华北电力大学暂态电力系统分析 第一章 赵

电力系统暂态分析主讲：赵书强电力系统暂态分析常鲜戎，赵书强．电力系统暂态过程．机械工业出版社，2010[1]何仰赞、温增银．电力系统分析(上、下)．华中科技大学出版社，2002[2]李光琦．电力系统暂态分析．3版，中国电力出版社，2007[3]杨淑英．电力系统分析复习指导与习题精解．2版，中国电力出版社.2008[4]杨淑英．电力系统概论．中国电力出版社.2007[5]杨淑英．电力系统分析同步训练》．中国电力出版社.2004课程内容同步发电机突然三相短路的分析电力系统故障的计算机算法■■电力系统运行稳定性的基本概念和各元件的机电特性电力系统的静态稳定性电力系统的暂态稳定性■■■第一章同步发电机突然三相短路的分析第一节短路的一般概念第二节同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流的近似分析第三节同步发电机的基本方程第四节同步发电机的暂态参数和效电路第五节同步发电机的次暂态参数和效电路第八节自动励磁调节对短路电流的影响第一节短路的一般概念一、短路的原因、类型及后果原因：①元件损坏，例如绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良所带来的设备缺陷发展成短路等；②气象条件恶化，例如雷击造成的闪络放电或避雷器动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等；③人为事故，例如运行人员带负荷拉隔离开关，线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压等；④其他，例如鸟兽跨接在裸露的载流部分等第一节短路的一般概念短路类型示意图符号三相短路两相接地短路两相短路单相接地短路第一节短路的一般概念后果：（1）短路电流产生的电动力损坏导体和电气设备（2）短路电流发热烧毁设备（3）短路电流产生电弧，引发火灾（4）短路引起电压下降，影响用户供电，严重时发生电压崩溃（5）短路会破坏电力系统稳定运行，造成大面积停电（6）不对称短路产生零序电流，干扰通讯线路（7）不对称短路产生的负序电流损害电机第一节短路的一般概念二、短路计算的作用和若干简化假设作用：（1）选择电气设备（2）合理配置继电保护和自动装置并正确整定其参数（3）在设计电力系统电气主接线时，确定是否需要采取限制短路电流的措施（4）进行暂态稳定计算、研究短路对用户工作的影响第一节短路的一般概念假设：（1）忽略磁路饱和、磁滞、涡流等的影响（2）电机转子的结构分别相对于直轴和交轴对称（3）定子的三相绕组的空间位置互差120电角度，在结构上完全相同，它们均在气隙中产生正弦分布的磁动势。（4）电机空载、转子恒速旋转时，转子绕组的磁动势在定子绕组所感应的空载电动势是时间的正弦函数（5）定子和转子的槽和通风沟不影响定子和转子的电感第二节同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流近似分析影响电力系统动态特性的最主要元件是同步发电机，不充分了解同步发电机的特性，谈论电力系统的特性是完全无意义的。————关根泰次本节在实测的短路电流波形基础上，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 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达式作近似分析。第二节同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流近似分析短路条件：同步发电机转子有励磁电流定子回路开路即空载定子三相绕组端部突然三相短路假设：发电机转子保持同步转速，即频率保持恒定一、空载时突然三相短路的电流波形第二节同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流近似分析二、空载短路电流分析思路：回路对应电流六个回路：定子（a、b、c3个）励磁回路阻尼绕组（D、Q2个）分析磁链第二节同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流近似分析(一)定子短路电流分量随时间的变化而变化第二节同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流近似分析第二节同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流近似分析短路后定子产生短路电流，短路电流产生相应磁链第二节同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流近似分析磁链分析结论：短路后定子绕组含有两个磁链交流磁链、直流磁链交流磁链基频交流电流直流磁链直流电流+2倍频交流电流定子回路：基频交流电流直流电流2倍频交流电流第二节同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流近似分析(二)励磁回路电流分量第二节同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流近似分析短路前励磁回路的励磁电流为突然短路后定子电流的电枢反应将引起励磁回路感生其他电流分量短路后定子电流的电枢反应将使励磁回路感生其他电流分量定子回路：基频交流电流直流电流2倍频交流电流第二节同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流近似分析定子基频交流电流与转子同步旋转的电枢反应磁动势励磁回路感生附加直流电流分量磁链守恒第二节同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流近似分析定子直流电流空间静止磁场（与转子相对转速为同步速）励磁回路感生基频交流电流分量磁链守恒第二节同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流近似分析定子2倍频交流电流2倍同步转速旋转磁场（与转子相对转速为同步速）励磁回路感生基频交流电流分量磁链守恒第二节同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