课件电力系统暂态分析全套课件

电力系统的发展1830年，法拉弟发现电磁感应定律2009年，中国“统一坚强智能电网”1882年，爱迪生建成纽约珍珠街照明系统（直流）1893年，南加州北美第一条三相交流电力线路建成（交流）1976年，英国电力市场化改革1986年，NGHingorani

提出FACTS2003年，美国能源部-Grid2030报告1978年，DistributedGeneration分布式发电2006年，欧盟-SmartGrid灵巧电网1954年，瑞典HVDC1990年，PMU/WAMS出现2005年，中国特高压（UHV）2005年，美国电科院-Intelligrid智能电网智能电网动态电力系统分析内容的划分电磁暂态（故障分析）机电暂态（稳定分析）时间潮流计算优化运行、电力市场静态安全分析、可靠性规划、设计稳态和暂态对比稳态正常运行状态代数方程物理量变化小暂态不正常的运行状态微分+代数方程物理量变化大电力系统故障52008ChinaSnowstorm2008ChinaSnowstorm遭人为破坏的电力设施2003年美加“8.14“大停电事故起因巴西查明大面积停电原因全美国卫星图片大停电前卫星图片大停电后卫星图片巴西查明大面积停电原因巴西11月10日晚出现大面积停电的原因已经查明，停电系3条输电线路因恶劣天气而倒塌所致。所发生的断电事故是由于天气原因造成的。圣保罗州伊塔贝拉发生的强风与暴雨等天气现象导致从伊泰普水电站通往圣保罗的3条传输线路出现问题。”此次恶劣的天气情况造成圣保罗州、里约热内卢州、米纳斯吉拉斯州等多个地区10日晚10点左右发生大面积停电，不过2小时后已逐渐恢复正常。这次停电影响了数百万人，圣保罗和里约热内卢这两大都市的交通一度陷入严重瘫痪状态。臺軍研發石墨炸彈意圖戰時癱瘓大陸電網石墨炸弹（号称“电力开关”）导电纤维炸弹美军BLU-114型碳纤维炸弹台军石墨炸弹大停电事故＝人类灾难！1101001,00010,000一年十遇一年一遇十年一遇百年一遇每个事件的损失（百万美元）（美国）地震洪水飓风

停电中国电网将成为世界上最复杂的交直流互联大电网，如何保障其安全运行是非常有挑战性的课题！电力系统的运行状态及其变化悲哀的转换绝望的控制少有的转换稀有的控制易见的转换经常的控制理想的转换希望的控制恶化控制预防控制域紧急控制域紧急控制恢复控制紧急控制恢复控制正常状态脆弱状态局部故障全局瘫痪优化状态优化控制预防控制第一章电力系统故障分析的基本知识第一节故障概述第二节标么制第三节无限大电源供电的三相短路分析第一节故障概述短路：导线与导线、导线与大地之间的非正常连接。原因：设备（绝缘）损坏、自然灾害、人为原因等。危害：故障产生的大电流、高电压（或低电压）会导致设备损坏、断电。故障会破坏系统功率平衡，对系统正常运行产生冲击（扰动），引起稳定问题，可导致大停电。短路＝横向故障；断线＝纵向故障。单一故障＝简单故障；多重故障＝复杂故障。故障类型faulttypes三相短路3phasefault单相接地短路Singlelinetoground两相短路Doublelinesfault两相短路接地Doublelinestoground2005年东北电网人工三相短路实验第二节标幺制perunitvalue一、标幺值第二节标幺制perunitvalue二、基准值的选取额定电压（kV）361035110220330500平均额定电压（kV）3.156.310.537115230345525第三节无限大电源供电的三相短路电流分析无限大电源：容量无限大；端电压恒定；内电抗为零。第三节无限大电源供电的三相短路电流分析

电气中为什么有“气”？

中国的气学说中国人认识“电”是从雷电开始的。西周时期（约公元前11世纪—前771年），青铜器的铭文中就出现了“電”字。《说文解字》：“电，阴阳激耀也”。“气”字出现的时间更早，在殷商甲骨文中就已有气字“三”。《说文解字》：“气，云气也，象形”。就是说，“气”是指空中浮游的云气，是个象形字。“气”在中国古代哲学中通常是指一种极细微的物质，自然界万物的生长、寒暑的更替，都是气运动变化的结果。中国人几千年来都是通过“气”来解释物质世界的。先秦时期是气学说的产生和形成时期，汉代是物质性“气”的概念的成熟时期。闪电

