动态电力系统第2章.ppt

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1、动态电力系统动态电力系统20122012年秋季年秋季研究生课程研究生课程第二章 电力系统复杂故障分析主要内容对称分量法简单不对称故障分析多口网络复杂故障分析核心：对称分量法核心：对称分量法序分量法序分量法美国美国 Fortescue 1918 相序分离相序分离前提：除故障点外，网络其余部分三相参数对称前提：除故障点外，网络其余部分三相参数对称结果：求出的是故障后瞬间电流和电压的结果：求出的是故障后瞬间电流和电压的周期周期分量分量对称分量变换在本质上属相量与相量之间的变换。对称分量变换在本质上属相量与相量之间的变换。相量相量是指是指以复数形式表示、等幅并按正弦律交变的量。应用对称分量以复数形式表

2、示、等幅并按正弦律交变的量。应用对称分量法能分析的，只能是局限于法能分析的，只能是局限于“稳态稳态”范畴的问题。范畴的问题。学术动态：学术动态：故障网络的建立和修改故障网络的建立和修改三相法故障分析（相分量法）三相法故障分析（相分量法）故障测距故障测距多态相分量法多态相分量法使用矩阵和向量作为计算元素，通过多态化矩阵使用矩阵和向量作为计算元素，通过多态化矩阵交换，提高计算效率。交换，提高计算效率。在一个线性的对称三相系统中，由于不对称故在一个线性的对称三相系统中，由于不对称故障的作用或者断路器的不对称操作等原因，破坏了障的作用或者断路器的不对称操作等原因，破坏了三相系统运行工况的对称性。三相系

3、统运行工况的对称性。三个不对称的相量，能够唯一地分解为三组对三个不对称的相量，能够唯一地分解为三组对称的相量分量。因此，在线性电路中，系统发生不称的相量分量。因此，在线性电路中，系统发生不对称短路时，可以将网络中出现的三相不对称的电对称短路时，可以将网络中出现的三相不对称的电压和电流，分解为正、负、零序三组对称分量，分压和电流，分解为正、负、零序三组对称分量，分别按对称三相电路去解单相电路，然后应用叠加原别按对称三相电路去解单相电路，然后应用叠加原理，求解三相系统的不对称电气量。这种分析不对理，求解三相系统的不对称电气量。这种分析不对称的三相电路的方法叫对称的三相电路的方法叫对称分量法称分量法

4、，是，是19181918年由美年由美国国FortescueFortescue提出的（提出的（Method of Symmetrical Co-Ordinates Applied to the Solution of Polyphase Networks）。一、对称分量法一、对称分量法 在三相电路中，任意一组不对称的三相相量在三相电路中，任意一组不对称的三相相量(电流或电压电流或电压)，可以分解为三组三相对称的相量，可以分解为三组三相对称的相量，然后可按照对称电路的方法进行计算。然后可按照对称电路的方法进行计算。本质：坐标变换 abc坐标系统 120坐标系统 当选择a相作为基准相时，三相相量与其

5、对称分量之间的关系为显然有显然有 分别为分别为a a相相量的正序、负序、零相相量的正序、负序、零序分量，序分量，F F 可用可用I I、V V 等电磁量代替，且等电磁量代替，且其中，运算子，其中，运算子，=0。对称分量变换矩阵对称分量变换矩阵对称分量反变换矩阵对称分量反变换矩阵二、序阻抗与序网络概念二、序阻抗与序网络概念 zaazbbzcczabZbczac序阻抗概念序阻抗概念三相静止对称元件：三相对称：，当通过不对称三相电流时，支路电压方程：当通过不对称三相电流时，支路电压方程：缩写为：变换成变换成120120坐标分量：坐标分量：其中其中,序序阻抗矩阵阻抗矩阵：z1正序电抗正序电抗，z2负序

6、电抗，负序电抗，z0零序电抗零序电抗 以序分量表示的支路电压方程为：相序实现分离通过三相对称电流时：对比对比结论：结论：三相参数对称的电路中，各序对称分量具三相参数对称的电路中，各序对称分量具有独立性。有独立性。序阻抗序阻抗 对称的三相电路中，流过不同相序的电流时，所对称的三相电路中，流过不同相序的电流时，所遇到的阻抗是不同的，然而同一相序的电压和电流遇到的阻抗是不同的，然而同一相序的电压和电流间，仍符合欧姆定律。任一元件两端的相序电压与间，仍符合欧姆定律。任一元件两端的相序电压与流过该元件的相应的相序电流之比，称为该元件的流过该元件的相应的相序电流之比，称为该元件的序阻抗。序阻抗。Forte

