电力系统暂态分析Chap1概要优秀PPT.ppt

《电力系统暂态分析Chap1概要优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力系统暂态分析Chap1概要优秀PPT.ppt（36页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、1电力系统电磁暂态分析2绪论n几个基本概念几个基本概念n电力系统：由生产、变换、输送、安排、消电力系统：由生产、变换、输送、安排、消费电能的发电机、变压器、变换器、电力线费电能的发电机、变压器、变换器、电力线路和各种用电设备（一次设备）以及测量、路和各种用电设备（一次设备）以及测量、爱护、限制、通讯等智能装置（二次设备）爱护、限制、通讯等智能装置（二次设备）组成的统一整体。组成的统一整体。n运行参量：定量地确定了系统运行状态，包运行参量：定量地确定了系统运行状态，包括功率、电压、电流、频率以及角位移等括功率、电压、电流、频率以及角位移等n元件参数：由元件物理特性确定，代表元件元件参数：由元件物

2、理特性确定，代表元件特性，干脆影响运行参量大小，包括阻抗、特性，干脆影响运行参量大小，包括阻抗、导纳、变比、时间常数和放大倍数等导纳、变比、时间常数和放大倍数等3绪论n稳态：电力系统正常的相对静止的运行状态，系统参数不变，稳态：电力系统正常的相对静止的运行状态，系统参数不变，运行参量不变或在某一均值旁边持续地以较小幅度变更运行参量不变或在某一均值旁边持续地以较小幅度变更n暂态：受扰后系统参数变更，系统从原来的稳定运行状态向暂态：受扰后系统参数变更，系统从原来的稳定运行状态向新系统参数对应的运行状态过渡的过程，运行参量可能发生新系统参数对应的运行状态过渡的过程，运行参量可能发生较大变更，例如出现

3、过电压、过电流、机组失步较大变更，例如出现过电压、过电流、机组失步n稳态与暂态的相对性：电力系统的系统参数无时无刻不在变稳态与暂态的相对性：电力系统的系统参数无时无刻不在变更，所以电力系统时刻处于暂态过程中，但假如系统参数变更，所以电力系统时刻处于暂态过程中，但假如系统参数变更较小，过渡过程中运行参量的变更很小，就称为稳态；当更较小，过渡过程中运行参量的变更很小，就称为稳态；当系统参数变更很大时（如短路时），过渡过程中运行参量变系统参数变更很大时（如短路时），过渡过程中运行参量变更大，称为暂态。更大，称为暂态。4绪论n暂态过程分类暂态过程分类n波过程波过程n与运行操作或雷击时的过电压有关，涉及

4、电与运行操作或雷击时的过电压有关，涉及电流、电压波的传播。流、电压波的传播。n波过程的计算不能用集中参数波过程的计算不能用集中参数,而要用分布而要用分布参数，过渡过程很短暂，为微秒级参数，过渡过程很短暂，为微秒级n机电暂态机电暂态n大扰动引起发电机等转动元件的输出电功率大扰动引起发电机等转动元件的输出电功率突变造成机械和电磁转矩不平衡，引起转子突变造成机械和电磁转矩不平衡，引起转子的摇摆、振荡过程称为机电过程，重点分析的摇摆、振荡过程称为机电过程，重点分析发电机转子运动规律，探讨电力系统运行的发电机转子运动规律，探讨电力系统运行的稳定性，可对一些电磁运行参量作近似假设。稳定性，可对一些电磁运行

5、参量作近似假设。n机电暂态过程既依靠于发电机电气参数机电暂态过程既依靠于发电机电气参数,也也依靠于发电机的机械参数，并且电气运行状依靠于发电机的机械参数，并且电气运行状态与机械运行状态相互关联态与机械运行状态相互关联,是一种机电联是一种机电联合的一体化的动态过程。这类过程的持续时合的一体化的动态过程。这类过程的持续时间最长间最长，为秒级（，为秒级（1-10S）5绪论n暂态过程分类暂态过程分类n电磁暂态电磁暂态n变压器、线路等静止元件短路后引起的电流、变压器、线路等静止元件短路后引起的电流、电压突变及其后在电感、电容型储能元件及电压突变及其后在电感、电容型储能元件及电阻型耗能元件中引起的过渡过程

