(精选)电力系统分析课件于永源第八章
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电力系统分析课件
为了减少电能传输过程中的损失 ，电力系统通常采用高压输电方 式，将电能从发电环节传输至配 电环节，然后再配送给电力用户 。
实时性
电力系统的运行状态需要实时监 控和管理，以确保电能的安全、 稳定和可靠供应。
电力系统的分类
按电压等级分类
电力系统按电压等级可分为高压电力 系统（330kV及以上）、超高压电力 系统（220kV-330kV）、高压电力 系统（110kV-220kV）和低压电力 系统（10kV及以下）。不同电压等 级的电力系统适用于不同的输电和配 电需求。
04
电力系统优化方法
线性规划方法
总结词
一种常用的数学优化方法，用于解决线性问题。
详细描述
通过定义目标函数和约束条件，寻找满足所有约束条件下目标函数最优的解。在电力系统中的应用包 括调度和负荷分配等问题。
非线性规划方法
总结词
一种优化算法，用于解决非线性问题。
详细描述
非线性规划方法考虑了变量的非线性关系， 通过迭代寻找最优解。在电力系统中的应用 包括电压控制、潮流优化等问题。
生物质能发电技术
生物质能是一种可再生的能源。生物质能发电技术利用 生物质能的化学能进行发电。它包括直接燃烧发电和气 化发电两种方式。直接燃烧发电将生物质直接燃烧，驱 动锅炉内的水产生高温高压的蒸汽，驱动汽轮机转动， 从而将化学能转化为机械能，再驱动发电机转动，最终 将机械能转化为电能。气化发电将生物质进行气化处理 ，生成燃气后驱动燃气轮机转动，从而将化学能转化为 机械能，再驱动发电机转动，最终将机械能转化为电能 。
时间序列模型，对未来的负荷进行预测。
案例二：电力系统的故障诊断与预防
要点一
总结词
要点二
详细描述
电力系统分析 第8章
计算
U av I p IB UB
例8-1（P179）
2019/1/12
Sk I k S B
四、无穷大容量电源供电的三相短路电流周期分量
Ip 3X 1 3 X B X *
河北科技大学电气信息学院
I p I p I B
10
8.2 电力系统三相短路的实用计算
0.01 非周期分量 L X Ta ，e Ta e0 1 当电阻R=0时， K imp 2 R R 0.01 L X 当电抗Ｘ=0时， Ta 0, e Ta e 0 K imp 1 R R
因此
1≤Kimp ≤ 2
在近似计算中，取Kimp=1.8，则
iimp 1.8 2 I p 2.55I p
2019/1/12 河北科技大学电气信息学院 8
2. 短路电流的最大有效值
任一时刻t的短路电流的有效值由下式决定：
It I I
2 pt
2 apt
I i
2 pt
2 apt
当t=0.01s时，It就是短路冲击电流有效值Iimp。
2 2 2 I imp I p iap I ( t 0.01) p ( 2I pe 0.01 Ta 2
说明：无限大功率电源是一个相对概念，真正的无限大功 率电源是不存在的。
2019/1/12 河北科技大学电气信息学院 3
二、无限大容量电源供电的三相短路暂态过程分析
图8-1为一由无限大容量电源供电的三相短路的电路图。
图8-1 由无限大容量电源供电的三相短路
短路前，a相电压和电流分别为
ua U m sin( t 0 )
图8-3
2019/1/12
U av I p IB UB
例8-1（P179）
2019/1/12
Sk I k S B
四、无穷大容量电源供电的三相短路电流周期分量
Ip 3X 1 3 X B X *
河北科技大学电气信息学院
I p I p I B
10
8.2 电力系统三相短路的实用计算
0.01 非周期分量 L X Ta ，e Ta e0 1 当电阻R=0时， K imp 2 R R 0.01 L X 当电抗Ｘ=0时， Ta 0, e Ta e 0 K imp 1 R R
因此
1≤Kimp ≤ 2
在近似计算中，取Kimp=1.8，则
iimp 1.8 2 I p 2.55I p
2019/1/12 河北科技大学电气信息学院 8
2. 短路电流的最大有效值
任一时刻t的短路电流的有效值由下式决定：
