电力系统暂态分析-重庆大学电气工程学院

电力系统暂态分析周念成绪论１、电力系统元件（设备）１）电力元件——对电能进行生产、变换、输送和分配、消费（大功率的负荷电流通过的电气部分）一次设备绪论２）控制元件——改变系统的运行状态（对一次设备的测量、调节和控制）二次设备绪论２、电力系统的参数１）运行参数：U、I、f、P、Q、（角速度）、S（角位移）２）结构参数：Z=R+jX,Y=g+jb,变比ｋ，转动惯量Ｊ绪论３、电力系统运行状态１）稳态——运行参数稳定２）暂态——运行参数时变绪论４、电力系统暂态过程分类１）电磁暂态过程常量研究短路、断线后的电压、电流的变化电力系统故障分析绪论２）机电暂态过程、S变化分析发电机组转子运动规律电力系统的稳定性绪论５、本门课程的重要意义和学习的难度１）与多门课程相关高等数学大学物理电路原理电机学绪论２）重要意义*电力系统运行中基本的概念、表现*电力系统应用中枢纽稳态运行－故障分析设计（设计部门）保护整定计算（调度，保护）事故分析（运行）绪论６、本课程讲述的主要内容第一章电力系统故障分析的基础知识第一节故障概述１、短路的定义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。主要指绝缘的破坏。第一节故障概述２、短路的分类１）按短路的路径划分⑴三相短路f（3）对称短路第一节故障概述⑵两相短路f（2）⑶单相短路接地f（1）第一节故障概述⑷两相短路接地f（1，1）第一节故障概述２）开关跳闸后，故障因素是否消除瞬时性（故障）短路永久性（故障）短路第一节故障概述３、短路产生的原因１）外部雷击、风暴动物污染人为（带地线检修）２）内部绝缘老化第一节故障概述４、短路对电力系统危害１）短路电路的数量级机端：额定电流的10－15倍大容量系统：几十；几百（KA）第一节故障概述２）短路过程中的危害电气设备动稳定、热稳定受破坏短路使附近电网电压严重下降（P4图1-1），引起负荷运行稳定性破坏——电动机停转，发电机加速。不对称短路所引起的不平衡电流产生的不平衡磁通，干扰通讯系统第一节故障概述３）短路发生后的影响未解列的电力系统各部分间失去同步解裂后的电力系统，送端功率过剩f上升，受端功率不足f下降第一节故障概述５、对短路的处理方法１）快速故障隔离——继电保护装置有选择性地快速切除故障部分２）线路开关实施自动重合闸３）其他安全自动装置如低周减载、低压减载装置保持系统稳定第一节故障概述６、计算短路电流的作用检验电气设备的动、热稳定度配置和整定继电保护的依据稳定计算第一节故障概述７、其他故障形式１）断线——纵向故障２）复杂故障——不同地点（两处以上）同时发生不对称故障第二节标幺值标幺制中各种物理量都用标幺值（即相对值）来表示，使运算步骤简单，数值简明便于分析。第二节标幺值一、标幺值的定义有名值（有单位的物理量）标幺值（相对值）=基准值（与有名值同单位的物理量）第二节标幺值表示方式：有名值R、X、Ｚ单位：P、Q、S单位：MW；Mvar；MVA第二节标幺值标幺值：*BRRZ*BXXZ*BPPS*BQQS*BSSS第二节标幺值二、基准值的选取三相电路中基准值的选取和约束条件33UZISUI第二节标幺值如果选取的基准值满足3()3()BBBBBBUZIkVSUIMVA第二节标幺值通常取、为基准BUBS233BBBBBBBBSIUUUZSI第二节标幺值将（1）式变成标么值表示：在标幺制中三相电路的关系式类似于单相电路******UZISUI第二节标幺值三、不同基准值改变时标幺值的换算１、换算关系在、、、下已知、、、求：在、、、下标么值、、、1BU1BI1BZ1BS*(B1)U*(B1)I*(B1)Z*(B1)S2BU2BI2BZ2BS*(B2)U*(B2)I*(B2)Z*(B2)S第二节标幺值对电压：*(1)11*(2)*(1)22BBBBBBBUUUUUUUUU第二节标幺值1*(2)*(1)21*(2)*(1)21112*(1)*(1)12211*(2)*(1)2221112*(1)*(1)222221////BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBIIIISSSSUIUIZZUIUIZZZZUSUSZZUSUS第二节标幺值２、电力系统元件阻抗标幺值的给出方式：１）发电机在,下，NUNPcosN*()()NX电抗标么值BUBS2*()*()NBBNBNUSXXUS/cosNNNSP第二节标幺值２）变压器在,下，NUNS*()%100%SNUXBUBS2*()%100SNBBBNUUSXUS第二节标幺值３）电抗器在,下，NUNI*()%100%NNXXBUBS2*()%1003NNBBBNNXUSXUUI第二节标幺值４）输电线0(/)xkm()km0.4/km0Lxx*()022BBBLBBSSxxxUU第二节标幺值四、由变压器联结的不同电压等级的各元件参数、标幺值及短路电流的计算,,——电抗各值（含变压器电抗在内）1212/NNkUU2323/NNKUU1x2x3x第二节标幺值1、计算特性１）２）计算某段电流时，应将电源电压和其他段阻抗向该段计算123III第二节标幺值２、计算步骤１）选待计算电流段为基本段。