幺制在故障分析中的應(yīng)用。,最后仔細(xì)討論無限大功率電源供電的三相短路電流分析。,目錄,第一節(jié) 故障概述 第二節(jié) 標(biāo)么制 第三節(jié) 無限大功率電源供電的三相短路電流分析,第一節(jié) 概述,故障，事故，短路故障：正常運(yùn)行情況以外的相與相之間或相與地之間的連接。 1故障

2、類型（電力系統(tǒng)故障分析中） 名稱 圖示 符號(hào), 三相短路, 二相短路,f（3） f ：fault,f（2）, 單相短路接地, 二相短路接地, 一相斷線, 二相斷線,f（1）,f（1.1）,名稱 圖示 符號(hào),發(fā)生短路故障的主要原因,雷擊等各種形式的過電壓以及絕緣材料的自然老化，或遭受機(jī)械損傷，致使載流導(dǎo)體的絕緣被損壞 不可預(yù)計(jì)的自然損壞，例如架空線路因大風(fēng)或?qū)Ь€履冰引起電桿倒塌等，或因鳥獸跨接裸露導(dǎo)體等 自然的污穢加重降低絕緣能力 運(yùn)行人員違反安全操作規(guī)程而誤操作，例如線路或設(shè)備檢修后未拆除接地線就加上電壓等。,產(chǎn)生短路的主要原因是電氣設(shè)備載流部分的相間絕緣或相對(duì)地絕緣被損壞。 如：例如架空輸電

3、線的絕緣子，電氣設(shè)備載流部分的絕緣材料在運(yùn)行中損壞，運(yùn)行人員在線路檢修后末拆除地線就加電壓等誤操作也會(huì)引起短路故障 電力系統(tǒng)的短路故障大多數(shù)發(fā)生在架空線路部分 短路對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行和電氣設(shè)備有很大的危害：,1、短路電流值大大增加，短路點(diǎn)的電弧有可能燒壞電氣設(shè)備，短路電流通過電氣設(shè)備中的導(dǎo)體時(shí)，其熱效應(yīng)會(huì)引起導(dǎo)體或其絕緣的損壞。 2、導(dǎo)體也會(huì)受到很大的電動(dòng)力的沖擊，致使導(dǎo)體變形，甚至損壞。 3、短路還會(huì)引起電網(wǎng)中電壓降低，特別是靠近短路點(diǎn)處的電壓下降得最多，結(jié)果可能使部分用戶的供電受到破壞。,4、破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定，引起大片地區(qū)停電 5、不對(duì)稱接地短路所引起的不平衡電流產(chǎn)生不平衡磁通 為了減少短

4、路對(duì)電力系統(tǒng)的危害，可以采取限制短路電流的措施：如加電抗器。 短路問題是電力技術(shù)方面的基本問題之一。 掌握短路發(fā)生以后的物理過程以及計(jì)算短路時(shí)各種運(yùn)行參量(電流、電壓等)的計(jì)算方法是非常必要的。,短路電流計(jì)算的主要目的,為選擇和校驗(yàn)各種電氣設(shè)備的機(jī)械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性提供依據(jù)。為此，計(jì)算短路沖擊電流以校驗(yàn)設(shè)備的機(jī)械穩(wěn)定性，計(jì)算短路電流的周期分量以校驗(yàn)設(shè)備的熱穩(wěn)定性； 為設(shè)計(jì)和選擇發(fā)電廠和變電所的電氣主接線提供必要的數(shù)據(jù) ； 為合理配置電力系統(tǒng)中各種繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置并正確整定其參數(shù)提供可靠的依據(jù)。,故障分析的分類： 形式上又可稱為短路故障、斷線故障（非全相運(yùn)行） （橫向與縱向） 分析方法上：不對(duì)

5、稱故障、對(duì)稱故障（f（3） 計(jì)算方法上：并聯(lián)型故障、串聯(lián)性故障 簡(jiǎn)單故障：在電力系統(tǒng)中只發(fā)生一個(gè)故障。 復(fù)雜故障：在電力系統(tǒng)中的不同地點(diǎn)（兩處以上）同時(shí)發(fā)生不對(duì)稱故障。,第二節(jié) 標(biāo)幺制,一 、 標(biāo)幺值 與穩(wěn)態(tài)中有所不同，故障計(jì)算時(shí)近似計(jì)算。故標(biāo)么值也是用近似計(jì)算。,二 、 基準(zhǔn)值的選取 基準(zhǔn)值的選取有一定的隨意性，工程中一般選擇慣用值（SB=100MVA、SB=1000MVA、UB=UN）,三相電路中基準(zhǔn)值的基本關(guān)系: 穩(wěn)態(tài)分析： , 其中：SB：三相功率 UB：線電壓 IB：星形等值電路中的相電流 ZB：?jiǎn)蜗嘧杩?短路分析中： ZB：?jiǎn)蜗嘧杩?故障分析中的等值電路計(jì)算與穩(wěn)態(tài)分析相同 IB：星

6、形等值電路中的相電流 UB：相電壓,電力系統(tǒng)三相電路分析中用標(biāo)幺制時(shí)，基準(zhǔn)值的選取有幾個(gè)任意給定量？為什么？ 答：有兩個(gè)任意給定量。因?yàn)橛?個(gè)變量分別為SB：三相功率; UB：線電壓; IB：星形等值電路中的相電流; ZB：?jiǎn)蜗嘧杩埂６麄冎g有二個(gè)約束方程分別為 給定二個(gè)量后，余者可由這二個(gè)方程唯一地解出。,三、基準(zhǔn)值改變時(shí)標(biāo)幺值的換算 進(jìn)行電力系統(tǒng)計(jì)算時(shí)，必須取統(tǒng)一的基準(zhǔn)值。 若已知以設(shè)備本身額定值為基準(zhǔn)值的標(biāo)幺值X*(N)，求以系統(tǒng)基準(zhǔn)值SB、UB為基準(zhǔn)時(shí)的標(biāo)幺值X*(B). 例如：已知US%，STN，求在系統(tǒng)基準(zhǔn)容量SB時(shí)的標(biāo)幺值電抗？,額定容量SN小，則電抗x*（B）大，小機(jī)組、小變

7、壓器的電抗大； 簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)計(jì)算中，選取SB=STN（SN），可減少參數(shù)的計(jì)算量。,四、變壓器聯(lián)系的不同電壓等級(jí)電網(wǎng)中各元件參數(shù)標(biāo)么值的計(jì)算,用標(biāo)么值計(jì)算時(shí)，也就是在各元件參數(shù)的有名值歸算到同一個(gè)電壓等級(jí)后，在此基礎(chǔ)上選定統(tǒng)一的基準(zhǔn)值求各元件參數(shù)的標(biāo)么值的。 下面分別介紹準(zhǔn)確計(jì)算法和一種近似計(jì)算法。短路電流計(jì)算一般采用近似計(jì)算法。,(一)準(zhǔn)確計(jì)算法,假設(shè)在圖中己選定第1段作為基本段，其它各段的參數(shù)均向這一段歸算，然后選擇功率基準(zhǔn)值相電壓基淮值分別為SB和UB1。其他各段的基準(zhǔn)電壓分別為：UB2=UB1*121/10.5； UB3=UB2*6.6/110 作等值電路：,取基準(zhǔn)電壓=額定電壓，可簡(jiǎn)化計(jì)

