电网电力系统暂态分析复习题

电力系统暂态分析0、绪论1.电力系统：由发电厂、变电所、输电线路、用户组成的整体。包括通过电的和机械连接起来的一切设备。2.电力系统元件：包括两大类电力类：发电机、变压器、输电线路和负载。控制类：继电器、控制开关、调节器3.系统结构参数：各元件的阻抗(Z)、变比(K)、放大倍数(β)。4.系统运行状态的描述：由运行参量来描述。指电流(I)、电压(U)、功率(S)、频率(f)等。系统的结构参数决定系统的运行参量。5.电力系统的运行状态包括：稳态和暂态。6.电力系统的三种暂态过程：电磁暂态过、机电暂态、机械暂态。7.本门课程的研究对象：电力系统电磁暂态过程分析（电力系统故障分析）电力系统机电暂态过程分析（电力系统稳定性）一、电力系统故障分析的基本知识（１）故障概述（２）标幺值（３）无限大功率电源三相短路分析基本要求：了解故障的原因、类型、后果和计算目的，掌握标幺值的计算，通过分析建立冲击电流和短路电流最大有效值的概念。1.短路：是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地(或中性线)之间的连接。2.短路产生的原因：是电气设备载流部分的相间绝缘或相对地绝缘被损坏。包括自然因素和人为因素。3.短路的基本类型电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。4.短路的危害：1）短路点的电弧有可能烧坏电气设备，当短路持续时间较长时可能使设备过热而损坏。2）短路电流通过导体时，导体间产生很大的机械应力。3）系统电压大幅度下降，对用户工作影响很大。4）短路有可能使并列运行的发电机失去同步，破坏系统稳定，引起大片地区的停电。这是短路故障最严重的后果。5）不对称接地短路产生的零序不平衡磁通，将造成对通讯的干扰。两相短路接地单相短路接地(1,1)(1)三相短路两相短路短路种类示意图(3)(2)符号　　　短路类型5.短路计算的目的1）选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备。2）继电保护和自动装置动作整定。3.在设计和选择发电厂和电力系统电气主接线。4.进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户工作的影响等。此外，确定输电线路对通讯的干扰。6.无限大功率电源的概念理论上：①电源的频率和电压保持恒定。②电源的内阻抗为零。实际中：若供电电源的内阻抗小于短路回路总阻抗的10％时，则可以认为该电源为无限大功率电源。7.短路的最恶劣条件：当短路发生在电感电路中、短路前为空载的情况下直流分量电流最大，若初始相角满足│α—φ│=90º，则一相(a相)短路电流的直流分量起始值的绝对值达到最大值，即等于稳态短路电流的幅值。8.短路冲击电流短路电流在前述最恶劣短路情况下的最大瞬时值，称为短路冲击电流。用于检验电气设备和载流导体的动稳定度。9.最大有效值电流出现短路冲击电流的那个周期的均方根电流值。用于检验快速断路器的开断能力。10.短路容量：（遮断容量）短路容量又称短路功率，它等于短路电流有效值与该点短路前电压额定电压的乘积。用来校验开关设备的切断能力。11.标幺制的一般数学表达式，并说明标幺制的优缺点。基准值位）实际值（与基准值同单标么值＝优点：能在数量中体现质量，使得元件参数的比较有一个合理的基础，能简化公式，能简化计算。缺点：参数无单位、无量纲，物理意义不明确。12.什么是横向故障、什么是纵向故障？短路为横向故障；断线为纵向故障。二、同步发电机突然三相短路分析（１）同步发电机突然三相短路的物理过程及短路电流的近似分析（２）同步发电机的基本方程、参数及等值电路（３）应用同步发电机基本方程分析突然三相短路电流（４）自动调节励磁装置对短路电流的影响基本要求：本章是电力系统短路电流计算及电力系统稳定分析的理论基础，也是本课程的难点之一。