7、scueFortescue的对称分量变换不能保证功率的对称分量变换不能保证功率的不变性。可改写为：的不变性。可改写为：相序变换的目的是相间解耦，解耦的基本相序变换的目的是相间解耦，解耦的基本条件是交流元件的相阻抗矩阵是循环矩阵或对条件是交流元件的相阻抗矩阵是循环矩阵或对称循环矩阵。称循环矩阵。相阻抗矩阵抽象为循环矩阵时相阻抗矩阵抽象为循环矩阵时,对称分量对称分量法是唯一的相序变换方法；相阻抗矩阵简化为法是唯一的相序变换方法；相阻抗矩阵简化为对称循环矩阵时对称循环矩阵时,存在无穷多的相序变换方法。存在无穷多的相序变换方法。对称分量变换缺点：对称分量变换缺点：对称分量变换矩阵是复数对称分量变换矩阵

8、是复数,不能用以分析暂态不能用以分析暂态过程。过程。分析涉及凸极式同步电机时，无法建立相应的分析涉及凸极式同步电机时，无法建立相应的精确模型。精确模型。因正序电流流入电机时，电机所呈现的电因正序电流流入电机时，电机所呈现的电抗虽总是抗虽总是d d、q q轴电抗之间的某个数值，却与正轴电抗之间的某个数值，却与正序磁场磁轴和转子序磁场磁轴和转子d d轴的相对角位移有关，难轴的相对角位移有关，难于确定其具体数值；负序电流流入电机时，电于确定其具体数值；负序电流流入电机时，电机所呈现的电抗将在机所呈现的电抗将在d d、q q轴电抗之间以两倍同轴电抗之间以两倍同步角频率脉变，也难于确定其具体数值。步角频

9、率脉变，也难于确定其具体数值。其它变换：其它变换：ClarkClark变换：避免变换：避免复数计算，在行波过复数计算，在行波过程分析有优势；解决程分析有优势；解决A A相接地和相接地和BCBC二相短二相短路问题比较方便。路问题比较方便。abc坐标坐标 0坐标坐标abc坐标坐标 模模012分量分量 KarranbauerKarranbauer变换：变换：WedepohlWedepohl变换：变换：正序电抗正序电抗即是电力系统对称运行时，各元件的即是电力系统对称运行时，各元件的电抗。如发电机的电抗。如发电机的 、，变压器，变压器的的 等。负荷的正序参数常用恒定阻抗表示，等。负荷的正序参数常用恒定阻

10、抗表示，实用计算时，假定短路前负荷处于额定运行状态且实用计算时，假定短路前负荷处于额定运行状态且 0 08 8，则以额定值为基准的标么阻抗，则以额定值为基准的标么阻抗 0 08 8十十j0j06 6，为避免复数运算，又可用等值的，为避免复数运算，又可用等值的纯电抗代表负荷，其值为：纯电抗代表负荷，其值为：j1j12 2，对称分量法中序电抗的求取：对称分量法中序电抗的求取：负序电抗负序电抗是由于发电机转子运动反向的旋转磁是由于发电机转子运动反向的旋转磁场所产生的电抗，对于静止元件场所产生的电抗，对于静止元件(变压器、线路、变压器、线路、电抗器、电容器等电抗器、电容器等)不论旋转磁场是正向还是反不

11、论旋转磁场是正向还是反向，其产生的电抗是没有区别的，所以它们的向，其产生的电抗是没有区别的，所以它们的负序电抗等于正序电抗。负序电抗等于正序电抗。但对于发电机，其正向与反向旋转磁场引但对于发电机，其正向与反向旋转磁场引起的电枢反应是不同的，反向旋转磁场是以两起的电枢反应是不同的，反向旋转磁场是以两倍同步频率轮换切割转子纵轴与横轴磁路，因倍同步频率轮换切割转子纵轴与横轴磁路，因此发电机的负序电抗是一介于此发电机的负序电抗是一介于 的电抗值，的电抗值，远远小于正序电抗远远小于正序电抗 。同一台发电机，在不同类型的短路时，负序电抗也不同：单相短路 两相短路 两相接地短路 也可近似取为 对于无阻尼绕组

