課件電力系統(tǒng)暫態(tài)分析全套課件

電力系統(tǒng)的發(fā)展1830年，法拉弟發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律2009年，中國“統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)”1882年，愛迪生建成紐約珍珠街照明系統(tǒng)（直流）1893年，南加州北美第一條三相交流電力線路建成（交流）1976年，英國電力市場化改革1986年，NGHingorani

提出FACTS2003年，美國能源部-Grid2030報告1978年，DistributedGeneration分布式發(fā)電2006年，歐盟-SmartGrid靈巧電網(wǎng)1954年，瑞典HVDC1990年，PMU/WAMS出現(xiàn)2005年，中國特高壓（UHV）2005年，美國電科院-Intelligrid智能電網(wǎng)智能電網(wǎng)動態(tài)電力系統(tǒng)分析內(nèi)容的劃分電磁暫態(tài)（故障分析）機電暫態(tài)（穩(wěn)定分析）時間潮流計算優(yōu)化運行、電力市場靜態(tài)安全分析、可靠性規(guī)劃、設(shè)計穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)對比穩(wěn)態(tài)正常運行狀態(tài)代數(shù)方程物理量變化小暫態(tài)不正常的運行狀態(tài)微分+代數(shù)方程物理量變化大電力系統(tǒng)故障52008ChinaSnowstorm2008ChinaSnowstorm遭人為破壞的電力設(shè)施2003年美加“8.14“大停電事故起因巴西查明大面積停電原因全美國衛(wèi)星圖片大停電前衛(wèi)星圖片大停電后衛(wèi)星圖片巴西查明大面積停電原因巴西11月10日晚出現(xiàn)大面積停電的原因已經(jīng)查明，停電系3條輸電線路因惡劣天氣而倒塌所致。所發(fā)生的斷電事故是由于天氣原因造成的。圣保羅州伊塔貝拉發(fā)生的強風(fēng)與暴雨等天氣現(xiàn)象導(dǎo)致從伊泰普水電站通往圣保羅的3條傳輸線路出現(xiàn)問題?！贝舜螑毫拥奶鞖馇闆r造成圣保羅州、里約熱內(nèi)盧州、米納斯吉拉斯州等多個地區(qū)10日晚10點左右發(fā)生大面積停電，不過2小時后已逐漸恢復(fù)正常。這次停電影響了數(shù)百萬人，圣保羅和里約熱內(nèi)盧這兩大都市的交通一度陷入嚴(yán)重癱瘓狀態(tài)。臺軍研發(fā)石墨炸彈意圖戰(zhàn)時癱瘓大陸電網(wǎng)石墨炸彈（號稱“電力開關(guān)”）導(dǎo)電纖維炸彈美軍BLU-114型碳纖維炸彈臺軍石墨炸彈大停電事故＝人類災(zāi)難！1101001,00010,000一年十遇一年一遇十年一遇百年一遇每個事件的損失（百萬美元）（美國）地震洪水颶風(fēng)