8、算,變壓器電抗可由任一側(cè)計(jì)算,線路電抗就地處理更方便,即，準(zhǔn)確計(jì)算法有3種， 阻抗歸算法； （阻抗按變壓器實(shí)際變比歸算，簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)較方便） 就地處理法； （基準(zhǔn)電壓按變壓器實(shí)際變比歸算，大網(wǎng)絡(luò)計(jì)算較方便） 在就地處理中，取定各段的基準(zhǔn)電壓（不一定按變壓器實(shí)際變比作基準(zhǔn)電壓歸算），則可出現(xiàn)1：k*的理想變壓器，然后再將1：k*變壓器用形等值電路表示。,（二） 近似計(jì)算法 平均額定電壓Uav=1.05UN, 若取SB=100MVA，UB=Uav,成為工程中慣用的基準(zhǔn)值。,假定變壓器的變比均為平均額定電壓的變比，且取各段基準(zhǔn)電壓均為相應(yīng)段的平均額定電壓，此時(shí)的參數(shù)計(jì)算稱為近似計(jì)算法，即有以下簡(jiǎn)單計(jì)算：

9、,容量大，電抗小,第三節(jié) 無限大功率電源供電的三相短路分析,本節(jié)將分析圖所示的簡(jiǎn)單三相電路中發(fā)生突然對(duì)稱短路的暫態(tài)過程。,在此電路中假設(shè)電源電壓幅值和頻率均為恒定。這種電源稱為無限大功率電源。這個(gè)名稱從概念上是不難理解的： （1）電源功率為無限大時(shí)，外電路發(fā)生短路(種擾動(dòng))引起的功率改變對(duì)于電源來說是微不足道的，因而電源的電壓和頻率(對(duì)應(yīng)于同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速)保持恒定； （2)無限大功率電源可以看作是由無限多個(gè)有限功率電源并聯(lián)而成，因而其內(nèi)阻抗為零，電源電壓保持恒定。,往往是以供電電源的內(nèi)阻抗與短路回路總阻抗的相對(duì)大小來判斷電源能否作為無限大功率電源。 若供電電源的內(nèi)阻抗小于短路回路總阻抗的10%

10、時(shí)，則可認(rèn)為供電電源為無限大功率電源。,一、暫態(tài)過程分析 對(duì)于前圖所示的三相電路，短路發(fā)生前，電路處于穩(wěn)態(tài),其a相的電流表達(dá)式為：,短路暫態(tài)過程的分析與計(jì)算就是針對(duì)左邊回路的。假定短路住t0s時(shí)發(fā)生，由于電路仍為對(duì)稱可以只研究其中的一相例如a相電流的瞬時(shí)值應(yīng)滿足如下微分方程：,其解=特解+齊次方程的通解,根據(jù)三相線路的對(duì)稱性：,討論,1、由上圖及公式可見。短路至穩(wěn)態(tài)時(shí)，三相中的穩(wěn)態(tài)短路電流為三個(gè)幅值相等、相角相差1200的交流電流，其幅值大小取決于電源電壓幅值和短路回路的總阻抗。從短路發(fā)生至穩(wěn)態(tài)之間的暫態(tài)過程中，每相電流還包含有逐漸衰減的直流電流，它們出現(xiàn)的物理原因是電感中電流在突然短路瞬時(shí)的

11、前后不能突變；很明顯，三相的直流電流是不相等的。,2、三相短路電流波形 由于有了直流分量，短路電流曲線便不與時(shí)間軸對(duì)稱，而直流分量曲線本身就是短路電流曲線的對(duì)稱軸。因此，當(dāng)已知短路電流曲線時(shí)，可以應(yīng)用這個(gè)性質(zhì)把直流分量從短路電流曲線中分離出來，即將短路電流曲線的兩根包絡(luò)線間的垂直線等分。,3、直流分量起始值越大短路電流瞬時(shí)值越大。 4、三相中直流電流起始值不可能同時(shí)最大或同時(shí)為零,根據(jù)前面的分析可以得出這樣的結(jié)論： 當(dāng)短路發(fā)生在電感電路中、短路前為空載的情況下直流分組電流最大，若初始相角滿足-=900，則一相(a相)短路電流的直流分量起始值的絕對(duì)值達(dá)到最大值即等于穩(wěn)態(tài)短路電流的幅值。,二、短路

12、沖擊電流和最大有效值電流 (一)短路沖擊電流 短路電流在前述最惡劣短路情況下的最大瞬時(shí)值，稱為短路沖擊電流,對(duì)于G、T、L： xR，900， 最惡劣的情況為：Im|0|=0,=0 即空載運(yùn)行，電壓過零瞬間,沖擊電流iM出現(xiàn)在短路發(fā)生后1/2周期，f=50Hz, t=0.01s，即有：,沖擊系數(shù)：,沖擊電流對(duì)周期電流幅值的倍數(shù)（1kM2）,實(shí)用中，kM=1.8 對(duì)變壓器高壓側(cè)短路； kM=1.9 對(duì)機(jī)端短路。,沖擊電流主要用于檢驗(yàn)電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的動(dòng)穩(wěn)定度。,產(chǎn)生沖擊電流的條件有三條： 1）短路前空載 2）短路時(shí)電流正處于幅值相位 3）經(jīng)過半個(gè)周期,（二） 最大有效值電流,有效值,最大有效值電

13、流：短路后半個(gè)周期時(shí)，設(shè)該時(shí)刻前后一個(gè)周期內(nèi)非周期分量近似不變的電流。根據(jù)諧波的有效值分析，因ip、i正交，周期積分=0，,有效值,近似認(rèn)為：,iM、IM可根據(jù)Im及kM計(jì)算， 1kM2，且實(shí)用中kM=1.8或kM=1.9; iM 用于動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)，IM 用于熱穩(wěn)定校驗(yàn)。,第二章 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路分析,發(fā)生短路時(shí)，作為電源的發(fā)電機(jī)的內(nèi)部也發(fā)生暫態(tài)過程，并不能保持其端電壓和頻率不變。一般講，由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的慣量較大，在分析短路電流時(shí)可以近似地認(rèn)為轉(zhuǎn)子保持同步轉(zhuǎn)速、即頻率保持恒定，但通常應(yīng)計(jì)及發(fā)電機(jī)的電磁暫態(tài)過程。,第一節(jié) 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路的物理 過程及短路電流近似分析,本節(jié)在實(shí)測(cè)的短路

