电力系统分析第六章PPT课件
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《电力系统分析理论》课件第6章 同步发电机的基本方程
由于两个绕组的空间位置相 差120度，a相绕组的证磁通 交链到b相绕组就成了负磁 通，因此互感系数为负。
第六章 同步发电机的基本方程
用傅里叶系数表示，取基波：
LabLba[m0 m2co2s(a300)] LbcLcb[m0 m2co2s(a900)] LcaLac[m0 m2co2s(a1500)]
d q
i 0
32cso1iansa
coas(120)
sina(120)
1
coas(120)
sina(120)
1
ia ib ic
2
2
2
或缩记为：
id0 qPaibc
(61)7
第六章 同步发电机的基本方程
利用逆变换，可以得到：
coas coas(120)
sina sina(120)
电流的正方向与磁链的正方向符
a
dy
+
a
+
D
Q
D
ω
fQ
c +D +x
合右手螺旋定则，定子各绕组中 b
D
c
电流的正方向与磁链的正方向符
+z
b
合右手螺旋定则
q
第六章 同步发电机的基本方程
➢ 感应电势：与电流正方向 一致
➢ 定子电流：中性点流向机 v f 端
➢ 定子电压：电流流出端为 正
➢ 转子电压：提供正向电流 的励磁电压是正的
vf
f
Rf
0
0
if
00
D Q
0
0 0
RD 0
0 RQ
iD iQ
v为各绕组端电i为 压各 ；绕组电流；
(61)
第六章 同步发电机的基本方程
用傅里叶系数表示，取基波：
LabLba[m0 m2co2s(a300)] LbcLcb[m0 m2co2s(a900)] LcaLac[m0 m2co2s(a1500)]
d q
i 0
32cso1iansa
coas(120)
sina(120)
1
coas(120)
sina(120)
1
ia ib ic
2
2
2
或缩记为：
id0 qPaibc
(61)7
第六章 同步发电机的基本方程
利用逆变换，可以得到：
coas coas(120)
sina sina(120)
电流的正方向与磁链的正方向符
a
dy
+
a
+
D
Q
D
ω
fQ
c +D +x
合右手螺旋定则，定子各绕组中 b
D
c
电流的正方向与磁链的正方向符
+z
b
合右手螺旋定则
q
第六章 同步发电机的基本方程
➢ 感应电势：与电流正方向 一致
➢ 定子电流：中性点流向机 v f 端
➢ 定子电压：电流流出端为 正
➢ 转子电压：提供正向电流 的励磁电压是正的
vf
f
Rf
0
0
if
00
D Q
0
0 0
RD 0
0 RQ
iD iQ
v为各绕组端电i为 压各 ；绕组电流；
(61)
《电力系统分析》课件
频率调整的方法与策略
频率调整的方法
电力系统频率的调整可以通过改变发电机的出力、投切负荷、投切发电机组等方法实现。
频率调整的策略
频率调整的策略包括基于频率偏差的调整、基于负荷预测的调整、基于经济性的调整等。 这些策略各有优缺点，应根据电力系统的实际情况选择合适的策略。
频率调整的自动化
为了实现快速、准确的频率调整，需要建立自动化的频率调整系统。该系统可以根据实时 监测到的频率值，自动调整发电机的出力或投切负荷，以维持频率稳定。
电力系统的组成
电源
包括发电厂、小型发电装置等，负责将各种 一次能源转换为电能。
负荷
各种用电设备，消耗电能并转换为其他形式 的能量。
电网由各种电压等级的输电线路和电线路组成 的网络，负责传输和分配电能。
电力系统的运行和管理
通过调度中心等机构对电力系统的运行进行 管理和控制。
电力系统的基本参数
电压
事故状态
发生重大事故导致电力系 统严重受损，无法满足正 常需求。
电力系统的运行状态
01
02
03
正常运行状态
电力系统在正常条件下运 行，满足负荷需求，各项 参数在规定范围内。