Park变换是学生比较难理解和掌握的，应从物理和数学两方面讲清其意义，使学生在《电机学》的基础上加深对发电机各种暂态参数的理解，进一步理解发电机三相短路后的物理过程和短路电流的各种分量的物理意义，掌握发电机暂态电势和次暂态电势的计算，了解自动励磁调节对短路电流的影响。1.理想电机（1）对称性电机定子三相绕组完全对称，在空间互相相差120º电角度，转子在结构上对本身的直轴和交轴完全对称；（2）正弦性定子电流在气隙中产生正弦分布的磁势，转子绕组和定子绕组间的互感磁通也在气隙中按正弦规律分布；（3）光滑性定子及转子的槽和通风沟不影响定子及转子绕组的电感，即认为电机的定子及转子具有光滑的表面；（4）不饱和性电机铁芯部分的导磁系数为常数，即忽略磁路饱和的影响，在分析中可以应用叠加原理。2.Park变换的物理意义Park变换只是坐标系统的转换，把观察者的观察点从静止的定子上转移到了转子上。由于这一转变，定子的静止三相绕组被两个同转子一起旋转的等效绕组所代替，并且三相的对称交流变成了直流。这样就使得发电机各绕组之间的电磁关系有如静止的变压器的电磁关系。派克变换并没有改变发电机内部的电磁关系，只是改变了对物理量的表达式。3.同步发电机电势相量图：qdIrUIjIxdEqφδdIδφxqIjUrIEQqEq图8-7隐极式同步发电机正常运行时的相量图图8-8凸极式同步发电机正常运行时的相量图4.试比较大小：//////)()(;)()(dddqqqxxxEEE5.短路后瞬间，定子电流周期分量/wi按（/dT）衰减，直流分量i按（aT）衰减，二倍频同步分量wi2按（aT）衰减。6.在短路瞬间发电机各绕组（合成）磁链不突变，它们是（a）、（b）、（c）、（f）、（D）、（Q）。7.短路全电流表达式2'iiiiiiaa式中，第一项为强制分量，它的幅值在整个暂态过程中是不可衰减的。后面四项均为自由分量，它们在暂态过程中都要按各自的时间常数以指数规律衰减到零。8.同步发电机的原始基本方程为（变系数微分方程式）；经park变后的基本方程为（常系数微分方程式）。其变换的结果并没有改变同步发电机内部的（电磁关系）。9.何谓旋转类元件、静止类元件？发电机、电动机为旋转类元件；变压器、线路为静止类元件。10.Ld和Lq的物理意义Ld和Lq分别是定子的等效绕组dd和qq的电感系数，称为直轴同步电感和交轴同步电感。当转子各绕组开路(即if＝0，iD＝0，iQ＝0)，定子通以三相对称电流，且电流的通用相量同d轴重叠时iq＝0，，气隙中仅存在直轴磁场；这时定子的任一相绕组的磁链和电流的比值为：dddddaaLcoscosiii它就是纵轴同步电感系数。由于磁链Ψa包含了另外两相绕组电流所产生的互感磁链在内，因而Ld是一种一相等值电感。同Ld对应的电抗就是纵轴同步电抗Xd。如果定子电流的通用相量同q轴重叠，则有id＝o，气隙中仅存在交轴磁场，定子任一相绕组的磁链和电流的比值便是交轴同步电感系数，即：qqqqqaaLsinsiniii同电感系数Lq对应的电抗就是横轴同步电抗Xq。三、电力系统三相短路的实用计算（１）交流电流初始值计算（２）运算曲线求任意时刻短路电流（３）转移阻抗及其求法（４）计算机计算复杂系统短路电流交流分量初始值的原理基本要求：重点掌握三相短路电流周期分量起始值的计算方法及网络的化简，学会用运算曲线求任意时刻短路电流。1.金属性短路。短路处相与相（或地）的接触往往经过一定的电阻（如外物电阻、电弧电阻、接地电阻等），这种电阻通常称为“过渡电阻”。所谓金属性短路，就是不计过渡电阻的影响，即认为过渡电阻等于零的短路情况。2.应用运算曲线计算短路电流步骤1)网络化简，得到各电源对短路点的转移阻抗；2)求各电源的计算电抗jsx(将各转移阻抗按各发电机额定功率归算)；3)查运算曲线，得到以发电机额定功率为基准值的各电源送至短路点电流的标幺值；4)求3)中各电流的有名值之和，即为短路点的短路电流；5)若解求提高准确度，可进行有关的修正计算。