14、電流波形的基礎(chǔ)上，應(yīng)用同步發(fā)電機(jī)的雙反應(yīng)原理和超導(dǎo)回路的磁鏈?zhǔn)睾阍恚瑢?duì)短路后的物理過程和短路電流的表達(dá)式作近似分析。,一、空載情況下三相短路的電流波形,實(shí)測(cè)波形： 同步發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)子有勵(lì)磁而定子回路開路即空載運(yùn)行情況下，定子三相繞組端突然三相短路后的電流波形。,實(shí)測(cè)短路電流波形分析： 短路電流包絡(luò)線中心偏離時(shí)間軸，說明短路電流中含有衰減的非周期分量； 交流分量的幅值是衰減的，說明電勢(shì)或阻抗是變化的。 勵(lì)磁回路電流也含有衰減的交流分量和非周期分量，說明定子短路過程中有一個(gè)復(fù)雜的電樞反應(yīng)過程。,同步發(fā)電機(jī)三相短路電流,實(shí)際電機(jī)繞組中都存在電阻，因此所有繞組的磁鏈都隨時(shí)間變化，形成電磁暫態(tài)過程。 周

15、期分量，其幅值將從起始次暫態(tài)電流逐漸衰減至穩(wěn)態(tài)值； 非周期分量和倍頻周期分量，它們將逐漸衰減至零。 短路電流計(jì)算一般指起始次暫態(tài)電流或穩(wěn)態(tài)短路電流計(jì)算；而其它任意時(shí)刻短路電流工頻周期分量有效值計(jì)算工程上采用運(yùn)算曲線方法。,第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的模型參數(shù),轉(zhuǎn)子上有勵(lì)磁繞組，勵(lì)磁繞組通直流電，產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)。還有直軸阻尼繞組和交軸阻尼繞組。,一、同步機(jī)特點(diǎn) 1. 轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)的。 2. 繞組是分散的。 3. 存在磁飽和現(xiàn)象。 二、假設(shè) 1. 忽略磁飽和現(xiàn)象； 2. 繞組都是對(duì)稱的，（實(shí)際制作中并不對(duì)稱）； 3. 定子磁勢(shì)在空間按正弦規(guī)律變化； 4. 忽略高次諧波（忽略溝槽的作用）。,三、電壓、電流 磁鏈

16、 路和場(chǎng) 1. 磁鏈的正方向與繞組的軸線方向相同； 2. 繞組電流方向 定子：按去磁規(guī)律來定義； 轉(zhuǎn)子：按助磁規(guī)律來定義； 3.繞組 定子：發(fā)電機(jī)規(guī)律來定義； 轉(zhuǎn)子：電動(dòng)機(jī)規(guī)律來定義。,四、同步機(jī)的電壓和磁鏈方程 1. 電壓方程 定子側(cè)： 轉(zhuǎn)子側(cè)： 直軸阻尼繞組： 交軸阻尼繞組： 所以可列出六個(gè)回路的電壓方程：,2. 磁鏈方程 同步發(fā)電機(jī)中各繞組的磁鏈?zhǔn)怯杀纠@組的自感磁鏈和其它繞組與本繞組間的互感磁鏈組合而成。它的磁鏈方程為：,3. 繞組的自感互感系數(shù) 相軸線與直軸的夾角： 1）定子繞組的自感系數(shù),2）定子繞組的互感系數(shù),3）定子與轉(zhuǎn)子的互感系數(shù),4）轉(zhuǎn)子繞組的自感系數(shù) 轉(zhuǎn)子上各繞組是隨著轉(zhuǎn)子

17、一起轉(zhuǎn)動(dòng)的，無論是凸極機(jī)還是隠極機(jī)，轉(zhuǎn)子繞組的磁路中總是不變的，即轉(zhuǎn)子各繞組的自感系數(shù)為常數(shù)，令他們表示為：,5）轉(zhuǎn)子各繞組間的互感系數(shù) 同于上述原因，它們也都是常數(shù)，而且 繞組于 、 繞組相互垂直，它們的互感為零，即：,五、Park變換 Park變換由美國工程師派克在1929年首次提出（其后不久，蘇聯(lián)學(xué)者戈列夫也獨(dú)立地完成了大致相同的工作），一般成為派克變換。 Park變換就是將 a、b 、c 的量經(jīng)過下列變換，轉(zhuǎn)換成另外三個(gè)量。例如對(duì)于電流，將 ia、ib、 ic變換成另外三個(gè)電流id、iq 、i0，分別成為定子電流的d軸分量、q軸分量、零軸分量。 有把定子繞組上的變量變換到轉(zhuǎn)子上: Pa

18、rk變換矩陣 P,磁鏈方程的坐標(biāo)變換,六、 變換的磁鏈方程 式中，xd是同步發(fā)電機(jī)的直軸同步電抗； xq是同步發(fā)電機(jī)的交軸同步電抗； x0是同步發(fā)電機(jī)的零序電抗； xf 、 xD 、 xQ分別為勵(lì)磁繞組、直軸和交軸阻尼繞組的自電抗； xad 、 xaq分別為直軸和交軸電樞反應(yīng)電抗。,七、 變換的電壓方程,由于 ， 對(duì)兩側(cè)求導(dǎo)，得： 式中，為轉(zhuǎn)子角速度，其標(biāo)么值為1+S ， S為轉(zhuǎn)差率。轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，標(biāo)么值為1 。 于是經(jīng)過派克變換后：,d、q、0坐標(biāo)下的電壓、磁鏈方程,八、同步機(jī)穩(wěn)態(tài)相量圖 穩(wěn)態(tài)下，=1（標(biāo)么值） i0=0 ， iD=iQ=0，id、iq、 if均為常數(shù)，故磁鏈d、 q

19、為常數(shù)，因此，變壓器電勢(shì) 所以 Eq為同步機(jī)的空載電勢(shì) 設(shè)： 空載電動(dòng)勢(shì)的相量應(yīng)超前勵(lì)磁主磁通相量90，即在q軸方向：,發(fā)電機(jī)定子 其中 為發(fā)電機(jī)端電壓相量， 為電流相量。,對(duì)于隠極機(jī)發(fā)電機(jī)，直軸和交軸磁阻相等，即 ，發(fā)電機(jī)電壓方程為：,第三節(jié) 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路分析,需要確定一個(gè)在短路瞬間不發(fā)生突變的電勢(shì)，用來求取短路瞬間的定子電流周期分量。 發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)模型中(空載電勢(shì)E和同步電抗Xt) ，空載電勢(shì)將隨著勵(lì)磁電流的突變而突變。 那么什么電勢(shì)在短路瞬間不會(huì)發(fā)生突變?,同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)模型 在無阻尼繞組的同步發(fā)電機(jī)中，轉(zhuǎn)子上只有勵(lì)磁繞組，與該繞組交鏈的總磁鏈在短路瞬間不能突變。因此可以給出一個(gè)

