电力系统故障分析第七章 电力系统振荡分析
EM EN I ZM ZL Z N
当
M N 11
EM EN E 时：
EM EN Ee jMt Ee jNt E （e j(M -N )t 1 ）e jNt E （e jσ 1 ）e jNt
（M N )t st
第二节 短路故障和振荡的区分
一、采用电流突变量区分故障和振荡
二、利用电气量的变化速度不同区分短路和振荡 三、利用负序电流、零序电流绝对值之和与正序电流绝对 值比值关系来识别
四、利用检测三相电流大小不等、零序电流大小来识别 五、利用振荡中心电压变化来识别振荡与对称故障
均可以从保护安装处测得，意味着振荡中心电压也可以在保护安装处测 得。
四、系统母线电压与振荡电流的相位关系
1 Z11Kee jσ UM Z M1 arg arg jσ Z M1 Σ arg I 1 1 e-jσ Z11 Kee 1 K e
2 2
三、振荡中心电压
振荡时电压最低的一点称为振荡中心 可见振荡中心电压幅值也是随
作周期变化。在 0 时，振荡中心电
压最大达E；当 180 时，为最小值0，从电压角度看相当于在Z点发 生了三相短路，此时必然会甩掉负荷。
U Z U P cos 90
如果P点是母线M，则 U P 就是保护安装处电压，振荡电流 I 和振荡电压 U P
可以证明动点O的轨迹就是圆或直线。当 Ke 1时，O点轨迹是直线AB的中垂 线；当 Ke 1 ，O点轨迹是包含B点的圆；当 Ke 1 ，O点轨迹是包含A点的圆； 轨迹与AB 交点处对应 180 ， 与 AB 延长线交点处对应 360 。
振荡时和短路时电气量有以下的不同:
①振荡时电气量一般作平滑的周期性变化。因为振荡时 角不可能发生突
变，所以，电气量不会突然变化；而短路故障时电气量是突变的。 ②全相振荡时系统保持对称性，系统中不会出现负序、零序分量，只有正 序分量。在短路故障时一般会有负序或零序分量。非全相振荡时除正序分 量外，还会有负序、零序分量，它们会随 着 作相应变化。
角随着 角变化而变化，且与两侧电动势比值 Ke 、 Z11 与 Z M1 之比
有关。
五、母线电压与振荡电流的比值
I
M A IZ M 1
IZ M N1
UN
N IZ N1 B
A
Z M 1M
UM
Z M N1
N Z N1 B
UM EM
UN I EN I
EN
EM I
I
O
O
电压相量关系
测量阻抗关系
振荡电流幅值为：
I
E jσ 2E 2E e 1 ＝ sin s t sin Z11 Z11 2 Z11 2
振荡电流作周期性平滑变化：
I 2E
Z 11
0
o
180
o
360
o
540
o
720
o
振荡电流大小变化波形
当 =0 时，振荡电流幅值有最小值（考虑负荷电流后不为零）； 2E 当 180 时，振荡电流幅值有最大值 ； 当
第7章 电力系统振荡分析
教学目的：
建立电力系统振荡的概念
掌握电力系统振荡时电气量的变化特点 掌握识别振荡和故障的方法
第一节 振荡时电气量变化分析
振荡产生的原因：
系统短路故障切除较慢；系统联系薄弱，线路输送功率超过静稳定极限；系 统无功不足，引起电压降低；线路非同期重合闸；同步发电机励磁降低或消 失等。
稳定振荡或同步振荡：
两部分等值电动势的夹角摆动范围没有超过，并经过若干摆动后又恢复同步 运行的情况.
