机电暂态和电磁暂态
电力系统简答题复习资料(
1.什么是电力系统的电磁暂态过程？变压器、输电线路等元件，不牵涉角位移、角速度等机械量，一般研究电磁暂态过程。
2、什么是电力系统的机电暂态过程？电力系统中同步发电机、异步电动机等转动元件，运动过程由电磁转矩（或功率）和机械转矩（或功率）不平衡决定，称机电暂态过程。
3、电力系统的故障分哪两种？分别又可称为什么故障？电力系统运行常发生故障，大多数是短路故障，少数是断线故障。
4、短路故障有什么类型？短路的主要原因是什么？短路计算的目的是什么？分四种简单故障类型：三相短路、两相短路、单相短路接地和两相短路接地。
根本原因是电气设备载流部分相与相之间或相对地的绝缘受到损坏。
发电厂、变电所及整个电力系统的设计、运行中均以短路计算结果作为依据：选择电气设备（电器、母线、瓷瓶、电缆等）的依据；电力系统继电保护设计和调整基础；比较、选择电力系统接线图的依据；确定限制短路电流的措施。
5、什么是无限大功率电源？无限大功率电源认为是无限多个有限功率电源并联而成，内阻抗为0，电压保持恒定。
1、无限大功率电源的特点是什么？在什么情况下可以将实际电源视为无限大功率电源？ 答：无限大功率电源的特点是：①电源的电压和频率保持不变；②电源的内阻抗为零。
当实际电源的内阻抗占短路回路总阻抗的比例小于10％时，就可以将实际电源视为无限大功率电源6、什么是短路冲击电流？其主要用途是什么？空载、│α-φ│=90°时短路电流的最大瞬时值，称短路冲击电流。
短路冲击电流用于检验电气设备和载流导体电动力稳定度。
7、什么是最大有效值电流？其主要用途是什么？任一时刻t 短路电流有效值It 是以t 为中心一个周期内瞬时电流均方根值：最大有效值电流用于检验某些电器的断流能力。
8、定子短路电流中包含哪几个分量？各分量是如何产生的，各以什么时间常数衰减或是什么稳态值？(1)直流分量：i αa ，按定子绕组的时间常数Ta 衰减。
(2)次暂态周期分量：i"pa ，按T"d 衰减。
重庆大学暂态第1章习题答案
第1章习题答案一、暂态作业1、 电力系统中的元件参数和运行参数指什么？答：元件参数由系统元件的物理性质决定，代表元件的特性。
如电阻、电抗、电导、输入阻抗和转移阻抗，变压器变比，时间常数和放大倍数等。
运行参数定量的确定系统的运行状态，包括功率、电压、电流、频率以及电动势相量间的角位移等。
2、 电网发生故障后的暂态过程分为那二个阶段？各自有何特点？电网应该采用何种措施予以应对？答：分为电磁暂态过程和机电暂态过程。
电磁暂态过程是在变压器、输电线等元件中，并不牵涉角位移、角速度等机械量的暂态过程。
机电暂态过程是电力系统中的转动元件由于机械转矩和电磁转矩（或功率）之间的不平衡而引起。
应采用一些合理的假设，忽略一些相互影响的因素，抓住过程中的主要矛盾进行研究。
3、 电力系统电磁暂态分析的主要任务是什么？答：主要任务是分析短路故障后电网中电流，电压的变化。
4、 电力系统短路故障的分类、危害，以及短路计算的目的是什么？答：分类：短路故障分对称短路和不对称短路，其中不对称短路包括两相短路、单相短路接地和两相短路接地。
危害：①短路电流大（热、电动效应）；②故障点附近电压下降；③功率不平衡失去稳定；④不对称故障产生不平衡磁通影响通信线路。
短路计算的目的：短路计算的结果可以作为合理选择电气接线、选用有足够热稳定度和动稳定度的电气设备及载流导体、确定限制短路电流的措施、在电力系统中合理地配置各种继电保护并整定其参数等的重要依据。
5、 无限大电源的含义是什么？无限大电源供电的三相短路电流包含了几种分量？有何特点？答：短路点距离电源的电气距离较远时，短路导致电源输出功率的变化量远小于电源所具有的功率，则称该电源是无限大电源。
无限大电源供电的三相短路电流包含两种分量，即交流（周期）分量和直流（自由、非周期）分量。