20、與勵(lì)磁繞組總磁鏈成正比的電勢(shì)Eq ，稱為 q 軸暫態(tài)電勢(shì)，對(duì)應(yīng)的同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)電抗為 Xd 不計(jì)同步電機(jī)縱軸和橫軸參數(shù)的不對(duì)稱，無阻尼繞組的同步發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型可以用暫態(tài)電勢(shì)E和暫態(tài)電抗Xd表示為,同步發(fā)電機(jī)次暫態(tài)模型 在有阻尼繞組的同步發(fā)電機(jī)中，轉(zhuǎn)子上有勵(lì)磁繞組和阻尼繞組，與它們交鏈的總磁鏈在短路瞬間不能突變。因此可以給出一個(gè)與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組和縱軸阻尼繞組總磁鏈成正比的q 軸次暫態(tài)電勢(shì) Eq，以及一個(gè)與轉(zhuǎn)子橫軸阻尼繞組總磁鏈成正比的d 軸次暫態(tài)電勢(shì)Ed，對(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)次暫態(tài)電抗分別為Xd和 Xq。,忽略縱軸和橫軸參數(shù)的不對(duì)稱時(shí)，有阻尼繞組的同步發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型可以用 次暫態(tài)電勢(shì)E和次暫態(tài)電抗 Xd表

21、示為 應(yīng)用派克方程可以準(zhǔn)確計(jì)算任意時(shí)刻短路電流，但計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜。,第三章 電力系統(tǒng)三相短路的實(shí)用計(jì)算,由于使用快速保護(hù)和高速斷路器后，工程計(jì)算在多數(shù)情況下，只要求計(jì)算短路電流基頻交流分量（以后略去基頻二字）的初始值，即次暫態(tài)電流。工程上還通用一種運(yùn)算曲線來近似計(jì)算短路后任意時(shí)刻的交流電流。 第一節(jié) 交流電流初始值計(jì)算,三相短路實(shí)用計(jì)算的假設(shè),1、電源只有 、 2、網(wǎng)絡(luò)忽略對(duì)地支路的影響 3、忽略負(fù)荷電流（相當(dāng)于電網(wǎng)空載 ） 設(shè) ， 則電力系統(tǒng)三相短路點(diǎn)短路電流等于從故障點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)中看進(jìn)去的戴維南等值阻抗的倒數(shù)：,簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)接線如下，各電力元件有關(guān)參數(shù)已標(biāo)于圖中，請(qǐng)計(jì)算空載情況下f點(diǎn)發(fā)生三相短路

22、時(shí)，短路電流周期分量起始有效值、短路沖擊電流和最大有效值電流。,例題：如下圖所示一環(huán)形電網(wǎng)，已知各元件參數(shù)為： 發(fā)電機(jī)：SN =30MVA ; UN=10.5KV ; Xd=0.2 變壓器：T1=T2=T3 , STN=30MVA , uk=10% ； 線路電抗：x=0.4/km.,若在f點(diǎn)發(fā)生三相短路，試求短路后瞬時(shí)故障點(diǎn)的短路電流以及短路短路容量。,解： (此處用變壓器低壓 側(cè)的電壓),線路正常運(yùn)行電壓為115 kV,所以其為110kV電壓等級(jí)，其平均值為115kV。,同理,短路容量:,(UN 是短路點(diǎn)所在電壓等級(jí)的平均額定電壓),短路容量標(biāo)幺值: 短路容量的標(biāo)么值等于短路電流的標(biāo)么值。,

23、第二節(jié) 應(yīng)用運(yùn)算曲線求任意時(shí)刻短路點(diǎn)的短路電流（交流分量有效值） 計(jì)算曲線：為方便工程計(jì)算，采用概率統(tǒng)計(jì)方法繪制出一種短路電流周期分量隨時(shí)間和短路點(diǎn)距離而變化的曲線。,計(jì)算曲線法：應(yīng)用計(jì)算曲線確定任意時(shí)刻短路電流周期分量有效值的方法。 計(jì)算電抗：將歸算到發(fā)電機(jī)額定容量的組合電抗的標(biāo)幺值和發(fā)電機(jī)次暫態(tài)電抗的額定標(biāo)幺值之和定義為計(jì)算電抗，并記為Xjs，即,一、運(yùn)算曲線的制定,參數(shù)：根據(jù)汽輪發(fā)電機(jī)（12200MW）、水輪發(fā)電機(jī)（12.5225MW），用誤差平方和最小為目標(biāo)，估計(jì)得標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)參數(shù)：,計(jì)算曲線法的應(yīng)用,計(jì)算曲線分為汽輪發(fā)電機(jī)和水輪發(fā)電機(jī)兩種類型 計(jì)及了負(fù)荷的影響，故在使用時(shí)可舍去系統(tǒng)中所有

24、負(fù)荷支路 在計(jì)算出以發(fā)電機(jī)額定容量為基準(zhǔn)的計(jì)算電抗后，按計(jì)算電抗和所要求的短路發(fā)生后某瞬刻t，從計(jì)算曲線或相應(yīng)的數(shù)字表格查得該時(shí)刻短路電流周期分量的標(biāo)幺值 計(jì)算曲線只作到XC=3.45為止。當(dāng)XC3.45時(shí)，表明發(fā)電機(jī)離短路點(diǎn)電氣距離很遠(yuǎn)，近似認(rèn)為短路電流的周期分量已不隨時(shí)間而變。即,應(yīng)用計(jì)算曲線法的具體計(jì)算步驟：,作等值網(wǎng)絡(luò)：選取網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)功率和基準(zhǔn)電壓（一般選取SB=100MVA, UB=Uav），計(jì)算網(wǎng)絡(luò)各元件在統(tǒng)一基準(zhǔn)下的標(biāo)幺值，發(fā)電機(jī)采用次暫態(tài)電抗，負(fù)荷略去不計(jì) 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)變換：求各等值發(fā)電機(jī)對(duì)短路點(diǎn)的轉(zhuǎn)移電抗Xik 求計(jì)算電抗：將各轉(zhuǎn)移電抗按各等值發(fā)電機(jī)的額定容量歸算為計(jì)算電抗，即：,

25、求t時(shí)刻短路電流周期分量的標(biāo)幺值： 根據(jù)各計(jì)算電抗和指定時(shí)刻t，從相應(yīng)的計(jì)算曲線或?qū)?yīng)的數(shù)字表格中查出各等值發(fā)電機(jī)提供的短路電流周期分量的標(biāo)幺值 對(duì)無限大功率系統(tǒng)，取母線電壓U*=1 計(jì)算短路電流周期分量的有名值,第四章 對(duì)稱分量法及電力系統(tǒng)元件的各序參數(shù)和等值電路,對(duì)稱分量法 對(duì)稱分量法在不對(duì)稱故障分析中的應(yīng)用 同步發(fā)電機(jī)的負(fù)序和零序電抗 異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)序和零序電抗 變壓器的零序電抗和等值電路,第一節(jié) 對(duì)稱分量法,由于每一組是對(duì)稱的，故有下列關(guān)系：,（41）,式中，,，,；,。,（42）,將4-2代入到4-1可得： 或簡(jiǎn)寫為：,上式說明三組對(duì)稱相量合成得三個(gè)不對(duì)稱相量。其逆關(guān)系為： 或?qū)憺椋?/p>

