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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。

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。

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