电力系统分析(I)复习

1、 Huazhong University of Science and Technology p 形式形式：闭卷考试：闭卷考试 p 题型题型：简答题与计算题：简答题与计算题 p 答疑答疑： 2014年年1月月15日星期三下午日星期三下午02:3005:00，地点：西九楼 ，地点：西九楼318 （文劲宇老师、石东源老师）（文劲宇老师、石东源老师） 2013年年1月月15日星期三晚上日星期三晚上07:0009:30，地点：西九楼 ，地点：西九楼318 （林湘宁老师、孙海顺老师）（林湘宁老师、孙海顺老师） p 评分评分：考试成绩：考试成绩：80%，平时成绩：，平时成绩：20% 2013-2014学年

2、度第一学期学年度第一学期 电力系统分析（电力系统分析（I）考试说明）考试说明 1. 主要内容主要内容电力系统短路计算（故障分析）电力系统短路计算（故障分析） （1）三相短路计算；）三相短路计算； （2）不对称故障计算，包括不对称短路和非全相断线；）不对称故障计算，包括不对称短路和非全相断线； 2. 短路故障类型短路故障类型 （1）对称三相短路：）对称三相短路：f（ （3） （2）不对称短路：）不对称短路： f（ （1） ， ， f（ （2） ， ， f（ （1,1） （3）非全相断线：单相断线，两相断线；）非全相断线：单相断线，两相断线； 课程主要内容课程主要内容 3. 短路计算的目的和任务短

3、路计算的目的和任务 （1）设备选择和校验：）设备选择和校验： 热稳定度；电动力稳定度；断路器容量选择等热稳定度；电动力稳定度；断路器容量选择等 （2）继电保护整定计算：）继电保护整定计算： 故障类型与故障电流特征、故障电压电流分布计算；故障类型与故障电流特征、故障电压电流分布计算； （3）邻近通信线路干扰）邻近通信线路干扰 课程主要内容课程主要内容 4. 对称三相短路计算的内容对称三相短路计算的内容 （1）起始次暂态电流计算）起始次暂态电流计算 短路电流周期分量的起始值（短路瞬间）短路电流周期分量的起始值（短路瞬间） （2）短路冲击电流计算）短路冲击电流计算 短路电流最大可能瞬时值短路电流最大

4、可能瞬时值 （3）短路后任意时刻短路电流周期分量）短路后任意时刻短路电流周期分量 课程主要内容课程主要内容 5. 对称三相短路计算的原理与方法对称三相短路计算的原理与方法 （1）制定等值电路制定等值电路 发发 电电 机：机： 等值电势源支路等值电势源支路 输电线路：输电线路： PI型等值电路，参数的物理意义，参数典型值型等值电路，参数的物理意义，参数典型值 变变 压压 器：器： 铭牌参数，短路电压比的概念；铭牌参数，短路电压比的概念；PI型等值电路 型等值电路 负负 荷：荷： 等值电势源；恒定阻抗等值电势源；恒定阻抗 外部系统等值：外部系统等值： 进行局部系统短路计算时，外部未知电源系统的进行

5、局部系统短路计算时，外部未知电源系统的 等值电势及等值电抗参数近似方法（根据短路容量估算电抗等值电势及等值电抗参数近似方法（根据短路容量估算电抗XS， ES = 1.0） 课程主要内容课程主要内容 5. 对称三相短路计算的原理与方法（续）对称三相短路计算的原理与方法（续） （1）制定等值电路（续）制定等值电路（续） 短路计算的等值电路简化原则短路计算的等值电路简化原则 各电势源支路等值电势的确定各电势源支路等值电势的确定 等值电路参数标幺化计算：等值电路参数标幺化计算：SB ，VB = Vav （2）计算起始次暂态电流）计算起始次暂态电流 节点方程方法：生成节点方程方法：生成Y阵，阵，LDU分

6、解因子表，计算分解因子表，计算Z阵元素，计算阵元素，计算If 利用转移阻抗：计算短路点故障电流；利用转移阻抗：计算短路点故障电流； 电路等值化简方法电路等值化简方法 课程主要内容课程主要内容 5. 对称三相短路计算的原理与方法（续）对称三相短路计算的原理与方法（续） （3）计算冲击电流）计算冲击电流冲击系数的选取冲击系数的选取 同步发电机、调相机、同步电动机：同步发电机、调相机、同步电动机：1.91.8 各种容量异步电动机：各种容量异步电动机：1.31.8 综合负荷：综合负荷：1.0 注意校验用电势源支路表示的负荷支路是否提供短路电流注意校验用电势源支路表示的负荷支路是否提供短路电流 冲击电流