12、的凸极机，可近似为 作为近似估计，对汽轮发电机及有阻尼绕组的水轮发电机，可采用 对无阻尼绕组的发电机，可采用 如要考虑以异步电动机为主要成分的综合负荷的负序电抗，可取X2035。它是以综合负荷的视在功率和负荷接入点平均额定电压为基准的标么值。零序电抗零序电抗与网络结构，特别是和变压器的接线方式及中性点接地方式有关。发电机零序电抗的变化范围大致是：X0(0.150.6)输电线路零序电抗输电线路零序电抗 对于输电线路，零序电抗与平行线路的回路数，有无对于输电线路，零序电抗与平行线路的回路数，有无架空地线及地线的导电性能等因素有关。零序电流在三相架空地线及地线的导电性能等因素有关。零序电流在三相线路

13、中是同相的，互感很大，因而零序电抗要比正序电抗线路中是同相的，互感很大，因而零序电抗要比正序电抗大，而且零序电流将通过地及架空地线返回，架空地线对大，而且零序电流将通过地及架空地线返回，架空地线对三相导线起屏蔽作用，使零序磁链减少，三相导线起屏蔽作用，使零序磁链减少，即使零序电抗减即使零序电抗减小。小。平行架设的两回三相架空输电线路中通过方向相同的平行架设的两回三相架空输电线路中通过方向相同的零序电流时，不仅第一回路的任意两相对第三相的互感产零序电流时，不仅第一回路的任意两相对第三相的互感产生助磁作用，而且第二回路的所有三相对第一回路的第三生助磁作用，而且第二回路的所有三相对第一回路的第三相的

14、互感也产生助磁作用，反过来也一样，这就使这种线相的互感也产生助磁作用，反过来也一样，这就使这种线路的零序阻抗进一步增大。路的零序阻抗进一步增大。在实用计算中，近似地采用下列公式计算输在实用计算中，近似地采用下列公式计算输电线路每一回路每单位长度电线路每一回路每单位长度一相等值一相等值零序阻抗零序阻抗：无架空地线的单回线路无架空地线的单回线路 X0=35 X 有架空地线的单回线路有架空地线的单回线路 X0=（）（）X 无架空地线的双回线路无架空地线的双回线路 X0=5 X 有架空地线的双回线路有架空地线的双回线路 X0=（3 4.7）X 变压器零序电抗变压器零序电抗 对于变压器，零序电抗则与其结

15、构对于变压器，零序电抗则与其结构(三个单相变三个单相变压器组还是三柱变压器压器组还是三柱变压器)、绕组的连接、绕组的连接(或或Y)和接地和接地与否等有关。当三相变压器的一侧接成三角形或中性与否等有关。当三相变压器的一侧接成三角形或中性点不接地的星形时，从这一侧来看，变压器的零序电点不接地的星形时，从这一侧来看，变压器的零序电抗总是无穷大的。因为不管另一侧的接法如何，在这抗总是无穷大的。因为不管另一侧的接法如何，在这一侧加以零序电压时，不能把零序电流送入变压器。一侧加以零序电压时，不能把零序电流送入变压器。所以只有当变压器的绕组接成星形，并且中性点接地所以只有当变压器的绕组接成星形，并且中性点接

16、地时，从这星形侧来看变压器，零序电抗才是有限的，时，从这星形侧来看变压器，零序电抗才是有限的，(虽然有时还是很大的虽然有时还是很大的)。零序电压施加在Y、侧，即开路 Y0/接法变压器 Y0侧零序电流可流通侧绕组内零序电流相成环流,电压完全降落在漏抗上侧外电路中零序电流=0结论:Y0/变压器,Y0侧与外电路连通,侧接地,且与外电路断开。Y0/Y接法变压器 Y0侧有零序电流，Y侧无零序电流通路 Y0/Y0接法变压器II侧因中性点接地,提供了零序通路；等值电路为：序网络构造序网络构造正序网络制订正序网络制订 正序网络与计算三相短路时的等正序网络与计算三相短路时的等值网络相似，但须在短路点引人代替故障

