电力系统暂态分析第四版考试重点总结资格考试证券从业资格考试高等教育大学课件.pdf

第一章 电力系统故障分析的基础知识 1.(短路)故障 电力系统中相与相之间或相与地之间的非正常连接 类型 横向故障：短路故障；纵向故障：断线故障 危害 (1)短路时，由于回路阻抗减小及突然短路时的暂态过程，使短路电流急剧增加（短路点距发电机电气距离愈近，短路电流越大）(2)短路初期，电流瞬时值最大，将引起导体及绝缘的严重发热甚至损坏;同时电气设备的导体间将受到很大的电动力，可能引起导体或线圈变形以致损坏(3)引起电网电压降低，靠近短路点处电压下降最多，影响用户用电设备的正常工作(4)改变电网结构，引起系统中功率分布的变化，从而导致发电机输入输出功率的不平衡，可能引起并列运行的发电机失去同步，破坏系统稳定，造成系统解列，引起大面积停电（短路造成的最严重后果）(5)短路不平衡电流产生不平衡磁通，造成对通信系统的干扰 2.标幺值的计算 P6 3.无穷大功率电源 电源的电压和频率保持恒定，内阻抗为零 三相短路电流分量(1)稳态对称交流分量(2)衰减直流分量（衰减时间常数Ta=L/R，空载条件下短路角满足/时，直流分量起始值最大）短路冲击电流 iM KM Im，KM:冲击系数 KM=12 短路电流最大有效值 2MmM1-K212II；KM=1.8 时，252.1mIIM；KM=1.9 时，262.1mIIM 第二章 同步发电机突然三相短路分析 1.三相短路电流分量 定子侧：直流分量，(近似)两倍基频交流分量，基频交流分量（两个衰减时间常数，暂态Td、次暂态Td）转子侧：直流分量，基频交流分量（暂态过程中，定子绕组中基频交流分量和转子中直流分量衰减时间常数相同，定子侧直流分量和转子中基频交流分量衰减时间常数相同）2.分析中引入的物理量及其物理意义 P27-P34 3.基频交流分量初始值的推导(1)空载 P34(2)负载 P41 4.Park变换 交流量对称直流分量 将静止的 abc 三相绕组中的物理量变换为旋转的 dq0 等值绕组中的物理量 5.空载短路电流表达式 P68 式(2-131)000000002tcos112cos112tcosaadTtqdqTtqdqdqTtdqdqaexxEexxExEexExEi6.自动调节励磁装置对短路电流的影响 自动调节励磁装置的动作将会使短路电流的基频交流分量增大，但由于励磁电流的增加是一个逐步的过程，因而短路电流基频交流分量的初始值不会受到影响 第三章 电力系统三相短路电流的实用计算 1.简单系统短路电流交流分量初始值计算 P82 2.计算机计算复杂系统短路电流交流分量初始值的原理及计算过程 P95 3.转移阻抗 即消去中间节点后网形网络中电源与短路点间的连接阻抗 第四章 对称分量法及电力系统元件的各序参数和等值电路 1.对称分量法 将三组不对称电流唯一地分解成三组对称的电流来处理 正序（1）：幅值相等，相位相差 120，a 超前 b 负序（2）：幅值相等，相位与正序相反 零序（0）：幅值相位相同 021021021ccccbbbbaaaaFFFFFFFFFFFF 0a2a1a22cba1a1a111FFFaaFFF cba220a2a1a111aa1aa131FFFFFF 2.同步发电机负序电抗 x(2)发电机端点的负序电压基频分量与流入定子绕组的负序电流基频分量的比值 隐极机和有阻尼绕组的凸级机 22qdxxx无阻尼绕组凸级机qdxxx)2(同步发电机零序电抗x(0)施加在发电机端点的零序电压基频分量与流入定子绕组的零序电流基频分量的比值 dxx6.015.0)0(（异步电动机xx)2(，)0(x）3.变压器零序电抗 P115 4.输电线路的零序阻抗计算 P123（离故障点越远，负序零序电压越小 零序阻抗在计及架空地线影响后减小）5.