电力系统复杂故障分析课件

1、第五章复杂故障分析，电力系统，1。学习通信PPT，参考书，电力系统故障分析(第二版)刘万顺，2。学习沟通PPT，第1、3节概述。学习交流PPT，1。复杂的故障计算。电力系统中的大多数故障是由相间短路和相间短路引起的。当电力系统发生短路故障时，会有比正常运行模式大得多的短路电流流过，这将降低系统中每个节点的电压，从而影响负载的正常运行。大的短路电流(在现代大规模系统中可达数万甚至数十万安培)对电气设备的所有部件都非常有害。当短路电流通过产生的机械和热效应超过设备本身的机械和热稳定性时，设备将被损坏。电力系统中的短路故障经常导致系统稳定性的破坏、系统断开和大规模停电。在不对称短路的情况下，大的零序

2、电流分量往往会对相邻的通信线路造成严重干扰。4。学会交换PPT。1.复杂的故障计算。在电力系统的实际运行中，单相短路故障占所有短路故障的比例最大，其次是两相接地和两相短路故障，三相对称短路的概率很小。然而，三相短路经常被用作验证电气设备能力的最严重的故障模式。因此，大多数短路电流计算是非对称短路计算。5。学会交换PPT。1.复杂的故障计算。在实际运行中，经常会出现多种故障和异常运行方式(如单相重合闸时的短路和断线)。在复杂电力系统的设计和继电保护整定中，也要求考虑多重故障的可能性，因此需要研究电力系统多重复杂故障的计算方法。在多重复杂故障的计算中，除了上述对称或非对称短路故障外，还包括三相线路

3、各种断线和不对称参数等复杂情况(如串联电容器单相或两相保护间隙击穿)。6.学会交换PPT。1.复杂的故障计算。严格地说，电力系统的短路故障或其他复杂故障伴随着复杂的电磁和机电暂态过程。在整个故障期间，电力系统各部分的电流和电压随时间变化，不仅包括幅值随时间变化的工频周期分量，还包括随时间衰减的非周期分量和其他频率的周期分量。因此，短路电流和复杂故障的完整计算需要求解微分方程和代数方程。一般来说，在解决电气设备的选择、继电保护的设置、运行方式的分析等问题时，只需要计算故障后某一时刻(如故障后t=0秒)的电流和电压的周期分量。7、学会交流PPT，2、复杂故障计算的方法，相分量法，相分量客观存在。因

4、此，相位分量法能够准确反映电网的所有实际问题，故障处理方法直观实用。由于相位坐标空间中分量参数的耦合问题，相位分量计算方法的计算量相对较大，复杂的耦合关系也使得相位分量方法不同于单相网络处理，比单相网络分析计算技术困难得多。方便的系统操作描述和精确的系统参数仿真是相位分量法的最大优点。国外许多大型研究机构以相分量法为主要计算工具。一个著名的例子是EMTP。8。学习交流PPT2.复杂故障计算方法。序列分量法的序列分量是通过相位分量的数学变换得到的。通过坐标变换，相坐标空间中具有三相耦合关系的对称元素在序分量坐标空间中解耦。在由对称元件组成的系统中，耦合的三相网络，9。学会交流。二是复杂故障计算方

5、法。在众多的顺序构件法中，最经典的是对称构件法。基于对称分量法开发了我国电力科学研究院著名的暂态计算程序软件包。近年来，许多用于电力系统分析的EMS/DMS软件包，其故障计算部分主要集中在对称分量法和序贯网络分解上。在大多数地方，甚至教科书也只教授对称分量法，并把它作为基本常识来掌握，好像从来没有相位分量法一样。在继电保护领域，对称分量法已基本成为最重要的分析和计算工具。10，学会交换PPT，2。复杂故障计算方法、复杂故障处理方法以对称分量法为代表的序贯分量法可以非常方便地通过改变序贯网络的连接方式来模拟单一的非对称简单故障，但对于继电保护专家感兴趣的任何复杂故障，如同时发生断线和短路故障，序

6、贯网络的边界条件难以实现，且序贯网络的连接方式随不同故障而变化，不利于程序的实现。相位分量法可以很容易地处理任何复杂的故障，而且程序非常方便。11岁。学会交换PPT2.复杂断层的计算；不对称网络系统的计算随着电力工业的快速发展，三相参数不对称的元件不断出现，电力系统中三相参数不对称的问题越来越突出。由于参数的三相不对称，元件不能在序元件的坐标空间中解耦，也不能形成独立的序网络，因此序元件的序网络连接故障处理方法不能继续使用。目前，常见的不对称因素有：高压输电线路变压器无换向不对称结构、交流/DC变换器中存在不平衡系统负载、固态限流器等非线性设备、12、学习交流PPT、2、复杂故障计算方法。与未