7、为瞬时值，基准电流为有效值，应乘以冲击电流为瞬时值，基准电流为有效值，应乘以2IB （4）故障后任意时刻的短路电流周期分量计算）故障后任意时刻的短路电流周期分量计算（此项考试不作要求）（此项考试不作要求） 利用计算曲线，计算电抗的概念利用计算曲线，计算电抗的概念 课程主要内容课程主要内容 算例：算例：f点发生三相短路时的短路计算点发生三相短路时的短路计算 6-2 起始次暂态电流和冲击电流的实用计算 起始次暂态电流和冲击电流的实用计算 b a XT1 XG XL1 XL2 XT2 XSC EG c ELD1 ELD3 ELD2 ESC f XL3 XLD2 XLD3 XLD1 I 3LD I 4

8、. 计算发生三相短路时计算发生三相短路时故障故障点的点的短路冲击电流短路冲击电流 (1) 验算负荷节点残余电压，判断负荷是否提供短路电流验算负荷节点残余电压，判断负荷是否提供短路电流 (2) 选取冲击系数，计算冲击电流：选取冲击系数，计算冲击电流： - 22 imimim LDLD ikIkI 1LD I 1G I 1G I 2LD I 2 I 1 I 00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 iap ip iap0 iim iim=1+exp(-0.01/Ta)Ipm=kimIpm 00.010.020.03

9、0.040.050.060.070.080.090.1 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 iap ip iap0 iim iim=1+exp(-0.01/Ta)Ipm=kimIpm 00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 iap ip iap0 iim iim=1+exp(-0.01/Ta)Ipm=kimIpm 6. 不对称短路计算不对称短路计算 （1）对称分量法及其在不对称短路计算中的应用）对称分量法及其在不对称短路计算中的应用 （2）序网制定）序网制定序网方程序网方程 制定序网的原则；序网包含序

10、电流流通的元件制定序网的原则；序网包含序电流流通的元件 发电机的负序和零序等值电路及参数发电机的负序和零序等值电路及参数 负荷的负序等值电路及参数负荷的负序等值电路及参数 单回输电线路零序等值电路与参数，架空地线对零序参数的影响单回输电线路零序等值电路与参数，架空地线对零序参数的影响 平行双回输电线路的零序等值电路平行双回输电线路的零序等值电路 变压器零序等值电路与参数：星三角连接变压器，中性点电抗，变压器零序等值电路与参数：星三角连接变压器，中性点电抗，自自 耦变压器（考试不作要求）耦变压器（考试不作要求） 课程主要内容课程主要内容 6. 不对称短路计算（续）不对称短路计算（续） （3）简单

11、不对称故障的序分量边界条件）简单不对称故障的序分量边界条件 单相短路单相短路 两相短路两相短路 两相短路接地两相短路接地 单相断线单相断线 两相断线两相断线 经过渡阻抗短路经过渡阻抗短路 故障特殊相，基准相的选取故障特殊相，基准相的选取 课程主要内容课程主要内容 6. 不对称短路计算（续）不对称短路计算（续） （4）故障点短路电流和电压计算）故障点短路电流和电压计算 计算故障口电流正序分量：复合序网，正序等效定则；计算故障口电流正序分量：复合序网，正序等效定则； 计算故障口电流负序零序分量，电压各序分量；计算故障口电流负序零序分量，电压各序分量； 计算故障相电流，以及非故障相电压；计算故障相电

12、流，以及非故障相电压； （5）故障电流电压分布计算）故障电流电压分布计算 节点方程方法；节点方程方法； 电路分析电路分析 序分量经星三角连接变压器的相位变化序分量经星三角连接变压器的相位变化 课程主要内容课程主要内容 7. 同步电机数学模型同步电机数学模型 （1）同步电机原始方程式及其电感系数的特点）同步电机原始方程式及其电感系数的特点 定子绕组自感系数：定子绕组自感系数： 凸极机时变系数，隐极机常数凸极机时变系数，隐极机常数 定子绕组互感系数：定子绕组互感系数： 凸极机时变系数，隐极机常数凸极机时变系数，隐极机常数 转子绕组自感系数：转子绕组自感系数： 常数常数 转子绕组互感系数：转子绕组互

13、感系数： 常数常数 定转子绕组互感系数：时变系数定转子绕组互感系数：时变系数 （2）同步电机）同步电机Park方程式方程式 Park变换；变换；abc坐标与坐标与dq0坐标系中各频率分量间的对应关系坐标系中各频率分量间的对应关系 同步电机同步电机Park方程：方程：Park方程中电感系数的特点，实用正方向方程中电感系数的特点，实用正方向 课程主要内容课程主要内容 7. 同步电机数学模型（续）同步电机数学模型（续） （3）同步电机突然短路）同步电机突然短路 突然短路过程的特点，区别于恒定电势源电路突然短路的特点突然短路过程的特点，区别于恒定电势源电路突然短路的特点 磁链守恒准则磁链守恒准则 同步