交流分量又称稳态短路电流，sin()pa m i I t ωαϕ=+-，m I 为稳态短路电流的幅值，α为短路时电源电压的初相角，ϕ为短路后电回路的阻抗角，其值的大小主要取决于回路阻抗大小（成反比）；直流分量a t T aa i Ce -=，其产生原因是由于短路前后电感电流不能突变，其初值C 为t=0时刻的短路前稳态值与短路后稳态值之差，是不断减小的直流电流，其减小的速度与电路中/L R 值有关。
电力系统暂态分析第二章
虚构电势 EQ|0|。
& &&
&
&&
&
&
Eq|0| U |0| jI d|0| xd jI q|0| xq U |0| jI d|0| xq jI q|0| xq jI d|0| (xd xq )
&&
&
&
U |0| jI|0| xq jI d|0| (xd xq ) EQ|0| jI d (xd xq )
各相磁链波形图如下：
7、定子电流表达式及波形
各相短路电流的一般表达式，当 0 为任意角度时
二、突然短路后转子励磁绕组中的电流分量
1、强制励磁电流分量 i f |0| 2、非周期自由分量 i f 3、周期自由分量 i fp
三、突然短路后转子阻尼绕组的电流分量
1、d轴阻尼绕组 （1）非周期自由分量 （2）周期自由分量
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。
四、发电机空载情况下短路电流的表达式
1、定子绕组阻抗变化过程 2、定子电流变化过程 3、短路周期电流电流表达式
X d X d X d
I I I
t
电力系统暂态分析总结
《电力系统暂态分析》要点总结目录知识结构图 (2)1.电力系统故障分析 (2)1.1PARK变换 (2)1.2标么值下的磁链方程和电压方程 (3)1.3同步发电机各种电势的表达式 (3)1.4发电机阻抗的概述 (4)1.5（次）暂态电抗和（次）暂态电势 (5)1.6发电机三相短路电流 (6)1.7对称分量法 (7)1.8叠加定理 (7)1.9电力系统简单故障分析 (8)2.电力系统稳定性 (11)2.1电力系统稳定性概述 (11)2.2同步发电机的机电模型 (11)2.3同步发电机电磁转矩和电磁功率 (11)2.4简单电力系统的静态稳定 (12)2.5简单电力系统的暂态稳定 (13)12知识结构图1.电力系统故障分析1.1PARK 变换正变换：逆变换：PARK 变换的作用和意义：派克变化是一种线性变换，将定子abc 坐标变换到转子同步旋转的dqo 坐标。
在d 、q 、o 坐标系中，磁链方程成为线性代数方程，电压方程成为线性微分方程。
从而使得同步电机的数学模型成为常系数方程，或者说将abc 坐标下“理想电机”的时变数学模型转化为非时变数学模型。
派克变换是电机模型取得的一次巨大的突破。
⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡+----+-=212121)120sin()120sin(sin )120cos()120cos(cos 32 θθθθθθP ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+-+----=-1120120112012011)sin()cos()sin()cos(sin cos Pθθθθθθ31.2标么值下的磁链方程和电压方程Ψd =−x d i d +x ad i f +x ad i D Ψq =−x q i q +x aq i Q Ψ0=−x 0i 0Ψf =−x ad i d +x f i f +x ad i D ΨD =−x ad i d +x ad i f +x D i D ΨQ =−x aq i q +x Q i Q u d =dΨd dt −ωΨq −ri d u q =dΨq dt +ωΨd −ri q u 0=dΨ0dt −ri 0 u f =dΨf dt+r f i f0=dΨD dt +r D i D 0=dΨQ dt+r Q i Q其中x ad 称为纵轴电枢反应电抗，描述电枢（定子）电流产生的磁场对主磁极磁场（励磁）的影响，x d 称为定子纵轴同步电抗，x q 称为定子横轴同步电抗。