26、,（46）,結(jié)論：,說明三個(gè)不對(duì)稱的相量可以唯一地分解成為三組對(duì)稱的相量(即對(duì)稱分量)：正序分量、負(fù)序分量和零序分量。 將式（46）的變換關(guān)系應(yīng)用于基頻電流（或電壓），則有：,由上式知，只有當(dāng)三相電流之和不等于零時(shí)才有零序分量。如果三相系統(tǒng)是三角形接法，或者沒有中性線（包括以地代中線）的星形接法，三相線電流之和總為零，不可能有零序分量電流。 只有在有中性線的星形接法中才可能 ， 則中性線中的電流 ，即為三倍零序電流，如圖42所示?？梢姡阈螂娏鞅仨氁灾行跃€為通路。,第二節(jié) 對(duì)稱分量法在不對(duì)稱故障分析中的應(yīng)用,首先要說明，在一個(gè)三相對(duì)稱的元件中（例如線路、變壓器和發(fā)電機(jī)），如果流過三相正序電流，

27、則在元件上的三相電壓降也是正序的；同理，如果流過負(fù)序和零序電流，則元件上的三相電壓降也是負(fù)序的或零序的。對(duì)于三相對(duì)稱的元件，各序分量是獨(dú)立的，即正序電壓只與正序電流有關(guān)，負(fù)序、零序也是如此。下面以一回三相對(duì)稱的線路為例子說明之。,如果在線路上流過三相不對(duì)稱的電流(由于其它地方發(fā)生不對(duì)稱故障)，則雖然三相阻抗是對(duì)稱的，三相電壓降也不是對(duì)稱的。三相電壓降與三相電流有如下關(guān)系：,Zs即為電壓降的對(duì)稱分量和電流的對(duì)稱分量之間的阻抗矩陣。,式中Z (1) 、 Z (2) 、 Z (0)分別稱為此線路的正序、負(fù)序、零序阻抗。 對(duì)于靜止的元件，如線路、變壓器等，正序和負(fù)序阻抗是相等的。 對(duì)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)，正序和

28、負(fù)序阻抗是不相等的。 所以對(duì)于三相對(duì)稱的元件中的不對(duì)稱電流、電壓?jiǎn)栴}的計(jì)算，可以分解稱三組對(duì)稱的分量，分別進(jìn)行計(jì)算。由于每組分量的三相是對(duì)稱的，只需分析一相，如a相即可。,故障點(diǎn)電流、電壓的對(duì)稱分量,不對(duì)稱,將三相電流、電壓作對(duì)稱分量分解，由于三相對(duì)稱系統(tǒng)的對(duì)稱分量互不耦合,由戴維南等值，即,對(duì)稱,故障點(diǎn)的序電壓方程,是表征了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和故障前 運(yùn)行方式的序電壓方程,單相接地短路故障的相分量邊界條件：,用序分量表示為：,序電壓方程和邊界條件聯(lián)立求解,用對(duì)稱分量法分析電力系統(tǒng)的不對(duì)稱故障問題：首先要列出各序的電壓平衡方程，或者說必須求得各序?qū)收宵c(diǎn)的等值阻抗，然后結(jié)合故障處的邊界條件，即可算出故障

29、處a相的各序分量，最后求得各相的量。,序電壓方程和邊界條件的聯(lián)立求解可用復(fù)合序網(wǎng)（電路形式）表示：,應(yīng)用對(duì)稱分量法進(jìn)行電力系統(tǒng)的不對(duì)稱分析，首先必須確定系統(tǒng)中各元件的各序參數(shù) 元件的序阻抗指元件中流過某序電流時(shí)元件兩端所產(chǎn)生的序電壓降與該序電流的比值 靜止元件無論流過正序電流還是負(fù)序電流，并不改變相與相之間的磁耦合關(guān)系，其正序阻抗與負(fù)序阻抗相等；零序電抗較為復(fù)雜； 旋轉(zhuǎn)元件，各序電流流過時(shí)引起不同的電磁過程，三序電抗不相同,第三節(jié) 同步發(fā)電機(jī)的負(fù)序和零序電抗,正序阻抗： 、 、 、 、,負(fù)序阻抗：,零序阻抗：,發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)通常是不接地的，即零序電流不能通過發(fā)電機(jī)，這時(shí)發(fā)電機(jī)的等值零序阻抗為無限

30、大。,第四節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)序和零序電抗,異步電動(dòng)機(jī)等值電抗、電阻與轉(zhuǎn)差率關(guān)系曲線,突變狀態(tài)下的電抗相當(dāng) 于起動(dòng)電抗,2s的轉(zhuǎn)差，也相當(dāng)于快 速變化的起動(dòng)電抗,繞組為、Y接法，中線電流 （零序電流）=0,異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)序參數(shù)可以按轉(zhuǎn)差率為2s來確定,當(dāng)轉(zhuǎn)差率增加到一定值，特別在轉(zhuǎn)差率為12之間時(shí)，曲線變化很緩慢。 因此，異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)序參數(shù)可用s=1，即轉(zhuǎn)子制動(dòng)情況下的參數(shù)來代替， 即,變壓器是靜止的磁耦合元件，正、負(fù)序參數(shù)和等值電路完全相同 變壓器通入零序電流時(shí)，不同變壓器結(jié)構(gòu)的零序磁通磁路不同，不同繞組接線的零序電流回路不同，所以零序參數(shù)和等值電路不同。 當(dāng)在變壓器端點(diǎn)施加零序電壓時(shí)，其繞

31、組中有無零序電流，以及零序電流的大小與變壓器三相繞組的接線方式和變壓器的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。,第五節(jié) 變壓器的零序電抗和等值電路,一、雙繞組變壓器,零序電壓施加在Y、d側(cè),因在三相繞組端并聯(lián)施加零序電壓，端點(diǎn)等電位，故 ， 用阻抗表示為： 即開路。,結(jié)論1: 零序等值電路中，可不計(jì)d、Y側(cè)及其后的電路。,YN，d接法變壓器, YN側(cè)零序電流可流通; d側(cè)繞組內(nèi)零序電流相成環(huán)流, 電壓完全降落在漏抗上; d側(cè)外電路中零序電流=0; 表達(dá)以上三條的等值電路為：,結(jié)論2: YN,d 變壓器, YN側(cè)與外電路連通, d側(cè)接地, 且與外電路 斷開。,YN，y接法變壓器,YN側(cè)有零序電流，y側(cè)無零序電流通路，等