17、条件的值网络相似，但须在短路点引人代替故障条件的不对称电势源中的正序分量。正序网中，同步发不对称电势源中的正序分量。正序网中，同步发电机一般用次暂态电抗表示，变压器用漏电抗电机一般用次暂态电抗表示，变压器用漏电抗X XT T表示，输电线路用正序电抗表示，输电线路用正序电抗X X1 1表示。表示。负序网络制订负序网络制订 正序网络中的元件都是包含在负正序网络中的元件都是包含在负序网络中，但各元件的参数都要用负序参数表示，序网络中，但各元件的参数都要用负序参数表示，同步发电机用负序电抗同步发电机用负序电抗X X2 2表示，变压器用漏电抗表示，变压器用漏电抗X XT T表示，输电线路用负序电抗表示，

18、输电线路用负序电抗X X2 2（=X X1 1）表示。并）表示。并令电源电势等于零，而在短路点引入代替故障条令电源电势等于零，而在短路点引入代替故障条件的不对称电势源中的负序分量，这样就得到了件的不对称电势源中的负序分量，这样就得到了负序网络。负序网络。零序网络制订零序网络制订 零序网络与正序网络有很大的零序网络与正序网络有很大的不同。由于三相零序电流大小及相位相同，它不同。由于三相零序电流大小及相位相同，它们必须经大地们必须经大地(或架空地线等或架空地线等)才能构成通路。才能构成通路。零序网中，变压器的零序电抗需根据变压器的零序网中，变压器的零序电抗需根据变压器的结构及一、二次绕组的接线方式

19、确定，输电线结构及一、二次绕组的接线方式确定，输电线路的零序电抗根据输电线的结构、地线型号、路的零序电抗根据输电线的结构、地线型号、地线数、接地方式等决定，多回平行输电线路地线数、接地方式等决定，多回平行输电线路应计入零序互感的影响。应计入零序互感的影响。对称分量法应用原则对称分量法应用原则对称分量法应用原则对称分量法应用原则 设法把故障点的不对称转化为对称，使由故障引起的不对称性三相电路变成对称电路。以图示电力系统单相短路为例，说明对称分量法在不对称短路计算中的应用。假设发电机接于空载线路，在k点发生单相短路，则故障点出现了不对称情况，三相对地电压在故障点接入一组不对称电源代替不对称故障。应

20、用对称分量法把这组不对称电势源分解成正、负、零序三组对称分量。根据迭加原理，原电路的作用可看成由正、负、零序电路分别作用的迭加。由于正、负、零序电路都是三相对称网络，因此可采用单相电路的正、负、零序网络来分析。由图，可列出各序网络的电压方程，结合故障边界条件，即可解出故障口的各序电流、电压。式中正序网络中相对于短路点的戴维南等值电势正序网络中相对于短路点的戴维南等值电势 正、负、零序网络中短路点的输入电抗正、负、零序网络中短路点的输入电抗短路点电流的正序、负序、零序分量短路点电流的正序、负序、零序分量 短路点电压的正序、负序、零序分量短路点电压的正序、负序、零序分量三、电力系统简单不对称短路分

21、析三、电力系统简单不对称短路分析 系统中仅有一处发生不对称故障的情形称为简单不对称故障。上式为不对称短路时各序网故障点的电压方程，尚需补充故障边界条件才能求解。单相单相(a相相)接地短路接地短路 故障边界条件其他电流、电压各序分量，也按同样方式解出。与上式联立求解，得 故障相电流 短路点非故障相的对地电压为 也可以应用复合序网对上述各种不对称短路进行计算。根据故障点各序分量之间的关系，将各序网络在故障端口连接起来所构成的网络称为复合序网复合序网 单相接地短路复合序网单相接地短路复合序网 由正、负、零序网串联而成序网串联而成 两相两相(b(b、c c相相)短路短路故障边界条件为 可解得 短路点故

22、障相的电流为 它们的绝对值为 短路点各相对地电压为 可见，两相短路电流为正序电流的 倍；短路点非故障相电压为正序电压的2倍，而故障相电压只有非故障相电压的一半且方向相反。两相短路复合序网两相短路复合序网 由正、负由正、负序网并联而成序网并联而成 两相两相(b(b、c c相相)短路接地短路接地故障边界条件为 短路点故障相的电流为 可解得 两相短路接地时故障相电流的绝对值为 短路点非故障相电压为两相接地短路复合序网两相接地短路复合序网 由正、由正、负、零序网并联而成负、零序网并联而成正序等效定则正序等效定则在简单不对称短路的情况下，短路点电流的正序分在简单不对称短路的情况下，短路点电流的正序分量，