7、来将使用的不对称元件如统一潮流控制器和静止无功补偿器一样，这些不对称条件将使序分量坐标空间中的元件解耦失败，从而无法实现序网络的分离。因此，序贯分量法的应用受到严重影响，即使是简单的故障分析也不能用序贯分量法来计算。目前，补偿法是文献中采用序贯分量法处理三相参数不对称分量的主要方法。在这种情况下，相位分量法具有明显的优势。它可以直接计算由非对称分量组成的系统，无需任何处理。13，学习交流PPT，第2节对称部件，14，学习交流PPT，1。系统对称性分析：电力系统的对称性体现在对称元件的特性上。交替对称元素：如果在两个节点pq之间存在双端口分支元素C1，满足相位分量分支方程的展开表达式为：15。学

8、习交流编程技术；1.系统对称性分析：16。学习交流编程技术；1.系统对称性分析：其中Ip和Iq是相应的支路电流。Vp和Vq是相应的节点电压。假设支路元件和节点P之间的连接端口是1、2和3，它们分别对应于节点P的相A、相B和相C，以及4、5和6，它们分别对应于节点Q的相A、相B和相C。给定两端的三相电压，支路的三相电流可以被唯一地确定。让电流求解如下：17。学习交流PPT。1.系统对称性分析：如果节点P和Q同时旋转，即端口1、2和3对应于节点P的相B、C和A，端口4、5和6对应于节点Q的相B、C和A，在相同的三相电压相量下可以写成节点P和Q，每个电压相量对应的电流相量可以一直保持不变，即18，学

9、习交流相量， 和1，系统对称性分析：那么该部件被称为具有旋转对称性的特征，其被简称为可旋转部件或旋转部件。 应该注意的是，轮换不是随机交换。ABC向BCA或CAB的过渡是轮换制，而ABC向ACB的过渡不是轮换制。显然，部件具有旋转对称性的充要条件是部件分支方程中的导纳矩阵Ypp、Ypq、Yqp和Yqq都是旋转矩阵或循环对称矩阵，描述如下：19。学习交流PPT1.系统对称性分析：旋转矩阵(循环对称矩阵)的特征由于旋转元件的导纳参数矩阵都是旋转矩阵，并且旋转矩阵之间的四个运算结果仍然是旋转矩阵，它们与旋转有关，对于任何旋转矩阵，总有：20，学习交流PPT1、系统对称性分析：如果三相对称元件两端的三

10、相电压之间发生任何交换，则每个电压值对应的电流值始终保持不变。据说这种元素具有三相对称性。这个元素叫做三相对称元素。三相对称的要求比旋转对称的要求更严格。显然，三相对称元件必须是旋转对称元件，反之亦然。对于线路和变压器，旋转对称意味着三相对称。因此，这些对称元素可以在任意阶分量坐标空间中解耦。对于同步电机，不能用三相对称来描述，只能用旋转对称来描述。21，学习交流PPT，1。系统对称性分析：三相对称的充要条件是分量分支方程中的导纳矩阵Ypp、Ypq、Yqp和Yqq都是具有相等非对角元素的圆对称矩阵，描述如下：序分量原理，电压和电流的序分量只是一个坐标变换。对于任何33可逆矩阵，电压和电流可以分

11、别定义为电压和电流的顺序分量。对于三相对称单元，如果矩阵T是可逆的，使得四个矩阵单元满足YS=T-1YT作为对角矩阵，那么该单元可以在该阶分量空间中解耦。等式(4-5)将改为，23。学会交流。第二，顺序部件的原理。因为系数矩阵的所有四个元素都是对角矩阵，所以方程可以写成三组并独立求解。这就是有序成分法的原理。求变换矩阵，使YS=T-1YT为对角矩阵。可以看出，该方法等价于公式(5-3)所示矩阵的对角化。根据矩阵原理，如果对角化是可能的，则对角化矩阵是原矩阵的特征值矩阵，可逆矩阵是由对应于特征向量的特征值组成的矩阵。计算公式(5-3): 24所示矩阵的特征值。学习交替的PPT，II。有序成分原理

