电力系统电磁暂态基本理论研究
电力系统电磁暂态进行研究全套
引言电力工业是国民经济发展的基础工业。
随着经济建设的发展，发电设备的容量也在相应增大。
为了更好的保证安全运行，经济运行，并保证电能质量，我们应该考虑任何电力系统故障的情况，并加以研究。
电力系统正常运行的破坏多半是由短路故障引起的。
在供电系统中，短路冲击电流会使两相邻导体间产生巨大的电动力，使元件损坏；大的短路电流将使导体温度急剧上升，会使元件烧毁；阻抗电压大幅下降，影响系统稳定性。
发生短路时，系统从一种状态变到另一种状态，并伴随产生复杂的电磁暂态现象。
所以有必要对电力系统电磁暂态进行研究。
目前，电力系统暂态分析的研究理论已越来越完善，但基本上是通过建立数学模型，并解数学方程来分析的。
这让我们很难理解其推导过程，所以很有必要利用直观的方法来分析并得出相同的结论。
本设计利用PSCAD软件建立了简单电力系统和复杂电力系统两个仿真模型。
简单电力系统模型包括：同步发电机模型、负荷模型等；复杂电力系统模型包括：同步发电机模型、变压器模型、输电线模型、负荷模型等。
本设计通过运用EMTDC模块对电力系统仿真进行计算，并分析其电磁暂态稳定性，其中计算了发生四类短路故障时的暂态参数，并对其分析比较，来研究电力系统的这四类短路之间的异同和暂态对电力系统的影响。
通过此次设计进一步巩固和加强了四年来所学的知识，并得到了实际工作经验。
设计中查阅了大量的相关资料，努力做到有据可循。
在设计中逐步掌握了查阅，运用资料的能力，总结了四年来所学的电力工业的相关知识，为日后的工作打下了坚实的基础。
由于我在知识条件等方面的局限，仍存在许多不足，但在指导老师和学院大力支持和帮助下，已有相当大的改进，在此表示衷心的感谢。
第一章绪论1.1 电力系统分析简介运用数字仿真计算或模拟试验的方法，对电力系统的稳态方式和受到扰动后的暂态行为进行考察的分析研究。
对规划、设计的电力系统，通过电力系统分析，可选择正确的系统参数，制定合理的电力系统方案；对运行中的电力系统，借助电力系统分析，可确定合理的运行方式，进行系统事故分析和预想，提出防止和处理事故的技术措施。
电力系统电磁暂态分析重庆大学电气工程学院赵渊
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第一节 空载下定子端部突然三相短路电流波形分析
t
t
Im (t) (Im Im )e Td (Im Im )e Td Im
交流分量 初始幅值
周期分量的幅值取决 于电源电势与短路回 路电抗之比，可见短 路回路的电抗随时间
强制励磁电流if|0|产生的磁链ψf|0|， 对应主磁通Ф0和Фfσ
定子三相交流电流iω的电枢反应 磁动势为纯去磁的，方向与主磁 通相反，交链励磁绕组的磁链称 为ψad
定子直流电流和倍频分量均在励 磁绕组产生以基频交变的磁链ψfω
定子短路后励磁绕组会感应电流， 产生的磁链ψfi将抵制ψad和ψfω：
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第二节 空载下定子突然三相短路后内部物理过程及 短路电流分析
短路后定子各绕组磁链θ0=0
三相短路电流产生的磁链，
ai a0 a 0 bi b0 b 0
ci c0 c 0
ai a 0 a0 0 0 cos0t bi b 0 b0 0.50 0 cos(0t 1200) ci c 0 c0 0.50 0 cos(0t 1200 )