（如Ⅰ段）２）取,（如）３）将电源电压和各段之间阻抗向基本段归算４）以为基准计算电源电压及阻抗标么值。BUBSBS1BU1BU第二节标幺值211*11*/BBBUSXXUEE阻抗电源电压22*2122222222112112/BBBBBBBBSSSSXXkXXXUUUUk233*3BBUSXX231213kkUUBB第二节标幺值直接更换电压基准实现归算。则：2*BMBmmUSXXmmBBMkkkUU)1(23121/第二节标幺值５）基本段电流标幺值６）基本段电流有名值***1*2*3**EEIXXXX1*113BBUSII1211/3kUSIBBB第二节标幺值７）其他段电流可记为：21211*1*1*211223/3BBBBBSSIkIIIIIUkU3*13BIII**1IIBmmIII*BmBBmUSI3第二节标幺值３、简化计算（值精确）１）概念简化①不指定基本段②按变压器变比确定各段的基准电压和基准电流③全网容量基准统一第二节标幺值２）计算步骤①取统一的基准变量（一般取100MVA）②任取一段基准电压（）,按变比计算其他各段的基准电压（）和基准电流（）BSBS1BUBmUBmIBmBBmmmBBmUSIkkkUU3//)1(23121第二节标幺值③以各段基准电压计算各段元件阻抗标幺值④用总阻抗标么值计算公用电流标幺值2*BmBmmUSXX)/(***BXUEEXEI第二节标幺值⑤以各段基准电流计算各段电流有名值BmmIII*第二节标幺值３）变压器的有名电抗与标么电抗2个有名电抗（由于向两侧归算）1个标幺电抗TNNTTSUXX21)*(TNNTTSUXX22)*(2)*(BBTBTUSXX第二节标幺值４、近似计算１）近似计算的假定变压器额定电压取为该侧电网平均电压实质：升降压变均取主抽头为1.05NU第二节标幺值２）简化的作用①取一段电压基准为该电网平均电压，则其他各段电压基准值均为本段电网平均电压（1.05*）变压器标么值仅有容量归算NUTBNTavavNTBBNNTBTSSXUUBUUSSUUXX)*(1112121)*()*(1第二节标幺值②变压器标么值仅有容量归算TBNTavavNTBBNNTBTSSXUUBUUSSUUXX)*(1112121)*()*(1第二节标幺值五、的一般取法及标幺值计算一般频率基准角频率基准由BfBBLBBtNBffBBf21222**ffffB第二节标幺值电感：磁链：*****1//XXXXLXLXLBBBBB时当BBBLI***LILI第二节标幺值时间：为保持：同步电机转子转动一个弧度电角度所需的时间ttsinsin**ttttBB**SBt/111BBBBtt则应有取第二节标幺值同理：电势的另一基准为保持：应取BBBBtdtdttdddtdE*****)/()/(BBBE**E第三节无穷大电源供电的R—L电路三相短路电流一、无穷大电源近似：真正的无穷大电源是没有的constfdpdfdfdpconstUZSGGG00因此有ZZG%10第三节无穷大电源供电的R—L电路三相短路电流二、三相短路电流的暂态过程1、电路参数的变化ua=Umsin(ωt+α)RLR’L’ia第三节无穷大电源供电的R—L电路三相短路电流短路前：短路后：00022010()()()()()jZRRjLLZeZRRLLLLtgRR221jZRjLZeLZRltgR第三节无穷大电源供电的R—L电路三相短路电流２、短路的初始条件（以A相为例）短路发生时记t=0,的初相角为A相电压短路前瞬间：AU0)sin(0tUUmA000000000sinsin()mAAmmmtUUiIUIZ第三节无穷大电源供电的R—L电路三相短路电流3、短路后电流A相电压方程（线性非齐次常微分方程）：其解为稳态短路电流自由分量交流分量/周期分量直流分量/非周期分量)sin(tUURidtdiLmAAAaAAAiii第三节无穷大电源供电的R—L电路三相短路电流)sin(0tIimAZUImmaTaaLiCeTRＡ时间常数第三节无穷大电源供电的R—L电路三相短路电流含有电感L,电流不能突变：00000000000000sin()sin()sin()sin()sin()TaAAAmAAmeAmmmiiCiCiiIIiItII第三节无穷大电源供电的R—L电路三相短路电流tiaipaipa0第三节无穷大电源供电的R—L电路三相短路电流短路电流由周期分量和非周期分量组成，较大的周期分量是因电源电势作用于较小的回路阻抗而产生，非周期分量是回路电感中原储存的磁场能量释放而产生，其按回路的时间常数衰减，状态突然变化瞬间，电感中合成磁链不突变。(p13)第三节无穷大电源供电的R—L电路三相短路电流αipa0αipa0=-iαa0第三节无穷大电源供电的R—L电路三相短路电流第三节无穷大电源供电的R—L电路三相短路电流三、标准短路电流及其特征值1、标准短路电流1)空载下短路电流2)当00mI)2(230aAATmmAiieItIiacos第三节无穷大电源供电的R—L电路三相短路电流２、特征值１）周期分量的有效值２）冲击电流（用于检验电气设备和载流导体的动稳定度）短路冲击电流：在最恶劣短路情况下的短路电流的最大瞬时值。20mIImi第三节无穷大电源供电的R—L电路三相短路电流对于G、T、L：xR，，最恶劣的情况为：Im|0|=0,α=0即空