14、电机突然短路的各种短路电流分量及相互之间的依存关系同步电机突然短路的各种短路电流分量及相互之间的依存关系 （4）同步电机突然短路的各电流分量计算）同步电机突然短路的各电流分量计算 磁链平衡等值电路磁链平衡等值电路 各种短路电流分量之间的磁链平衡关系各种短路电流分量之间的磁链平衡关系 起始次暂态电流、起始暂态电流、短路稳态电流分量起始次暂态电流、起始暂态电流、短路稳态电流分量 各自由电流分量的衰减时间常数各自由电流分量的衰减时间常数（考试不作要求）（考试不作要求） 课程主要内容课程主要内容 2. 无阻尼绕组同步电机突然三相短路的物理分析 无阻尼绕组同步电机突然三相短路的物理分析 (5) 定转子绕

15、组各种电流分量及其相互关系 定转子绕组各种电流分量及其相互关系 ()abc i 定子绕组定子绕组 稳态短路电流稳态短路电流 基频自由电流基频自由电流 非周期电流非周期电流 倍频电流倍频电流 fa i ()abc ap i 0f i (2)abc i f i 强制分量 强制分量 自由分量自由分量 )()()(abcaba ccb iii 转子绕组转子绕组 稳态励磁电流稳态励磁电流 自由直流自由直流 基频电流基频电流 5-4 无阻尼绕组同步电机三相短路电流计算无阻尼绕组同步电机三相短路电流计算 1. 短路电流各分量计算 短路电流各分量计算短路状态磁链平衡关系短路状态磁链平衡关系 f x ad x

16、a x 0f d 0fffa iii dd ii aq x a x q qq ii + 0 00 dddadffa qqq fad df dfffa q df xixii xi ii i iiiixxi () () (2) , , abc abc ap abc q d d q ii i i i i i 000 000 000 cos cos(120 ) cos(120 ) a b c 0 0 cos sin d q t t 0 f f f a i i i 5-4 无阻尼绕组同步电机三相短路电流计算无阻尼绕组同步电机三相短路电流计算 1. 短路电流各分量计算 短路电流各分量计算短路状态磁链平衡关

17、系短路状态磁链平衡关系 f x ad x a x 0f 0ffa ii d i aq x a x q q i f x ad x a x d f i d i aq x a x q i + + () 0 0 , 0 abc ffa dq abc ff i i i i i () (2) abc ap d abcq ff i i ii ii 0 0 abcabc f 0 , abcdq 7. 同步电机数学模型（续）同步电机数学模型（续） （5）各种电势和电抗表示的同步电机相量方程式及相量图）各种电势和电抗表示的同步电机相量方程式及相量图 空载电势与同步电抗空载电势与同步电抗 等值隐极机电势的定义及其作

18、用等值隐极机电势的定义及其作用 暂态电势与暂态电抗暂态电势与暂态电抗 暂态电抗后的暂态电势暂态电抗后的暂态电势 次暂态电势与次暂态电抗次暂态电势与次暂态电抗 已知发电机初始运行的机端电压电流，计算各种电势已知发电机初始运行的机端电压电流，计算各种电势 课程主要内容课程主要内容 5-4 无阻尼绕组同步电机三相短路电流计算无阻尼绕组同步电机三相短路电流计算 1. 短路电流各分量计算 短路电流各分量计算暂态电抗和暂态电势暂态电抗和暂态电势 dd dad f qq q fad dff x ix i x i x ix i f x ad x a x f d f i d i aq x a x q q i +

19、 f x ad x a x d x d x d d i q E dqd d qq q Ex i x i , fad ad fa ff d a q d xx x x x E x x x 短路瞬间暂态电势保持不变短路瞬间暂态电势保持不变 (2) 纵轴 纵轴次暂态电抗和次暂态电抗和横轴横轴次暂态电势次暂态电势 f x ad x a x f d f i d i D x D D i dd dadfad D fad dffad D Dad dadfD D x ix ix i x ix ix i x ix ix i d x d d i q E f x ad x a x d x D x / f D fD ad

20、f q D xx xxx E 横轴次暂态电势 短路瞬间不发生突变 / adadfD xxxxx 纵轴次暂态电抗 2. 次暂态电抗和次暂态电势 次暂态电抗和次暂态电势 (3) 横轴 横轴次暂态电抗和次暂态电抗和纵轴纵轴次暂态电势次暂态电势 q x q q i d E Q x aq x a x q x aq Q Q d x x E 纵横轴次暂态电势 短路瞬间不发生突变 / aaqQq xxxx 横轴次暂态电抗 qq qaq Q Qaq qQ Q x ix i x ix i Q x aq x a x Q q Q i q i 2. 次暂态电抗和次暂态电势 次暂态电抗和次暂态电势 d jx d I q V q E q jx q I d V d jx I V Q E , , , , dqddq xxxxx 同步电机结构参数： , , , , Qqqqd EEEEE 同步电机运行参数： , , , , , , , , , Q dqdq qq d d q q d d d x x V IE V x VII