非稳定振荡或非同步振荡:
两部分等值电动势的夹角摆动范围超过，并经过若干摆动后不能恢复同步运 行的情况 。
EM
M
N
EN
I
ZM
ZL
Z 11
ZN
系统振荡系统图 以下分析三相参数对称的全相运行时的振荡特点
一、振荡电流
从0
360 变化一周，振荡电流完成一个周期的变化。
Z11
二、振荡电压
I
A
EM
P
U
Z
B
EN
2Z M Z 11
E
UM
1 E
UZ
UP
Hale Waihona Puke O（ a）
0
o
180
o
360
o
540
o
720
o
（ b）
（a）振荡电压的相量图 （b）各点电压大小变化波形
Z M1 Z M1 2 U P OP PZ OZ E 1 4 1 sin Z11 Z11 2
③振荡中电压与电流的相位差是变化的，而短路故障中电压与电流之间的
相位差基本保持不变。 ④振荡中心的电压在 180 时为0，相当于在振荡中心发生三相短路，
但是与三相短路故障还是有区别的。如是振荡，即使振荡中心在线路上，
两侧流过相同的振荡电流；如在振荡中心发生三相短路，尽管振荡中心电 压为0，但是线路两侧电流均流向故障点。
第七章小干扰法分析简单
第七章小干扰法分析简单小干扰法（Small Disturbance Analysis）是电力系统稳定分析中常用的一种方法。
它的基本思想是在系统运行基准状态下，对系统进行微小的扰动，然后通过线性化的电力系统模型对扰动进行分析，从而得到系统的稳定性和动态响应。
小干扰法分析的目的是研究系统对扰动的响应情况，包括发电机转速和功率的变化、传输电流的变化等。
通过小干扰法可以得到系统的频率响应、阻尼特性、振荡模式等重要参数，为系统的稳定性评估和控制提供依据。
小干扰法分析的基本步骤如下：1.设置系统基准状态：选择适当的系统基准状态，包括发电机的初始状态、负荷水平、运行模式等。
2.选择扰动源：选择适当的扰动源，通常是对发电机进行微小的扰动，如改变发电机的励磁电压、转动惯量等。
3.建立线性模型：根据系统的非线性方程，对系统进行线性化处理，得到线性模型。
线性模型一般采用状态空间表达形式，包括状态方程和输出方程。
4.求解特征值问题：将线性模型进行特征值分解，求解特征值和特征向量，从而得到系统的固有频率和振动模式。
5.分析响应特性：根据特征值和特征向量，进一步分析系统的频率响应、阻尼特性和振动模式等。
小干扰法分析的主要优点是方法简单、计算量小、结果准确。
但它也有一些局限性，如只适用于小扰动、线性系统模型等。
在实际应用中，通常将小干扰法与其他方法结合使用，如大干扰法、直接分析法等，以获得更全面准确的稳定性分析结果。
小干扰法分析在电力系统稳定性研究和控制中具有重要的应用价值。
它可以用于评估系统稳定性、设计稳定性控制器、优化负荷分配等。
它也可以用于系统故障分析、可靠性评估、新能源接入方案评估等方面。
总之，小干扰法是电力系统稳定分析中常用的一种方法，通过微小的扰动以及线性化处理，可以得到系统的稳定性和动态响应。
它具有简单、准确等优点，在实际应用中具有广泛的应用前景。
《电力系统暂态分析》课程教学大纲(第七章)
第七章电力系统暂态稳定第一节概述暂态稳定是指电力系统在某个正常运行方式下，突然受到某种大的干扰后，经过一段暂态过程，所有发电机能否恢复到相同速度下运行，能恢复则称系统在这种运行方式下是暂态稳定的。
暂态稳定与运行方式和扰动量有关。
因此不能够泛泛地说电力系统是暂态稳定或不稳定的，只能说在某种运行方式和某种干扰下系统是暂态稳定或不稳定的。
在某种运行方式下和某种扰动下是稳定的，在另一种运行方式和另一种扰动下可能就是不稳定的。
所谓的运行方式，对系统而言，就是系统的负荷功率的大小，或发电功率的大小；对输电线路而言，就是输送功率的大小。
功率越大，暂态稳定性问题越严重。
所谓大干扰一般指短路故障、切除大容量发电机、切除输变电设备、切除或投入大负荷。
一般短路最为严重，多数情况研究短路故障干扰。
短路故障扰动量的大小与短路地点、短路类型、短路切除时间有关。
短路可能发生在输电线路上，也可能发生在母线或变压器上。
一般发生在母线上较为严重。