32、值電路為,YN，yn接法變壓器,II側(cè)因中性點(diǎn)接地, 提供了零序通路，等值電路為：,零序激磁電抗xm(0),對(duì)于由三個(gè)單相變壓器組成的三相變壓器組，每相的零序主磁通與正序主磁通一樣，都有獨(dú)立的鐵芯磁路，因此，零序勵(lì)磁電抗與正序的相等。對(duì)于三相四柱式（或五柱式）變壓器，零序主磁通也能在鐵芯中形成回路，磁阻很小，即零序勵(lì)磁電抗的數(shù)值很大（也即勵(lì)磁電流很?。Ｒ陨蟽煞N變壓器，在短路計(jì)算中都可以當(dāng)作xm0=，即忽略勵(lì)磁電流，認(rèn)為勵(lì)磁支路斷開。,對(duì)于三相三柱式變壓器，由于三相零序磁通大小相等，相位相同，主磁通不能在鐵芯中構(gòu)成回路，而必須經(jīng)過氣隙由油箱壁中返回，要遇到很大的磁阻，這時(shí)的勵(lì)磁電抗比正、負(fù)序等

33、值電路中的勵(lì)磁電抗小得多，在短路計(jì)算中，應(yīng)視為有限值，其值一般由實(shí)驗(yàn)方法確定，大致取,若三相五柱式，,第六節(jié) 輸電線路的零序阻抗和等值電路,正序 負(fù)序=正序 零序（34）倍正序電抗,同桿雙回線路:,例如：,第七節(jié) 零序網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成,例題：作出如下系統(tǒng)f點(diǎn)發(fā)生單相接地短路時(shí)的零序等值電路。 答：零序等值電路如下,第五章 不對(duì)稱短路的分析計(jì)算,第一節(jié) 不對(duì)稱短路時(shí)故障處的短路電流和電壓,一單相接地短路f (1),故障處短路電流和電壓的計(jì)算,即邊界條件為：,以a相為特殊相,短路電壓：,由上可知，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)（小電流系統(tǒng)）當(dāng)單相接地時(shí)，非故障相電壓升高為線電壓，所以大電流系統(tǒng)中性點(diǎn)均接地。 計(jì)算方法

34、小結(jié)： 不對(duì)稱短路計(jì)算步驟是 作各序網(wǎng)絡(luò); 求各序網(wǎng)的Z; 按短路類型邊界條件連接復(fù)合序網(wǎng); 根據(jù)歐姆定律求解; 將序分量合成為相分量。,二兩相短路fbc (2),相分量邊界條件：,序分量邊界條件：,當(dāng),三兩相短路接地f (1.1),相分量邊界條件：,序分量邊界條件：,復(fù)合序網(wǎng)：,故障相電流：,四正序增廣網(wǎng)絡(luò)（正序等效定則）,其等值電路為：,進(jìn)一步還原為正序增廣網(wǎng)絡(luò)：僅計(jì)算正序電流時(shí)，短路故障可用附加阻抗z接到正序網(wǎng)絡(luò)的故障點(diǎn)來表示。,第二節(jié) 非故障處電流、電壓的計(jì)算,非故障處電流、電壓一般不滿足邊界條件。,一.計(jì)算各序網(wǎng)中任意處各序電流、電壓,任意處各序電流、電壓的計(jì)算值是逆網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)的過程，

35、由故障點(diǎn)開始，逐段推算,N1：,N2：,N0：,正序電壓距故障點(diǎn)越近，電壓越低；距電源越近，電壓越高。 負(fù)序、零序距故障點(diǎn)越近，電壓越高。 經(jīng)變壓器后，正、負(fù)序分量得相位發(fā)生變化；零序沒有移相。 經(jīng)過變壓器繞組后，電壓，電流有所變化。,二.對(duì)稱分量經(jīng)變壓器后的相位變化,正序分量的相位關(guān)系,y,d-11組別的相位關(guān)系,零序分量的相位關(guān)系,僅有yn,yn組別的變壓器，兩側(cè)有同相的零序電流。,相分量由實(shí)際序分量合成,負(fù)序分量的相位關(guān)系,5-3 非全相運(yùn)行的分析和計(jì)算,一.基本概念,一相或兩相斷線縱向故障,二.斷線故障分析,一相斷線,相分量邊界條件：,練習(xí)： 寫出單相接地短路、兩相接地短路、兩相短路的

36、邊界條件方程，并繪制其復(fù)合序網(wǎng)。,例題：計(jì)算題 系統(tǒng)接線如圖所示，各元件參數(shù)如下： 發(fā)電機(jī)G：SN=50MVA，Xd= X(2)=0.18 變壓器T1: SN=60MVA，uk%=10.5； 變壓器T2: SN=50MVA，uk%=10.5 ; 中性點(diǎn)接地電抗為 Xn=40； 線路L=100km， X (0) = 3 X(1) ， X(1) =0.4/km。 在線路的中點(diǎn)發(fā)生單相接地短路故障，試計(jì)算： （1）短路點(diǎn)入地電流有名值。 （2）T1和T2中性點(diǎn)電壓有名值。,，,解： （1）短路點(diǎn)入地電流有名值 取,（2）T1和T2中性點(diǎn)電壓有名值 T1中性點(diǎn)電壓為f點(diǎn)零序電壓， T2中性點(diǎn)電壓為,第

37、二篇 電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過程分析,第六章 穩(wěn)定性問題概述和各元件的機(jī)電特性,第一節(jié) 概述 第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)組的機(jī)電特性 第三節(jié) 自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)的原理和數(shù)學(xué)模型,第一節(jié) 概述,穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)系統(tǒng)中并列運(yùn)行得發(fā)電機(jī)都保持相同得角速度運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)中的狀態(tài)變量保持不變。 電力系統(tǒng)的穩(wěn)定電力系統(tǒng)受到大的或微小的擾動(dòng)之后，系統(tǒng)能否恢復(fù)到原來的運(yùn)行狀態(tài)或過渡到新的運(yùn)行狀態(tài)。 暫態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)受到大的擾動(dòng)，能否恢復(fù)到原來的運(yùn)行狀態(tài)或過渡到新的運(yùn)行狀態(tài)。短路或大的發(fā)電機(jī)組突然退出運(yùn)行，狀態(tài)量發(fā)生比較大的偏移，強(qiáng)非線性問題，不能用線性化方法解決。 靜態(tài)穩(wěn)定電力系統(tǒng)受到一個(gè)微小的擾動(dòng)后，能否恢復(fù)到原來的運(yùn)行狀態(tài)，或者過渡