停電中國電網(wǎng)將成為世界上最復(fù)雜的交直流互聯(lián)大電網(wǎng)，如何保障其安全運行是非常有挑戰(zhàn)性的課題！電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)及其變化悲哀的轉(zhuǎn)換絕望的控制少有的轉(zhuǎn)換稀有的控制易見的轉(zhuǎn)換經(jīng)常的控制理想的轉(zhuǎn)換希望的控制惡化控制預(yù)防控制域緊急控制域緊急控制恢復(fù)控制緊急控制恢復(fù)控制正常狀態(tài)脆弱狀態(tài)局部故障全局癱瘓優(yōu)化狀態(tài)優(yōu)化控制預(yù)防控制第一章電力系統(tǒng)故障分析的基本知識第一節(jié)故障概述第二節(jié)標(biāo)么制第三節(jié)無限大電源供電的三相短路分析第一節(jié)故障概述短路：導(dǎo)線與導(dǎo)線、導(dǎo)線與大地之間的非正常連接。原因：設(shè)備（絕緣）損壞、自然災(zāi)害、人為原因等。危害：故障產(chǎn)生的大電流、高電壓（或低電壓）會導(dǎo)致設(shè)備損壞、斷電。故障會破壞系統(tǒng)功率平衡，對系統(tǒng)正常運行產(chǎn)生沖擊（擾動），引起穩(wěn)定問題，可導(dǎo)致大停電。短路＝橫向故障；斷線＝縱向故障。單一故障＝簡單故障；多重故障＝復(fù)雜故障。故障類型faulttypes三相短路3phasefault單相接地短路Singlelinetoground兩相短路Doublelinesfault兩相短路接地Doublelinestoground2005年東北電網(wǎng)人工三相短路實驗第二節(jié)標(biāo)幺制perunitvalue一、標(biāo)幺值第二節(jié)標(biāo)幺制perunitvalue二、基準(zhǔn)值的選取額定電壓（kV）361035110220330500平均額定電壓（kV）3.156.310.537115230345525第三節(jié)無限大電源供電的三相短路電流分析無限大電源：容量無限大；端電壓恒定；內(nèi)電抗為零。第三節(jié)無限大電源供電的三相短路電流分析

電氣中為什么有“氣”？

中國的氣學(xué)說中國人認(rèn)識“電”是從雷電開始的。西周時期（約公元前11世紀(jì)—前771年），青銅器的銘文中就出現(xiàn)了“電”字?！墩f文解字》：“電，陰陽激耀也”。“氣”字出現(xiàn)的時間更早，在殷商甲骨文中就已有氣字“三”?！墩f文解字》：“氣，云氣也，象形”。就是說，“氣”是指空中浮游的云氣，是個象形字。“氣”在中國古代哲學(xué)中通常是指一種極細微的物質(zhì)，自然界萬物的生長、寒暑的更替，都是氣運動變化的結(jié)果。中國人幾千年來都是通過“氣”來解釋物質(zhì)世界的。先秦時期是氣學(xué)說的產(chǎn)生和形成時期，漢代是物質(zhì)性“氣”的概念的成熟時期。閃電

東漢哲學(xué)家王充（公元27－97）在《論衡》中提出“天地合氣，萬物自生”。認(rèn)為天的氣和地的氣相合就會產(chǎn)生萬物。明末清初哲學(xué)家王夫之（1619－1692）認(rèn)為整個宇宙除了“氣”，別無他物，他論證了“氣”的永恒不滅性，認(rèn)為“氣”乃是一種實體。中國最早用氣學(xué)說來解釋電的吸引現(xiàn)象的，目前見到的文獻是東漢王充撰寫的《論衡》?！邦D牟”是指玳瑁。中國的氣學(xué)說

西方的電流體學(xué)說

英語中表示“電氣”的單詞是：

electricity

它源于表示“琥珀”的希臘語。琥珀工藝品西方的電流體學(xué)說只用于解釋電現(xiàn)象，而中國的氣學(xué)說可以解釋世界上的萬事萬物。這兩個學(xué)說具有很大的相似性，共同點是：具有微粒性，玄虛，難以捉摸。西方的電流體學(xué)說“電氣”的出處1847年之前漢語中可能沒有“電氣”這個詞。間接證據(jù)：1847年2月由倫敦傳教士協(xié)會的傳教士麥都思W.H.Medhurst（1796－1857）在上海出版的《EnglishandChineseDictionary》對electricity解釋是：“琥珀磨玻璃發(fā)火之法”。沒有使用漢語術(shù)語“電氣”。

