同步发电机的基本方程ppt课件

1、电力系统暂态分析电力系统暂态分析 同步发电机的根本方程电压方程、磁链方同步发电机的根本方程电压方程、磁链方程程 a、b、c坐标系统坐标系统 d、q、0坐标系坐标系统统 变系数的微分方程变系数的微分方程 常系数的微分常系数的微分方程方程 同步发电机的稳态运转同步发电机的稳态运转 分析了电压与电流之间的关系分析了电压与电流之间的关系 电力系统暂态分析的根底电力系统暂态分析的根底派克变换派克变换电力系统暂态分析电力系统暂态分析第第2 2章章 电力系统三相短路的暂态过程电力系统三相短路的暂态过程2.1 2.1 短路的根本概念短路的根本概念2.2 2.2 无限大功率电源供电系统的三相短路分析无限大功率电

2、源供电系统的三相短路分析2.3 2.3 无阻尼绕组同步发电机忽然三相短路分析无阻尼绕组同步发电机忽然三相短路分析2.4 2.4 计及阻尼绕组同步发电机忽然三相短路分计及阻尼绕组同步发电机忽然三相短路分析析2.5 2.5 强行励磁对同步电机三相短路的影响强行励磁对同步电机三相短路的影响有限容量电源有限容量电源本章重点本章重点电力系统暂态分析电力系统暂态分析 2.1 短路的根本概念短路的根本概念 ZZZZZZ发电机用电设备 1、短路的概念：短路是指电力系统正常运、短路的概念：短路是指电力系统正常运转情况以外的相与相之间或相与地或中性转情况以外的相与相之间或相与地或中性线之间的衔接。线之间的衔接。电

3、力系统暂态分析电力系统暂态分析 三相短路：三相短路：symmetrical three-phase fault f(3) 两相短路：两相短路：line-to-line fault f(2) 两相短路接地两相短路接地 :double line-to-ground fault f(1,1) 单相接地短路：单相接地短路：single line to ground fault f(1)电力系统暂态分析电力系统暂态分析 三相短路三相短路4 两相短路两相短路5 两相短路接地两相短路接地8 单相接地单相接地83 三相缺点发生的概率小，但是最为严三相缺点发生的概率小，但是最为严重，对系统的平安稳定运转影响最大

4、。重，对系统的平安稳定运转影响最大。电力系统暂态分析电力系统暂态分析统计结果：统计结果：110kV 线路线路78.0600kW 以上发电机以上发电机7.5110kV 变压器变压器6.5110kV 母线母线8.0 架空输电线是电力系统中比较薄弱环架空输电线是电力系统中比较薄弱环节，发生短路的几率最高。节，发生短路的几率最高。电力系统暂态分析电力系统暂态分析 电气设备载流部分的绝缘损坏最主要的缘由电气设备载流部分的绝缘损坏最主要的缘由 自然缘由：风、覆冰、雪、雷电、雾、鸟害自然缘由：风、覆冰、雪、雷电、雾、鸟害 人为缘由：运转人员误操作未拆地线合闸、人为缘由：运转人员误操作未拆地线合闸、带负荷拉隔

5、离刀闸等带负荷拉隔离刀闸等电力系统暂态分析电力系统暂态分析 产生大电流产生大电流 呵斥低电压呵斥低电压 干扰以致于破坏系统的稳定运转干扰以致于破坏系统的稳定运转 对通讯线路的干扰对通讯线路的干扰oUt23121U电力系统暂态分析电力系统暂态分析2019年年8月月14日美国大停电日美国大停电美国东部，时间美国东部，时间2019年年8月月14日日16:11开场北京时间开场北京时间8月月15日晨日晨4:11，美国东北部和加拿大东部结合电网发生，美国东北部和加拿大东部结合电网发生了大面积停电事故了大面积停电事故 纽约纽约: 交通瘫痪、公路堵塞、人困在电梯和隧道里、冒炎热交通瘫痪、公路堵塞、人困在电梯和

6、隧道里、冒炎热步行回家步行回家停电影响停电影响 美国：美国： 俄亥俄州、密歇根州、纽约州、俄亥俄州、密歇根州、纽约州、 马萨诸塞州、康涅狄克州、新泽西州、马萨诸塞州、康涅狄克州、新泽西州、 宾夕法尼亚州、佛蒙特州宾夕法尼亚州、佛蒙特州8个州个州 加拿大：安大约省、魁北克省加拿大：安大约省、魁北克省2个省个省电力系统暂态分析电力系统暂态分析损失负荷：损失负荷：6180万千瓦万千瓦5000万居民失去电力供应万居民失去电力供应恢复需几天时间恢复需几天时间 -8月月14日日19：30 恢复恢复134万千瓦万千瓦 - 8月月14日日23：00 恢复恢复2130万千瓦万千瓦 - 8月月15日日11：00