6、称为电磁电阻型耗能元件中引起的过渡过程称为电磁过程。重点分析短路故障后网络中电流、电过程。重点分析短路故障后网络中电流、电压变更，可不计机组间角位移的变更压变更，可不计机组间角位移的变更n电磁暂态过程电磁暂态过程 主要与短路和自励磁有关，计主要与短路和自励磁有关，计算要应用磁链守恒原理算要应用磁链守恒原理,引出暂态、次暂态引出暂态、次暂态电势、电抗刚好间常数等参数电势、电抗刚好间常数等参数,据此算出各据此算出各阶段短路的起始值及衰减时间特性。持续时阶段短路的起始值及衰减时间特性。持续时间较波过程长间较波过程长，为毫秒级（，为毫秒级（10-21S）6绪论n本课程的任务本课程的任务n电力系统稳态分

7、析：电力系统稳态电力系统稳态分析：电力系统稳态运行的分析计算运行的分析计算n电力系统暂态分析：电力系统电磁电力系统暂态分析：电力系统电磁暂态过程和机电暂态过程的分析计算暂态过程和机电暂态过程的分析计算n电磁暂态过程分析又称为电力系统故障电磁暂态过程分析又称为电力系统故障分析（第一篇）分析（第一篇）n电力系统机电暂态过程分析主要探讨电电力系统机电暂态过程分析主要探讨电力系统运行的稳定性，所以又称为电力力系统运行的稳定性，所以又称为电力系统稳定性分析（其次篇）系统稳定性分析（其次篇）n高电压技术高电压技术波过程的分析计算波过程的分析计算7课程内容n电磁暂态分析的主要内容：电磁暂态分析的主要内容：n

8、电力系统故障分析的基础学问（第一电力系统故障分析的基础学问（第一章）章）n同步发电机突然三相短路分析（其次同步发电机突然三相短路分析（其次章）章）n电力系统三相短路电流的好用计算电力系统三相短路电流的好用计算（第三章）（第三章）n对称重量法与电力元件的各序参数和对称重量法与电力元件的各序参数和等值电路（第四章）等值电路（第四章）n不对称故障的分析计算（第五章）不对称故障的分析计算（第五章）8课程考试及答疑n平常成果平常成果 20n 平常作业及课堂表现平常作业及课堂表现n 出席状况出席状况 n答疑支配：答疑支配：n时间待定时间待定n地点待定地点待定n考试支配：考试支配：n 初步定在课程结束后初步

9、定在课程结束后1周内周内9教材及参考资料n李光琦，电力系统暂态分析，中国电力出版社李光琦，电力系统暂态分析，中国电力出版社n何仰赞等，电力系统分析（上册），华中理工高何仰赞等，电力系统分析（上册），华中理工高校出版社校出版社101112第一章电力系统故障分析的基础学问n第一节 故障概述n其次节 标幺制n第三节 无限大功率供电的三相短路电流分析n学时：4n本章作业：见老师个人主页13第一节 故障概述n一、短路故障一、短路故障q短路概念短路概念 一切不正常的相与相或相与地之间的连接称为短路，又叫横向故障q短路类型（短路类型（short-circuitfault）三相短路（5）两相短路（10）单相接

10、地短路（65）两相短路接地（20）f（3）f（1）f（2）f（1,1）不对称故障14第一节 故障概述n一、短路故障一、短路故障n短路缘由短路缘由n 载流部分相间绝缘或对地绝缘损坏、鸟兽跨载流部分相间绝缘或对地绝缘损坏、鸟兽跨接在袒露载流部分、气象条件恶化（大风、覆冰）接在袒露载流部分、气象条件恶化（大风、覆冰）引起倒塔、人为事故及其它缘由引起倒塔、人为事故及其它缘由n短路后果短路后果n 1.1.短路点的电弧高温使设备烧坏短路点的电弧高温使设备烧坏n 2.2.短路电流的热效应引起的温度上升加快绝缘短路电流的热效应引起的温度上升加快绝缘老化，甚至烧坏设备老化，甚至烧坏设备n 3.3.短路电流产生的