因所选磁链轴线方向与电流磁动 势相反，故定子电流：
ia、ib、ic与
反相
i
ia、ib、ic与 i反相
因三相直流产生的静止磁动势遇 到的磁阻周期性变化，频率二倍 于基频，为产生恒定磁链，直流 电流应该倍频波动，故定子电流 包含倍频交流分量。
直流分量
i : a 0、b 0、 c 0
交流分量 i : a0、- b0、- c0
5
第二节 空载下定子突然三相短路后内部物理过程及 短路电流分析
电力系统中的电磁暂态分析与建模方法研究
电力系统中的电磁暂态分析与建模方法研究第一章：介绍在现代社会中，电力系统扮演着至关重要的角色。
然而，电力系统的稳定性和可靠性一直是一个挑战。
在电力系统运行过程中，暂态问题会产生，特别是在电力系统发生故障时。
因此，电磁暂态分析与建模方法的研究对于电力系统的正常运行至关重要。
第二章：电磁暂态问题概述电力系统中的电磁暂态问题是指电力系统在发生故障、开关操作等事件时所产生的瞬态现象。
电力系统暂态问题主要包括短路故障、开关操作、大负荷变化等。
这些暂态问题会导致电压和电流的剧烈变化，进而影响电力系统的稳定性和可靠性。
第三章：电磁暂态分析方法电磁暂态分析方法是指用于分析电磁暂态问题的方法和技术。
常用的电磁暂态分析方法包括时域方法和频域方法。
时域方法基于电磁场的时间变化进行分析，能够提供更详细的暂态信息。
频域方法则基于电磁场的频谱进行分析，能够提供系统的频率响应特性。
第四章：电磁暂态建模方法电磁暂态建模方法是指用于建立电力系统暂态模型的方法和技术。
在电磁暂态建模中，常用的方法包括潮流计算、状态估计、线路参数估计、设备模型等。
潮流计算是电力系统分析中的基本方法，用于确定电力系统中各节点的电压和功率。
状态估计用于通过测量值推测电力系统中的未知状态变量。
线路参数估计用于确定电力系统中线路的参数，包括电阻、电感和电容等。
设备模型包括变压器、发电机、输电线路、负荷等模型。
第五章：电磁暂态分析与建模在电力系统中的应用电磁暂态分析与建模在电力系统中有广泛的应用。
其中之一是故障分析。
通过对电磁暂态分析和建模，可以快速准确地判断电力系统中的故障类型和位置，为故障处理提供有效的依据。
此外，电磁暂态分析与建模还可以用于评估电力系统在不同工况下的稳定性和可靠性，为电力系统规划、运行和维护提供技术支持。
第六章：电磁暂态分析与建模方法的发展趋势随着技术的不断进步，电磁暂态分析与建模方法也在不断发展。
未来的发展趋势主要包括以下几个方面。
首先，基于人工智能的电磁暂态分析与建模方法将得到广泛应用。
电力系统电磁暂态仿真与分析技术研究
电力系统电磁暂态仿真与分析技术研究电力系统是现代社会运转的重要基础设施之一，而电磁暂态是电力系统中不可忽视的重要问题之一。
电磁暂态是指电力系统中由于突发故障、开关操作或其他原因所引起的瞬时电流和电压的变化，这会对电力设备和电力系统产生巨大的挑战。
电力系统电磁暂态仿真与分析技术的研究旨在探索如何有效地分析和解决电磁暂态问题，提升电力系统的稳定性、可靠性和安全性。
本文将深入探讨电力系统电磁暂态仿真与分析技术的研究现状和未来发展方向。
首先，电力系统电磁暂态仿真技术是研究电力系统电磁暂态问题的重要手段之一。
仿真技术可以对电磁暂态进行数字模拟，以便帮助研究人员更好地理解和分析电磁暂态问题。
电力系统电磁暂态仿真技术主要包括建立电力系统模型、选择合适的仿真方法和算法以及验证仿真结果的准确性等方面。