7、恢复恢复4860万千瓦万千瓦美国切机美国切机20多台含多台含9台核电机组台核电机组 美加合计切机百余台美加合计切机百余台美经济学家估计：美损失：美经济学家估计：美损失：300亿美圆亿美圆/天天电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析5 5、限制短路电流的措施、限制短路电流的措施线路上装设电抗器线路上装设电抗器采用继电维护安装，迅速作用于切除缺点采用继电维护安装，迅速作用于切除缺点设备，保证无缺点部分的平安运转。设备，保证无缺点部分的平安运转。架空线路普遍采用自动重合闸安装架空线路普遍采用自动重合闸安装电力系统暂态分析电力系统暂态分析6 6、短路计算的目的、短路计算的目的

8、选择电气设备断路器、互感器等选择电气设备断路器、互感器等继电维护的配置和整定继电维护的配置和整定电气主接线方案的比较和选择电气主接线方案的比较和选择电力系统暂态分析电力系统暂态分析 电力系统的短路缺点也称为横向缺点，电力系统的短路缺点也称为横向缺点，由于它是相间或相对地的缺点由于它是相间或相对地的缺点 一相或两相断线的情况，为断线缺点，一相或两相断线的情况，为断线缺点，也称纵向缺点也称纵向缺点电力系统暂态分析电力系统暂态分析知识的拓展：知识的拓展： 特高压电网的绝缘与绝缘配合特高压电网的绝缘与绝缘配合他想知道吗？他想知道吗？电力系统暂态分析电力系统暂态分析8.2.1 无限大功率电源无限大功率电

9、源8.2.2 暂态过程分析暂态过程分析8.2.3 短路电流及短路功率的短路电流及短路功率的计算计算电力系统暂态分析电力系统暂态分析特点：特点：电源的频率和电压坚持恒定电源的频率和电压坚持恒定电源的内阻抗为零电源的内阻抗为零 无限大功率电源是相对概念无限大功率电源是相对概念电力系统暂态分析电力系统暂态分析)sin(tUuma)sin()0()0(tIima222) 0 ()()(LLRRUImmRRLL)(arctan)0(电力系统暂态分析电力系统暂态分析假设在t=0s时，系统 点发生三相短路f)sin(tURidtdiLmaa电力系统暂态分析电力系统暂态分析ataaAei)sin(tIimpa

10、)sin(tURidtdiLmaa0dtdiLRiaaRLa电力系统暂态分析电力系统暂态分析)sin()0()0()0(maIiAIima)sin(0 0t0tA值确实定值确实定aaii)0()sin()sin()0()0(mmIIA代入通解得到：代入通解得到：由于电感电流不能突变，因此有：电力系统暂态分析电力系统暂态分析 所以所以不衰减！不衰减！ 衰减！衰减！稳态分量稳态分量交流分量交流分量周期分量周期分量强迫分量强迫分量暂态分量暂态分量直流分量直流分量非周期分量非周期分量自在分量自在分量atmmmaeIItIi)sin()sin()sin()0()0(电力系统暂态分析电力系统暂态分析 短路

11、全电流为：短路全电流为： TatmmmaeIItIi)sin()sin()sin()0()0(TatommmbeIItIi120sin()120sin()120sin()0()0(TatommmceIItIi120sin()120sin()120sin()0()0(电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析1 1、短路冲击电流、短路冲击电流最大能够的短路电流瞬时值称为短路冲击电流，以iim表示。)sin()sin()0()0(mmaaoIIi0. 30. 290. 1mI电力系统暂态分析电力系统暂态分析短路冲击电流短路冲击电流otaTtmmaeItIicos周期分量周期分

12、量非周期分量非周期分量电力系统暂态分析电力系统暂态分析 短路冲击电流短路冲击电流 冲击电流主要 用于检验电气设备和载流导体的动稳定性mimmTaTammimIKIeeIIi)1 (01. 001. 0冲击电流：otT/2iim电力系统暂态分析电力系统暂态分析2 2、短路全电流有效值、短路全电流有效值 在三相短路的暂态过程中，任一时辰在三相短路的暂态过程中，任一时辰t t的短路电流的短路电流有效值有效值 ，是指以时辰，是指以时辰t t为中心的一个周期内瞬为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值。时电流的均方根值。tI2ptmPtIIatatIi22atpttIII22222211TtTtatptTt