电力系统分析考试题
电力系统分析考试题一、判断题1、分析电力系统机电暂态过程时，通常认为电磁暂态过程已经结束，即不再考虑发电机内部的电磁暂态过程。
（V）2、短路冲击电流出现在短路发生后约半个周期。
（V ）3、不管发电机的各个绕组是由超导体还是非超导体构成，短路电流中的非周期分量都将逐渐衰减到零。
（X）4、当发电机定子绕组之间的互感系数为常数时，发电机为隐极机。
（V ）5、电力系统发生不对称短路时，不仅短路点三相参数不对称，电力系统其他部分三相参数也将成为三相不对称的。
（X）6 、不管架空输电线路是否假设避雷线，其负序电抗都是一样的。
（V ）7、电力系统发生不对称接地短路时，故障处三相电压不对称分解出的零序电压是电力系统中出现零序电流的原因。
（V）8、小干扰法既可用于电力系统静态稳定性的分析，也可用于电力系统暂态稳定性的分析。
（X）9、线路串联电容器可以提高电力系统并列运行的静态稳定性。
（V ）10、从严格的意义上讲，电力系统总是处于暂态过程之中。
（V ）11、无限大电源的频率保持不变，而电压却随着负荷的变化而变化，负荷越大，电源的端电压越低。
（X）12、不管同步发电机的类型如何，定子绕组与转子绕组之间互感系数都是变化的。
（V）13、对称分量法只能用于线性电力系统不对称故障的分析计算。
（叠加）（V）14、派克变换前后，发电机气隙中的磁场保持不变。
（V）15、具有架空地线的输电线路，架空地线的导电性能越强，输电线路的零序阻抗越大。
（X）16、不对称短路时，发电机机端的零序电压最高。
（X）17、同步发电机转子的惯性时间常数JT反映了转子惯性的大小。
（V）18、短路计算时的计算电抗是以发电机的额定容量为基准的电抗标幺值。
（V）19、切除部分负荷是在电力系统静态稳定性有被破坏的危机情况下，采取的临时措施。
（V）20、变压器中性点经小电阻接地可以提高接地短路情况下电力系统并列运行的暂态稳定性（V）21、对称分量法不能用于非线性电力网的不对称短路分析。
电力系统暂态分析11
三、复杂故障
系统中不同地点同时发生故障称为复杂故障。
第二节 标幺值
一、标幺值的概念及电压、电流、阻抗、导纳、功率 的标幺值
二、时间、频率及角频率的标幺值
第三节：无限大功率电源供电的三相短路电流分析
所以就是Iam|0| - Iam 0在纵轴上
的投影。据此可得| i a 0|取得
最大值的条件为： a、相量 - Iam|0| Iam 0 与纵轴平行； b、Iam -|0| Iam 0 有尽可能大的幅值，
此条件等效于短路前空载。
短路前空载时的相量图如下： 此时 |ia0 ||i。ap0 |
若短路时 的值恰好可使 Iam0与纵
1、短路概念 一切不正常的相与相或相与地之间的连接称为短 路，又叫横向故障。 2、短路类型 三相短路（5％）、两相短路（10％）、单相接地短 路（65％）、两相短路接地（20％）。 3、短路原因 绝缘损坏、气象条件恶化（雷击、大风、覆冰）、认 为事故及其它原因。
4、短路的后果
1）短路点的电弧高温使设备烧坏； 2）短路电流的热效应引起的温度升高加快绝缘老 化，甚至烧坏设备； 3）短路电流的电动力使设备导体变形或损坏 5）使电力系统失去并列运行的稳定性； 6）不对称短路时出现的零序电流将对通讯形成干 扰； 7）不对称短路时出现的负序电流将引起旋转电机转 子的附加发热。 5、减小短路电流对电力系统危害的措施
设短路发生时，电压相 量 U a 短路前电流相量 Iam|0| 、 短路后周期分量相量 Iam0 如图 所示。
Iam 、 |0| Iam在0 纵轴上的投影分别
为： ia|0| Im |0|sin(|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