近年来，随着计算机硬件和软件的不断发展，电力系统电磁暂态仿真技术得到了快速的发展，为电力系统的运行和维护提供了重要的参考依据。
其次，电力系统电磁暂态分析技术是电磁暂态仿真技术的重要应用领域之一。
电磁暂态分析技术主要通过分析电磁暂态过程中的电流和电压波形，评估电力设备和电力系统的性能和可靠性。
电力系统电磁暂态分析技术一般包括建立正确的电力系统模型、选择合适的分析方法和工具、进行仿真计算和结果分析等步骤。
通过电磁暂态分析，研究人员可以了解电力系统中暂态过程中出现的过电压、过电流等问题，预测电力设备的损坏情况并提出相应的改进措施。
另外，电力系统电磁暂态仿真与分析技术在电力系统规划和设计中也起着重要的作用。
电力系统的规划和设计是保障电力系统安全运行的重要环节，而电磁暂态问题也必须在规划和设计阶段加以考虑。
电力系统规划和设计中常用的仿真和分析软件包括POWERFACTORY、PSCAD/EMTDC等，它们能够模拟电力系统中各种电磁暂态问题，并且能够输出仿真结果以供评估和决策。
除了以上提到的仿真和分析技术，近年来，电力系统电磁暂态仿真与分析技术还涌现出一些新的研究方向和技术。
电力系统稳态与电磁暂态分析
电力系统稳态与电磁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，它负责将发电厂产生的电能送达各个终端用户。
为了确保电能的稳定供应，电力系统必须经历稳态与电磁暂态分析。
稳态分析是电力系统的基本分析方法之一，它主要用于研究系统各个节点之间的电压、电流和功率等参数的平衡状态。
稳态分析主要包括节点电压计算、潮流分析和功率平衡等。
首先，节点电压计算是通过给定的负荷和发电机容量，根据节点电压的平衡条件来计算系统各个节点的电压值。
其次，潮流分析是基于节点电压计算结果，通过网络拓扑和传输线路参数等，计算系统中各个节点之间的电流、功率和电压损耗等。
最后，功率平衡是通过对发电机出力和负荷功率消耗进行计算，确保系统总功率的平衡。
电磁暂态分析是电力系统的另一个关键分析方法，它研究的是电力系统在突发故障或大幅度负荷变化等情况下的电磁暂态过程。
电磁暂态通常分为两个阶段，即前期暂态和后期暂态。
前期暂态是指故障刚刚发生时，系统中电流和电压等参数的快速变化过程。
在前期暂态分析中，我们需要关注故障瞬态稳定性和故障电流的计算等。
随着时间的推移，系统逐渐恢复到新的平衡状态，进入后期暂态阶段。
后期暂态分析主要关注系统电压的恢复过程和发电机的重新同步等。
为了准确分析电力系统的稳态与电磁暂态，并保证其可靠运行，需要采用一些数学模型和计算工具。
在稳态分析中，常用的方法包括节点电压平衡方程、潮流方程和功率平衡方程等。
这些方程可以通过牛顿-拉夫森法等数值计算方法进行求解。
在电磁暂态分析中，常用的方法包括短路电流计算、阻抗匹配和时间域仿真等。
这些方法可以通过潮流数据和系统参数计算得到。
在实际应用中，稳态与电磁暂态分析对电力系统的设计、规划、运行和维护等都具有重要意义。
首先，稳态分析能够帮助工程师了解系统的潮流分布、节点电压偏差、功率损耗等情况，为电网设计和规划提供有价值的数据。
其次，电磁暂态分析可以帮助工程师评估系统在故障情况下的稳定性，为系统保护和自动装置的设计提供参考。
电磁暂态研究
电磁暂态研究电磁暂态研究是电工工程中的一个重要研究领域，主要关注电力系统中电磁暂态现象的产生、传播和影响。
电磁暂态是指电力系统中由于突变的电流或电压引起的瞬态电磁现象，它在电力系统的运行和保护中具有重要影响。