短路发生在输电线路上，一般靠近电源侧的较为严重。
短路分为单相接地短路、两相短路、两相接地短路、三相短路。
一般三相短路较为严重，次之两相接地短路，单相接地短路最轻。
这里所说的短路是单重故障，如果有多种故障，一般多重故障较为严重。
发生短路后，借助断路器断开，将故障的线路、或母线或变压器隔离，保证非故障部分继续运行。
短路切除时间越短，对暂态稳定越有利。
短路切除时间包括继电保护装置和断路器动作的时间。
装有自动重合闸的输电线路，被隔离的输电线路会重新投入运行，如果是瞬时性故障，重合就成功，电网恢复原有状态；如果是永久性故障，重合不成功，故障线路再次被隔离。
重合成功对暂态稳定有利，重合不成功对暂态稳定更不利。
一般用短路故障来检验系统是否暂态稳定。
我国颁布的《电力系统安全稳定导则》规定：①发生单相接地故障时，要保证电力系统安全稳定运行，不允许失负荷；②发生三相短路故障时，要保证电力系统稳定运行，允许损失少量负荷；③发生严重故障时，系统可能失稳，允许损失负荷，但不允许系统瓦解和大面积停电，应尽快恢复正常运行。
电力系统分析 第七章(三相短路)ppt课件
S XX 1 *
2 * x d ''* N
B 0 .1 2 5 1 0 0 0 .8 3 1 5
S G N
X 3 * X 1 0 R 0 % U 3 I N N U S B 2 B 1 0 4 03 6 0 .4 6 1 . 0 3 0 2 0 .8 7 2
U S
k 2 %B7 .5 1 0 0 1
B 2x5
B 2
4
3
第三节 恒定电势源电路的三相短路
• 恒定电势源（又称无限大功率电源），是指端电压幅值 和频率都保持恒定的电源，其内阻抗为零。
一、三相短路的暂态过程
图1-2 简单三相电路短路
•短路前电路处于稳态：
eEmsin(t ) i Im0 sin(t )
Im0
Em
(RR)22(LL)2
②恶劣天气：雷击造成的闪络放电或避雷器动作，架 空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等。
③人为误操作，如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设 备检修后未拆除地线就加上电压引起短路。
④挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。
三、短路的危害
(1)电流剧增：设备发热增加，若短路持续时间较长，可 能使设备过热甚至损坏;由于短路电流的电动力效应， 导体间还将产生很大的机械应力，致使导体变形甚至 损坏。
B
4
T 1 N
%
%
US US T 2 x 4 * j1 0 k 2 0
B T 3 x 6 * j1 0 k 3 0
B
S S T 2 N
T 3 N
3、输电线
2
UU S S x 3 *j x 3 3
4
B 2x 3
B 2
UUU U 2 3 4
[工学]第七章电力系统不对称故障分析
![[工学]第七章电力系统不对称故障分析](https://360docs-1393072327.cos.ap-beijing.myqcloud.com/a3642c3f657d27284b73f242336c1eb91b373355.webp)
153第七章 电力系统不对称故障分析电力系统是三相输电系统，由于各相之间存在电磁耦合，因此各相之间存在互阻抗和互导纳。
例如如图7-1所示的三相系统，各相除了具有损耗r a 、r b 、r c ，自感L a 、L b 、L c ，以及对地电容外C a 、C b 、C c 外，相间还存在互感m ab 、m bc 、m ca 和互电容C ab 、C bc 、C ca 。
图7-1 三相电磁耦合系统根据电路理论可知，如果三相系统的自阻抗和自导纳参数相等，相间的互阻抗、互导纳参数也分别相等，那么这样的三相系统称为三相“平衡系统”。
只有在三相平衡系统中，当电源电压对称时系统中各个节点或支路的电压和电流才是对称的。