美國來華傳教士、西醫(yī)師瑪高溫（D.J.MacGowan,1814-1893）1851年2月在寧波府翻譯了中文西書《博物通書》。這是目前已知最早的一本中文電磁學(xué)著作,因此也是電氣、電子、通訊、信息等學(xué)科的第一本中文著作?！半姎狻钡某鎏帯半姎狻钡某鎏帯半姎狻睂?yīng)的英文在19世紀(jì)，電流體學(xué)說在西方知識分子中影響很大，他們認(rèn)為electricity就是electricfluid。而electric與漢語“電”的含義類似，fluid與漢語“氣”的含義類似，所以可以推測：瑪高溫及其中國合作者用“電氣”來翻譯英文詞electricfluid（電流體）。即“電氣”是electricfluid的直譯，是electricity的意譯。

“電氣”對應(yīng)的英文結(jié)論(1)“電氣”是由詞根“電”和詞根“氣”構(gòu)成的偏正式合成詞。“電氣”是指電性質(zhì)的氣。(2)“氣”在中國古代哲學(xué)中通常是指一種極細微的物質(zhì)。(3)中國的氣學(xué)說與西方的電流體學(xué)說相似。(4)“電氣”是英語electricfluid的直譯，是electricity的意譯?！半姎狻笔且粋€融合了東西方哲學(xué)思想的漢語術(shù)語。(5)1851年由傳教士瑪高溫翻譯的《博物通書》可能是最早使用術(shù)語“電氣”的中文文獻。(6)日語術(shù)語“電気”源自中國。第二章同步發(fā)電機突然三相短路分析第一節(jié)同步發(fā)電機在空載情況下定子突然三相短路后的電流波形及其分析第二節(jié)同步發(fā)電機空載下三相短路后內(nèi)部物理過程以及短路電流分析第三節(jié)同步發(fā)電機負載下三相短路電流初始值第四節(jié)同步發(fā)電機的基本方程第五節(jié)應(yīng)用同步發(fā)電機基本方程分析突然三相短路電流第六節(jié)自動調(diào)節(jié)勵磁裝置對短路電流的影響電力系統(tǒng)模型的基本組成部分勵磁系統(tǒng)原動機及調(diào)速器發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程發(fā)電機電磁方程dq-xy坐標(biāo)變換負荷方程網(wǎng)絡(luò)方程同步機結(jié)構(gòu)＋＋＋＋＋＋＋實際繞組：a，b，c和f等值繞組：D，Q定子坐標(biāo)：abc轉(zhuǎn)子坐標(biāo)：dq（q軸超前d軸90度）有關(guān)變量（瞬時值）正方向的規(guī)定：磁鏈：以各自的軸線方向為正電流：定子產(chǎn)生負磁鏈的電流為正；轉(zhuǎn)子產(chǎn)生正磁鏈的電流為正。電壓：延電流方向是正電壓。同步機的等值電路＋－6個繞組之間有互感！同步機abc坐標(biāo)下的電壓方程同步機abc坐標(biāo)下的磁鏈方程系數(shù)是時變的微分方程！系數(shù)變化周期1、定子各相繞組的自感系數(shù)＋＋＋＋2、定子各相繞組的互感系數(shù)3、轉(zhuǎn)子各繞組的自感系數(shù)4、轉(zhuǎn)子各繞組間的互感系數(shù)5、定子繞組與轉(zhuǎn)子各繞組間的互感系數(shù)RobertH.Park(1902～1994)