电力系统中常见的电磁暂态包括电力设备的开关操作、电力系统的故障以及外部电磁干扰等。
这些暂态现象会产生高频噪声、电压波动、电流过大等问题，从而对电力系统的稳定性和安全性造成威胁。
因此，对电磁暂态的研究对于电力系统的设计、运行和保护都具有重要意义。
在电磁暂态研究中，主要包括以下几个方面的内容：1. 暂态电磁场分析：研究电磁暂态现象的发生机理和传播规律，建立相应的数学模型和仿真方法，以便分析和预测电磁暂态的影响。
2. 暂态电压和电流计算：通过建立电力系统的等效电路模型，计算电磁暂态下的电压和电流变化，以评估电力设备的耐受能力和系统的稳定性。
3. 暂态保护与控制：针对电力系统中的暂态现象，研究并开发相应的保护和控制策略，以确保系统的安全运行，并减小暂态对设备的损坏。
4. 参数识别和故障诊断：通过对电磁暂态数据的分析，识别电力设备的参数和系统的故障状态，以帮助维修和故障排除。
电磁暂态研究在电力系统工程中具有广泛的应用。
它不仅可以帮助电力系统设计和运行人员更好地了解和解决电磁暂态问题，还可以提高电力系统的可靠性和稳定性。
此外，在电力设备的设计和制造中，也需要考虑电磁暂态的影响，以确保设备的性能和安全性。
综上所述，电磁暂态研究旨在深入理解电磁暂态现象的产生和传播规律，并通过相应的技术手段和方法来解决电磁暂态引起的问题。
通过这些研究，可以提高电力系统的稳定性、可靠性和安全性，为电力工程的发展做出贡献。
电力系统暂态分析(第三章节)
01
02
03
线性最优控制
通过设计最优控制器，使 得系统状态变量能够快速 收敛到稳定状态。
非线性控制
针对电力系统的非线性特 性，设计相应的非线性控 制器来提高系统的暂态稳 定性。
鲁棒控制
考虑系统参数不确定性和 外部扰动等因素，设计鲁 棒控制器来保证系统的暂 态稳定性。
04 电力系统暂态过程仿真技术
CHAPTER
提高电能质量
通过对暂态现象的监测和分析，可以及时发现并处理影响电能质量 的因素，提高供电质量。
推动电力科技进步
对暂态现象的研究涉及到电力系统分析、控制、保护等多个领域， 是推动电力科技进步的重要途径。
02 电力系统暂态数学模型
CHAPTER
同步发电机数学模型
1 2 3
同步发电机基本方程
基于电磁感应和电路原理，建立同步发电机的电 压、磁链、转矩和功率等基本方程。
数字仿真法原理及实现
数字仿真法原理
基于数值计算方法，将电力系统暂态过程描述为一系列数学方程，通 过计算机进行数值求解，得到系统状态变量的时域响应。
实现步骤
建立系统数学模型 → 选择合适的数值计算方法 → 编制仿真程序 → 运行仿真程序并输出结果。
优点
精度高、灵活性强、适用范围广；
缺点
计算量大、实时性差。
电力系统暂态分析(第三章节)
目录
CONTENTS
• 电力系统暂态现象概述 • 电力系统暂态数学模型 • 电力系统暂态稳定性分析 • 电力系统暂态过程仿真技术 • 电力系统暂态过程实验技术 • 电力系统暂态过程暂态现象定义与分类
暂态现象定义
电力系统在运行过程中，由于各种内外部因素导致系统状态 发生快速、短暂的变化，这些变化被称为暂态现象。
电磁暂态分析在电力系统中的应用
电磁暂态分析在电力系统中的应用随着工业化进程的推进，电力系统的规模和复杂性也不断增加。
为了确保电力系统的安全稳定运行，电磁暂态分析成为一项重要的技术。
本文将从电磁暂态分析的基本原理、应用领域以及未来发展等方面进行探讨。
一、电磁暂态分析的基本原理电磁暂态分析是指对于电力系统中电磁暂态过程进行数学建模和仿真分析的方法。