It I I
2 pt
2 apt
I i
2 pt
2 apt
当t=0.01s时，It就是短路冲击电流有效值Iimp。
2 2 2 I imp I p iap I ( t 0.01) p ( 2I pe 0.01 Ta 2
说明：无限大功率电源是一个相对概念，真正的无限大功 率电源是不存在的。
2019/1/12 河北科技大学电气信息学院 3
二、无限大容量电源供电的三相短路暂态过程分析
图8-1为一由无限大容量电源供电的三相短路的电路图。
图8-1 由无限大容量电源供电的三相短路
短路前，a相电压和电流分别为
ua U m sin( t 0 )
图8-3
2019/1/12
电力系统分析第8章课件
▪ 三相绕组中的直流分量合成为一个空间静止的磁场
▪ 与转子d轴重合时，气隙最小，则电感系数L大，需i小； ▪ 与转子q轴重合时，气隙最大，则电感系数L小，需i大； ▪ 磁阻的变化周期是180°，所以非周期分量包含2倍频分量
和直流分量： ia = iω + i2ω + iα
Exit 第25页
电力系统暂态分析
电力系统暂态分析
第8章 电力系统三相短路的暂态过程
8．1 短路的基本概念 8．2 无限大功率电源供电系统的三相短路分析 8．3 无阻尼绕组同步发电机突然三相短路的分析 8．4 计及阻尼绕组的同步电机突然三相短路分析
Exit
第1页
8．1 短路的基本概念
电力系统暂态分析
• 故障：一般指短路(横向故障)和断线(纵向故 障),分为简单故障和复杂故障
Ria
+ L dia dt
= U m sin(ωt + θ )
其解就是短路的全电流，由两部分组成：
稳态分量 i∞a (强制分量、交流分量或周期分量 ipa ）和暂态
分量（自由分量、直流分量或非周期分量）。
i∞a = ipa = Im sin(ωt + θ − ϕ )
Im =
Um
R 2 + (ωL)2
• 简单故障：电力系统中的单一故障 • 复杂故障：同时发生两个或两个以上故障 • 短路：一切不正常的相与相之间或相与地之
间（对中性点接地系统）发生连接的情况。
Exit
第2页
电力系统暂态分析
8.1.1 短路的类型
各种短路的示意图和代表符号
短路种类
示意图
代表符号
三相短路
f(3)
两相短路接地
▪ 与转子d轴重合时，气隙最小，则电感系数L大，需i小； ▪ 与转子q轴重合时，气隙最大，则电感系数L小，需i大； ▪ 磁阻的变化周期是180°，所以非周期分量包含2倍频分量
和直流分量： ia = iω + i2ω + iα
Exit 第25页
电力系统暂态分析
电力系统暂态分析
第8章 电力系统三相短路的暂态过程
8．1 短路的基本概念 8．2 无限大功率电源供电系统的三相短路分析 8．3 无阻尼绕组同步发电机突然三相短路的分析 8．4 计及阻尼绕组的同步电机突然三相短路分析
Exit
第1页
8．1 短路的基本概念
电力系统暂态分析
• 故障：一般指短路(横向故障)和断线(纵向故 障),分为简单故障和复杂故障
Ria
+ L dia dt
= U m sin(ωt + θ )
其解就是短路的全电流，由两部分组成：
稳态分量 i∞a (强制分量、交流分量或周期分量 ipa ）和暂态
分量（自由分量、直流分量或非周期分量）。
i∞a = ipa = Im sin(ωt + θ − ϕ )
Im =
Um
R 2 + (ωL)2
• 简单故障：电力系统中的单一故障 • 复杂故障：同时发生两个或两个以上故障 • 短路：一切不正常的相与相之间或相与地之
间（对中性点接地系统）发生连接的情况。
Exit
第2页
电力系统暂态分析
8.1.1 短路的类型
各种短路的示意图和代表符号
短路种类
示意图
代表符号
三相短路
f(3)
两相短路接地
《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。
电力系统分析课件(于永源)第八章
（8-18）
由式（8-17）可见，当 M点向左移动时，电压 U M 将 逐渐增大。当参数均匀分布时，根据三相系统的对称性，
可绘出三相电压沿系统各点的分布情况，如图8-3（c)所
示。
B
13
第八章 电力系统故障的分析与实用计算