美籍電機工程師，電氣與電子工程師學(xué)會理事。1902年3月15日生于斯特拉斯堡。1923年獲美國麻省理工學(xué)院工學(xué)學(xué)士學(xué)位。1923～1924年在瑞典斯德哥爾摩皇家技術(shù)學(xué)院任職。1924～1929年任美國通用電氣公司機電工程師。他致力于研究同步電機和電力傳輸理論。1928年提出理想化同步電機的模型及其電樞的磁鏈方程，一般稱為帕克模型和帕克方程；還定義了同步電機的各種電抗參數(shù)。1929年，他提出同步電機的雙反應(yīng)理論。這些理論對電力系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)分析有很大的影響。Park變換Park正變換Park反變換磁鏈方程的坐標(biāo)變換同步機dq0坐標(biāo)下的磁鏈方程1、變系數(shù)變成了常系數(shù)；2、但有不對稱問題出現(xiàn)3、定子自感系數(shù)的物理意義同步機dq0坐標(biāo)下的標(biāo)幺值磁鏈方程電壓方程的坐標(biāo)變換同步機dq0坐標(biāo)下的電壓方程變壓器電勢發(fā)電機電勢同步機dq0坐標(biāo)下的電壓方程同步機dq0坐標(biāo)下的磁鏈方程Park變換的數(shù)學(xué)意義坐標(biāo)變換非正交陣非奇異矩陣，存在唯一逆陣Park變換的物理意義定子轉(zhuǎn)子（靜止的繞組）（旋轉(zhuǎn)的繞組）交流直流時變定常發(fā)電機變壓器同步機dq0坐標(biāo)下的標(biāo)幺值電壓方程同步機dq0坐標(biāo)下的標(biāo)幺值磁鏈方程dq0坐標(biāo)下的發(fā)電機模型互感磁鏈漏磁鏈++++++磁鏈電勢電流電抗時常模型電路相量圖PARK變換第三章電力系統(tǒng)三相短路的實用計算三相短路3phasefault單相接地短路Singlelinetoground兩相短路Doublelinesfault兩相短路接地Doublelinestoground對嚴(yán)重的短路（短路電流最大、實際發(fā)生的概率最?。ΨQ短路是純代數(shù)計算，相當(dāng)于穩(wěn)態(tài)計算用于設(shè)備熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定校驗實用計算是對系統(tǒng)模型進行適當(dāng)簡化，便于計算引入“短路容量”概念第三章電力系統(tǒng)三相短路的實用計算第一節(jié)交流電流初始值計算第二節(jié)應(yīng)用運算曲線求任一時刻短路點的短路電流第三節(jié)轉(zhuǎn)移阻抗及其求法第四節(jié)計算機計算復(fù)雜系統(tǒng)短路電流交流分量初始值的原理第一節(jié)交流電流初始值計算實用計算條件的近似條件電源：端電壓恒定（有時短路附近的電動機、調(diào)相機也作為電源）元件：只計及電抗，是純電抗回路負荷：空載運行時短路，不計負荷電流電流：只計算周期分量的起始有效值三相短路實用計算的原理GG12312111+111＝1111疊加定理正常分量故障分量三相短路的實用計算只需畫出故障分量的等值電路、計算“故障分量”電流！應(yīng)用運算曲線求任意時刻的短路電流應(yīng)用運算曲線求任意時刻的短路電流網(wǎng)絡(luò)化簡串聯(lián)、并聯(lián)法轉(zhuǎn)移阻抗法星、三角變換法等值電源法…

…節(jié)點阻抗陣的形成令例題3-1計算下圖系統(tǒng)三相短路電流。3-2計算下圖系統(tǒng)三相短路電流。條件是：（1）S是無限大系統(tǒng)；（2）S是有限大系統(tǒng)，已知CB的斷路容量為25000MVA。3-3計算下圖系統(tǒng)三相短路電流。S是有限大系統(tǒng)，已知CB的斷路容量為25000MVA。第四章對稱分量法及電力系統(tǒng)元件的各序參數(shù)和等值電路第一節(jié)對稱分量法第二節(jié)對稱分量法在不對稱故障分析中的應(yīng)用第三節(jié)同步發(fā)電機的負序和零序電抗第四節(jié)異步電動機的負序和零序電抗第五節(jié)變壓器的零序電抗和等值電路第六節(jié)輸電線路的零序阻抗和電納第七節(jié)零序網(wǎng)的構(gòu)成第一節(jié)對稱分量法

symmetricalcomponentsmethod三相短路3phasefault單相接地短路Singlelinetoground兩相短路Doublelinesfault兩相短路接地Doublelinestoground斷線故障不對稱故障：abc三相參數(shù)對稱，但電壓、電流不對稱，不能進行單相計算，需要三相同時計算。對稱分量法

symmetricalcomponentsmethod對稱分量法最初是CharlesL.Fortescue

(1876–1936)于1913年用于分析感應(yīng)電動機不平衡運轉(zhuǎn)狀態(tài)。但此法真正被用于電力系統(tǒng)運用的計算及分析上，已是1937年以后的事了。對稱分量法，又稱對稱成分法，是一種計算電力系統(tǒng)不平衡情況的工具。對稱分量法可應(yīng)用于n相系統(tǒng)。abc坐標(biāo)