零序等效电路（熟练）路故障纵向故障断线故障危害短路时由于回路阻抗减小及突然短路时的暂态过程使短路电流急剧增加短路点距发电机电气距离愈近短路电流越大短路初期电流瞬时值最大将引起导体及绝缘的严重发热甚至损坏同时电气设备的导体间电设备的正常工作改变电网结构引起系统中功率分布的变化从而导致发电机入出功率的不平衡可能引起并列运行的发电机失去同步破坏系统稳定造成系统解列引起大面积停电短路造成的最严重后果短路不平衡电流产生不平衡磁通造对称交流分量衰减直流分量衰减时间常数空载条件下短路角满足时直流分量起始值最大短路冲击电流冲击系数短路电流最大有效值时时第二章同步发电机突然三相短路分析三相短路电流分量定子侧直流分量近似两倍基频交流分量基第五章 不对称故障的分析计算 1.综合序网图推导 2.短路电压电流关系 (1)单相接地短路(f(1)P138 (2)两相短路(f(2)P141 (3)两相短路接地(f(1,1)P143（式 5-29，5-33 下方(1)(2)(3)）3.非故障处电流电压的计算 P152 （例 5-3，P150；例 5-6，P163）第六章 电力系统稳定性问题概述和各元件机电特性 1.功角稳定性(同步稳定性)系统的一个稳态运行方式在受到干扰后，所有发电机组经过一段过程的运动变化后仍能恢复同步运行，即机组转子之间的电角度能达到一个稳态值 分类：(1)静态稳定 电力系统受到小干扰后，不发生非周期性失步，自动恢复到初始运行状态的能力；(2)暂态稳定 电力系统受到大干扰后，各同步电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力(3)动态稳定 电力系统受到小的或大的干扰后，在自动调节和控制装置的作用下，保持长过程的运行稳定性的能力 2.同步发电机转子运动方程 P174 第七章 电力系统小干扰稳定性分析 1.小干扰稳定 电力系统受到任意小的干扰后，不发生自激振荡或单调性失步，自动恢复到原始运行状态的能力 分为静态稳定和动态稳定两种 2.简单系统静态稳定判据 发电机输出电磁功率 sincosdqExUEUIP(1)简单系统的静态稳定判据 00PPEEddP （导数ddPE称为整步功率系数，其大小可以说明发电机维持同步运行的能力，即说明静态稳定的程度）cosdqExUEddP 当小于90时，ddPE为正值，在这个范围内发电机的运行是稳定的。发电机出力越大，越接近90，其值愈小，稳定的程度愈低。当等于90时，是稳定与不稳定的分界点，称为静态稳定极限。在简单系统情况下，静态稳定极限所对应的功角正好与最大功率或称功路故障纵向故障断线故障危害短路时由于回路阻抗减小及突然短路时的暂态过程使短路电流急剧增加短路点距发电机电气距离愈近短路电流越大短路初期电流瞬时值最大将引起导体及绝缘的严重发热甚至损坏同时电气设备的导体间电设备的正常工作改变电网结构引起系统中功率分布的变化从而导致发电机入出功率的不平衡可能引起并列运行的发电机失去同步破坏系统稳定造成系统解列引起大面积停电短路造成的最严重后果短路不平衡电流产生不平衡磁通造对称交流分量衰减直流分量衰减时间常数空载条件下短路角满足时直流分量起始值最大短路冲击电流冲击系数短路电流最大有效值时时第二章同步发电机突然三相短路分析三相短路电流分量定子侧直流分量近似两倍基频交流分量基率极限的功角一致。（图 7-3，P230）(2)小干扰稳定储备系数(静态稳定储备系数)%100*00PPPKMP PM:电磁功率极限 正常运行方式下，KP应不小于 15%20%；事故后运行方式下，KP应不小于 10%3.