在电力系统中，暂态过程包括开关操作、短路故障、雷击、并网等。
电磁暂态分析的基本原理是根据麦克斯韦方程组和电路方程建立电磁暂态模型，并通过数值计算方法求解该模型，得到电力系统在暂态过程中的电磁量和电压电流分布。
二、电磁暂态分析的应用领域1.电力线路设计与优化电磁暂态分析可以帮助电力系统设计师在设计电力线路时考虑到电磁暂态的影响，确保线路的安全可靠运行。
通过对不同线路结构、参数和运行工况进行仿真分析，可以评估线路的电磁暂态响应，选择合适的线路参数和拓扑结构，从而减小对电力系统的冲击。
2.开关操作与故障诊断在电力系统的运行过程中，开关操作和故障是常见的暂态过程。
电磁暂态分析可以模拟开关操作和故障过程，分析电力系统的电磁量和电压电流响应，为开关操作和故障诊断提供支持。
通过电磁暂态分析，可以准确判断开关操作时间、故障类型和位置，及时采取相应措施，避免事故发生。
3.电力设备选型和保护配合电磁暂态分析可以帮助电力系统设计师选择合适的电力设备，并辅助设定保护参数。
通过电磁暂态分析，可以评估设备的抗暂态能力，为设备选型提供依据。
同时，对于设备的保护参数设置，电磁暂态分析也可以提供合理的建议，确保设备在暂态过程中的安全运行。
4.电力系统可靠性评估电力系统的可靠性评估是保障电力系统安全稳定运行的重要手段。
电磁暂态分析可以模拟不同的故障情况，分析电力系统的电磁量和电压电流响应，评估系统的可靠性。
通过电磁暂态分析，可以找出电力系统中存在的潜在问题，提出改进措施，提高系统的可靠性。
三、电磁暂态分析的未来发展1.智能化和自动化随着人工智能和大数据技术的发展，电磁暂态分析将朝着智能化和自动化方向发展。
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１ ）短 路故 障 使 短 路 点 附 近 的 支 路 中出 现 比正 常 值大 许多 倍 的 电流 ， 由于短 路 电流 的电动 力效 应 ，
使 导体 间产 生较 大 的 机 械应 力 ， 能导 致 导 体 和 导 可
体 支架 的破 坏 。
电力 系统 电磁 暂态基 本理论研 究
张健 康 ，卢 志伟
（．河 南 神 火 集 团有 限公 司 新 庄 矿 ， 南 永 城 ４ ６ ０ ；． 城 职 业 － 院 机 电 Ｘ程 系 ， 南 永 城 ４ ６０ ） １ 河 ７ ６０ ２ 永 ９ － 河 ７ ６ ０
摘 要 ： 坏 电力 系统的 正常运 行 多半是 短路 故 障 引起 的 ， 大的短 路 电流使 元 件破 损 ， 破 如 电压 的骤 降
造 成 系统 解裂 甚 至崩 溃 以及 对周 围设备 的 电磁 干 扰 等 。发 生 短路 时 ， 系统 从 一 种 状 态到 另一 种 状 态， 并 伴 随 复 杂的 电磁 暂 态现 象。所 以 ， 必要 对 电力 系统发 生 故障 时 的 电磁 暂 态进 行 分析 。 有
关 键词 ： 电力 系统 ； 态 ； 暂 短路 中图分 类号 ：Ｔ ４ ． Ｇ１２４ 文献 标 志码 ： Ａ
ｍ ｅ ｎ ｅｅ ｔｏｍ ａ ｎｅ ｉ ｎｔ ｒ ｅ ｅ ｃ ｎｔａ ｄ ｌｃ ｒ ｇ ｔｃ ｉ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ，ｅ ｃ Ｓｈｏ ｔｃｒ ｕｉｅ ｔ． ｒ－ ｉｃ ｔ ｄ，ｔ ｙｓ ｅ ｃ ｎｇ ｒ ｍ ｅ ｓ ａ ｅ ｔ ｎｏｔ ｅ ｔ ｔ ａ ｃ ｍ ｐａ ｅ ｈｅ ｓ ｔ ｍ ｈａ ｅ ｆｏ ｏｎ ｔ ｔ ｏ ａ ｈ ｒ ｓ ａｅ， ｃ ｏ ｎｉｄ