异常运行状态
由于某些原因导致电力系 统部分设备异常运行，但 仍能满足基本需求。
事故状态
发生重大事故导致电力系 统严重受损，无法满足正 常需求。
04
电力系统无功功率平衡与 电压调整
04
电力系统无功功率平衡与 电压调整
电力系统无功功率平衡
无功功率平衡的概念
无功功率平衡是电力系统稳定运行的重要条件，它确保了系统中 的无功电源和无功负荷之间的平衡。
无功功率不平衡的影响
无功功率不平衡会导致电压波动、系统稳定性降低、设备过热等问 题，影响电力系统的正常运行。
电力系统分析第六章(2)
S(1)
& I S(2)
− k1
f2
+ & U
zS
S(2)
1:n s(2)
& I S(0)
− k2
f0 + zS & U S(0) − k0
1:n s(0)
(a)
& I P(1)
f1 + zP & U P(1) − k1 f2 + & U zP
P(2)
串联型故障的边界条件
1:n p(1)
& I P(1)
6.3复杂故障的计算 6.3复杂故障的计算
6.3.2多重故障计算
& & & U S(1) = U s(1) − U s′(1) & &′ & & = (U s(0) − U s(0) ) − (Z sS(1) − Z s′S(1) )I S(1) − (Z sP(1) − Z s′P(1) )I P(1) & (0) & & = U S − ZSS(1) I S(1) − ZSP(1) I P(1) & & & U = U −U ′
6.3复杂故障的计算 6.3复杂故障的计算
6.3.2多重故障计算 假定系统中同时发生了一处串联型故障和一处并联型故障，并通过其计算过程 介绍多重故障的计算思路。其中串联型故障端口记为端口S，并联型故障端口 记为端口P。描述两重故障的序网络二端口如图所示，发生上述两重故障相当 于从故障端口分别向各序网络注入了故障电流的该序分量。
6.3复杂故障的计算 6.3复杂故障的计算
6.3.1不对称故障的通用边界条件
& & & U F(1) +U F(2) +U F(0) =0
电力系统暂态分析：第六章 电力系统稳定性问题概述
M E max
2M E max S Scr
Scr S
• 四、自动调节励磁系统包括： • 1、自动调节励磁系统包括： • 主励磁系统和自动调节励磁装置
• 主励磁系统是从励磁电源到发电机励磁绕组的励 磁主回路：
• 自动调节励磁装置根据发电机的运行参数，如端 电压、电流等，自动地调节主励磁系统的参数。
➢两机系统
PE1 E12G11 E1E2 Y12 sin(12 12 ) PE12 E22G22 E1E2 Y12 sin(12 12 )
PE1 PE2 δ12
• 三、异步电动机转子运动方程和电磁转矩
• 异步电动机组的转子运动方程为
TJ
0
d*
dt
(M E
Mm)
• TJ 为异步电动机组的惯性时间常数，一般约为
Re
E i
n
Eˆ
jYˆij
j1
n
n
Ei E j (Gij cos ij Bij sin ij ) Ei2Gii Ei Ej Yij sin( ij ij )
j 1
j 1
ji
导纳角 ij
tg1
Gij Bij
➢任一台发电机的功率角的改变，将引起全系统各机 组电磁功率的变化。稳定分析是全系统的综合问题。
➢ 机电暂态过程主要是电力系统的稳定性问题。电力系 统稳定性问题就是当系统在某一正常运行状态下受到某种干 扰后，能否经过一定的时间后回到原来的运行状态或者过渡 到一个新的稳态运行状态的问题。
如果能够，则认为系统在该正常运行状态下是稳定
的。
反之，若系统不能回到
原来的运行状态或者不能建
立一个新的稳态运行状态，
J02 SB
Wk
6电力系统稳定性分析
可见，系统在突然发生一回 输电线始端不对称短路后， 最终发电机失步，所以系统
e: PP在该大扰动下是暂态不稳定。