小干扰法分析简单系统静态稳定 李雅普诺夫判断原则 (1)如果 A的所有特征值都具有负实部，该平衡点是稳定平衡点；(2)如果 A具有正实部的特征值，则该平衡点是不稳定平衡点；(3)如果 A具有实部为零的特征值，则该平衡点的稳定性不能由 A确定，称该平衡点为是临界平衡点。振荡频率 0021EqJSTf （例 7-1，P213）4.多机系统静态稳定性判据 劳斯判据 5.自动励磁调节系统对静态稳定的影响（图 7-12，P230）(1)无励磁调节时，系统静态稳定极限由0EqS确定，它与 PEq的功率极限一致；(2)当发电机装有按某运行参数偏移量调节的比例式调节器时，如果放大倍数选择合适，可以大致保持0qqEE常数。静态稳定极限由0qES确定，它与qEP的功率极限一致；(3)当发电机装有按两个运行参数偏移量调节的比例式调节器，如电流放大倍数合适，其稳定极限同样可与0qES对应，同时电压校正器也可使发电机端电压大致保持恒定；(4)在装有 PSS或强力式调节器情况下，系统稳定极限运行点可达的 PUG最大功率，对应 SUG=0。6.提高系统小干扰稳定性的措施 (发电机可能输送的功率极限愈高则实际运行的平衡点小干扰稳定性程度愈高。以单机对无限大系统的情形来看，减少发电机与系统之间的联系电抗就可以增加发电机的功率极限。从物理意义上讲，这就是加强发电机与无限大系统的电气联系。对于多机系统，加强机组之间的电气联系，即意味着缩短机组之间的电气距离，也就是减小网络中各元件的电抗)(1)采用自动调节励磁装置 相当于缩短了发电机与系统间的电气距离，从而提高了静态稳定性。(2)减小元件的电抗 a 采用分裂导线 扩大了线路的等值半径，因而降低了线路的等值电抗。（高压输电线路采用分裂导线的主要目的是为了避免输电线路的电晕损耗，同时较小的线路阻抗，缩短了机组之间和电源与负荷之间的电气距离，客观上有利于系统小干扰稳定性的提高）b 提高线路额定电压等级 ijjiijLxUUPsin 输送功率的极限与电压的平方成正比，与线路电抗成反比。提高线路额定电压等级相当于减小了线路电抗。路故障纵向故障断线故障危害短路时由于回路阻抗减小及突然短路时的暂态过程使短路电流急剧增加短路点距发电机电气距离愈近短路电流越大短路初期电流瞬时值最大将引起导体及绝缘的严重发热甚至损坏同时电气设备的导体间电设备的正常工作改变电网结构引起系统中功率分布的变化从而导致发电机入出功率的不平衡可能引起并列运行的发电机失去同步破坏系统稳定造成系统解列引起大面积停电短路造成的最严重后果短路不平衡电流产生不平衡磁通造对称交流分量衰减直流分量衰减时间常数空载条件下短路角满足时直流分量起始值最大短路冲击电流冲击系数短路电流最大有效值时时第二章同步发电机突然三相短路分析三相短路电流分量定子侧直流分量近似两倍基频交流分量基c 采用串联电容补偿 在较高电压等级的输电线路上装设串联电容以补偿线路电抗，可以提高该线路传输功率的能力以及系统的稳定性。(3)采用紧凑式输电方式 第八章 电力系统暂态稳定 1.电力系统暂态稳定 P243 指电力系统在某个运行方式下突然受到大的干扰后经过暂态过程达到新的稳定运行方式或者恢复到原来的运行状态 正常运行 故障中 故障切除后 2.等面积定则求解故障极限切除角度（例 8-1，P249）会画负序零序等值电路，会求故障点负序零序等值阻抗、附加阻抗，会求发电机与无穷大系统之间的连接阻抗 3.发电机转子运动方程数值求解过程 改进欧拉法 4.发电机节点的处理方法 看作电压源，电流源 5.能量函数 cttTIIIJEdPPTk2021 ctt 给定故障切除时间 tc，则由故障切除前的系统进行数值积分，得到（c，c），求得 Ec，如果maxccEE 则系统稳定；反之，如果maxccEE，则系统不稳定。6.