38、到一個(gè)新的運(yùn)行狀態(tài)，如負(fù)荷波動(dòng)，狀態(tài)偏移比較小，可以用線性化方法解決。,穩(wěn)定的概念,簡(jiǎn)單系統(tǒng)（單機(jī)無窮大系統(tǒng)）,等值電路,相量圖,當(dāng)角變化，則電流、各點(diǎn)電壓和功率變化。 當(dāng)Eq、U、不同步，角不斷變化，則電流、電壓、功率振蕩。,電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定后，繼電保護(hù)動(dòng)作，將會(huì)造成大面積停電。,在干擾（短路、切機(jī)等）影響下，Mt=Pt-Pe0,使得發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)變化。,研究方法：,1 靜態(tài)穩(wěn)定分析：自動(dòng)控制理論的方法 微分方程線性化（小干擾法） 研究線性微分方程特征根（頻域法） 2暫態(tài)穩(wěn)定分析： 非線性微分方程數(shù)值解法（時(shí)域法） 大干擾下不適合線性化,第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)組的機(jī)電特性,一、轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程,Tj

39、當(dāng)轉(zhuǎn)子受到額定轉(zhuǎn)矩作用，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速由0加到額 定轉(zhuǎn)速所用的時(shí)間。,慣性時(shí)間常數(shù)的意義,反映發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械慣性的重要參數(shù),TJ是轉(zhuǎn)子在額定轉(zhuǎn)速下的動(dòng)能的兩倍除以基準(zhǔn)功率,二、電磁轉(zhuǎn)矩ME和電磁功率PE,穩(wěn)定分析中的近似簡(jiǎn)化： 1因直流分量和負(fù)序電流對(duì)轉(zhuǎn)子繞組的平均轉(zhuǎn)矩為零，所以 不計(jì)（不計(jì)定子繞組的暫態(tài)過程）以及其諧波 不計(jì)負(fù)序電流及其諧波 只考慮產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩的正序電流的影響,2r = 0 （不計(jì)定子繞組的暫態(tài)過程，更無必要計(jì)及其衰減） 3 1,只考慮定子的正序頻電流時(shí)，電磁功率、電磁轉(zhuǎn)矩為：,（一）簡(jiǎn)單系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的功率, 簡(jiǎn)單系統(tǒng)： 一臺(tái)同步發(fā)電機(jī)與無限大容量電源組成的系統(tǒng),1.隱極機(jī)的功角

40、特性, 發(fā)電機(jī)用Eq、xd表示 ( 即假設(shè)勵(lì)磁回路電壓、電流無變化，Eq為常數(shù)）,是正弦曲線，極限功率 ，極限功率角, 發(fā)電機(jī)用Eq、xd表示 （不計(jì)阻尼時(shí)，暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)在干擾的瞬間不變，并近似認(rèn)為自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置的作用能保持Eq常數(shù), 是的函數(shù)，極限功率角, 發(fā)電機(jī)用 表示,其中，,近似計(jì)算中，往往以 代替 ，由 變化的趨勢(shì)反映的變化趨勢(shì)。, 機(jī)端電壓UG恒定(若自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置作用極強(qiáng)能保持UGC ）,2凸極機(jī)的功角特性, 發(fā)電機(jī)用Eq、xd表示 ( 即假設(shè)勵(lì)磁回路電壓、電流無變化，Eq為常數(shù)）,極限功率角90, 發(fā)電機(jī)用Eq、xd表示 （不計(jì)阻尼時(shí)，暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)在干擾的瞬間不變，并近似認(rèn)為自

41、動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置的作用能保持Eq常數(shù), 是的函數(shù)，極限功率角,(二)多機(jī)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的功率,當(dāng)發(fā)電機(jī)用 表示,導(dǎo)納角,任一臺(tái)發(fā)電機(jī)的功率角的改變，將引起全系統(tǒng)各機(jī)組電磁功率的變化。穩(wěn)定分析是全系統(tǒng)的綜合問題。,兩機(jī)系統(tǒng),三、電勢(shì)變化過程的方程式,勵(lì)磁回路電壓方程：,計(jì)及,第三節(jié) 自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)的原理和數(shù)學(xué)模型,一、主勵(lì)磁系統(tǒng),（一）直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁,(二)交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁 自并勵(lì)勵(lì)磁,副勵(lì)繞組中電流 的電磁慣性， 將按的時(shí)間常數(shù) 滯后變化，即一階慣性環(huán)節(jié)：,磁飽和現(xiàn)象用負(fù)反饋表示,（三）主勵(lì)磁機(jī)的方程和框圖,二、自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置,量測(cè)濾波：電壓互感器是具有電抗的變壓器，慣性環(huán)節(jié)電流互感器，有放大倍

42、數(shù),綜合放大、移相觸發(fā)、晶閘管輸出：取為一階慣性環(huán)節(jié),軟負(fù)反饋（PID調(diào)節(jié)）：當(dāng)變化快時(shí)調(diào)節(jié)使之變化慢些，與變化率成正比的調(diào)節(jié)，慣性微分環(huán)節(jié),綜合得：,是不包括控制方法的功能原理性框圖（傳遞函數(shù)） 勵(lì)磁系統(tǒng)傳遞函數(shù)表示了時(shí)間常數(shù)相差甚大的微分方程組,-,三、自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)的簡(jiǎn)化模型,從功能上看，自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)可簡(jiǎn)化為：當(dāng)機(jī)端電壓UG變化，按Te的時(shí)間常數(shù)以-ke UG數(shù)值調(diào)節(jié)輸出電壓Uf ，即,為便于計(jì)算，勵(lì)磁電壓用定子量（強(qiáng)制電勢(shì)）來表示：,則,第七章 電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性,第一節(jié) 簡(jiǎn)單系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性,第二節(jié) 負(fù)荷的靜態(tài)穩(wěn)定,第三節(jié) 小干擾法分析電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性,第四節(jié) 自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)

43、磁系統(tǒng)對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定的影響,第五節(jié) 多機(jī)系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性分析,第六節(jié) 提高靜態(tài)穩(wěn)定的措施,概述,電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到小干擾后，不發(fā)生自發(fā)振蕩或非周期性失步， 自動(dòng)恢復(fù)到初始運(yùn)行狀態(tài)的能力。電力系統(tǒng)幾乎時(shí)時(shí)刻刻都受到小的干擾。例如，個(gè)別電動(dòng)機(jī)的接入和切除或加負(fù)荷和減負(fù)荷；又如架空輸電線圍風(fēng)吹擺動(dòng)引起的線間距離(影響線路電抗)的微小變化；另外，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度也不是絕對(duì)均勻的、即功角也是有微小變化的。因此，電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定問題實(shí)際上就是確定系統(tǒng)的某個(gè)運(yùn)行穩(wěn)態(tài)能否保持的問題。,第一節(jié) 簡(jiǎn)單系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性,簡(jiǎn)單系統(tǒng)：?jiǎn)螜C(jī)-無窮大系統(tǒng),隱極機(jī)：,轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程：,在PT=PE的點(diǎn)，功率平衡