23、与在短路点每一相中加入附加电抗量，与在短路点每一相中加入附加电抗而发生三相短路时的电流相等，即 式中 附加电抗，上标(n)表示某种短路类型 此时短路点故障相电流的绝对值与正序分量的绝对值成正比，即 式中 比例系数，其值如下表所示。不对称短路时网络中电流和电压的计算不对称短路时网络中电流和电压的计算 需计算某支路电流或某节点电压时，应先分别算出该支路的正、负、零序电流，或该节点的正、负、零序电压，再合成为该支路电流或该节点电压。电压和电流对称分量经变压器后的相位变换电压和电流对称分量经变压器后的相位变换 对称分量经Y/Y-12连接的变压器时，不发生相位移动。对Y/-11连接的变压器从Y侧到侧，侧

24、的正序分量相位超前Y侧300；而侧的负序分量较Y侧滞后300。非全相断线分析计算非全相断线分析计算 纵向故障只是在故障端口出现某种不对称状态，纵向故障只是在故障端口出现某种不对称状态，其余部分的参数还是三相对称的，故仍可用对称其余部分的参数还是三相对称的，故仍可用对称分量法进行分析。即在故障口插入一组不对称电分量法进行分析。即在故障口插入一组不对称电势源来代替实际存在的不对称状态，然后将这组势源来代替实际存在的不对称状态，然后将这组不对称电势源分解成正序、负序和零序分量，并不对称电势源分解成正序、负序和零序分量，并分解出正序、负序和零序网络。由此可以列出序分解出正序、负序和零序网络。由此可以列

25、出序网方程，结合具体的一相断线或两相断线的边界网方程，结合具体的一相断线或两相断线的边界条件，即可进行计算。条件，即可进行计算。单相断开单相断开两相断开两相断开一相断线的复合序网一相断线的复合序网两相短路接地故障的复合序网两相短路接地故障的复合序网两相断线的复合序网两相断线的复合序网一相接地故障的复合序网一相接地故障的复合序网四、电力系统复杂故障分析四、电力系统复杂故障分析 所谓所谓复杂故障复杂故障是指网络中有两处或两处以上同时是指网络中有两处或两处以上同时发生不对称故障的情况。电力系统中常见的复杂故发生不对称故障的情况。电力系统中常见的复杂故障是某处发生不对称短路时，有一处或两处的开关障是某

26、处发生不对称短路时，有一处或两处的开关非全相跳闸。非全相跳闸。1.复杂故障的一般方法分析复杂故障的一般方法分析 传统的利用计算机求解电力系统故障的方法是传统的利用计算机求解电力系统故障的方法是利用口网络理论来进行的。简单故障的计算归结利用口网络理论来进行的。简单故障的计算归结为单口网络的计算，多重故障的计算归结为多口为单口网络的计算，多重故障的计算归结为多口网络的计算。网络的计算。通常的做法是选定一相作基准相，列出故障口通常的做法是选定一相作基准相，列出故障口电压、口电流序分量边界条件方程，然后与口网电压、口电流序分量边界条件方程，然后与口网络方程联立求解未知量。络方程联立求解未知量。对于两重

27、及两重以上的复故障计算必须考虑对于两重及两重以上的复故障计算必须考虑故障故障特殊相与基准相特殊相与基准相不一致的情况，因此需要利不一致的情况，因此需要利用用理想移相器理想移相器的的转角因子转角因子来建立来建立通用型边界条件通用型边界条件方程，用以反映故障类型和相别的变化。这种方方程，用以反映故障类型和相别的变化。这种方法限制了故障计算的灵活性，只能计算由简单的法限制了故障计算的灵活性，只能计算由简单的横向和纵向故障组成的一般性复杂故障，对继电横向和纵向故障组成的一般性复杂故障，对继电保护整定计算感兴趣的任意复杂故障无能为力，保护整定计算感兴趣的任意复杂故障无能为力，并且不易于考虑经过渡电阻短路