12、。可以发现，因为有多个根，所以只有两组特征向量，而对应于多个根的组有两个自由基：25。学习交替的PPT，II。有序成分原理。因为特征向量与矩阵Y无关，所以它们的形状都如公式(5-3)所示。显然，可以根据不同的特征向量构造不同的变换矩阵，这对应于不同的有序分量方法。当xk1=xk2=1时，xk3=ej120o和xk3=2=ej240o被用来形成两个不同的特征向量，它们是对称分量法的变换矩阵。当xk1=xk2=1时，用xk3=-1/2和xk3=形成两个不同的特征向量，即克拉克方法的变换矩阵。26，学习交流PPT，2。序分量法的原理，序分量法有如下结论：三相对称分量的序导纳(阻抗)在序分量法的坐标下

13、明显相同，这等于其相导纳(阻抗)矩阵的特征值。但是，它的称谓会随着序数成分称谓的变化而变化。由于对称分量法是一种有序分量法，只需编写对称分量法的有序网，其他有序分量法可以直接使用。在对称分量坐标下，三相对称元件的正序导纳(阻抗)和负序导纳(阻抗)相同。反之亦然，也就是说，如果元件的正序导纳(阻抗)和负序导纳(阻抗)相同，则可以认为它具有三相对称性。27，学习交替PPT，2。有序成分的原理，以及对称成分法，作为一种以克拉克法为代表的偏序分量法完全使用实数作为变换矩阵的元素，其坐标变换的计算量小于对称分量法，这就是这种有序分量法存在的原因。28、学习交流PPT，三相三相对称运行，按照交流三相系统运

14、行的电力系统由三相对称元件组成，每两相之间通常有互感。对于所有换位的输电线路，各相之间的互感是相等的，旋转电机元件的三相之间的互感也有一些特殊的对称性(循环对称性)。通常，有互感的三相元件上的电流和电压之间的关系应该用三相电流和电压来分析。然而，如果流过三相元件的每一相的电流具有一些特殊性质，例如三相交流电流的幅度相同，并且任何两相之间的相位差在时间上是相同的角度(三相平衡电流)，那么由于三相元件之间的互感是对称的，或者完全对称的或者循环对称的，所以三相中的每一相电流和电压之间的关系是相同的。29，学习交流PPT，三相对称运行。例如，发电机元件的三相绕组之间存在互感。由于转子沿固定方向旋转，定

15、子三相绕组每两相之间的互感在不同方向上有不同的值。三相电流和电压之间的关系可以用下面的公式示意性地表示：30，学会交换PPT，并在三相和三相对称地工作，其中xs是自感，xm和xn是互感。系数矩阵是循环型对称。一般来说，三相电流和电压之间存在耦合，这是单相电路无法分析的。但是，当三相流过三相平衡正序电流时，即31时，学习交流PPT，并且三相和三相对称运行时，公式是一个复杂的算子，电流符号的右上角表示正序。然后是公式：32，学习交流PPT，三相三相对称运行。对于传输线组件，xm=公式(11-1)中的xn。此时，当施加三相平衡正序电流时，公式仍然成立，但是每相的电抗变为x1=xs-xm。我们称x1为

16、每相的正序电抗。它是一个等效电抗，相之间的互感也包括在内。当三相流过负序电流时，即33，学习交流PPT，三相对称运行，仍有公式x2=x1。当三相流过零序电流时，即34，学习交流相量法，三相对称运行时，仍然成立，其中35，学习交流相量法，4，对称分量法，电流相量公式，35。在电压相量序列分量的电流-电压关系中，当分量相位分量的阻抗矩阵具有循环对称性时，即37，学习交流相量序列分量；4、对称分量法；对称分量变换后，有公式，38，学习交流PPT下图显示了组件阶段组件模型和序列组件模型；4、对称分量法，39、学习交流PPT4、对称分量法；当三相元件之间没有耦合时，例如，如果相元件的阻抗矩阵为40，则学习交流阻抗。4.对称分量法存在于对称分量变换之后。这表明用对称分量法分析三相阻抗不相等的电路比较复杂。41，学习交流PPT，4。对称分量法将故障电力系统分为两部分，一部分是故障点处故障电路以外的部分，这部分网络结构复杂，但其分量的阻抗矩阵都具有一定的对称性质，因此对称分量变换可以用来解耦这部分网络的网络方程的有序网络。另一部分是故障电路，三相阻抗可能不平衡。对称分量变换后，三阶电量之间会有耦合，但故障点不多，不会造成很大困难。42，学习交流PPT，4。对称分量法。下图43岁。学会交流。5.重新分析简单的错误。在简单不对称故障的讨论中，我们以A相为基准，A相