44、，速度不變,a、b兩點(diǎn)為功率平衡點(diǎn)， a為穩(wěn)定平衡點(diǎn)，b為不穩(wěn)定平衡點(diǎn)。, 在功角特性曲線上升段的運(yùn)行點(diǎn)是靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)，在下降段的運(yùn)行點(diǎn)是不穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。,a,a”,a,b,b”,b,功角特性曲線為：,受小擾動(dòng)后功角變化特性,靜態(tài)穩(wěn)定判據(jù)：,靜態(tài)穩(wěn)定極限點(diǎn)：,其對(duì)應(yīng)的功率稱為靜態(tài)穩(wěn)定極限功率,其對(duì)應(yīng)的功率角稱為靜態(tài)穩(wěn)定極限功率角,sl,有功功率儲(chǔ)備系數(shù)：,簡(jiǎn)單系統(tǒng)：,Psl=Pmax,例題：簡(jiǎn)單系統(tǒng)如圖，發(fā)電機(jī)保持Eq不變，運(yùn)行規(guī)程要求KP值不得小于15%，問：允許發(fā)電機(jī)輸出的最大功率為多少？,解：,第二節(jié) 負(fù)荷的靜態(tài)穩(wěn)定,本節(jié)中介紹轉(zhuǎn)矩（有功功率）的方法，類似異步機(jī)起動(dòng)的分析。 另有電壓穩(wěn)定

45、的分析方法。,第三節(jié) 小干擾法分析簡(jiǎn)單系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定,假設(shè)： 簡(jiǎn)單系統(tǒng)、簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)： 定子繞組方程可用功角特性表示 不考慮調(diào)速器和原動(dòng)機(jī)方程， PT = P0 = 常數(shù) 不考慮勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)， if = 常數(shù)，Eq恒定,一、小干擾法分析簡(jiǎn)單系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定,（一）列狀態(tài)變量偏移量的線性方程,小干擾，,，,則：,狀態(tài)方程：,矩陣形式：,（二）根據(jù)特征根判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性 系數(shù)矩陣的特征根為：,當(dāng),，,為實(shí)根，則,單調(diào)增，發(fā)電機(jī)非同期失步；,，,為一對(duì)虛根，則,等幅振蕩，發(fā)電機(jī)在阻尼,當(dāng),作用下減幅振蕩。,振蕩頻率：,固有振蕩頻率與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、運(yùn)行方式有關(guān)，大約為幾個(gè)赫芝。 靜態(tài)穩(wěn)定判據(jù)：,名詞：,稱為整步

46、功率系數(shù)，是因位移而產(chǎn)生的電磁功率,隱極機(jī)：,凸極機(jī)：,二、阻尼作用對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定的影響,阻尼功率：PD = D 與轉(zhuǎn)速變化成正比的功率；,D：阻尼系數(shù)，一般指電氣阻尼，受運(yùn)行狀態(tài)的影響,計(jì)及阻尼后的偏移量狀態(tài)方程為：,特征根：,1）D0，系統(tǒng)總是穩(wěn)定的。 2）D0時(shí)，系統(tǒng)總是不穩(wěn)定的。,第四節(jié) 自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定的影響,一按電壓偏差的比例調(diào)節(jié)勵(lì)磁 （一）列出系統(tǒng)的狀態(tài)方程 勵(lì)磁調(diào)節(jié)方程：,或：,勵(lì)磁繞組方程：, 狀態(tài)方程為,狀態(tài)變量 ，可經(jīng)關(guān)系式，將中間變量表示為狀態(tài)變量的函數(shù)，則得狀態(tài)方程為：,其中，,矩陣形式為：,框圖形式為：, 特征方程為：,（二）穩(wěn)定判據(jù)分析 分析特征根的性質(zhì)，判

47、斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性可用勞斯判據(jù)： 方程系數(shù)0，勞斯陣列的第一列0 列出勞斯陣列，作判斷,條件1：,在曲線,的上升部分,極限功率角,sl90，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)擴(kuò)大了穩(wěn)態(tài)運(yùn)行范圍。,條件2：,由于,當(dāng) ，即線路、變壓器電抗遠(yuǎn)大于發(fā)電機(jī)電抗，遠(yuǎn)距離輸電，弱聯(lián)系。,當(dāng) ，系統(tǒng)將振蕩失步。,條件3：,當(dāng) ，系統(tǒng)將非周期失步（爬行失步）。,結(jié)論： 當(dāng)以電壓偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)， ，UG不能恒定，一般認(rèn)為小擾動(dòng)時(shí)發(fā)電機(jī)工作在 Eq恒定的功角特性曲線上，即認(rèn)為具有比例式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的發(fā)電機(jī)，其Eq恒定。工程中，近似將具有比例式調(diào)節(jié)器的發(fā)電機(jī)看作恒定。,綜合,第六節(jié) 提高靜態(tài)穩(wěn)定的措施,，縮短電氣距離是提高靜態(tài)穩(wěn)定的重要思路

48、一、采用自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置 發(fā)電機(jī)裝設(shè)先進(jìn)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器相當(dāng)于縮短了發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間的電氣距離。,二、減小元件的電抗 采用分裂導(dǎo)線； 提高線路額定電壓等級(jí)； 串聯(lián)電容補(bǔ)償； 三、改善系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 加強(qiáng)系統(tǒng)聯(lián)系； 采用中間補(bǔ)償設(shè)備。,在下圖所示的電力系統(tǒng)中，已知以發(fā)電機(jī)額定容量為基準(zhǔn)的各元件的電抗和系統(tǒng)電壓標(biāo)幺值為：xd=1.8，xT1=xT2=0.25，xL=0.5，U=1.0，正常運(yùn)行時(shí)P=0.8，cos=0.8，假定發(fā)電機(jī)為隱極機(jī)，且空載電勢(shì)Eq=常數(shù)。計(jì)算正常運(yùn)行和切除一回線路后的靜態(tài)穩(wěn)定儲(chǔ)備系數(shù)，并說明其是否符合要求。,第八章 電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性,一、暫態(tài)穩(wěn)定概述 二、簡(jiǎn)單系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定分析 三、自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響 四、復(fù)雜電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算 五、提高暫態(tài)穩(wěn)定的措施,暫態(tài)穩(wěn)定概述,什么是電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性 1、大干擾 2、與運(yùn)行方式和干擾方式的關(guān)系 3、電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的校驗(yàn) 暫態(tài)穩(wěn)定分析 1、與時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān) 2、時(shí)間分段：,暫態(tài)穩(wěn)定分析：時(shí)間分段,起始：01s，保護(hù)、自動(dòng)裝置動(dòng)作，但調(diào)節(jié)系統(tǒng)作用不明顯，發(fā)電機(jī)采用 、PT 恒定模型； 中間：15s，AVR、PT的變化明顯，須計(jì)及勵(lì)磁、調(diào)速系統(tǒng)各環(huán)節(jié)； 后期：5