TPEP,P1cIe 0 如 切 除 故 障II较 晚I， II 在 切 除 故 障 时 ，
P II 0
转
子
加
速
已
比
较
严
重
，
运
行
点
沿
PI
I
，
I
如
1, 0 成
果 立
使 ，
得 则
到 c将达越h 点 m过ax时h 点，对 应c
（导数）大于0，即：
整步功率系数
Kp
PMP0100% P0
(7-2)
整步功率系数大小可表示系统静态稳定的程度。
整步功率系数值越小，静态稳定的程度越低。整步
功率系数等于0，则是稳定与不稳定的分界点，即静
态稳定极限点。在简单系统中静态稳定极限点所对
应的功角就是功角特性的最大功率所对应的功角。
• 静态稳定储备系数
PE
00
静态稳定性。
PUGm PEqm PEqm
PU G m
PUGm PEqm PEqm
0
c
b a
PEqm 900
PUGmPEqmPEqm 180 0
E
q
P0
PE
00
• 无自动励磁调节器时， 稳定极限由SEq=0确定， 为图中的a点。
• 安装电压偏差比例式励 磁调节器，如果Ke
（偏差放电倍数）选择
第一节 概述
一、电力系统稳定性的定义
给定运行条件下的电力系统，在受到扰动后，如果 能重新恢复到原来运行平衡状态或新的运行平衡状 态，并且系统中的多数运行参数可维持在一定的允 许范围内，使整个系统能稳定运行，即称电力系统 是稳定的。
e: PP在该大扰动下是暂态不稳定。
TPEP,P1cIe 0 如 切 除 故 障II较 晚I， II 在 切 除 故 障 时 ，
P II 0
转
子
加
速
已
比
较
严
重
，
运
行
点
沿
PI
I
，
I
如
1, 0 成
果 立
使 ，
得 则
到 c将达越h 点 m过ax时h 点，对 应c
（导数）大于0，即：
整步功率系数
Kp
PMP0100% P0
(7-2)
整步功率系数大小可表示系统静态稳定的程度。
整步功率系数值越小，静态稳定的程度越低。整步
功率系数等于0，则是稳定与不稳定的分界点，即静
态稳定极限点。在简单系统中静态稳定极限点所对
应的功角就是功角特性的最大功率所对应的功角。
• 静态稳定储备系数
PE
00
静态稳定性。
PUGm PEqm PEqm
PU G m
PUGm PEqm PEqm
0
c
b a
PEqm 900
PUGmPEqmPEqm 180 0
E
q
P0
PE
00
• 无自动励磁调节器时， 稳定极限由SEq=0确定， 为图中的a点。
• 安装电压偏差比例式励 磁调节器，如果Ke
（偏差放电倍数）选择
第一节 概述
一、电力系统稳定性的定义
给定运行条件下的电力系统，在受到扰动后，如果 能重新恢复到原来运行平衡状态或新的运行平衡状 态，并且系统中的多数运行参数可维持在一定的允 许范围内，使整个系统能稳定运行，即称电力系统 是稳定的。
电力系统分析(完整版)PPT课件
输电线路优化运行
总结词
输电线路是电力系统的重要组成部分，其优化运行对于提高电力系统的可靠性和经济性具有重要意义 。
详细描述
输电线路优化运行主要涉及对线路的路径选择、载荷分配、无功补偿等方面的优化，通过合理的规划 和管理，降低线路损耗，提高线路的输送效率和稳定性，确保电力系统的安全可靠运行。
分布式电源接入与控制
分布参数线路模型考虑线路的电感和 电容在空间上的分布，用于精确分析 长距离输电线路。
行波线路模型
行波线路模型用于描述行波在输电线 路中的传播特性，常用于雷电波分析 和继电保护。
负荷模型
负荷模型概述
静态负荷模型
负荷是电力系统中的重要组成部分，其模 型用于描述负荷的电气特性和运行特性。
静态负荷模型不考虑负荷随时间变化的情 况，只考虑负荷的恒定阻抗和电流。
电力系统分析(完整版)ppt 课件
• 电力系统概述 • 电力系统元件模型 • 电力系统稳态分析 • 电力系统暂态分析 • 电力系统优化与控制 • 电力系统保护与安全自动装置
01
电力系统概述
电力系统的定义与组成