Ua
M Ia
K (3)
Ub
Ib jX M
Uc
I c
Ua
(a)
k
Ua
I c
UMa I a
t
t
衰减 it i0 eT a [Im si0 n )( I m si0 n k) (e ] T a
系数
Ki0
(8-6)
a相电流的完整表达式：
iaI m sitn ( 0k)
t
[Im sin 0()Im sin 0(k)e]T a
(8-7)
用(0 120)和(0 120)代替上式中的 0 可分别得到i b 和i c 的表达式。
iim p 2K im .G Ip G 2K im .M IpM
（8-26）
同步发电机供出的短路电流的最大有效值为：
iim.G p 12(Kim.G p1)2IG
（8-27）
B
20
第八章 电力系统故障的分析与实用计算
异步电动机供出的短路电流的最大有效值为：
iimp .M
3 2
Kim
p.M
IM
向短路点供出总短路电流最大有效值为：
I k(ZE Zf)(ZU k(0Z) f)
若 Z f 0，则：
I k E Z U k(0) Z
若只计电抗，则：
I k E X U k(0 ) X
B
（8-19）
《电力系统分析》课件
成本分析
分析电力系统的成本包括发电成本、输电成本、 配电成本等，以确定电力系统的总成本和成本 分布情况。
结论
1 现状与发展
电力系统分析技术不断发展，各种新技术的应用，促进了电力系统的稳定性和高效性。
2 应用前景
随着我国对清洁能源的重视和新一代电力系统改造的推进，电力系统分析在应用范围和 深度上将会有更大发展。
应用
电力系统保护主要应用于保护 系统中各部分的设备、线路和 运行状态，例如对短路、过流、 瞬时停电等异常情况的保护。
电力系统经济性分析
概述
电力系统经济性分析主要是为了确定电力系统 的经济成本和收益，并据此根据电力市场供需 情况对电力系统进行调整。
负荷分析
负荷分析是指对各部分的输电能力、发电能力 等进行评估，以保证电力系统的稳定、安全和 高效运行。
3 重要性
电力系统分析是指导电力系统设计和运行的重要手段，其作用不可小视。
输效率、降低电力系统成本、实现电
力系统的可持续发展等。
3
方法
电力系统优化方法包括电源替代、设 备调节等多种手段，其中基于现代数 学理论的优化算法应用得越来越广泛。
电力系统保护
概述
电力系统保护是指为了维护电 力系统的安全可靠运行，通过 安装保护装置对电力系统中各 部分进行保护。
分类
电力系统保护通常分为高压、 低压、多层等不同的保护层次 和保护方式。
稳定性分类
电力系统的稳定性通常分为动态稳定性、静态稳定性和暂态稳定性。
评价方法
一般采用动态稳定分析和稳定裕度评价来进行电力系统稳定性评估。
电力系统优化
1
定义
优化是指针对电力系统状况、设备的
目标
2
电力系统分析——第八讲 2.4
U 2 U f − fN ) Q = QN [aq ( ) + bq ( ) + cq ](1 + K qf UN UN fN
直线逼近
U −UN f − fN P = PN (1 + K pU )(1 + K pf ) UN fN
U −UN f − fN )(1 + K qf ) Q = QN (1 + K qU UN fN
简化综合负荷静态模型 ③ 简化综合负荷静态模型 注意到系统运行时， 注意到系统运行时，频率非常接近额定频 率，各点电压非常接近额定电压，所以电力系 各点电压非常接近额定电压， 统稳态分析（潮流计算） 统稳态分析（潮流计算）时，就认为系统频率 和各用电设备电压为额定值。 和各用电设备电压为额定值。此时综合负荷静 态模型为： 态模型为：
0
4
8
12
16
20
24
时间（h)
电力系统日有功负荷曲 线
电力系统日无功负荷曲 线
特点： 特点：1）较有功负荷曲线平坦； 较有功负荷曲线平坦； 2）与有功负荷曲线类似，但不完全相同，特别是最 与有功负荷曲线类似，但不完全相同， 大无功负荷与最大有功和出现时间不同。 大无功负荷与最大有功和出现时间不同。
1 1 G = G′( 2 × 2 × L) k1 k 2 1 1 B = B′( 2 × 2 × L) k1 k 2