东汉哲学家王充（公元27－97）在《论衡》中提出“天地合气，万物自生”。认为天的气和地的气相合就会产生万物。明末清初哲学家王夫之（1619－1692）认为整个宇宙除了“气”，别无他物，他论证了“气”的永恒不灭性，认为“气”乃是一种实体。中国最早用气学说来解释电的吸引现象的，目前见到的文献是东汉王充撰写的《论衡》。“顿牟”是指玳瑁。中国的气学说

西方的电流体学说

英语中表示“电气”的单词是：

electricity

它源于表示“琥珀”的希腊语。琥珀工艺品西方的电流体学说只用于解释电现象，而中国的气学说可以解释世界上的万事万物。这两个学说具有很大的相似性，共同点是：具有微粒性，玄虚，难以捉摸。西方的电流体学说“电气”的出处1847年之前汉语中可能没有“电气”这个词。间接证据：1847年2月由伦敦传教士协会的传教士麦都思W.H.Medhurst（1796－1857）在上海出版的《EnglishandChineseDictionary》对electricity解释是：“琥珀磨玻璃发火之法”。没有使用汉语术语“电气”。

美国来华传教士、西医师玛高温（D.J.MacGowan,1814-1893）1851年2月在宁波府翻译了中文西书《博物通书》。这是目前已知最早的一本中文电磁学著作,因此也是电气、电子、通讯、信息等学科的第一本中文著作。“电气”的出处“电气”的出处“电气”对应的英文在19世纪，电流体学说在西方知识分子中影响很大，他们认为electricity就是electricfluid。而electric与汉语“电”的含义类似，fluid与汉语“气”的含义类似，所以可以推测：玛高温及其中国合作者用“电气”来翻译英文词electricfluid（电流体）。即“电气”是electricfluid的直译，是electricity的意译。

“电气”对应的英文结论(1)“电气”是由词根“电”和词根“气”构成的偏正式合成词。“电气”是指电性质的气。(2)“气”在中国古代哲学中通常是指一种极细微的物质。(3)中国的气学说与西方的电流体学说相似。(4)“电气”是英语electricfluid的直译，是electricity的意译。“电气”是一个融合了东西方哲学思想的汉语术语。(5)1851年由传教士玛高温翻译的《博物通书》可能是最早使用术语“电气”的中文文献。(6)日语术语“電気”源自中国。第二章同步发电机突然三相短路分析第一节同步发电机在空载情况下定子突然三相短路后的电流波形及其分析第二节同步发电机空载下三相短路后内部物理过程以及短路电流分析第三节同步发电机负载下三相短路电流初始值第四节同步发电机的基本方程第五节应用同步发电机基本方程分析突然三相短路电流第六节自动调节励磁装置对短路电流的影响电力系统模型的基本组成部分励磁系统原动机及调速器发电机转子运动方程发电机电磁方程dq-xy坐标变换负荷方程网络方程同步机结构＋＋＋＋＋＋＋实际绕组：a，b，c和f等值绕组：D，Q定子坐标：abc转子坐标：dq（q轴超前d轴90度）有关变量（瞬时值）正方向的规定：磁链：以各自的轴线方向为正电流：定子产生负磁链的电流为正；转子产生正磁链的电流为正。电压：延电流方向是正电压。同步机的等值电路＋－6个绕组之间有互感！同步机abc坐标下的电压方程同步机abc坐标下的磁链方程系数是时变的微分方程！系数变化周期1、定子各相绕组的自感系数＋＋＋＋2、定子各相绕组的互感系数3、转子各绕组的自感系数4、转子各绕组间的互感系数5、定子绕组与转子各绕组间的互感系数RobertH.Park(1902～1994)