120坐標(biāo)對稱分量變換對稱故障

不對稱故障對稱分量變換對稱分量法abc不對稱相分量正序?qū)ΨQ序分量負序?qū)ΨQ序分量零序?qū)ΨQ序分量對稱分量變換對稱分量變換abc坐標(biāo)

120坐標(biāo)對稱分量變換abc坐標(biāo)abc坐標(biāo)120坐標(biāo)120坐標(biāo)對稱分量變換abc坐標(biāo)

120坐標(biāo)對稱分量變換abc坐標(biāo)abc坐標(biāo)120坐標(biāo)120坐標(biāo)對稱分量變換abc坐標(biāo)

120坐標(biāo)對稱分量變換數(shù)學(xué)意義：坐標(biāo)變換物理意義：將不對稱故障（單相接地、兩相短路、兩相短路接地和斷線故障）變換成對稱故障（三相短路）來計算對稱故障

不對稱故障對稱分量變換第二節(jié)對稱分量法在不對稱故障分析中的應(yīng)用無源網(wǎng)abc坐標(biāo)120坐標(biāo)abc相分量相互有耦合！120序分量獨立！有源網(wǎng)A相單相接地故障對稱分量法在分析不對稱故障中的應(yīng)用對稱分量法在分析不對稱故障中的應(yīng)用正序網(wǎng)負序網(wǎng)零序網(wǎng)序網(wǎng)方程有源網(wǎng)有源網(wǎng)復(fù)合序網(wǎng)第三節(jié)同步發(fā)電機的負序和零序電抗不對稱運行時：因發(fā)電機定子三相繞組一般采用不接地星形接線，沒有零序回路，所以不受零序分量影響，零序電抗可以認(rèn)為是無限大。定子電流中的負序分量在空氣隙中產(chǎn)生以同步速與轉(zhuǎn)子方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場，它與轉(zhuǎn)子的相對速度為兩倍同步速，并在轉(zhuǎn)子繞組中感生兩倍基頻的交流電流，進而產(chǎn)生兩倍基頻的脈動磁場。這個脈動磁場可以分解成兩個方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場。如圖所示，結(jié)果是定子電流中含有無限多的奇次諧波分量、而轉(zhuǎn)子電流則含有無限多的偶次諧波分量。類似，定子電流中的直流分量會引起定子電流中產(chǎn)生無限多次的偶次諧波分量、轉(zhuǎn)子電流中產(chǎn)生無限多次奇次諧波分量。第三節(jié)同步發(fā)電機的負序和零序電抗同步發(fā)電機的負序電抗：同步發(fā)電機的零序電抗：第四節(jié)異步電動機的負序和零序電抗異步電動機的負序電抗：異步電動機的零序電抗：作為靜止元件，變壓器的負序電抗和正序電抗完全相等。雙繞組變壓器的零序阻抗YN，yn（Y0/Y0

）接線變壓器YN，d（Y0/△）接線變壓器YN，y（Y0/Y）接線變壓器第五節(jié)變壓器的零序電抗和等值電路接地開路連通1、正序和負序分量只能在相導(dǎo)體中流通，不通過地線！2、零序分量只能在相導(dǎo)體+地線構(gòu)成的回路中流通，缺一不可！相導(dǎo)體+地線＝零序電流回路相導(dǎo)體＝正序和負序電流回路3、變壓器的勵磁電抗取決于變壓器的結(jié)構(gòu)！三個單相變壓器三相四柱變壓器三相鐵殼式變壓器三相三柱變壓器問題說明雙繞組變壓器的零序阻抗三繞組變壓器的零序阻抗YN，d

