電力系統(tǒng)暫態(tài)分析Chap1-重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院趙淵課件

電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)

分析1緒論幾個(gè)基本概念電力系統(tǒng)：由生產(chǎn)、變換、輸送、分配、消費(fèi)電能的發(fā)電機(jī)、變壓器、變換器、電力線路和各種用電設(shè)備（一次設(shè)備）以及測(cè)量、保護(hù)、控制、通訊等智能裝置（二次設(shè)備）組成的統(tǒng)一整體。運(yùn)行參量：定量地確定了系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，包括功率、電壓、電流、頻率以及角位移等元件參數(shù)：由元件物理特性決定，代表元件特性，直接影響運(yùn)行參量大小，包括阻抗、導(dǎo)納、變比、時(shí)間常數(shù)和放大倍數(shù)等2緒論穩(wěn)態(tài)：電力系統(tǒng)正常的相對(duì)靜止的運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)參數(shù)不變，運(yùn)行參量不變或在某一均值附近持續(xù)地以較小幅度變化暫態(tài)：受擾后系統(tǒng)參數(shù)改變，系統(tǒng)從原來(lái)的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)向新系統(tǒng)參數(shù)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)過渡的過程，運(yùn)行參量可能發(fā)生較大變化，例如出現(xiàn)過電壓、過電流、機(jī)組失步穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)的相對(duì)性：電力系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)無(wú)時(shí)無(wú)刻不在變化，所以電力系統(tǒng)時(shí)刻處于暫態(tài)過程中，但如果系統(tǒng)參數(shù)變化較小，過渡過程中運(yùn)行參量的變化很小，就稱為穩(wěn)態(tài)；當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)變化很大時(shí)（如短路時(shí)），過渡過程中運(yùn)行參量變化大，稱為暫態(tài)。3緒論暫態(tài)過程分類電磁暫態(tài)變壓器、線路等靜止元件短路后引起的電流、電壓突變及其后在電感、電容型儲(chǔ)能元件及電阻型耗能元件中引起的過渡過程稱為電磁過程。重點(diǎn)分析短路故障后網(wǎng)絡(luò)中電流、電壓變化，可不計(jì)機(jī)組間角位移的變化電磁暫態(tài)過程主要與短路和自勵(lì)磁有關(guān)，計(jì)算要應(yīng)用磁鏈?zhǔn)睾阍?引出暫態(tài)、次暫態(tài)電勢(shì)、電抗及時(shí)間常數(shù)等參數(shù),據(jù)此算出各階段短路的起始值及衰減時(shí)間特性。持續(xù)時(shí)間較波過程長(zhǎng)，為毫秒級(jí)（10-2～1S）

5緒論本課程的任務(wù)《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》：電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的分析計(jì)算《電力系統(tǒng)暫態(tài)分析》：電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)過程和機(jī)電暫態(tài)過程的分析計(jì)算電磁暫態(tài)過程分析又稱為電力系統(tǒng)故障分析（第一篇）電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過程分析主要討論電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，所以又稱為電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析（第二篇）

《高電壓技術(shù)》——波過程的分析計(jì)算6課程內(nèi)容電磁暫態(tài)分析的主要內(nèi)容：電力系統(tǒng)故障分析的基礎(chǔ)知識(shí)（第一章）同步發(fā)電機(jī)突然三相短路分析（第二章）電力系統(tǒng)三相短路電流的實(shí)用計(jì)算（第三章）對(duì)稱分量法與電力元件的各序參數(shù)和等值電路（第四章）不對(duì)稱故障的分析計(jì)算（第五章）7教材及參考資料李光琦，電力系統(tǒng)暫態(tài)分析，中國(guó)電力出版社何仰贊等，電力系統(tǒng)分析（上冊(cè)），華中理工大學(xué)出版社91011第一節(jié)故障概述一、短路故障短路概念