11、电动力使设备导体变形或损短路电流产生的电动力使设备导体变形或损坏坏n 4.4.引起电网中电压降低，使负荷运行稳定性破引起电网中电压降低，使负荷运行稳定性破坏坏电动机停转电动机停转n 5.5.发电机输出电磁功率的变更导致转子转矩不发电机输出电磁功率的变更导致转子转矩不平衡，可能失去同步平衡，可能失去同步n 6.6.不对称短路时出现的零序电流将对邻近通讯不对称短路时出现的零序电流将对邻近通讯线路形成干扰线路形成干扰n 7.7.不对称短路时出现的负序电流将引起旋转电不对称短路时出现的负序电流将引起旋转电机转子的附加发热机转子的附加发热15第一节 故障概述n一、短路故障一、短路故障n削减短路电流危害的

12、应对措施削减短路电流危害的应对措施n 1.1.限制短路电流的数值（限流电抗器等）限制短路电流的数值（限流电抗器等）n 2.2.限制短路电流存在的时间（继电爱护切除故限制短路电流存在的时间（继电爱护切除故障）障）n 3.3.接受继电爱护和重合闸相协作接受继电爱护和重合闸相协作n短路电流计算的意义短路电流计算的意义n 1.1.为变电站电气主接线、电气设备选择供应依为变电站电气主接线、电气设备选择供应依据据n 2.2.为限制短路电流的措施供应依据为限制短路电流的措施供应依据n 3.3.为继电爱护配置与整定计算供应依据为继电爱护配置与整定计算供应依据16第一节 故障概述n二、断线故障二、断线故障n断线

13、故障概念断线故障概念n 不正常的单相或多相断线导致的非全相运行状不正常的单相或多相断线导致的非全相运行状态，又叫纵向故障态，又叫纵向故障n断线类型（断线类型（open conductor Faultopen conductor Fault）n 一相断线一相断线 两相断线两相断线n断线缘由断线缘由n 1.1.接受分相断路器的线路发生单相短路时接受分相断路器的线路发生单相短路时单相跳闸单相跳闸n 2.2.线路一相或两相导线断开线路一相或两相导线断开n断线影响断线影响n 造成三相不对称，产生负序和零序重量，造成三相不对称，产生负序和零序重量，而负序和零序重量对电气设备和通讯有不良影响而负序和零序重量

14、对电气设备和通讯有不良影响17第一节 故障概述n三、故障的其它分类三、故障的其它分类n分析方法上：不对称故障、对称故障（分析方法上：不对称故障、对称故障（f(3)f(3)）n计算方法上：并联型故障、串联性故障计算方法上：并联型故障、串联性故障n简洁故障：在电力系统中只发生一个故障。简洁故障：在电力系统中只发生一个故障。n困难故障：在电力系统中的不同地点（两处以困难故障：在电力系统中的不同地点（两处以上）同时发生不对称故障。上）同时发生不对称故障。18其次节 标幺制n标么制标么制 （Per-Unit System Per-Unit System）n电力系统的计算有两种计算体系电力系统的计算有两种

15、计算体系 n出名制：接受有单位（出名制：接受有单位（V V、A A、W W、S S等）等）的数值（出名值）表示物理量和进行计算的的数值（出名值）表示物理量和进行计算的方法。确定单位制。方法。确定单位制。n标么制：接受没有单位的相对值（标么值）标么制：接受没有单位的相对值（标么值）表示物理量和进行计算的方法。相对单位制。表示物理量和进行计算的方法。相对单位制。19其次节 标幺制n三相星形接线系统标幺制下的基准值约束关系三相星形接线系统标幺制下的基准值约束关系ZB、YB ：单相阻抗、导纳的基准值：单相阻抗、导纳的基准值UB、IB ：线电压、线电流的基准值：线电压、线电流的基准值UB、SB ：相电压

16、和单相功率的基准值：相电压和单相功率的基准值SB：三相功率的基准值：三相功率的基准值在标幺制中三相电路的关系式类似于单相电路20其次节 标幺制n三相电气系统基准值的一般取法三相电气系统基准值的一般取法 n取线电压基准值取线电压基准值UB，一般取网络额定电压，一般取网络额定电压n取三相功率基准值取三相功率基准值SB，一般取，一般取100MVA，1000MVAn依据约束关系计算其它基准值依据约束关系计算其它基准值：n留意：留意：n全网的功率基准值唯一全网的功率基准值唯一n多电压级网络中，各级电网的电压基准值不同多电压级网络中，各级电网的电压基准值不同21其次节 标幺制n基准值变更时标幺值的换算基准

17、值变更时标幺值的换算 n 假如假如n 变压器变压器 发电机发电机n 电抗器电抗器22其次节 标幺制n多电压网络等级中元件参数标么值的计算多电压网络等级中元件参数标么值的计算 n参数归算法：先将各电压等级的出名值参数都归算参数归算法：先将各电压等级的出名值参数都归算到基本级，再除以基本级的基准值，折算为标么值。到基本级，再除以基本级的基准值，折算为标么值。n基准值归算法：先将基本级的基准值归算到各电压基准值归算法：先将基本级的基准值归算到各电压等级得到各级的基准值，再将各级未经归算的出名等级得到各级的基准值，再将各级未经归算的出名值除以各级的基准值，折算为标么值。值除以各级的基准值，折算为标么值

18、。n常用的标么值归算法：常用的标么值归算法：n选择全网统一功率基准，选择各级电网额定电压为选择全网统一功率基准，选择各级电网额定电压为各自基准电压各自基准电压n将未经归算的各级出名值除以各级的基准值，折算将未经归算的各级出名值除以各级的基准值，折算为标么值为标么值n志向变压器的变比用标幺值变比（实际变比除以基志向变压器的变比用标幺值变比（实际变比除以基准变比）表示准变比）表示n近似计算法近似计算法n假定变压器变比为各电压等级的平均额定电压之比假定变压器变比为各电压等级的平均额定电压之比n选取各电压等级的平均额定电压为基准电压选取各电压等级的平均额定电压为基准电压23其次节 标幺制（1）精确计算

19、法）精确计算法24其次节 标幺制（2）近似计算法）近似计算法25其次节 标幺制n频率、角频率、电感、时间和磁链的基准值频率、角频率、电感、时间和磁链的基准值 q一般选额定频率一般选额定频率fN为频率基准值为频率基准值q角频率的基准值角频率的基准值q电感的基准值电感的基准值q时间的基准值取同步电机转子转过一弧度所需的时间时间的基准值取同步电机转子转过一弧度所需的时间 q磁链的基准值磁链的基准值q当当=2fN=B时时下标下标s：Synchronous 26第三节 无限大功率电源的三相短路电流分析n本节一些变量下标的说明本节一些变量下标的说明n|0|0|：故障前瞬间，相当：故障前瞬间，相当“电路电路

20、”中的中的0-0-n0 0 ：故障后瞬间，相当：故障后瞬间，相当“电路电路”中的中的0+0+np p或或：周期重量（：周期重量（periodperiod）、）、：频率为：频率为的重量的重量 n ：非周期重量：非周期重量 nm m ：向量的模值（：向量的模值（modemode）nM M ：最大值：最大值 （maximummaximum）n ：稳态值：稳态值 （tt）27第三节 无限大功率电源的三相短路电流分析n无限大电源的概念无限大电源的概念n 电压和频率保持恒定的电源称为无限大功率电源电压和频率保持恒定的电源称为无限大功率电源n电源容量无限大时，外电路发生短路或其他扰动引起电源容量无限大时，外

21、电路发生短路或其他扰动引起的功率变更相对于电源容量微乎其微，故电源频率的功率变更相对于电源容量微乎其微，故电源频率（同步发电机转速）保持恒定（同步发电机转速）保持恒定n无限大功率电源可看作无限个有限功率电源并联而成，无限大功率电源可看作无限个有限功率电源并联而成，依据戴维南定理其等效内阻抗为无限个有限内阻抗的依据戴维南定理其等效内阻抗为无限个有限内阻抗的并联值，故为零。内阻抗为零使得负荷变更时其端电并联值，故为零。内阻抗为零使得负荷变更时其端电压总保持不变压总保持不变n无限大电源：无限大电源：UG=UG=常数、常数、xG=0 xG=0、=常数常数n当电源的内阻抗远远小于短路回路总阻抗当电源的内

22、阻抗远远小于短路回路总阻抗 时时(10%)(10%)，负荷变更对电源端电压和频率的影响很小，可视为不负荷变更对电源端电压和频率的影响很小，可视为不变，此时实际有限容量电源可以视为无限大功率电源变，此时实际有限容量电源可以视为无限大功率电源28n暂态过程分析暂态过程分析短路前电路处于稳定状态，ia的表达式为：其中：第三节 无限大功率电源的三相短路电流分析29第三节 无限大功率电源三相短路电流分析n暂态过程分析暂态过程分析n f点发生三相短路点发生三相短路时时n右侧回路为无源网络，右侧回路为无源网络，L中的电流不能突变，中的电流不能突变，ia、ib、ic 将从短将从短路前的数值渐渐衰减路前的数值渐