美籍电机工程师，电气与电子工程师学会理事。1902年3月15日生于斯特拉斯堡。1923年获美国麻省理工学院工学学士学位。1923～1924年在瑞典斯德哥尔摩皇家技术学院任职。1924～1929年任美国通用电气公司机电工程师。他致力于研究同步电机和电力传输理论。1928年提出理想化同步电机的模型及其电枢的磁链方程，一般称为帕克模型和帕克方程；还定义了同步电机的各种电抗参数。1929年，他提出同步电机的双反应理论。这些理论对电力系统动态响应分析有很大的影响。Park变换Park正变换Park反变换磁链方程的坐标变换同步机dq0坐标下的磁链方程1、变系数变成了常系数；2、但有不对称问题出现3、定子自感系数的物理意义同步机dq0坐标下的标幺值磁链方程电压方程的坐标变换同步机dq0坐标下的电压方程变压器电势发电机电势同步机dq0坐标下的电压方程同步机dq0坐标下的磁链方程Park变换的数学意义坐标变换非正交阵非奇异矩阵，存在唯一逆阵Park变换的物理意义定子转子（静止的绕组）（旋转的绕组）交流直流时变定常发电机变压器同步机dq0坐标下的标幺值电压方程同步机dq0坐标下的标幺值磁链方程dq0坐标下的发电机模型互感磁链漏磁链++++++磁链电势电流电抗时常模型电路相量图PARK变换第三章电力系统三相短路的实用计算三相短路3phasefault单相接地短路Singlelinetoground两相短路Doublelinesfault两相短路接地Doublelinestoground对严重的短路（短路电流最大、实际发生的概率最小）对称短路是纯代数计算，相当于稳态计算用于设备热稳定和动稳定校验实用计算是对系统模型进行适当简化，便于计算引入“短路容量”概念第三章电力系统三相短路的实用计算第一节交流电流初始值计算第二节应用运算曲线求任一时刻短路点的短路电流第三节转移阻抗及其求法第四节计算机计算复杂系统短路电流交流分量初始值的原理第一节交流电流初始值计算实用计算条件的近似条件电源：端电压恒定（有时短路附近的电动机、调相机也作为电源）元件：只计及电抗，是纯电抗回路负荷：空载运行时短路，不计负荷电流电流：只计算周期分量的起始有效值三相短路实用计算的原理GG12312111+111＝1111叠加定理正常分量故障分量三相短路的实用计算只需画出故障分量的等值电路、计算“故障分量”电流！应用运算曲线求任意时刻的短路电流应用运算曲线求任意时刻的短路电流网络化简串联、并联法转移阻抗法星、三角变换法等值电源法…

…节点阻抗阵的形成令例题3-1计算下图系统三相短路电流。3-2计算下图系统三相短路电流。条件是：（1）S是无限大系统；（2）S是有限大系统，已知CB的断路容量为25000MVA。3-3计算下图系统三相短路电流。S是有限大系统，已知CB的断路容量为25000MVA。第四章对称分量法及电力系统元件的各序参数和等值电路第一节对称分量法第二节对称分量法在不对称故障分析中的应用第三节同步发电机的负序和零序电抗第四节异步电动机的负序和零序电抗第五节变压器的零序电抗和等值电路第六节输电线路的零序阻抗和电纳第七节零序网的构成第一节对称分量法

symmetricalcomponentsmethod三相短路3phasefault单相接地短路Singlelinetoground两相短路Doublelinesfault两相短路接地Doublelinestoground断线故障不对称故障：abc三相参数对称，但电压、电流不对称，不能进行单相计算，需要三相同时计算。对称分量法

symmetricalcomponentsmethod对称分量法最初是CharlesL.Fortescue

(1876–1936)于1913年用于分析感应电动机不平衡运转状态。但此法真正被用于电力系统运用的计算及分析上，已是1937年以后的事了。对称分量法，又称对称成分法，是一种计算电力系统不平衡情况的工具。对称分量法可应用于n相系统。abc坐标