U = U ′(k1k 2 L) 1 ) I = I ′( k1k 2 L
三、电力系统标幺制等值电路
1、基准值选择
1）选择原则 ① 各电气量的基准值之间应遵守电路的基本规律； ② 基准值与有名值单位相同。 2）基准值选择 电路基本关系 电气量基准值之间的关系
电力系统分析课件于永源第八章
短路电流的形成
当发生短路时，电流会迅速增加 ，并在短路点形成巨大的电流和
电压降。
短路冲击电流
短路发生后，系统中的电流会形 成一个冲击电流，其大小远大于
正常工作电流。
短路电动力效应
短路电流在导体中产生磁场，进 而产生电动力，可能导致导体变
形或设备损坏。
短路故障的数学模型
电路定律
在电力系统中，电流、电压和功率之间的关系可以用基尔霍夫定 律和欧姆定律等电路定律来描述。
电力系统的重要性
保障国民经济发展和人民 生活用电需求，维护国家 能源安全和经济安全。
电力系统的特点
具有规模大、覆盖范围广 、运行方式复杂等特点。
电力系统的元件模型
发电机模型
描述发电机的工作原理和动态特性， 包括同步发电机、感应发电机等。
输电线路模型
描述输电线路的工作原理和动态特性 ，包括交流输电线路和直流输电线路 。
成本效益分析法
通过比较电力系统的不同方案或技术 的成本和效益，选择经济效益最优的 方案或技术。
价值工程法
以提高电力系统的价值为目标，通过 功能分析和评价，寻求最佳的功能成 本比。
全寿命周期费用分析法
对电力系统的整个寿命周期内的所有 费用进行预测和评估，以确定最优的 投资方案。
风险评估法
对电力系统中可能出现的风险进行识 别、评估和预防，以降低风险对电力 系统的影响。
电力系统、运营和维护 成本进行分析，制定出最优的电源规划方 案。
通过对电网的建设、运行和维护成本进行 分析，制定出最优的电网规划方案。
电力市场分析
节能减排
通过对电力市场的供需关系、价格波动、 竞争状况等因素进行分析，为电力市场的 运营和管理提供决策支持。
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Ii m p I 2 [K ( i m 1 ) p2 I ] 2 I 1 2 (K i m 1 ) p 2（8-10）
当 Kimp1.9 时，Iimp1.62I；当 Kimp1.8 时，Iimp1.52I 。 3.短路功率（短路容量）
表达式： 用标幺值表示为： 在有名值计算中：
Skt 3UNIkt Skt I*ktSB
（8-18）
由式（8-17）可见，当 M点向左移动时，电压 U M 将 逐渐增大。当参数均匀分布时，根据三相系统的对称性，
可绘出三相电压沿系统各点的分布情况，如图8-3（c)所
示。
13
第八章 电力系统故障的分析与实用计算
U a
M Ia
K (3)
U b
Ib jX M
U c
Ic
Ic
U a
k
U Ma
I a
ua
R ia
L
ub
R
L
R ic
L
uc
K (3)
R
L
R
L
R
L
图8-1 由无限大容量电源供电的三相短路电路
4
第八章 电力系统故障的分析与实用计算
短路发生前，a相的电压和电流的表达式如下：
uaU msi n t (0)
（8-1）
其中
iaIm si n t ( 0 )
Im
Um
(RR)22(LL)2
（8-2）
Skt 3UavIt
（8-11） （8-12） （8-13）
作用：用来校 电力系统故障的分析与实用计算
四、无限大容量电源供电的三相短路的电流周期分 量有效值的计算
短路电流周期分量有效值：
标幺值：
I
U av,k 3X
U av,k
I*
I IB
3X 1
UB
X *
3X B
一、无限大容量电源
概念
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 S 远小于电源的 容量 S ，这时可设 S，则该电源为无限大 容量电源。
重要 特性
电源的端电压及频率在短路后的暂态过程中 保持不变
3
第八章 电力系统故障的分析与实用计算
二、无限大容量电源供电的三相短路暂态过程的 分析
(a)
U a
U Ma
M
U Mc
k
U c
I b
(b)
U b
U c
U b
U Mb
(c)