13、TttdtiiTdtiTI电力系统暂态分析电力系统暂态分析 短路全电流有效值短路全电流有效值 =2)01. 0(2)2(tatmimiII212(1)2mimimIIK 短路全电流的最大有效值也是发生在短路后半个周期，其值为： 短路全电流有效值用来校验设备的热稳定性短路全电流有效值用来校验设备的热稳定性电力系统暂态分析电力系统暂态分析3 3、短路功率、短路功率 短路功率也称短路容量，等于短路电流有效值与短路功率也称短路容量，等于短路电流有效值与短路点处的正常任务电压普通用平均额定压短路点处的正常任务电压普通用平均额定压) )的的乘积乘积tBBtavtIIUIUS33用标么值表示用标么值表示 在

14、短路电流的适用计算中，常用短路周期分量电在短路电流的适用计算中，常用短路周期分量电流的初始有效值来计算短路功率。流的初始有效值来计算短路功率。tavtIUS3t t时辰的短路功率时辰的短路功率: : 短路功率主要用于校验开关的切断才干短路功率主要用于校验开关的切断才干电力系统暂态分析电力系统暂态分析8.3.1 无阻尼绕组同步发电机忽然三无阻尼绕组同步发电机忽然三相短路的物理分析相短路的物理分析8.3.2 无阻尼绕组同步电机三相短路无阻尼绕组同步电机三相短路电流计算电流计算电力系统暂态分析电力系统暂态分析fffqqdrUiII)0()0(, 0, 0)0()0()0()0(fadfddix假设短

15、路前发电机处于空载形状假设短路前发电机处于空载形状电力系统暂态分析电力系统暂态分析cos)0()0(a)120cos(0)0()0(b)120cos(0)0()0(c定子各绕组磁链定子各绕组磁链电力系统暂态分析电力系统暂态分析 假设假设t=0t=0时辰发电机端发生三相短路，此时时辰发电机端发生三相短路，此时 在短路前后瞬间，磁链不能突变在短路前后瞬间，磁链不能突变0)120cos(00)0()0(b0)0()0(cosa)120cos(00)0()0(c短路后瞬间定子各相绕组的磁链短路后瞬间定子各相绕组的磁链短路后短路后,由励磁电流产生并交链到定子绕组的磁链由励磁电流产生并交链到定子绕组的磁链

16、电力系统暂态分析电力系统暂态分析aibici)0(0i)cos(cos000)0(tai)0(0aaai)0(0bbbi)0(0ccci为保证短路前后磁链初值不变为保证短路前后磁链初值不变,定子三相绕组产生电流定子三相绕组产生电流恒定分量恒定分量交变分量交变分量电力系统暂态分析电力系统暂态分析 发电机三相短路的暂态过程中，定子绕组发电机三相短路的暂态过程中，定子绕组电流中含有非周期分量、基频分量及倍频电流中含有非周期分量、基频分量及倍频分量电流分量电流 励磁绕组中感应出直流分量与基频交流分励磁绕组中感应出直流分量与基频交流分量电流量电流电力系统暂态分析电力系统暂态分析同步电机电压与磁链方程同步

17、电机电压与磁链方程qdddriudqqqriuffffirufaddddixixffdadfixixqqqix电力系统暂态分析电力系统暂态分析发电机忽然三相短路，空载电势发生突变发电机忽然三相短路，空载电势发生突变1 1、暂态电动势与暂态电抗、暂态电动势与暂态电抗qqdddqqIjxUIjxUE0 无阻尼绕组同步发电机正常稳态运转，忽略定子绕无阻尼绕组同步发电机正常稳态运转，忽略定子绕组电阻，发电机电压方程的相量方式为组电阻，发电机电压方程的相量方式为 不能用来求解短路电流不能用来求解短路电流电力系统暂态分析电力系统暂态分析qddqqddqUxI jEUxI jEdfaddffaddixxxx

18、x)(2qEdxddqdixEddqqixEu交轴暂态电动势交轴暂态电动势电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析)2cos(2)cos(2)cos()()sin(cos(00)0(00)0(0)0()0()0(00txxxxuxxxxutxExuxutitiiqddqqdqddqdqdqqda）a相电流相电流 励磁绕组的电流励磁绕组的电流 ffnfddqadddadqfiiitxuxuxxxxEi)0(0)0()0()0()cos(电力系统暂态分析电力系统暂态分析1定子电流非周期分量和倍频分量定子电流非周期分量和倍频分量)(2qdqdaxxrxxT2定子电流周期分量的