以7-1系统为例，假设三相的自感相等，相间互感也相等，自阻抗用Z s 表示，互阻抗用Z m 表示，则三相电压与电流的关系为：⎪⎩⎪⎨⎧++=++=++=cs b m a m c c m b s a m b c m b m a s a I Z I Z I Z E I Z I Z I Z E I Z I Z I Z E (7-1)如果三相电源对称，那么将7-1中三个方程相加就得到：0))(2(=+++=++cb a m sc b a I I I Z Z E E E (7-2) 根据7-2可知：0=++cb a I I I 那么三相电压方程7-1变为：⎪⎩⎪⎨⎧-=++=-=++=-=++=cm s c s b m a m c b m s c m b s a m b a m s c m b m a s a I Z Z I Z I Z I Z E I Z Z I Z I Z I Z E I Z Z I Z I Z I Z E )()()( (7-3)上式说明，三相电流也对称。
上面的三个式子是在三相系统平衡且对称情况下，用单相法进行三相电路计算的基础。
然而电力系统发生的故障大多数情况下都是不对称故障，我们用什么方法来进行分析和计算呢？很显然，不对称的三相系统之所以不可以用单相来代替，如果采用三相电路方程进行计算，不对称故障分析将非常复杂（随着计算机技术的发展，很多计算是采用三相电路计算的）。
电力系统低频振荡的成因重新解析
电力系统低频振荡的成因重新解析电力系统低频振荡是指在电力系统中出现的频率较低且持续一段时间的振荡现象。
这种振荡通常具有较大的振幅，对电力系统的稳定性和可靠性产生负面影响。
在过去的研究中，对电力系统低频振荡的成因进行了一定的解析，但是由于电力系统的复杂性和多变性，对于该问题的理解和解释仍有待进一步深入。
为了重新解析电力系统低频振荡的成因，我们需要从其根本原因出发，即电力系统的动态特性和稳定性。
电力系统由发电机、变压器、输电线路、负载等多个组成部分组成，它们之间通过复杂的电力网相互连接。
系统中存在大量的多相流动和耦合效应，以及动态响应和稳态响应之间的相互作用。
电力系统低频振荡的成因可能与电力系统的固有特性有关。
电力系统中的各个组成部分都具有一定的惯性和阻尼特性，如发电机的转子惯性、变压器的电感和阻尼、输电线路的阻抗等。
这些特性在系统负荷发生变化或发生故障时会引起系统的动态响应，可能导致系统振荡的发生。
电力系统中还存在很多复杂的非线性和时变特性，如各种控制设备、保护装置等，它们的作用也可能对系统的稳定性产生影响。
电力系统低频振荡的成因还与系统运行状态有关。
电力系统是一个大规模的复杂网络，其中包含了多个节点和支路。
系统的运行状态是指各节点和支路的电压、电流、功率等参数的数值。
当系统运行状态接近不稳定边界时，系统的动态响应会增加，可能引发低频振荡。
当发电机负荷过重或输电线路过载时，系统容易产生低频振荡。
还有一些外部因素，如输电线路的突然故障、恶劣天气条件等，也可能对系统的稳定性产生影响。
电力系统低频振荡的成因还与系统的控制方法和运行策略有关。
电力系统通过各种控制设备和调度控制中心来实现对系统的监视和控制。
这些控制方法和运行策略的选择对系统的稳定性和抗扰性产生重要影响。
调度中心对系统的发电机输出功率、变压器的变比、输电线路的有功和无功功率等进行调节时，可能引发系统的低频振荡。
不合理的控制策略和参数设置也可能导致系统的不稳定。
电力系统稳态分析7 电力系统故障的基本知识
其中：
Im
Um
(RR)22(LL)2
tg1(LL)
RR
整理课件
（2）三相短路过程中电流分析
uaU msi nt ()
ia=？ f ( 3 )
ubU msi nt (12 )0
ib=？
ucU msi nt (24 )0 ic=？
特征：对于无限大容量电源系统，发生短路过程中，由
于电源端口的电压和频率保持不变，因此，可忽略电源内
最大有效值即为短路整后理课第件一个周期内的电流有效值
将I短t公 路式T 1 冲代tt 击入T T//2 2 电，i2 d 流得tT 1tt T T//2 2(i交 + i直 )2d t=I m / 22 i直 2 I i m 短p 路电I 流m / 最2 大2 i 直 2 ( t 0 .0 1 s )I m /2 2 i i m p I m 2