总结词
电力系统的定义、组成和功能
详细描述
电力系统是由发电、输电、配电和用电等环节组成的，其功能是将一次能源转 换为电能，并通过输配电网络向用户提供安全、可靠、经济、优质的电能。
无功功率平衡的分析通常需要考虑系统的无功损耗、无功补偿装置的容 量和响应速度等因素。
有功功率平衡
有功功率平衡是电力系统稳态分析的 核心内容，用于确保系统中的有功电 源和有功负荷之间的平衡。
有功功率平衡的分析通常需要考虑系 统的有功损耗、有功电源的出力和负 荷的特性等因素。
有功功率不平衡会导致系统频率波动， 影响电力系统的稳定运行。因此，需 要合理配置有功电源和调节装置，以 维持系统的有功平衡。
电力系统分析第六章新 72页PPT文档
3、什么是冲击电流?什么是冲击系数？ 4、什么是无限大容量电源供电系统短路电流最大有效值？
如何计算？
6.2 同步发电机的基本方程和等值电路
一、同步发电机绕组等效电路
1、同步发电机的6个绕组： ♦ 有阻尼绕组的凸极式发电机
定子：有静止的三相绕组abc ， 通过该三相绕组与外电 路连接，向系统供电；
转子：有与转子一起旋转的一 个励磁绕组 f、d 轴等效阻尼绕组 D 和 q 轴等效阻 尼绕组Q 。
旋转的矢量 F
来表示；如果定子电
a
流用一个同步旋转的通用相量 I 表
示，那么，F a 与 I 在任何时刻都同
相位，而且在数值上成比例，如图所示：
6.2 同步发电机的基本方程和等值电路
ia = I cosθ
ib
=
I
cos(θ
－120 o
)
ic = I cos(θ + 120 o )
根据三相线路的对称性：
ib= Im s in (ω t+ α --1 2 0 o)+
-t
Im 0 s in (α -0-1 2 0 0)-Im s in (α --1 2 0 0) eT a
ic= Im s in (ω t+ α -+ 1 2 0 o)+
-t
Im 0 s in (α -0+ 1 2 0 0)-Im s in (α -+ 1 2 0 0) eT a
6.1 概述
二、无限大功率电源供电的三相短路电流分析
1、无限大功率电源（又称恒定电势源）：是指端电压幅值和 频率都保持恒定的电源，其内阻抗为零。 理解：1）电源功率为无限大时，外电路发生短路引起的 功率改变对于电源来说是微不足道的，因而电源的电压 和频率保持恒定（对应于同步电机的转速）； 2）无限大功率电源可以看作是由无限多个有限功 率电源并联而成，因而其内阻抗为零。
如何计算？
6.2 同步发电机的基本方程和等值电路
一、同步发电机绕组等效电路
1、同步发电机的6个绕组： ♦ 有阻尼绕组的凸极式发电机
定子：有静止的三相绕组abc ， 通过该三相绕组与外电 路连接，向系统供电；
转子：有与转子一起旋转的一 个励磁绕组 f、d 轴等效阻尼绕组 D 和 q 轴等效阻 尼绕组Q 。
旋转的矢量 F
来表示；如果定子电
a
流用一个同步旋转的通用相量 I 表
示，那么，F a 与 I 在任何时刻都同
相位，而且在数值上成比例，如图所示：
6.2 同步发电机的基本方程和等值电路
ia = I cosθ
ib
=
I
cos(θ
－120 o
)
ic = I cos(θ + 120 o )
根据三相线路的对称性：
ib= Im s in (ω t+ α --1 2 0 o)+
-t
Im 0 s in (α -0-1 2 0 0)-Im s in (α --1 2 0 0) eT a
ic= Im s in (ω t+ α -+ 1 2 0 o)+
-t
Im 0 s in (α -0+ 1 2 0 0)-Im s in (α -+ 1 2 0 0) eT a
6.1 概述
二、无限大功率电源供电的三相短路电流分析