图8-3 三相短路时电流、电压相量图 (a)电路图；(b)电流相量图；(c)电压相量图
14
第八章 电力系统故障的分析与实用计算
15
第八章 电力系统故障的分析与实用计算
第二节 电力系统三相短路的实用计算
三实 相用 短计 路算
0.0
iim pImIm eTa
1
0.01
(1eTa)Im
KimpIm
冲击系数，一般 取1.8~1.9
（8-9）
9
第八章 电力系统故障的分析与实用计算
iT
2
i 0
i iimp
i
i
t Im
图8-2 非周期分量最大时的短路电流波形图
10
第八章 电力系统故障的分析与实用计算
2.短路电流的最大有效值 最大有效值电流也发生在短路后半个周期时，其值为：
8
第八章 电力系统故障的分析与实用计算
三、短路的冲击电流、短路电流的最大有效值和短 路功率
1.短路的冲击电流 概念：短路电流的可能最大瞬时值
作用：检验电气设备和载流导体的动稳定度
此时的 a相全电流的表达式为：
ia I m cot sI m e tT a
（8-8）
短路冲击电流发生在短路后半个周期时，其值为：
第八章 电力系统故障的分析与实用计算
第八章 电力系统故障的分析与实用计算
❖ 第一节
❖ 第二节 ❖ 第三节 ❖ 第四节
由无限大容量电源供电的三相短路的分 析与计算 电力系统三相短路的实用计算 电力系统不对称短路的分析与计算 电力系统非全相运行的分析
1
第八章 电力系统故障的分析与实用计算
简单故障 电力系统 的故障 复合故障
短路瞬间的电流为
ia 0 I m si0 n k () i0
式中 Im
Um Z
为短路电流周期分量的幅值。
（8-5）
7
第八章 电力系统故障的分析与实用计算
C是非周期分量电流的最大值i a 0 ，其值为：
C i 0 I m si0 n ) ( I m si0 n k )(
非周期分量电流的表达式：
t
t
衰减 it i0 eT a [Im si0 n )( I m si0 n k) (e ] T a
系数
Ki0
(8-6)
a相电流的完整表达式：
iaI m sitn ( 0k)
t
[Im sin 0()Im sin 0(k)e]T a
(8-7)
用(0 120)和(0 120)代替上式中的 0 可分别得到i b 和i c 的表达式。
当计及电阻影响时，则可改用下式计算：
（8-14） （8-15）
I*
1 Z*
1 Z*
ejk
（8-16）
12
第八章 电力系统故障的分析与实用计算
图8-3（a）所示系统中任意一点M的残余电压U*M 为
U * M I * (R * M jX * M )
（8-17）
它超前于电流的相位角为
M
tg1
X* R*
电力系统中某一处发生短路 和断相故障的情况
两个以上简单故障的组合
又称横 向故障
又称纵 向故障
电力系统 短路故障
电力系统 断相故障
1.三相对称短路 2.单相接地短路 3.两相短路 4.两相接地短路
1.断一相故障 2.断两相故障
属不对称 故障
2
第八章 电力系统故障的分析与实用计算
第一节 由无限大容量电源供电的三相短路 的分析与计算
tg1(LL)
RR
式中，RR和 LL分别为短路前每相的电阻和电感。
5
第八章 电力系统故障的分析与实用计算
假定短路是在t=0时发生，则a相的微分方程式为：
其解为
Umsin t (0)RaiLddait iaU Zmsi nt (0k)CT eta
（8-3） （8-4）
式中， U m 为电源电压的幅值； Z为短路回路的阻抗，Z=
R2 (L)2 ； 0 为短路瞬间电压 u a 的相位角； k 为短路
回路的阻抗角，k
tg1
L；C为由起始条件确定的积分常
R
数；T a 为由短路回路阻抗确定的时间常数，T a
L R
。
6
第八章 电力系统故障的分析与实用计算
电
强制电流
流 暂
周期分量
稳态短路电流
态 过
自由电流 非周期分量
程
最后衰减为零
1.计算起始次暂态电流 I，用于校验断路 器的断开容量和继电保护整定计算中
2.运算曲线法，用于电气设备稳定校验
一、起始次暂态电流 I的计算
含义：在电力系统三相短路后第一个周期内认为短路电 流周期分量是不衰减的，而求得的短路电流周期 分量的有效值即为起始次暂态电流 I。