28、的情况，通用性并且不易于考虑经过渡电阻短路的情况，通用性差。差。理想移相器理想移相器 不改变电流和电压大小，只改变其相位的理想变压器。不改变电流和电压大小，只改变其相位的理想变压器。一般全网以一般全网以a相为相为基准相基准相。将单相接地的故障相和。将单相接地的故障相和二相故障的非故障相称为二相故障的非故障相称为特殊相特殊相。当特殊相与基准相。当特殊相与基准相一致时，可将各序网故障口直接串（并）联组成复合一致时，可将各序网故障口直接串（并）联组成复合序网，否则，应经过理想移相器改变相位。序网，否则，应经过理想移相器改变相位。例：例：a相接地短路时相接地短路时b相接地短路时相接地短路时c相接地短路

29、时相接地短路时 系数特殊相n（1）n（2）n（0）a111ba2a1caa21移相器系数表移相器系数表通用复合序网通用复合序网串联型串联型复合序网复合序网（各量用下标（各量用下标s表示）表示）故障类型故障类型故障边界条件故障边界条件复合序网复合序网并联型并联型复合序网复合序网（各量用下标（各量用下标p表示）表示）故障类型故障类型故障边界条件故障边界条件复合序网复合序网二相短路时二相短路时 无零序网无零序网故障口电压方程故障口电压方程设网络发生设网络发生l重串联型故障和重串联型故障和m重并联型故障，将重并联型故障，将所有故障口引出，形成多口网络。所有故障口引出，形成多口网络。将串联型故障口记为将

30、串联型故障口记为 ，端口节点记为，端口节点记为将并联型故障口记为将并联型故障口记为 ，端口节点记为，端口节点记为q=1q=1，2 2，0 0故障口电压：故障口电压：对正序网，任意节点电压：对正序网，任意节点电压：对故障端口：对故障端口：写成矩阵形式：写成矩阵形式：同理，对负序、零序网：同理，对负序、零序网：故障边界条件故障边界条件串联型故障边界条件的矩阵形式：串联型故障边界条件的矩阵形式：由串联口理想移相器移相系数构成由串联口理想移相器移相系数构成由串联口附加阻抗构成由串联口附加阻抗构成并联型故障边界条件的矩阵形式：并联型故障边界条件的矩阵形式：由并联口理想移相器移相系数构成由并联口理想移相器

31、移相系数构成由并联口附加阻抗构成由并联口附加阻抗构成 联立故障边界条件和故障口电压方程可解联立故障边界条件和故障口电压方程可解故障口各序电流、电压。总阶数故障口各序电流、电压。总阶数6x（l+m）一般保留串联口正序电流和并联口正序电一般保留串联口正序电流和并联口正序电压，其余未知量先行消去。压，其余未知量先行消去。2.修改导纳矩阵法修改导纳矩阵法 陈亚民陈亚民 利用对称分量法，利用对称分量法，abc三相电力网络可以变换为三相电力网络可以变换为120三序网络。设三序网络。设三序导纳型网络方程为三序导纳型网络方程为有二种排列方式有二种排列方式按节点块排列，一般用于理论分析按节点块排列，一般用于理论

32、分析 按序网络块排列，一般用于实际计算按序网络块排列，一般用于实际计算 各序电压、电流列向量均为各序电压、电流列向量均为n n维向量，各序及序间维向量，各序及序间耦合导纳矩阵均为耦合导纳矩阵均为nxnnxn维矩阵。维矩阵。正常运行时，上面方程可缩写成正常运行时，上面方程可缩写成电力系统发生故障瞬间，网络方程为电力系统发生故障瞬间，网络方程为正常及故障时，网络节点三序电压列向量正常及故障时，网络节点三序电压列向量正常及故障时，网络节点三序注入电流列向量正常及故障时，网络节点三序注入电流列向量正常及故障时，网络节点三序正常及故障时，网络节点三序导纳矩阵导纳矩阵 由于故障瞬间发电机暂（次）态电势不能