1、无限大功率电源（又称恒定电势源）：是指端电压幅值和 频率都保持恒定的电源，其内阻抗为零。 理解：1）电源功率为无限大时，外电路发生短路引起的 功率改变对于电源来说是微不足道的，因而电源的电压 和频率保持恒定（对应于同步电机的转速）； 2）无限大功率电源可以看作是由无限多个有限功 率电源并联而成，因而其内阻抗为零。
电力系统分析第6电压调整
C B A QG QLD
若系统增发无功到2’， 则新交点C对应的电压接近 原电压
当系统有足够的无功电源时，就有较高的运行电压水 结论：平；当系统无功电源不足时，就只能维持较低的运行 电压水平。因此，电力系统的无功功率必须保持平衡
6.3 电力系统的电压管理
一.电压调整的必要性
1.电压偏移对负荷的影响
N N
jX d IN
D F
发电机的P-Q极限
2、同步调相机 (只能发出无功功率的发电机)
既可以过励运行，也可以欠励运行，其运行状态取决于 系统电压调整的要求
过激运行时向系统输送其额定容量的无功功率，做无功 电源； 欠励运行时从系统吸取0.5~0.65倍额定容量的无功功 率，做无功负载
作无功电源时，调相机输出无功功率与电压之间的关系
①可发视在功率 SG SGN
以A为圆心，AC为半径做弧CF表示视在功率保持额定值 的轨迹 ②转子励磁电流
i f i fN
以O为圆心，OC为半径做弧CD
③可发有功功率 PG PGN 以直线EC表示额定功率轨迹
E
E
C
V 当系统中无功电源不足，而有功备用容量又较充足 O A 时，可将负荷中心的发电机降低功率因数运行，多 I 发无功以提高系统的电压水平。
（Thyristor Controlled Reactors） 到稳压目的。 本上不消耗无功功率，整个装臵由并联电容器组发出无功， 零，从外界大量吸收无功功率，使母线电压降低； 使母线电压回升； 通过控制晶闸管的导通来改变L吸收的无功功率，调节供电 系统进线无功功率的大小，以达到调压目的。
3）可控硅控制电容器（Thyristor Switched Capacitor）加可控硅控制电
若系统增发无功到2’， 则新交点C对应的电压接近 原电压
当系统有足够的无功电源时，就有较高的运行电压水 结论：平；当系统无功电源不足时，就只能维持较低的运行 电压水平。因此，电力系统的无功功率必须保持平衡
6.3 电力系统的电压管理
一.电压调整的必要性
1.电压偏移对负荷的影响
N N
jX d IN
D F
发电机的P-Q极限
2、同步调相机 (只能发出无功功率的发电机)
既可以过励运行，也可以欠励运行，其运行状态取决于 系统电压调整的要求
过激运行时向系统输送其额定容量的无功功率，做无功 电源； 欠励运行时从系统吸取0.5~0.65倍额定容量的无功功 率，做无功负载
作无功电源时，调相机输出无功功率与电压之间的关系
①可发视在功率 SG SGN
以A为圆心，AC为半径做弧CF表示视在功率保持额定值 的轨迹 ②转子励磁电流
i f i fN
以O为圆心，OC为半径做弧CD
③可发有功功率 PG PGN 以直线EC表示额定功率轨迹
E
E
C
V 当系统中无功电源不足，而有功备用容量又较充足 O A 时，可将负荷中心的发电机降低功率因数运行，多 I 发无功以提高系统的电压水平。
（Thyristor Controlled Reactors） 到稳压目的。 本上不消耗无功功率，整个装臵由并联电容器组发出无功， 零，从外界大量吸收无功功率，使母线电压降低； 使母线电压回升； 通过控制晶闸管的导通来改变L吸收的无功功率，调节供电 系统进线无功功率的大小，以达到调压目的。
3）可控硅控制电容器（Thyristor Switched Capacitor）加可控硅控制电
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6-1 某系统的等值电路如题图6-1（1）所示，已知各元件的标幺参数如 下：
E1 1.05, E2 1, x1 x2 0.2, x3 x4 x5 0.6, x6 0.9, x7 0.3