3.转移阻抗作出等值网络后进行网络化简，消去除了短路点和各发电机电动势节点以外的所有节点(又称中间节点)，即可得到只含有发电机电动势节点和短路点的简化网络，各电源送到短路点的电流由各电源电动势节点和短路点之间的阻抗所决定，这个阻抗称为该电源对短路点间的转移阻抗。4.计算电抗将各转移阻抗按各发电机额定功率为基准值进行归算而得到的电抗为计算电抗。四、对称分量法及电力系统元件的各序参数和等值电路（１）对称分量法（２）对称分量法在不对称故障中应用（３）同步发电机的负序和零序电抗（４）异步发电机的负序和零序电抗（５）变压器的零序电抗和等值电路（６）输电线路的零序电抗和等值电路（７）零序网络的构成基本要求：熟悉电力系统各元件的负序和零序等值电路，重点掌握零序网络的制定。1.对称分量法使用的前提条件：1）电路是线性的；2）电路的结构是对称的。2.序阻抗的概念在三相参数对称的线性电路中，各序对称分量具有独立性。也就是说，当电路通以某序对称分量的电流时，只产生同一序对称分量的电压降。反之，当电路施加某序对称分量的电压时，电路中也只产生同一序对称分量的电流。这样，我们可以对正序、负序和零序分量分别进行计算。如果三相参数不对称，则矩阵Zsc的非对角元素将不全为零，因而各序对称分量将不具有独立性。根据以上的分析，所谓元件的序阻抗，是指元件三相参数对称时，元件两端某一序的电压降与通过该元件同一序电流的比值，即：000222111///aaaaaaIVZIVZIVZZ1、Z2、Z0分别称为该元件的正序阻抗、负序阻抗和零序阻抗。电力系统每个元件的正、负、零序阻抗可能相同，也可能不同，视元件的结构而定。3.旋转类元件和静止类元件正负序阻抗有什么特点？旋转类元件正负序阻抗不相等；静止类元件正负序阻抗相等。4.什么情况下存在零序网？在中性点接地系统中，发生接地故障时，才有可能存在零序网。5.对称分量法是分析电力系统不对称故障的有效方法。在三相参数对称的线性电路中，各序对称分量具有独立性。电力系统各元件零序和负序电抗的计算是本章的重点。某元件的各序电抗的大小取决于序电流产生的磁通所遇到的磁阻及各相之间的互感影响。静止元件的正序电抗等于负序电抗，旋转元件则不等。变压器的各序漏抗均相等。变压器的零序励磁电抗则同其铁芯结构有关，但当变压器有三角形接法的绕组，并有环形零序电流通过时，都可认为励磁电抗无穷大。架空输电线的零序电抗要大于正序电抗，因为相间互感的助增作用及大地电阻的计入。架空地线的存在又使输电线的零序电抗有所减小，因为架空地线的电流方向与架空输电线的方向相反，使等值电感减小。制订各序网络时，应包含该序电流通过的所有元件。制订零序网络时，一般从故障处开始，确定零序电势所能形成的零序电流通路。在一相零序网络中，中性点接地阻抗须以其三倍值表示。五、不对称故障的分析计算（１）各种不对称短路处的电流和电压（２）非故障处电流、电压计算（３）非全相运行的分析计算基本要求：主要熟悉各种故障时非故障处的电流和电压的计算。故障类型原始边界条件序分量边界条件复合序网类型正序电流值故障电流值单相接地短路0I0,I0,Vcba02a1a0a2a1I0VVVaaII串联网)(0211XXXjEIa1a0a21(1)f3IIIaaaIII两相短路0Ia0IbcIcVbVa2a1a2a1a0VV0II0I并联网)(I21a1XXjE1(2)f3IacbIjII两相短路接地0V,0V,0IcbaVVV0IIIa0a2a1a0a2a1并联网)//(I021a1XXXjE122020(1,1)f)(13IaIXXXX六、电力系统稳定性问题概述和各元件机电特性（１）概述（２）同步发电机组的机电特性（３）负荷特性基本要求：了解稳定的概念，对自动调节励磁系统有所认识，重点掌握发电机转子运动方程和功率特性。七、电力系统静态稳定