120坐标对称分量变换对称故障

不对称故障对称分量变换对称分量法abc不对称相分量正序对称序分量负序对称序分量零序对称序分量对称分量变换对称分量变换abc坐标

120坐标对称分量变换abc坐标abc坐标120坐标120坐标对称分量变换abc坐标

120坐标对称分量变换abc坐标abc坐标120坐标120坐标对称分量变换abc坐标

120坐标对称分量变换数学意义：坐标变换物理意义：将不对称故障（单相接地、两相短路、两相短路接地和断线故障）变换成对称故障（三相短路）来计算对称故障

不对称故障对称分量变换第二节对称分量法在不对称故障分析中的应用无源网abc坐标120坐标abc相分量相互有耦合！120序分量独立！有源网A相单相接地故障对称分量法在分析不对称故障中的应用对称分量法在分析不对称故障中的应用正序网负序网零序网序网方程有源网有源网复合序网第三节同步发电机的负序和零序电抗不对称运行时：因发电机定子三相绕组一般采用不接地星形接线，没有零序回路，所以不受零序分量影响，零序电抗可以认为是无限大。定子电流中的负序分量在空气隙中产生以同步速与转子方向相反的旋转磁场，它与转子的相对速度为两倍同步速，并在转子绕组中感生两倍基频的交流电流，进而产生两倍基频的脉动磁场。这个脉动磁场可以分解成两个方向相反的旋转磁场。如图所示，结果是定子电流中含有无限多的奇次谐波分量、而转子电流则含有无限多的偶次谐波分量。类似，定子电流中的直流分量会引起定子电流中产生无限多次的偶次谐波分量、转子电流中产生无限多次奇次谐波分量。第三节同步发电机的负序和零序电抗同步发电机的负序电抗：同步发电机的零序电抗：第四节异步电动机的负序和零序电抗异步电动机的负序电抗：异步电动机的零序电抗：作为静止元件，变压器的负序电抗和正序电抗完全相等。双绕组变压器的零序阻抗YN，yn（Y0/Y0

）接线变压器YN，d（Y0/△）接线变压器YN，y（Y0/Y）接线变压器第五节变压器的零序电抗和等值电路接地开路连通1、正序和负序分量只能在相导体中流通，不通过地线！2、零序分量只能在相导体+地线构成的回路中流通，缺一不可！相导体+地线＝零序电流回路相导体＝正序和负序电流回路3、变压器的励磁电抗取决于变压器的结构！三个单相变压器三相四柱变压器三相铁壳式变压器三相三柱变压器问题说明双绕组变压器的零序阻抗三绕组变压器的零序阻抗YN，d

，yn（Y0/△

/Y0

）接线变压器YN，d，d（Y0/△

/△

）接线变压器YN，d

，y（Y0/△

/Y）接线变压器第五节变压器的零序电抗和等值电路IIIIIIIIIIII不考虑励磁电抗！接地开路连通第六节输电线路的零序阻抗和等值电路作为静止元件，线路的负序电抗和正序电抗完全相等。通过零序电流助磁通过正序或负序电流去磁第六节输电线路的零序阻抗和等值电路第六节输电线路的零序阻抗和等值电路受架空地线的影响，零序电流产生的磁场起去磁作用，线路的零序电抗会减小。第七节零序网的构成零序网特点：变压器中性点经消弧线圈接地只有故障点1个零序电源同一个系统，故障点不同，零序网可能不一样找零序电流的通路三角形就接地星形就开路星形接地就联通第七节零序网的构成零序网特点：变压器中性点经消弧线圈接地只有故障点1个零序电源同一个系统，故障点不同，零序网可能不一样找零序电流的通路三角形就接地星形就开路星形接地就联通画零序网

1234画零序网

3M画零序网第四章对称分量法及电力系统元件的各序参数和等值电路第一节对称分量法第二节对称分量法在不对称故障分析中的应用第三节同步发电机的负序和零序电抗第四节异步电动机的负序和零序电抗第五节变压器的零序电抗和等值电路第六节输电线路的零序阻抗和电纳第七节零序网的构成第五章不对称故障的分析计算第一节各种不对称短路时故障处的短路电路和电压第二节非故障处电流、电压的计算第三节非全相运行的分析计算第四节计算机计算程序原理框图第一节各种不对称短路时故障处的短路电路和电压一、单相接地短路边界条件复合序网序网方程计算公式第一节各种不对称短路时故障处的短路电路和电压一、单相接地短路相量图第一节各种不对称短路时故障处的短路电路和电压二、两相短路边界条件序网方程复合序网计算公式第一节各种不对称短路时故障处的短路电路和电压二、两相短路相量图第一节各种不对称短路时故障处的短路电路和电压三、两相短路接地边界条件序网方程复合序网计算公式第一节各种不对称短路时故障处的短路电路和电压三、两相短路接地相量图第一节各种不对称短路时故障处的短路电路和电压四、正序等效定则（正序增广网络）短路种类三相短路01单相接地3两相短路两相短路接地各种短路的规律正序网+附加阻抗＝正序增广网络第二节非故障处电流、电压的计算非故障处电压的特点：（1）越靠近电源正序电压数值越高，越靠近短路点正序电压数值就越低。（2）越靠近短路点负序和零序电压有效值总是越高。第二节非故障处电流、电压的计算

变压器