一切不正常的相與相或相與地之間的連接稱為短路，又叫橫向故障短路類型（short-circuit

fault）

三相短路（5％）兩相短路（10％）

單相接地短路（65％）兩相短路接地（20％）

f（3）

f（1）

f（2）

f（1,1）

不對(duì)稱故障13第一節(jié)故障概述一、短路故障短路原因載流部分相間絕緣或?qū)Φ亟^緣損壞、鳥獸跨接在裸露載流部分、氣象條件惡化（大風(fēng)、覆冰）引起倒塔、人為事故及其它原因短路后果1.短路點(diǎn)的電弧高溫使設(shè)備燒壞2.短路電流的熱效應(yīng)引起的溫度升高加快絕緣老化，甚至燒壞設(shè)備3.短路電流產(chǎn)生的電動(dòng)力使設(shè)備導(dǎo)體變形或損壞4.引起電網(wǎng)中電壓降低，使負(fù)荷運(yùn)行穩(wěn)定性破壞—電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)5.發(fā)電機(jī)輸出電磁功率的改變導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩不平衡，可能失去同步6.不對(duì)稱短路時(shí)出現(xiàn)的零序電流將對(duì)鄰近通訊線路形成干擾7.不對(duì)稱短路時(shí)出現(xiàn)的負(fù)序電流將引起旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的附加發(fā)熱14第一節(jié)故障概述一、短路故障減少短路電流危害的應(yīng)對(duì)措施1.限制短路電流的數(shù)值（限流電抗器等）2.限制短路電流存在的時(shí)間（繼電保護(hù)切除故障）3.采用繼電保護(hù)和重合閘相配合短路電流計(jì)算的意義1.為變電站電氣主接線、電氣設(shè)備選擇提供依據(jù)2.為限制短路電流的措施提供依據(jù)3.為繼電保護(hù)配置與整定計(jì)算提供依據(jù)15第一節(jié)故障概述三、故障的其它分類分析方法上：不對(duì)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。

17第二節(jié)標(biāo)幺制標(biāo)么制（Per-UnitSystem）電力系統(tǒng)的計(jì)算有兩種計(jì)算體系有名制：采用有單位（V、A、W、Ω、S等）的數(shù)值（有名值）表示物理量和進(jìn)行計(jì)算的方法。絕對(duì)單位制。標(biāo)么制：采用沒有單位的相對(duì)值（標(biāo)么值）表示物理量和進(jìn)行計(jì)算的方法。相對(duì)單位制。

18第二節(jié)標(biāo)幺制三相星形接線系統(tǒng)標(biāo)幺制下的基準(zhǔn)值約束關(guān)系ZB、YB

：?jiǎn)蜗嘧杩?、?dǎo)納的基準(zhǔn)值UB、IB：線電壓、線電流的基準(zhǔn)值UΦB、SΦB：相電壓和單相功率的基準(zhǔn)值SB：三相功率的基準(zhǔn)值在標(biāo)幺制中三相電路的關(guān)系式類似于單相電路19第二節(jié)標(biāo)幺制基準(zhǔn)值改變時(shí)標(biāo)幺值的換算如果變壓器發(fā)電機(jī)電抗器21第二節(jié)標(biāo)幺制多電壓網(wǎng)絡(luò)等級(jí)中元件參數(shù)標(biāo)么值的計(jì)算

參數(shù)歸算法：先將各電壓等級(jí)的有名值參數(shù)都?xì)w算到基本級(jí)，再除以基本級(jí)的基準(zhǔn)值，折算為標(biāo)么值。

基準(zhǔn)值歸算法：先將基本級(jí)的基準(zhǔn)值歸算到各電壓等級(jí)得到各級(jí)的基準(zhǔn)值，再將各級(jí)未經(jīng)歸算的有名值除以各級(jí)的基準(zhǔn)值，折算為標(biāo)么值。常用的標(biāo)么值歸算法：選擇全網(wǎng)統(tǒng)一功率基準(zhǔn)，選擇各級(jí)電網(wǎng)額定電壓為各自基準(zhǔn)電壓將未經(jīng)歸算的各級(jí)有名值除以各級(jí)的基準(zhǔn)值，折算為標(biāo)么值理想變壓器的變比用標(biāo)幺值變比（實(shí)際變比除以基準(zhǔn)變比）表示近似計(jì)算法假定變壓器變比為各電壓等級(jí)的平均額定電壓之比選取各電壓等級(jí)的平均額定電壓為基準(zhǔn)電壓22第二節(jié)標(biāo)幺制（1）準(zhǔn)確計(jì)算法23第二節(jié)標(biāo)幺制頻率、角頻率、電感、時(shí)間和磁鏈的基準(zhǔn)值