也是，冲击电流产生 的条件！
短路前空载
由于X>>R，故 k 900 , 得： 00或 1800
意味着：此时电压过零。
整理课件
③ 短路冲击电流发生的时间点：
ia
短路前空载
全电流
t
电压过零点
短路后半个周
整理课件
期：T/2
④ 短路冲击电流的数学描述：
全电流表达式：
iaImsi nt (k)
t
[Imsi n ()Imsi n (k)e ]Ta （ t0）
1）发电机低压母线短路 Kimp 1.9 2）发电厂高压母线后短路 Kimp1.85 3）其他地点短路： Kimp1.80
短路冲击电流的作用：检验设备动稳定性 整理课件
IV 短路电流的最大有效值
ia
短路前空载
电力系统振荡原因、现象、处理分析
分析时间
2006 年 7 月 31 日
分析地点
学习室
分析专业
电气检修队继电保护班Fra bibliotek分析种类岗位分析
参加人员
队长、专工、保护班人员
分析题目
电力系统振荡原因、现象、处理分析
分析内容 一、 提出问题：
2006 年 6 月 1 日、2006 年 6 月 25 日和 2006 年 7 月 1 日由于系统内故障而发生三次系 统振荡，我厂均有不同程度的反应，前两次我厂只有冲击现象，特别是 2006 年 7 月 1 日华 北与华中解网造成的系统振荡，我厂振荡现象明显，220KV、500KV 系统和各发电机反应 强烈，均出现振荡现象。 二、 原因分析：
7、 系统振荡时振荡解列装置动作的现象及处理： （1） 现象：“振荡解列装置 I 动作”、“振荡解列装置 II 动作”光字亮。丰万 I、 II 线跳闸，线路潮流回零，跳闸开关 5051、5053、5061、5063 红灯灭，绿 灯闪光。蒙西网与华北网解网，内 蒙西部网频率增大后又 降低，机组转速 升高。故障录波器动作，高周切机 装置动作，安全自动装 置动作。高周切 机第一轮、安全自动装置动作，#6F—B 组出口开关 5041、5042 跳闸，机 组负荷降至 10MW 左右。高周切机第二轮切#4 机组，#6、#4 机组自带厂用 电运行，锅炉投油维持基本燃烧，汽机手动维持转速在 3000rpm 附近。未 被切的机组在一次调频的作用下， 调门自动关回部分，有 功负荷不同程度 下降，可能出现多台炉同时投油助燃，炉前燃油压力降低。 （2） 处理：网控值班员将保护、高周切机、振荡解列装置动作情况、系统电压、 潮流、周波波动、摆动、系统冲击情况及一次设备检查情况汇报值长。如有 故障设备，应进行隔离，并及时汇报；网控人员应立即通知切机单元跳闸原 因，单元电气值班员通知机、炉专业人员；立即调整发电机端电压，暂时维 持厂用电自代，待令将发电机同期并网。如果汽轮机不能维持 3000rpm 运行， 厂用电不能维持自带，视高备变正常，应采用瞬停切换厂用电的方法切换。 配合机炉作好其它准备工作，待系统振荡平息后，待令将发电机并入电网； 由于蒙西网与华北网解列，我厂负责蒙西网调频任务，指令#2 机组为调频 机组，其他各机按值长令调整负荷。频率允许范围 50±0.5HZ，机组转速变 化范围 2970---3030rpm，当蒙西网与华北主网并列时，频率允许范围 50± 0.2HZ。当蒙西网与华北主网电压、频率偏差较大时，要及时汇报调度予以 调整，直到符合条件再进行同期并列。按调度令逐步进行，具备联网条件应 采用自动准同期装置进行并网。
《电力系统振荡》课件
利用神经网络、模糊逻辑等人工智能技术对电力系统进行实时监测和 调整，实现快速响应和精确控制。
广域控制策略
通过采集全系统的信息，进行全局优化和控制，实现快速、准确的抑 制振荡。
实际应用案例
某地区电网的PSS应用
在某地区电网中，通过安装PSS装置，有效抑制了系统中的低频振荡，提高了电网的稳定 性。
制定相关标准和规范，推动研究成果的推广和应用，提高电力系 统的安全性和稳定性。
国际合作与交流
加强国际合作与交流，引进国外先进技术和管理经验，共同应对 全球能源挑战。
THANKS
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频率变化检测
通过监测电力系统中频率 1
的变化，判断是否存在振 荡现象。
波形畸变检测
4
通过分析电力系统的波形 畸变，判断是否存在振荡 。
阻抗变化检测
2
通过分析电力系统的阻抗
变化，判断是否存在振荡
。
电压波动检测
3 通过监测电力系统的电压
波动，判断是否存在振荡 。
定位技术
信号注入法
在电力系统中注入特定信号，通 过监测信号的变化来判断振荡源 的位置。
计算机科学与工程
将计算机科学与工程应用于电力系统振荡的研究 中，提高数据处理和分析能力。
环境科学与工程
将环境科学与工程与电力系统振荡研究相结合， 探索绿色、可持续的能源解决方案。
实际应用与推广
示范工程与实验验证
建设示范工程，对新技术和方法进行实验验证，确保其在实际应 用中的可靠性和有效性。
标准化与推广
某高压直流输电系统的FACTS应用
在某高压直流输电系统中，利用FACTS设备对系统进行控制，减小了系统的振荡，提高了 稳定性。
电力系统稳定和系统振荡
T
z
P
a"
PT
a
a'
P
b' b b”
'
aa
" a
' b
b
" b
a点静态稳定。 b点静态不稳定
电力系统稳定和系统振荡
静稳定判据为：dPd 0
当 dPd 0时，对应极限传输功率Pj
相应的静稳定储备系数为：
KP
Pj Pz Pz
10% 0
在正常运行方式下，对不同的电力系统，按
功角判据计算的静态稳定储备系数（KP）应为 15%~20%，在事故后运行方式和特殊运行方式
电力系统稳定和系统振荡
三、暂态稳定
以下图所示： 单机无限大系统线路始端发生短路说明暂稳。
G
T1
l
T2
U 恒定
xd’
xT1
xl1=xl2
xT2
Pz Qz
简单考虑发电机自动励磁调节装置的作用
发电机采用E’，xd’模型。
电力系统稳定和系统振荡
Ⅰ.正常运行时
系统电抗： xI xd' xT1x2l xT2
电力系统稳定和系统振荡
1．功角静稳 以最简单的单机无限大系统为例。
G
T1
l
T2
U恒定
Pz Qz
设发电机为隐极机，并采用E’，xd模型。发
电机电势E’至无限大系统间总电抗为xΣ。发电机 电势与无限大母线电压之间夹角为δ。
系统输送的电磁功率为：P E'U sin
原动机的机械功率
X
P P 即系统正常运行时输送的功率： 电力系统稳定和系统振荡
电力系统稳定和系统振荡
一、稳定性概述
电力系统稳定性及振荡
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发电机稳定性
机电暂态和动态稳定 操作或故障后引起的发电机或电动机机械转矩和电磁转 矩不平衡，使发电机转子加速或减速，电网发生振荡， 如发电机与电网失步、或电网电压失稳、或电网频率失 稳，电网失去稳定
功角失稳原理： 大扰动 发电机电磁功 率急剧变化 转子上出现 不平衡转矩 发电机转 速变化 功角 变化
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发 电 机 功 角 特 性 )
工作在功率曲线的上升部分，系统是静态稳定的；而工作在下降部分，则不稳定。比值大于0时，发电机稳 定的
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电力系统模型
电厂 变压器 线路 变压器 负荷
实际电网
发电机、电网、用户 负荷模型
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电力系统稳定及分类
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第三道防线及标准
• 对危害到系统稳定性的故障，必须采取措施，把 故障电网与主网解列，以防止整个电网崩溃，避 免造成长时间大面积停电和对最重要用户(包括厂 用电)的灾害性停电，使负荷损失尽可能减少到最 小，电力系统应尽快恢复正常运行 • 振荡解列装置：如福建与华东联络线 • 低频、低压减负荷装置 • 第三级标准：当系统不能保持稳定运行时，必须 防止系统崩溃并尽量减少负荷损失。