，yn（Y0/△

/Y0

）接線變壓器YN，d，d（Y0/△

/△

）接線變壓器YN，d

，y（Y0/△

/Y）接線變壓器第五節(jié)變壓器的零序電抗和等值電路IIIIIIIIIIII不考慮勵磁電抗！接地開路連通第六節(jié)輸電線路的零序阻抗和等值電路作為靜止元件，線路的負序電抗和正序電抗完全相等。通過零序電流助磁通過正序或負序電流去磁第六節(jié)輸電線路的零序阻抗和等值電路第六節(jié)輸電線路的零序阻抗和等值電路受架空地線的影響，零序電流產(chǎn)生的磁場起去磁作用，線路的零序電抗會減小。第七節(jié)零序網(wǎng)的構(gòu)成零序網(wǎng)特點：變壓器中性點經(jīng)消弧線圈接地只有故障點1個零序電源同一個系統(tǒng)，故障點不同，零序網(wǎng)可能不一樣找零序電流的通路三角形就接地星形就開路星形接地就聯(lián)通第七節(jié)零序網(wǎng)的構(gòu)成零序網(wǎng)特點：變壓器中性點經(jīng)消弧線圈接地只有故障點1個零序電源同一個系統(tǒng)，故障點不同，零序網(wǎng)可能不一樣找零序電流的通路三角形就接地星形就開路星形接地就聯(lián)通畫零序網(wǎng)

1234畫零序網(wǎng)

3M畫零序網(wǎng)第四章對稱分量法及電力系統(tǒng)元件的各序參數(shù)和等值電路第一節(jié)對稱分量法第二節(jié)對稱分量法在不對稱故障分析中的應(yīng)用第三節(jié)同步發(fā)電機的負序和零序電抗第四節(jié)異步電動機的負序和零序電抗第五節(jié)變壓器的零序電抗和等值電路第六節(jié)輸電線路的零序阻抗和電納第七節(jié)零序網(wǎng)的構(gòu)成第五章不對稱故障的分析計算第一節(jié)各種不對稱短路時故障處的短路電路和電壓第二節(jié)非故障處電流、電壓的計算第三節(jié)非全相運行的分析計算第四節(jié)計算機計算程序原理框圖第一節(jié)各種不對稱短路時故障處的短路電路和電壓一、單相接地短路邊界條件復(fù)合序網(wǎng)序網(wǎng)方程計算公式第一節(jié)各種不對稱短路時故障處的短路電路和電壓一、單相接地短路相量圖第一節(jié)各種不對稱短路時故障處的短路電路和電壓二、兩相短路邊界條件序網(wǎng)方程復(fù)合序網(wǎng)計算公式第一節(jié)各種不對稱短路時故障處的短路電路和電壓二、兩相短路相量圖第一節(jié)各種不對稱短路時故障處的短路電路和電壓三、兩相短路接地邊界條件序網(wǎng)方程復(fù)合序網(wǎng)計算公式第一節(jié)各種不對稱短路時故障處的短路電路和電壓三、兩相短路接地相量圖第一節(jié)各種不對稱短路時故障處的短路電路和電壓四、正序等效定則（正序增廣網(wǎng)絡(luò)）短路種類三相短路01單相接地3兩相短路兩相短路接地各種短路的規(guī)律正序網(wǎng)+附加阻抗＝正序增廣網(wǎng)絡(luò)第二節(jié)非故障處電流、電壓的計算非故障處電壓的特點：（1）越靠近電源正序電壓數(shù)值越高，越靠近短路點正序電壓數(shù)值就越低。（2）越靠近短路點負序和零序電壓有效值總是越高。第二節(jié)非故障處電流、電壓的計算

變壓器