9-1 电力系统稳定的基本概念(2015-12) (2)
正常运行方式下:
kp 15 ~ 20%
事故后的运行方式下:
kp 10%
说明：
①上述结论仅适应于简单电力系统；
②多机系统的静态稳定性不能简单用功率判据给
予判定的；
③功率极限和稳定极限是不同的两个概念，对于 简单无励磁调节的电力系统，两者可视为相等。
四、提高系统静态稳定性的方法
Pmax
Pe
EqU X
sin
★ 自动励磁调节
装置的作用： (1)提高系统的稳 定极限功率； (2)扩大稳定运行 范围。
e
2.调整线路参数
EU P sin X
采用分裂导线 线路串入电容 降低 X P增大
提高系统
静态稳定 性
小结
1 2 3
电力系统静态稳定性的定义 分析电力系统静态稳定的方法？ f (t ) 单机-无穷大系统静态稳定的实用判据？
与励磁系统、电磁特性、负荷特性、网络结构等有关。
§3.静态稳定的初步概念
一、静态稳定性的定义
电力系统在运行中受到小扰动后，能否自动恢复 到原来稳定运行状态的能力。
小扰动：负荷的随机变化、原动机汽压或水头的 小波动等。
受到小扰动的情况下，如何分析判别电力系统是否 具有静态稳定性？
二、简单电力系统静态稳定性分析
过渡为稳态运行状态（系统具有稳定性）
暂态过程的 发展结果
不能过渡为稳态运行状态 （系统失去稳定性）
保证系统稳定性是系统安全可靠运行的重要问题。
受到干扰的情况下，如何分析判别电力系统是否具 有静态/暂态稳定性？
二、电力系统稳定的分类【按引 起稳定问题的主要原因分类】
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电磁暂态过程数字仿真是用数值计算方法对电力系统中从数微秒至数秒之间的电磁暂
态过程进行仿真模拟。电磁暂态过程仿真必须考虑输电线路分布参数特性和参数的频
率特性、发电机的电磁和机电暂态过程以及一系列元件(避雷器、变压器、电抗器等
)的非线性特性。因此，电磁暂态仿真的数学模型必须建立这些元件和系统的代数或
微分、偏微分方程。一般采用的数值积分方法为隐式积分法。
由于电磁暂态仿真不仅要求对电力系统的动态元件采用详细的非线性模型，还要计及
网络的暂态过程，也需采用微分方程描述，使得电磁暂态仿真程序的仿真规模受到了
限制。一般进行电磁暂态仿真时，都要对电力系统进行等值化简。
电磁暂态仿真程序目前普遍采用的是电磁暂态程序(electromagnetic transients program
，简称为EMTP)，1987年以来，EMTP的版本更新工作在多国合作的基础上继续发展，
中国电力科学研究院(简称电科院)在EMTP的基础上开发了EMTPE。具有与EMTP相似功
能的程序还有加拿大Manitoba直流研究中心的EMTDC／PSCAD、加拿大哥伦比亚大学的
MicroTran、德国西门子的NETOMAC等。
机电暂态过程的仿真，主要研究电力系统受到大扰动后的暂态稳定和受到小扰动后的
静态稳定性能。其中暂态稳定分析是研究电力系统受到诸如短路故障，切除线路、发
电机、负荷，发电机失去励磁或者冲击性负荷等大扰动作用下，电力系统的动态行为
和保持同步稳定运行的能力。
电力系统机电暂态仿真的算法是联立求解电力系统微分方程组和代数方程组，以获得
物理量的时域解。微分方程组的求解方法主要有隐式梯形积分法、改进尤拉法、龙格
-库塔法等，其中隐式梯形积分法由于数值稳定性好而得到越来越多的应用。代数方
程组的求解方法主要采用适于求解非线性代数方程组的牛顿法。按照微分方程和代数
方程的求解顺序可分为交替解法和联立解法。
目前，国内常用的机电暂态仿真程序是电力系统综合程序(PSASP)和中国版BPA电力系
统分析程序。国际上常用的有美国PTI公司的PSS／E，美国EPRI的ETMSP，以及国际
电
气产业公司开发的程序如：ABB的SIMPOW程序、德国西门子的NETOMAC也有机电暂
态仿
真功能。