节 系统 、 电力 系统 稳 定 器 和 其 他控 制 调 节 装 置 的 型 式 和参数 提供 依据 。
２ 电力 系统 电磁 暂 态 基本 理 论
随着 短路类 型 、 生地 点和持 续 时间 的不 同 ， 发 短 路 的后 果 可能 只破 坏 局 部 地 区 的正 常供 电 ， 可 能 也 威 胁整 个 系统 的安全 运行 。短 路 的危 险后果 一般 有
以下几 个方 面 。
动 电暂态 过程 分析 。
１ １ 电磁 暂 态过 程分 析 ．
主要研 究 电力 系统 故 障和操 作过 电压 及谐 振 过 电压 、 一次 与二 次 系 统 相互 作 用 的控 制 暂 态 过 程 以
及 电力 电子 设备 的 快速 暂态 过程 ， 为变 压器 、 路器 断
Ｋｅ ｒ ： ｙ ｗｏ ｄｓ Ｐｏｗｅ ｙｓ ｅ ，Ｔ ｒ ｎｓｅ ，Ｓｈｏ ｔｃｒ ｕｉ ｒｓ ｔｍ ａ ｉ ｎｔ ｒ— ｉｃ ｔ
１ 电 力 系 统 暂 态 分 析 简 介
运 用数 字仿 真 计算 或模 拟 试 验 的方 法 ， 电力 对 系统 的稳 态 方式 和受 到扰 动后 的暂 态行 为进 行考 察 和分 析研 究 。其 主要研 究 电力 系统 受到 扰动 后 的 电 磁 和机动 电暂态 过程 ， 括 电磁 暂 态 过 程 分 析 和 机 包
ＺＨＡＮＧ ｉｎ ａ ｇ Ｊａ ｋ ｎ ，ＬＵ ｉ ｉ Ｚｈｗｅ
（ ． ｎ ｈ ａ ｇ Ｃ ａ ｉ ｅ ， ｆ ａ ｈ ｎ ｕ ｏ ｐ Ｃｏ ，Ｌｔ １ Ｘｉ ｚ ｕ ｎ ｏ ｌＭ ｎ ｓ Ｈ ｎ ｎ Ｓ ｅ ｈ ｏ Ｇｒ ｕ ． ｄ，Ｙｏ ｇ ｈ ｎ ７ ６ ０，Ｃｈ ｎ ； ｎ ｃｅ ｇ４ ６０ ｉａ ２ Ｄｅ ａ ｔ ｎ ｆＭ ｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｎ ｌ ｃ ｒｃ ｌＥｎ ｉ ｅ ｒｎ Ｙｏ ｇ ｈ ｎ ｃ ｔｏ ａ ｌ ｇ ，Ｙｏ ｇ ｈ ｎ ７ ６ ０ ． ｐ ｒ ｍｅ ｔｏ ｃ ａ ｉａ ａ ｄ Ｅ ｅ ｔｉａ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ， ｎ ｃ ｅ ｇ Ｖｏ ａ ｉｎ ｌ Ｃｏ ｌ ｅ ｅ ｎ ｃ ｅ ｇ ４ ６ ０ ，Ｃｈ ｎ ） ｉａ Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈ ｏ ｍａ ｐ ｒ ｔ ｎ ｄ ｍａ ｅ ｏ ｈ ｏ ｒｓ ｓ ｅ ａ ｅｃ ｕ ｅ ｓ ｌ ｙ ｓ ｏ ｔｃ ｒ ｕ ｔ ｕ ｈ ａ ａ ｇ ｈ ｒ— ｉ— ｓ ｒ ｃ ： ｅｎ ｒ ｌ ｅ ａ ｉ ａ ｇ ｆｔ ｅ ｐ ｗｅ ｙ ｔ ｍ ｒ ａ ｓ ｄ ｍｏ ｔｙ ｂ ｈ ｒ— ｉｃ ｉ ，ｓ ｃ ｓ ｌｒ ｅ ｓ ｏ ｔｃｒ ｏ ｏ ｃ ｉ ｃ ｒ ｅ ｔ ｏ ｔ ｇ ｏ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｓ ｄ ｍａ ｅ ｃ ｕ ｅ ｙ ｓ ｓ ｅ ｓ ｌ ｔ ｎ ｐ ｕ ｇ ｄ ｔ ｒ ｃ ｖ ｎ ｃ ｌ ｐ ｅ ｕ ｒ ｕ ｄ ｎ ｑ ｉ — ｕ ｔ ｕ ｒ ｎ ，ｖ ｌ ｅ ｔ ｏ ｏ ｅ ｔ ａ ｇ ａ ｓ ｄ ｂ ｙ ｔ ｍ ｏ ｕ ｉ ｌ ｎ ｅ ｏ ｃ ａ ｋ ｅ ｅ ｏ ｌ ｓ ，ｓ ｒ ｏ ｎ ｉ ｇ ｅ ｕ ｐ ａ ｏ ａ