试用网络变换法求电源对短路点的等值电势和输入电抗。
E1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
x1
x4
f
x3 x7
x5 E2
x2 x6
题图6-1（1） 系统等值电路
If
V (0) f
Zff zf
任一节点电压：
Vi
V
(0) i
Zif
V (0) f
Zff zf
任一支路电流： Ipq kVP Vq zpq
三 利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流
zfi Zff ci
6-2 起始次暂态电流和冲击电流的实用计算
计及负荷影响时短路点的冲击电流为：
iim kim 2I kim.LD 2I LD
6-3 短路电流计算曲线及其应用
• 一 计算曲线的概念
• 二 计算曲线的制作条件 IP* 1 / xjs
• 三 计算曲线应用 • （1）绘制等值网络 • （2）进行网络交换 • （3）将前面求出的转移电抗按各相应的等值发电
机的容量进行归算，便得到各等值发电机对短路点 的计算电抗 • （4）根据适当的计算曲线找出指定时刻t各等值发 电机提供的短路周期电流的标幺值
x10
x7
x12
x7
E2
x6
x2
（a） 题图6-1（2） 网络化简
x11 x1 x8 0.2 0.2 0.4, x12 x2 x9 0.2 0.2 0.4
E12
E1 x11 1
E2 x12 1
1.05 1.1 0.4 0.4
11
1.075
x11 x12 0.4 0.4
温馨提示
• （5）网络中无限大功率电源供给的短路周期电流 是不衰减的，并由下式确定
1 IpS*
xfS
• （6）计算短路电流周期分量的有名值。
g
Ipt Ipt.i *
SNi
IpS *
SB
i 1
3Vav
3Vav
6-4 短路电流周期分量的近似计算
xS* IB SB IS SS
• 如果连上述短路电流的数值也不知道，那么还可 以从与该部分系统连接的变电所装设的断路器的 切断容量得到极限利用的条件来近似地计算系统 的电抗。
第六章 电力系统三相短路电流的实用计算
6-1 短路电流计算的基本原理和方法
一 电力系统节点方程的建立 YV=I,
式中，Y阵与YN阵阶次相同，其差别只 在于YN阵不含发电机的负荷；节点电流向 量I中只有发电机端节点的电流不为0.有非 零电流源注入的节点称为有源节点。
二 利用节点阻抗矩阵计算短路电流
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0.2
题图6-1（1） 系统等值电路
x9 x10 x8 0.2
解 （1）先对x1、x2和x3进行Δ→Y变换，变换后的结果如题图6-1（2） （a）所示。
（2）合并电势E1 和E2 支路，有
E1
x1
x8
x11
x10
x7
x12
x7
E2
x6
x2
（a） 题图6-1（2） 网络化简
x11 x1 x8 0.2 0.2 0.4, x12 x2 x9 0.2 0.2 0.4
E12
E1 x11 1
E2 x12 1
1.05 1.1 0.4 0.4
11
1.075
x11 x12 0.4 0.4
解 （1）先对x1、x2和x3进行Δ→Y变换，变换后的结果如题图6-1（2） （a）所示。
（2）合并电势E1 和E2 支路，有
E1
x1
x8
或者由于电路参数对m点对称，且
x11
只含电抗，合并后的等值电势为 两电势的算术平均值，即
解 （1）先对x1、x2和x3进行Δ→Y变换，变换后的结果如题图6-1（2） （a）所示。
E1
x1
x8
x11
x10
x7
x12
x7
E2
x6
x2
E1
x1
x4
（a）
x3
题图6-1（2f） 网络化简
x7
x5 E2
x2 x6
x8
x3
x3 x4 x4
x5
0.6 0.6 0.6 0.6 0.6
0.6 3