一般選額定頻率fN為頻率基準(zhǔn)值角頻率的基準(zhǔn)值電感的基準(zhǔn)值時(shí)間的基準(zhǔn)值取同步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一弧度所需的時(shí)間

磁鏈的基準(zhǔn)值當(dāng)ω=2πfN=ωB時(shí)下標(biāo)s：Synchronous25第三節(jié)無(wú)限大功率電源的三相短路電流分析本節(jié)一些變量下標(biāo)的說明|0|：故障前瞬間，相當(dāng)“電路”中的0-0：故障后瞬間，相當(dāng)“電路”中的0+p或ω：周期分量（period）、ω：頻率為ω的分量α：非周期分量m：向量的模值（mode）M：最大值（maximum）∞：穩(wěn)態(tài)值（t→∞）

26第三節(jié)無(wú)限大功率電源三相短路電流分析暫態(tài)過程分析

f點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)右側(cè)回路為無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，L′中的電流不能突變，ia′

、

ib′、ic′將從短路前的數(shù)值逐漸衰減到零左側(cè)每相阻抗減小，穩(wěn)態(tài)電流必將增大

特解為t→∞時(shí)方程組的解，即短路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的電流，又稱為短路電流的穩(wěn)態(tài)分量或周期分量。其解=特解+齊次方程的通解29暫態(tài)過程分析

iαa—短路電流的自由分量，又稱為非周期分量，對(duì)應(yīng)于上述微分方程的齊次微分方程的解。C為積分常數(shù)，其值為非周期分量的起始值。短路后的過渡過程中A相電流可以表示為：

短路前后L中的電流不能突變，所以短路前后瞬間電流應(yīng)相等第三節(jié)無(wú)限大功率電源三相短路電流分析30暫態(tài)過程分析較大的周期分量是因電源電勢(shì)作用于較小的回路阻抗而產(chǎn)生，非周期分量是回路電感中原儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量釋放而產(chǎn)生，并按回路的時(shí)間常數(shù)衰減狀態(tài)突然變化瞬間，電感中合成磁鏈不突變

第三節(jié)無(wú)限大功率電源三相短路電流分析周期分量：ipa

非周期分量：iαa

31暫態(tài)過程分析三相短路電流的非周期分量是不相等的非周期分量的起始值越大，短路電流的最大瞬時(shí)值越大短路電流的兩根包絡(luò)線的垂直等分線即為直流分量第三節(jié)無(wú)限大功率電源三相短路電流分析32第三節(jié)無(wú)限大功率電源三相短路電流分析暫態(tài)過程分析非周期分量電流取得最大值的條件：1.相量與縱軸平行2.相量有盡可能大的幅值，此條件等效于短路前空載結(jié)論：1.短路前空載2.短路發(fā)生時(shí)，電壓初相角恰好可以使與縱軸平行，即有：33第三節(jié)無(wú)限大功率電源三相短路電流分析暫態(tài)過程分析非周期分量電流取得最小值的條件：相量與縱軸垂直，此時(shí)直流分量為零，A相電流由短路前的穩(wěn)態(tài)電流直接變?yōu)槎搪泛蟮姆€(wěn)態(tài)電流而不經(jīng)過暫態(tài)過程短路時(shí)三相電流的非周期分量大小不一樣。至于那一相較大，那一相較小，取決于短路時(shí)電壓相角34第三節(jié)無(wú)限大功率電源三相短路電流分析短路沖擊