提高暂态稳定性的措施 首先考虑的是减少扰动后发电机功率差额的措施(1)故障的快速切除和自动重合闸装置的应用 a 快速切除故障减小了加速面积，增加了减速面积，提高了发电机之间并列运行的稳定性;另一方面，快速切除故障也可使负荷中的电动机端电压迅速回升，减小了电动机失速的危险。b 电力系统的故障，特别是高压输电线路的故障大多是短路故障，而这些短路故障，大多数又是暂时性的，采用自动重合闸装置，提高了供电的可靠性，简单系统中重合闸成功使减速面积增加。超高压输电线路中采用单相重合闸使加速面积大大减小。(2)提高发电机输出的电磁功率 a 对发电机进行强行励磁 保证当系统发生故障而使发电机端电压低于 85%-90%额定电压时迅速而 大幅度地增加励磁，从而提高发电机电动势，增加发电机输出的电磁功率。b 电气制动 当系统发生故障后迅速地投入电阻而消耗发电机的有功功率（增大电磁功率），从而减少功率差额 c 变压器中性点经小电阻接地 变压器中性点经小电阻接地就是接地短路故障时的电气制动 d 采用柔性输电装置 快速响应特性(3)减少原动机输出的机械功率 减少过剩功率 路故障纵向故障断线故障危害短路时由于回路阻抗减小及突然短路时的暂态过程使短路电流急剧增加短路点距发电机电气距离愈近短路电流越大短路初期电流瞬时值最大将引起导体及绝缘的严重发热甚至损坏同时电气设备的导体间电设备的正常工作改变电网结构引起系统中功率分布的变化从而导致发电机入出功率的不平衡可能引起并列运行的发电机失去同步破坏系统稳定造成系统解列引起大面积停电短路造成的最严重后果短路不平衡电流产生不平衡磁通造对称交流分量衰减直流分量衰减时间常数空载条件下短路角满足时直流分量起始值最大短路冲击电流冲击系数短路电流最大有效值时时第二章同步发电机突然三相短路分析三相短路电流分量定子侧直流分量近似两倍基频交流分量基7.会画加速面积、减速面积 加速面积小于减速面积，系统稳定 路故障纵向故障断线故障危害短路时由于回路阻抗减小及突然短路时的暂态过程使短路电流急剧增加短路点距发电机电气距离愈近短路电流越大短路初期电流瞬时值最大将引起导体及绝缘的严重发热甚至损坏同时电气设备的导体间电设备的正常工作改变电网结构引起系统中功率分布的变化从而导致发电机入出功率的不平衡可能引起并列运行的发电机失去同步破坏系统稳定造成系统解列引起大面积停电短路造成的最严重后果短路不平衡电流产生不平衡磁通造对称交流分量衰减直流分量衰减时间常数空载条件下短路角满足时直流分量起始值最大短路冲击电流冲击系数短路电流最大有效值时时第二章同步发电机突然三相短路分析三相短路电流分量定子侧直流分量近似两倍基频交流分量基 重点例题习题：例题 1-2，习题 1-3-1 重要例题习题：例题 2-1、例题 2-2，习题 2-2-1 重点例题习题：例题 3-1、例题 3-2、例题 3-3、例题 3-5、习题 3-1-1、习题 3-1-3 重点例题习题：例题 5-1、5-2、5-3、5-5 重点例题习题：例题 6-1、例题 6-2、习题 6-2-2 重点例题习题：例题 7-1、习题 7-1-1 重点例题习题：例题 8-1、例题 8-2、习题 8-2-2、习题 8-2-3 路故障纵向故障断线故障危害短路时由于回路阻抗减小及突然短路时的暂态过程使短路电流急剧增加短路点距发电机电气距离愈近短路电流越大短路初期电流瞬时值最大将引起导体及绝缘的严重发热甚至损坏同时电气设备的导体间电设备的正常工作改变电网结构引起系统中功率分布的变化从而导致发电机入出功率的不平衡可能引起并列运行的发电机失去同步破坏系统稳定造成系统解列引起大面积停电短路造成的最严重后果短路不平衡电流产生不平衡磁通造对称交流分量衰减直流分量衰减时间常数空载条件下短路角满足时直流分量起始值最大短路冲击电流冲击系数短路电流最大有效值时时第二章同步发电机突然三相短路分析三相短路电流分量定子侧直流分量近似两倍基频交流分量基