33、突变，由于故障瞬间发电机暂（次）态电势不能突变，故障时网络节点三序注入电流等于故障时网络节点三序注入电流等于故障前网络节点故障前网络节点三序注入电流，即三序注入电流，即 由于导纳矩阵具有可迭加性，故障时网络节点由于导纳矩阵具有可迭加性，故障时网络节点三序三序导纳矩阵导纳矩阵可以由可以由正常三序导纳矩阵和故障修改正常三序导纳矩阵和故障修改导纳矩阵迭加组成，即导纳矩阵迭加组成，即 其中其中n nf f是故障重数。每是故障重数。每重故障都可以找到一个重故障都可以找到一个修改导纳矩阵修改导纳矩阵 ，其取决于故障地点和故障类型。，其取决于故障地点和故障类型。若系数矩阵若系数矩阵 和常数项和常数项 已知，

34、可求得已知，可求得网络节点序电压。由各网络节点序电压。由各节点序电压和各支路序阻抗计节点序电压和各支路序阻抗计算出各支路序电流。进而求出各节点三相电压和各支算出各支路序电流。进而求出各节点三相电压和各支路三相电流。路三相电流。对对关键：求取关键：求取以节点以节点i i的的b b相发生接地短路为例相发生接地短路为例短路故障相当于在原网络中故障点短路故障相当于在原网络中故障点增加一条对地支路，称该增加一条对地支路，称该支路为支路为修改支路修改支路。修改支路的三相电压方程为修改支路的三相电压方程为变换成变换成120120坐标分量坐标分量缩写成缩写成其中其中 短路修改支路是一条对地支路。在按节点块排列

35、的网络短路修改支路是一条对地支路。在按节点块排列的网络节点序导纳矩阵中，它将使节点节点序导纳矩阵中，它将使节点i的自导纳矩阵增加的自导纳矩阵增加 在按序网块排列的网络节点序导纳矩阵中，相应的修改导在按序网块排列的网络节点序导纳矩阵中，相应的修改导纳矩阵为纳矩阵为i in+in+i2n+i2n+i i i n+in+i 2n+i2n+i中有九个非零元素，未标出元素均为零。中有九个非零元素，未标出元素均为零。3.电流补偿法电流补偿法设故障前系统的节点电压方程成设故障前系统的节点电压方程成电力系统发生故障瞬间，电力系统发生故障瞬间，节点电压方程节点电压方程为为为求取节点电压为求取节点电压 ，也可以不

36、修改节点，也可以不修改节点导纳矩阵，导纳矩阵，而修改各电流源电流，即由下式而修改各电流源电流，即由下式求取节点电压求取节点电压 。电流源电流的修正量。电流源电流的修正量 称为称为补偿电流补偿电流。4.多态相分量法多态相分量法姜彤姜彤 使用矩阵和向量作为计算元素，通过多态化使用矩阵和向量作为计算元素，通过多态化矩阵交换，提高计算效率。矩阵交换，提高计算效率。多态本是面向对象的一个特征，指的是在统一的形式下，允许对象有不同的表达。向量的多态方程设方程组 是关于复数的n阶线性方程组。展开为 利用矩阵分块形式，将其划分成m个方程组。上式中各个元素不是阶数相同的矩阵或向量，称该方程为n阶方程组的m阶多态

37、形式，或者称为m阶的向量多态方程组。这里多态借指在统一的m阶方程组形式下，因运算对象向量的阶数不同，实现方程的多样化。无论 m 取何值，原方程总可以面向a aij(m),x xi(m),b bi(m)这样的单元求解。利用单元求解的主要好处是求解过程与一般n 阶代数方程组一致。这种严格地按照单元来处理方程组的方法可以称为多态处理法或多态解算法。多态相分量法原理 多态相分量法是以电力系统相分量模型为基础的三相分析方法，试图通过矩阵运算实现与单相计算形式上的统一。对于电力系统网络，利用节点导纳方程进行分析，一个n节点的模型通常表示为式中是节点导纳矩阵；是节点电压向量；是节点注入电流源向量，有：，传统

38、的计算方法将上式看做一个标准的3阶复数方程,使用常规手段求解，实际上是把一个节点的三相看做三个节点来处理，忽视了三相网络的特殊性，加大了计算量和分析的复杂性，因此影响了实际的应用。如果直接把上式看做是阶方程，把 、这样的矩阵和向量看做是最小的元素处理，直接求解，这种方法就可以称之为多态相分量法。由于这样的求解方式在描述上与单相网络完全一致，做到了三相和单相的统一，有利于实际的网络分析。多态相分量法定义 在三相电力网络中，以三相电压 和三相电流 为方程的基本向量，利用单相网络形式进行多态方程的描述，并以多态化解算求取方程解的相分量分析计算法，称为三相网络系统的多态相分量法。不对称故障的处理 对断