23、渐衰减到零到零n左侧每相阻抗减小，左侧每相阻抗减小，稳态电流必将增大稳态电流必将增大 n n 特解为特解为t时方程组时方程组的解，即短路达到稳的解，即短路达到稳定状态时的电流，又定状态时的电流，又称为短路电流的稳态称为短路电流的稳态重量或周期重量重量或周期重量。其解=特解+齐次方程的通解30n暂态过程分析暂态过程分析n ia短路电流的自由重量，又称为非周期短路电流的自由重量，又称为非周期重量，对应于上述微分方程的齐次微分方程的重量，对应于上述微分方程的齐次微分方程的解。解。n C为积分常数，其值为非周期重量的起始值。为积分常数，其值为非周期重量的起始值。短路后的过渡过程中短路后的过渡过程中A相

24、电流可以表示为：相电流可以表示为：n 短路前后短路前后L中的电流不能突变，所以短路前后中的电流不能突变，所以短路前后瞬间电流应相等瞬间电流应相等第三节 无限大功率电源三相短路电流分析31n暂态过程分析暂态过程分析n较大的周期重量是因电源电势作用于较小的回路阻抗较大的周期重量是因电源电势作用于较小的回路阻抗而产生，非周期重量是回路电感中原储存的磁场能量而产生，非周期重量是回路电感中原储存的磁场能量释放而产生，并按回路的时间常数衰减释放而产生，并按回路的时间常数衰减n状态突然变更瞬间，电感中合成磁链不突变状态突然变更瞬间，电感中合成磁链不突变 第三节 无限大功率电源三相短路电流分析周期重量：ipa

25、 非周期重量：ia 32n暂态过程分析暂态过程分析n三相短路电流的非周三相短路电流的非周期重量是不相等的期重量是不相等的n非周期重量的起始值非周期重量的起始值越大，短路电流的越大，短路电流的最大瞬时值越大最大瞬时值越大n短路电流的两根包络短路电流的两根包络线的垂直等分线即线的垂直等分线即为直流重量为直流重量第三节 无限大功率电源三相短路电流分析33第三节 无限大功率电源三相短路电流分析n暂态过程分析暂态过程分析n非周期重量电流非周期重量电流取得最大值的条取得最大值的条件：件：n1.相量相量 与与纵轴平行纵轴平行n2.相量相量 有有尽可能大的幅值，尽可能大的幅值，此条件等效于短此条件等效于短路前

26、空载路前空载n结论：结论：n1.短路前空载短路前空载n2.短路发生时，电短路发生时，电压初相角恰好可压初相角恰好可以使以使 与纵轴平与纵轴平行，即有：行，即有：34第三节 无限大功率电源三相短路电流分析n暂态过程分析暂态过程分析n非周期重量电流非周期重量电流取得最小值的条取得最小值的条件：件：n 相量相量 与纵轴垂直，此与纵轴垂直，此时直流重量为零，时直流重量为零，A相电流由短路相电流由短路前的稳态电流干前的稳态电流干脆变为短路后的脆变为短路后的稳态电流而不经稳态电流而不经过暂态过程过暂态过程n短路时三相电流短路时三相电流的非周期重量大的非周期重量大小不一样。至于小不一样。至于那一相较大，那那一相较大，那一相较小，取决一相较小，取决于短路时电压相于短路时电压相角角35第三节 无限大功率电源三相短路电流分析n短路冲击电流和短路电流有效值短路冲击电流和短路电流有效值q短路冲击电流：短路冲击电流：最恶劣短路条件下短路电流的最大瞬时值短路电流峰值在短路发生约半个周期后出现冲击系数，取值检验电气设备和载流导体动稳定度36第三节 无限大功率电源三相短路电流分析n短路冲击电流和短路电流有效值短路冲击电流和短路电流有效值q短路电流有效值：短路电流有效值：任一时刻t的短路电流有效值It等于一时刻t为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值检验断路器开断实力短路功率