19、衰减定子电流周期分量的衰减ddfadadffdxxTxxxxxrT)(1电力系统暂态分析电力系统暂态分析TatqddqTatqdqddqTtdqdqaetxxxxuexxxxutxEexExEid)2cos(2)cos(2)cos()(00)0(00)0(0)0()0()0()cos(0)0()0()0(texuexuxxxxEiTatdTtdqadddadqfd电力系统暂态分析电力系统暂态分析例例8.1 知同步电机的参数知同步电机的参数 ， ， ，如，如例题例题7.2，补充，补充 。试求电势。试求电势 。解：解： 例题例题7.2算得算得 =1.578， =0.85。由。由相量图相量图8.4可

20、得：可得：电势相量和机端电压相量间的相位差电势相量和机端电压相量间的相位差 2 . 1dx8 . 0qx85. 0cos3 . 0,dxEEq和QEdI153. 185. 0)8 . 03 . 0(578. 1)(dqdQqIxxEE187. 1)85. 03 . 0()53. 03 . 01 ()cos()sin(2222IxIxUEdd4 .1253. 03 . 0185. 03 . 0sincosarctgIxUIxarctgdd电力系统暂态分析电力系统暂态分析8.4.1 次暂态电势与次暂态电抗次暂态电势与次暂态电抗8.4.2 不计各绕组电阻时的三相短路电流不计各绕组电阻时的三相短路电流

21、8.4.3 计及各绕组电阻时的三相短路电流计及各绕组电阻时的三相短路电流电力系统暂态分析电力系统暂态分析1. 交轴次暂态电势与直轴交轴次暂态电势与直轴次暂态电抗次暂态电抗ddqqixuE dqdxEI )0(2. 直轴次暂态电势及交轴次直轴次暂态电势及交轴次暂态电抗暂态电抗qqddixuE qodqxEI )(有阻尼绕组同步发电有阻尼绕组同步发电机的相量图机的相量图电力系统暂态分析电力系统暂态分析忽略定子及转子各绕组电阻忽略定子及转子各绕组电阻即即 0 QDfrrrr 定子各相电流中包含有三种分量：基频电流分量、非定子各相电流中包含有三种分量：基频电流分量、非周期电流分量和倍频电流分量，与无阻

22、尼绕组电机类似，周期电流分量和倍频电流分量，与无阻尼绕组电机类似，同样满足前面的实际分析。同样满足前面的实际分析。 )2cos(2)cos(2)sin()cos(00)0(00)0(0)0(0)0(txxxxuxxxxutxEtxEidqdqqdqdqddqa电力系统暂态分析电力系统暂态分析1.定子电流非周期分量和倍频分量的衰减定子电流非周期分量和倍频分量的衰减2.定子交轴基频电流的衰减定子交轴基频电流的衰减3.定子直轴基频电流的衰减定子直轴基频电流的衰减电力系统暂态分析电力系统暂态分析同步发电机发生三相忽然短路的暂态过程：同步发电机发生三相忽然短路的暂态过程： 1 1同步发电机在三相忽然短路

23、后，短路电流同步发电机在三相忽然短路后，短路电流中含有基频交流分量、直流分量和倍频交流分量。中含有基频交流分量、直流分量和倍频交流分量。 2 2基频交流分量初始值很大，由次暂态电动基频交流分量初始值很大，由次暂态电动势和次暂态电抗或暂态电动势和暂态电抗决议。势和次暂态电抗或暂态电动势和暂态电抗决议。 3 3基频交流分量的衰减规律与转子绕组中的基频交流分量的衰减规律与转子绕组中的直流分量衰减规律一致。直流分量衰减规律一致。经暂态过程后，短路到达稳态。经暂态过程后，短路到达稳态。电力系统暂态分析电力系统暂态分析 强行励磁安装动作时，励磁电压的上升规律可以近似看作强行励磁安装动作时，励磁电压的上升规

24、律可以近似看作由初值按指数规律上升。由初值按指数规律上升。)()0()0()0()()1)(tffTtffmftfuueuuuuff 在强行励磁安装的作用下，定在强行励磁安装的作用下，定子电流将得到相应的增量，属子电流将得到相应的增量，属于定子电流的强迫分量，而且于定子电流的强迫分量，而且在不计定子回路电阻时，可以在不计定子回路电阻时，可以视为基频电流的一项纵轴分量。视为基频电流的一项纵轴分量。 强行励磁时的强行励磁时的变化曲线变化曲线电力系统暂态分析电力系统暂态分析三相短路时，在强励安装的作用下，电势三相短路时，在强励安装的作用下，电势 添加，添加，发电机的端电压将逐渐恢复。假设机端电压恢复到额发电机的端电压将逐渐恢复。假设机端电压恢复到额定值，自动调理励磁安装即将该电压维持在额定值。定值，自动调理励磁安装即将该电压维持在额定值。此时励磁电流、空载电势及定子电流的强励增量按照此时励磁电流、空载电势及定子电流的强励增量按照坚持机端电压为额