39、线故障及其复合故障，利用元件方程的统一形式，提出通用的计算断线故障的参数修改法。采用故障后元件等效方程与原方程参数的变化修补节点网络参数，得到正确的网络方程。对短路故障，提出计算节点短路故障的残量变换法和残压变换法。这两种变换法都实现了准确的短路故障等效变换。配合断线故障的参数修改法就可以实现任意复杂故障的计算。残量变换法可以直接求出短路电流来，而残压变换法适合于无需求取故障点短路电流的场合，避免了结果的变换，形式上更加简洁。例：设一个两端口元件 与节点i相连，其相分量支路方程如下：或者展开为：设元件在节点i处发生A相断线故障，断点用f表示，断点处电压为 ，则上式改写成：由于 ，因此可以消去

40、得到下面的方程：其中其他元素可以类推。将 引入方程组，用零表示相关导纳值，则有 上面的方程就是该元件A相断线后的相分量等效方程。写成矩阵形式：显然，将上式描述的元件取代原来的元件加入网络，就可以计算出故障后网络的电压。即故障后的网络方程可修改为：这里 对于使用传统的相坐标方法来说，一个最大的缺陷就是不能充分利用对称元件的特点，因而计算量较大。多态计算方法的向量变换技术 对于多态相分量法来说，学习对称分量法的技术，利用特有的矩阵处理优势，完全可以做到与对称分量法计算效率相同。通过对轮换节点使用序分量描述，将对角阵计算单独处理的方法，可以大幅度降低计算量。5.电力系统复杂故障的新算法电力系统复杂故

41、障的新算法陈青陈青，江江 世世 芳芳 数学模型数学模型 故障边界条件故障边界条件如图所示,设va,vb,vc为故障端口电压,ia，ib，ic为端口电流，方向如图所示。对横向故障，端口电压电流方程可写为：转换为序分量，可得其中：v0，v1 ，v2 ，i0，i1，i2 为端口序电压序电流。，对纵向故障有：转换为序分量，可得 比较上面二式，可看出两种故障类型的边界阻抗矩阵除第一个元素有所不同外，其余元素完全相同。故将其统一简记为当系统发生多重故障时，第K个故障边界条件可写为多口序网络方程多口序网络方程将图示三相平衡系统部分分解为三序网络，设系统发生n重故障，则相应多端口序网方程为 零序网络：简记为

42、V（0）=Zp0 I（0）正序网络：简记为 V（1）=Zp1I（1）（）负序网络：简记为 V（2）=Zp2I（2）其中，：端口口电压列向量，：端口口电流列向量，Zp0、Zp1、Zp2：分别为各序网口阻抗矩阵，由序网节点阻抗矩阵求出。当从到变化时将其代入序网方程，有 方程求解方程求解联立求解故障边界条件方程及序网口网络方程联立求解故障边界条件方程及序网口网络方程可求出故障口电流。推导如下：可求出故障口电流。推导如下：对零序，由边界条件方程得对零序，由边界条件方程得即 简记为 整理得 对正序、负序，采用类似的推导方法，可得联立上面三式并写为矩阵形式，有 简记为 即 上式即为该算法的求解方程。利用该

43、式，可同时求出零序、正序及负序网的故障端口口电流，进而可求出各节点注入电流，利用节点电压方程即可求出网络内各节点电压及支路电流。从上述推导过程可看出，该算法的关键是形成矩阵 、而 可根据故障阻抗及序网口阻抗来形成，方法简单而直观。算法框图算法框图 开始开始 输入系统参数及拓扑结构信息输入系统参数及拓扑结构信息形成各序网节点阻抗矩阵形成各序网节点阻抗矩阵输入故障信息（包括位置、故障阻抗、重数）输入故障信息（包括位置、故障阻抗、重数）形成形成Zp0 、Zp1 、Zp2 、Zf11、Zf12、Zf13、Zf21、Zf22、Zf23、Zf31、Zf32、Zf33 形成及形成及ZFP和和EFP求解求解形成节点注入电流列向量形成节点注入电流列向量 I求各节点电压及各支路电流求各节点电压及各支路电流输出结果输出结果结束结束计算是否完成？计算是否完成？Email: