电力系统暂态分析
电力系统暂态分析方法
2 数值解法
在忽略发电机定子绕组和电网中电磁暂态过程影响的情况下，列出描述全系统暂态过程的微分方程和代数方程组。其一般形式为：
px = f(x，y) (1)
g(x，y)=0 (2)
微分方程(1)包括：①描述各发电机暂态和次暂态电势变化的微分方程。②各发电机的转子运动方程。③描述各发电机励磁系统暂态过程的微分方程。④描述各原动机及调速系统暂态过程的微分方程。⑤负荷中感应电动机的暂态过程方程式。
ห้องสมุดไป่ตู้
由于直接法不是从时域的系统运动轨迹去看稳定问题，而是从系统能量及其转化的角度去看稳定问题，因此可快速进行系统稳定性分析。该方法在近二三十年得到了迅速的发展。直接法的优点是能提供系统稳定程度的定量信息，提供系统稳定裕度，对极限参数计算速度快，可快速扫描系统暂态过程。缺点是采用的模型比较粗略，计算结果具有保守性。
代数方程(2)包括：①网络方程式，用以描述在同步旋转坐标参考轴下，各节点电压、电流之间的关系。②各发电机定子绕组电压平衡方程式。③对于静态模拟负荷，其功率与节点电压之间的关系；对综合负荷中的感应电动机，计算电磁转矩，机械转矩，等值阻抗或定子电流的方程式。
在列出上述微分方程和代数方程组后，应用各种数值积分方法进行求解。由于在每一积分步长内必须同时求解微分方程和代数方程，需要在一般单纯求解微分方程组的数值积分方法基础上加以扩展，为此有两种不同的方法：交替求解法和联立求解法。
联立求解法在每一积分步长中，将微分方程式按照所采用的数值积分方法化成相应的差分方程，与代数方程一起组成两组代数方程式，再联立求解。求解的方法通常采用牛一拉法。联立求解法仅适用于各种隐式积分法，且联立求解的计算工作量很大，应用不是十分广泛。
按照数值积分方法的不同，暂态稳定的数值解法又分为显式积分法和隐式积分法。
电力系统中暂态稳定性分析与评估
电力系统中暂态稳定性分析与评估电力系统的暂态稳定性是指系统在受到外界扰动或内部负荷变化后，恢复到稳定工作状态的能力。
暂态稳定性是电力系统运行安全和稳定性的重要指标，对于保障电力系统的可靠性和供电质量具有重要意义。
因此，对电力系统的暂态稳定性进行准确的分析与评估是现代电力系统研究和运行管理的关键之一。
电力系统的暂态稳定性分析与评估主要包括以下几个方面：1. 暂态稳定性分析方法暂态稳定性分析的方法主要包括直接分析方法和仿真计算方法。
直接分析方法是指通过分析电力系统的等值负荷特性、传输线参数和发电机参数等因素，来判断系统的暂态稳定性。
仿真计算方法是指通过建立电力系统的数学模型，利用计算机模拟系统的运行情况，通过计算和仿真来分析系统的暂态稳定性。
2. 暂态稳定性指标评估暂态稳定性时常用的指标包括最大角度差、最大振荡幅度、系统频率衰减等。
其中，最大角度差是指在系统受到外界扰动后，各个节点之间相位角的最大差异；最大振荡幅度是指系统在恢复过程中，振荡幅度的最大值；系统频率衰减则是指系统频率降低的速度。
通过计算这些指标，可以评估系统的暂态稳定性并判断其是否满足要求。
3. 暂态稳定性评估的影响因素暂态稳定性受到许多因素的影响，其中主要包括：负荷变化、发电机失效、传输线损耗、自动电压调节器（AVR）和励磁调节器（EXC）的响应速度、电力系统的控制策略等。
这些因素对暂态稳定性的影响是复杂而多样的，因此在评估暂态稳定性时需要综合考虑这些因素的影响。
4. 暂态稳定性改善措施对于暂态稳定性不足的电力系统，可以采取一些措施来提高其暂态稳定性。
常见的改善措施包括增加发电机容量、改善传输线参数、增加无功补偿措施、改善调度策略等。
通过对系统的改善措施进行评估和优化，可以提高系统的暂态稳定性，降低系统发生暂态稳定性问题的风险。
总结而言，电力系统中暂态稳定性的分析与评估是确保电力系统运行安全和稳定的关键环节。
通过采用适当的分析方法，评估系统的暂态稳定性指标，考虑影响因素并采取相应的改善措施，可以有效提高电力系统的暂态稳定性。
电力系统稳态与暂态分析
电力系统稳态与暂态分析电力系统是现代社会中不可或缺的基础设施之一，为供应安全、稳定的电能，电力系统的稳态与暂态分析是重要的研究领域。
稳态分析主要关注电力系统运行在稳定工作状态下的性能评估和优化，而暂态分析则关注电力系统在发生故障或突发事件时的动态响应。
电力系统的稳态分析是为了确保电力系统的正常运行，评估其稳定性和可靠性。
在稳态下，电力系统的各个设备和元件之间的电压、电流、功率等参数保持相对稳定的数值。
稳态分析的主要目标是确定系统中各个节点的电压稳定性、输电线路和变压器的功率损耗、发电机的输出功率等。
通过稳态分析，可以得到电力系统中各个节点的电压和功率分布情况，根据这些结果可以进行线路的选址、变电站设计和输电系统的规划等。
稳态分析可以采用不同的数学模型和方法。
其中，最常用的方法是潮流计算法，也称为负荷流计算法。
潮流计算法通过建立电力系统的节点电压和功率的数学模型，求解节点电压和功率之间的平衡关系。
在潮流计算中，考虑了电力系统中各个设备的参数、输电线路的电阻、电抗、变压器的变比等因素。
通过潮流计算，可以得到电力系统中各个节点的电压和功率值。
暂态分析是电力系统故障和突发事件发生时的动态响应分析。
在电力系统中，暂态事件可能包括由于雷击、开关故障、负荷突变等原因引起的瞬时变化或短暂故障。
暂态分析的目标是研究系统在故障或突发事件下的电压波形、电流变化、功率瞬变等参数，以及这些参数对系统稳定性和设备保护的影响。
暂态分析可以通过模拟电力系统的数学模型来实现。
这些模型通常包括发电机模型、变压器模型、线路模型等。
在模拟过程中，考虑了故障之前的电力系统状态和故障发生后的动态变化情况，包括电流的瞬时变化、电压的瞬时变化以及设备的动态响应等。
通过暂态分析，可以评估系统的稳定性，确定系统在故障后的动态响应，以及制定相应的保护措施。
电力系统稳态与暂态分析的研究对于保障电力系统的安全运行和提高系统的稳定性至关重要。
通过稳态分析，可以评估电力系统的供电质量、电能损耗以及电力设备的负载能力。
电力系统暂态分析
Eq U jxc I
基本电磁关系
▪ 凸极发电机气隙不均匀，需要把电枢反应磁势分解为两个磁势，一个作用 在纵轴上，叫纵轴电枢反应磁势；另一个作用在横轴上，叫横轴电枢反应 磁势。
Fa Fad Faq
▪ 这样，虽然气隙不均匀，所产生的磁密波 不是正弦形，但由于磁路对称性，纵轴和 横轴电枢反应磁势所产生磁密的基波幅值 仍然分别在纵轴和横轴上，与磁势同相位。
PMU实 测 功 率 实测负荷建模功率 295电 动 机 模 型 ＋ 50%恒 阻 抗 模 型 仿 真 功 率 40%恒 阻 抗 ＋ 60%恒 功 率 模 型
1
2
3
4
5
6
7
8
时间（秒）
暂态过程
▪ 电磁暂态：与短路等故障有关，涉及工 频电流、电压幅值随时间的变化，持续 时间较短（毫秒～秒）
▪ 机电暂态：与系统振荡、稳定性破坏等 有关，涉及发电机功角、转速等随时间 的变化，持续时间较长（秒-分钟）
基本电磁关系
▪ 磁势
▪ 电势
Ff Fa F F F f Fad Faq F F Eq Ead Eaq E U
Eq jxad Id jxaq Iq jx I U
Eq U jxd Id jxq Iq
基本电磁关系
▪直轴电枢反应电抗 xad
▪ 交轴电枢反应电抗 xaq
▪ 短路计算：为保护提供定值，选择电气设备，数学模型是线性微分方程组， 仅需要分析典型时刻短路电流时可用代数方程。
▪ 稳定计算：研究系统在各种干扰下的稳定性，主要是发电机的同步运行稳定 性，需要考虑转子运动方程，数学模型是非线性微分方程组。
基本电磁关系
▪ 磁动势
F Ni Hl
第二部分电力系统暂态分析
第二部分 电力系统暂态分析电力系统的暂态过程，即涉及到电力系统内部的电磁暂态过程，又涉及到电力系统内部的机械运动中的暂态过程，因此研究它有一定的复杂性。
所谓电力系统的暂态过程包括两种：一种是电磁暂态过程(七、八章)，一种是机电暂态过程（九、十章）。
电力系统的电磁暂态过程，主要与电力系统中发生短路、断路、自动磁励有关，涉及电流、电压随时间的变化。
电力系统的机电暂态过程，主要与系统受到干扰、稳定性破坏、异步运行有关，涉及功率、功率角、旋转电机的转速随时间的变化。
第七章 电力系统对称故障分析计算主要内容提示本章首先以无限大功率电源供电系统发生三相对称短路为例，讨论发生短路后短路电流的变化（暂态）过程，并进行短路冲击电流、短路电流有效值和短路功率的计算。
其次讨论同步发电机的基本方程，同步发电机突然三相短路物理过程及三相短路电流的计算表达式，电力系统三相短路的实用计算方法。
§7—1无限大功率电源供电系统的三相短路分析所谓无限大功率电源：是指当电力系统的电源距短路点的电气距离较远时，由短路而引起的电源送出功率的变化量)(Q j P S ∆+∆∆远小于电源所具有的功率S ，即S S ∆， 则称该电源为无限大功率电源，记作∞=S 。
无限大功率电源的特点是： ⑴由于P P ∆，所以认为在短路过程中无限大功率电源的频率恒定，即c f =。
⑵由于Q Q ∆，所以认为在短路过程中无限大功率电源的端电压恒定，即c U =。
⑶内电抗等于零，即0=s X 。
实际上，真正无限大功率电源是没有的，一般在S ∆＜S %3或s X ＜∑X %10的情况下，即可认为电源为无限大功率电源。
一、电力系统三相短路电流的周期分量与非周期分量 由无限大功率电源供电系统的等值电路如图7-1所示。
正常运行时，a 相电压、电流的表达式为： ()αω+=t E u m a sin()()()00sin ϕαω-+=t I i m a＞ ＞ ＞＞u a图 7-1 无限大功率电源供电等值电路(3) ＞ ＞其中()()()220L L R R E I mm '++'+=ωω—为正常回路电流的幅值；()0ϕ—为正常回路阻抗角。
电力系统暂态分析
电力系统暂态分析第一章1、电力系统运行状态的分类答：电力系统的运行状态分为稳态运行和暂态过程两种，其中暂态过程又分为波过程、电磁暂态过程和机电暂态过程。
波过程主要研究与大气过电压和操作过电压有关的电压波和电流波的传递过程；电磁过渡过程主要研究与各种短路故障和断线故障有关的电压、电流的变化，有时也涉及功率的变化；机电暂态过程主要研究电力系统受到干扰时，发电机转速、功角、功率的变化。
2、电力系统的干扰指什么？答：电力系统的干扰指任何可以引起系统参数变化的事件。
例如短路故障、电力元件的投入和退出等。
3、为什么说电力系统的稳定运行状态是一种相对稳定的运行状态？答：由于实际电力系统的参数时时刻刻都在变化，所以电力系统总是处在暂态过程之中，如果其运行参量变化持续在某一平均值附近做微小的变化，我们就认为其运行参量是常数（平均值），系统处于稳定工作状态。
由此可见系统的稳定运行状态实际是一种相对稳定的工作状态。
4、为简化计算在电力系统电磁暂态过程分析和机电暂态过程分析中都采用了那些基本假设？答：电磁暂态分析过程中假设系统频率不变，即认为系统机电暂态过程还没有开始；机电暂态过程中假设发电机内部的机电暂态过程已经结束。
第一章：1、电力系统的故障类型答：电力系统的故障主要包括短路故障和断线故障。
短路故障（又称横向故障）指相与相或相与地之间的不正常连接，短路故障又分为三相短路、两相短路、单相接地短路和两相短路接地，各种短路又有金属性短路和经过渡阻抗短路两种形式。
三相短路又称为对称短路，其他三种短路称为不对称短路；在继电保护中又把三相短路、两相短路称为相间短路，单相接地短路和两相短路接地称为接地短路。
断线故障（又称纵向故障）指三相一相断开（一相断线）或两相断开（两相断线）的运行状态。
2、短路的危害答：短路的主要危害主要体现在以下方面：1）短路电流大幅度增大引起的导体发热和电动力增大的危害；2）短路时电压大幅度下降引起的危害；3）不对称短路时出现的负序电流对旋转电机的影响和零序电流对通讯的干扰。
电力系统的稳态与暂态分析方法
电力系统的稳态与暂态分析方法稳态和暂态是电力系统分析中两个重要的概念。
稳态分析主要用于评估电力系统在正常运行情况下的性能和稳定性，而暂态分析则关注电力系统在发生故障或其他异常情况下的响应和恢复过程。
本文将介绍电力系统中的稳态与暂态分析方法，并探讨其在电力系统规划、运行和故障处理中的应用。
一、稳态分析方法稳态是指电力系统在正常运行情况下，各电压、电流和功率等参数保持在稳定状态的能力。
稳态分析主要涉及电压、功率、功率因数等参数的计算和评估。
常用的稳态分析方法包括潮流计算、负荷流计算、电压稳定性评估等。
1. 潮流计算潮流计算是稳态分析中最基础的方法之一，用于计算电力系统中各节点的电压、电流和功率等参数。
通过潮流计算，可以确定电力系统中各节点的电压稳定程度，评估传输能力和合理分配负载等。
常用的潮流计算方法包括高斯-赛德尔法、牛顿-拉夫逊法等。
2. 负荷流计算负荷流计算是潮流计算的一种特殊形式，用于分析电力系统中负载的分布和负载对系统潮流的影响。
负荷流计算可以帮助确定合理的负载分配方案，提高系统的稳定性和经济性。
3. 电压稳定性评估电压稳定性是一个评估电力系统稳定性的重要指标，特别是在大规模电力系统中。
电压稳定性评估主要通过计算稳态电压变化范围和电压裕度等参数来判断系统的电压稳定性，并采取相应的调整措施。
二、暂态分析方法暂态是指电力系统在出现故障或其他异常情况下，系统中各参数发生瞬时变化并逐渐恢复到正常状态的过程。
暂态分析主要关注电力系统在故障发生后的动态响应和恢复。
常用的暂态分析方法包括短路分析、稳定性分析和电磁暂态分析等。
1. 短路分析短路分析主要用于分析电力系统中发生短路故障时的电流和电压等参数的变化。
通过短路分析，可以确定故障点、故障类型和故障电流等信息，为故障处理和保护设备的选择提供依据。
2. 稳定性分析稳定性分析是评估电力系统在故障发生后是否能够保持稳定运行的一项重要工作。
稳定性分析主要关注系统的动态行为和振荡特性，通过模拟故障后系统的响应来判断系统的稳定性和选择合适的控制策略。
电力系统暂态分析第三版
本节在实测的短路电流波形的基础上，应用同步发电机的双反应原理和超导回路的磁链守恒原理，对短路后的物理过程和短路电流的表达式作近似分析。
一、空载情况下三相短路的电流波形
实测波形： 同步发电机在转子有励磁而定子回路开路即空载运行情况下，定子三相绕组端突然三相短路后的电流波形。
实测短路电流波形分析： 短路电流包络线中心偏离时间轴，说明短路电流中含有衰减的非周期分量； 交流分量的幅值是衰减的，说明电势或阻抗是变化的。 励磁回路电流也含有衰减的交流分量和非周期分量，说明定子短路过程中有一个复杂的电枢反应过程。
同步发电机三相短路电流
实际电机绕组中都存在电阻，因此所有绕组的磁链都随时间变化，形成电磁暂态过程。 周期分量，其幅值将从起始次暂态电流逐渐衰减至稳态值； 非周期分量和倍频周期分量，它们将逐渐衰减至零。 短路电流计算一般指起始次暂态电流或稳态短路电流计算；而其它任意时刻短路电流工频周期分量有效值计算工程上采用运算曲线方法。
t
i
iM
T/2
ia0
ip0
对于G、T、L： x>>R，φ≈900， 最恶劣的情况为：Im|0|=0,α=0 即空载运行，电压过零瞬间
冲击电流iM出现在短路发生后1/2周期，f=50Hz, t=0.01s，即有：
冲击系数：
冲击电流对周期电流幅值的倍数（1<kM<2）
t
i
iM
T/2
ia0
ip0
实用中，kM=1.8 对变压器高压侧短路； kM=1.9 对机端短路。
（二） 近似计算法 平均额定电压Uav=1.05UN, 若取SB=100MVA，UB=Uav
550
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Dg 。 Dm
• 证明：
• 单回三相输电线路每相的零序阻抗： 流过零序电流的单回架空输电线路的每相导线可以列出其电压方程：
I Z 2I Z I (Z 2Z ) U (0) (0) S (0) m (0) S m
由此可见，架空输电线路的零序电抗几乎为正序电抗的3倍，这是 由于零序电流的相位相同，互感使每相的等值电抗增大的缘故。
• 变压器的正序等值电路
二、变压器的负序等值电路及参数
变压器接入负序电流时的磁通分布与正序相同（事实上，只要将接 入变压器的三相中的两相交换即为负序），所以其等值电路与电抗大小
完全与正序相同。
三、变压器的零序等值电路与零序电抗
• 1、双绕组变压器的零序等值电路
① YN，d(Y0/)接线的双绕组变压器
对于中性点直接接地的上述变压器其零序等值电路与普通双绕组变压 器和普通三绕组变压器的零序等值电路相同。只是由于两个直接接地绕 组之间存在电的直接联系，所以无法从等值电路求取流过接地线的电 流，只能在求得电流的有名值后，再求取接地线的电流。
（2）中性点经消弧线圈接地的 YN, a(Y0 / Y0 )和YN, a, d (Y0 / Y0 / ) 接线自耦变压器零序等值电路
• 4、双回架空线路的零序阻抗
双回架空线路之间的零序互阻抗： 未经全换位时，第二回路的三相对第一回路的各相之间的互阻抗各 不相同。
经全换位后（一回线路的全换位次数为另一回的三倍），第二回路 的三相对第一回路的每相之间的互阻抗都相同。
• 双回架空输电线路的零序等值电路：
当两个回路零序阻抗相同时：
• 5、有架空地线的输电线路的零序阻抗 实际工作中避雷线对输电线路零序阻抗的影响很难精确计算，下面 仅定性分析避雷线对输电线路零序电抗的影响。 由图所示，由于避雷线中的电流方向与输电线路中的电流方向相 反，它在每相线路—大地回路中产生的互感磁通对该回路的磁通起去磁 作用，从而使其零序电抗减小。避雷线的导电性能越强，其电流越大， 去磁作用越强，输电线路的零序电抗越小。
负序阻抗： 因为三相输电线路流过负序电流时的磁场分布完全等同于正序情况 所以负序阻抗和负序等值电路完全于正序相同。
•
2、输电线路的零序阻抗 输电线路的零序阻抗是三相输电线路流过零序电流时每相的等值阻
抗。 三相零序电流是完全相同的，所以不能象正、负序电流那样三相 互为回路，必须另有回路。
三相输电线路流过零序电流时的磁场分布不同于正序和负序，所以
• 一、输电线路序阻抗概述
1、正序阻抗、负序阻抗 输电线路的正序、负序阻抗是三相输电线路流过正序、负序电流时 每相的等值阻抗。 正序、负序电流的特点是：三相电路互为回路。 正序阻抗：
z1 r1 jx1 ( / Km) r1为输电导线单位长度的 电阻， Dm x1 0.1445lg ( / km) r
负荷中性点不接地时，二次侧零序电流不能通过，开关断开。
•
④ 变压器中性点经阻抗接地时
X m (0) 与铁心型式的关系 • 2、
X m (0) 的大小取决于零序主磁通所通过的磁路的磁阻的大小，当磁通
通过铁心形成通道时，由于磁路的磁阻很小，所以 X m(0)很大，可以用开 路来代替。当磁通不能通过铁心形成通道时，由于磁路的磁阻很大，所 以 X m ( 0)数值较小很大，就不能用开路来代替。 对于三相三柱式变压器由于零序磁通不能通过铁心形成回路，而只 能通过铁心与外壳之间的间隙、外壳形成通道，零序主磁通所经回路的 X m (0)不能看作无穷大，即不能视为开路。但在变压器有三角形 磁阻较大， 接线绕组时，由于其为短路绕组，其漏抗与励磁电抗并联，注意到 X m ( 0) 远远大于漏抗，所以也可以用开路表示。 对于三相变压器组或壳式变压器由于零序磁通通过铁心形成回路，
输电线路的零序阻抗与正序、负序阻抗不同。
二、架空输电线路的零序阻抗
• 1、单根导线—大地回路的自阻抗
• 2、两个导线－大地回路的互阻抗
• 3、单回架空输电线路的零序阻抗 两相导线之间的互阻抗
将单回架空输电线路看成三个导线－大地回路，当线路经全换位时，
其每两相之间的互阻抗
Z m 0.05 j 0.1445lg
① 正序、负序等值电路 中性点消弧线圈对正序分量和负序分量不起作用，所以其正序和负 序等值电路同中性点直接接地的情况一样。 ② 零序等值电路
YN, a(Y0 / Y0 ) 接线变压器零序等值电路
YN, a, d (Y0 / Y0 / ) 接线自耦变压器零序等值电路
输电线路的序参数与等值电路
• （1）自耦变压器的特点 自耦变压器绕组之间除磁的联系外，还有电的直接联系，这是自耦
变压器的主要特点。这一特点决定了自耦变压器一般用于联系两个中性
点接地的系统，并且它本身的中性点一般是接地的。 此外当自耦变压器有第三绕组时，其第三绕组一般接成三角形，以 抑制三次或
3n 次谐波。
（2）中性点直接接地的 YN, a(Y0 / Y0 )和YN, a, d (Y0 / Y0 / ) 接线的自耦 变压器零序等值电路
)接线绕
组都可用开路表示。
• 3、三绕组变压器的零序等值电路
（1）结构特点 为了抑制三次及谐波，三绕组变压器至少设置有一个三角形接线的绕 组，所以变压器的零序励磁电抗都可用开路表示。 （2）各种接线方式三绕组变压器的零序等值电路
3、三绕组变压器的零序等值电路
• 6、输电线路零序电流的估算 事实上，不仅避雷线对输电线路零序阻抗的影响很难准确计算，双 回路的零序阻抗也难准确计算，工程上对于已建成的输电线路均通过实 测来确定，对于一般输电线路，当线路情况不明时，通常采用下表数值 进行估算。
零序电压接于三角形侧时，零序电流不能通过，所以其零序阻抗无限 大。
• ② Yn , y(Y0 / Y ) 接线变压器
零序电压接于星形不接地侧时，零序电流不能通过，所以其零序阻
抗无限大。
• ③ Y , y (Y / Y ) 接线变压器 n n 0 0
当负荷中性点接地时，二次侧有电流流过，等值电路中开关K合上。