流近似分析励磁回路：励磁电流附加直流电流基频交流电流（三）阻尼回路电流分量等效阻尼绕组D：与励磁绕组同轴向等效阻尼绕组Q：与励磁绕组轴向垂直D绕组：附加直流电流基频交流电流Q绕组：基频交流电流第二节同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流近似分析（四）定子、转子回路电流分量对应关系与衰减定子：基频交流电流直流电流2倍频交流电流励磁：励磁电流附加直流电流基频交流电流D绕组：附加直流电流基频交流电流Q绕组：基频交流电流第二节同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流近似分析定子：基频交流电流直流电流2倍频交流电流励磁：励磁电流附加直流电流基频交流电流D绕组：附加直流电流基频交流电流Q绕组：基频交流电流两个衰减过程T’d、T’’d一个衰减过程Ta第二节同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流近似分析第二节同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流近似分析三、空载短路电流基频交流分量的初始和稳态有效值(一)稳态值——对应励磁电流的空载电动势有效值——直轴同步电抗(二)初始值1.不计阻尼回路时基频交流分量初始值产生的主磁通产生的主磁通增量产生的定子漏磁通产生的电枢反应磁通产生的励磁漏磁通产生的励磁漏磁通产生的主磁通产生的主磁通增量产生的定子漏磁通产生的电枢反应磁通产生的励磁漏磁通产生的励磁漏磁通励磁绕组磁链守恒产生空载电动势计算困难产生空载电动势第二节同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流近似分析2．计及阻尼回路时基频交流分量初始值磁通平衡关系第二节同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流近似分析当短路不是发生在发电机端，而是发生在外电路电抗之后时短路电流 计算公式 六西格玛计算公式下载结构力学静力计算公式下载重复性计算公式下载六西格玛计算公式下载年假计算公式 仍然适用，只是须对电抗进行修正第二节同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流近似分析当很大时，显然变化过程第二节同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流近似分析四、空载短路电流的近似表达式(一)基频交流分量的近似表达式基频交流电流幅值三相交流基频电流瞬时值(二)全电流的近似表达式第二节同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流近似分析第二节同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流近似分析五、负载时短路电流基频交流分量初始值不计阻尼回路计及阻尼回路第二节同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流近似分析虚构次暂态电动势第二节同步发电机突然三相短路后的物理过程及短路电流近似分析空载负载结论：负载短路电流小于空载短路电流负载短路电流与空载短路电流的比较第三节同步发电机的基本方程一、电压方程和磁链方程电压方程磁链方程第三节同步发电机的基本方程二、电感系数(一)定子各相绕组的自感系数第三节同步发电机的基本方程自感系数是角的周期函数，其变化周期为第三节同步发电机的基本方程自感系数是角的周期函数，其变化周期为(二)定子绕组间的互感第三节同步发电机的基本方程互感系数是角的周期函数，其变化周期为互感系数恒为负值第三节同步发电机的基本方程ab第三节同步发电机的基本方程(三)转子上各绕组的自感系数和互感系数转子各绕组的自感、互感系数为常数常数常数(四)定子绕组和转子绕组的互感系数定子各相绕组与励磁绕组间的互感系数定子各相绕组与D绕组间的互感系数定子各相绕组与Q绕组间的互感系数磁链方程电感系数为常数电压方程线性变系数微分方程第三节同步发电机的基本方程三、派克变换及其应用拉氏变换从时域变换到频域，微分方程变为代数方程对称分量变换从不对称空间变换到对称空间派克变换把变系数微分方程变换为常系数微分方程傅立叶变换、小波变换等等旋转相量第三节同步发电机的基本方程同步发电机的双反应原理：a、b、c三相电流产生的电枢反应，用同步旋转的d、q轴电枢反应等效综合相量显然为直流第三节同步发电机的基本方程增加“0”轴第三节同步发电机的基本方程派克变换矩阵派克变换实现了不同坐标系电流的等价变换第三节同步发电机的基本方程派克变换同样适用于电压和磁链第三节同步发电机的基本方程举例：派克变换交流电流直流电流第三节同步发电机的基本方程举例：派克变换直流电流交流电流四、派克变换后的磁链、电压方程派克变换后的磁链方程派克变换后的电压方程一般不存在0轴分量，所以发电机模型为5阶如果不考虑阻尼绕组，则发电机模型为3阶第四节同步发电机的暂态参数和等效电路一、同步发电机正常运行时定子回路的电压方程正常运行时，同步发电机定子三相电流对称为常数为常数变压器电动势发电机电动势忽略电阻虚构电动势代入组合以相量表示在虚轴（j）轴上二、无阻尼绕组同步发电机三相短路的物理过程第四节同步发电机的暂态参数和等效电路三、同步发电机的暂态电动势和暂态电抗暂态过程中Eq、Ud、Uq随if、i的变化而变化，此公式不能用来计算暂态过程中的id、iq第四节同步发电机的暂态参数和等效电路第四节同步发电机的暂态参数和等效电路第四节同步发电机的暂态参数和等效电路第四节同步发电机的暂态参数和等效电路消去if第四节同步发电机的暂态参数和等效电路令R=0由于短路瞬间不突变，可由正常运行状态求出，且第四节同步发电机的暂态参数和等效电路暂态过程中第四节同步发电机的暂态参数和等效电路第四节同步发电机的暂态参数和等效电路四、无阻尼绕组同步发电机电流自由分量衰减的时间常数第四节同步发电机的暂态参数和等效电路第五节同步发电机的次暂态参数和等效电路一、同步发电机的次暂态电动势和次暂态电抗第五节同步发电机的次暂态参数和等效电路二、有阻尼绕组同步发电机电流自由分量的衰减时间常数第五节同步发电机的次暂态参数和等效电路三、同步发电机各电抗、电动势大小的比较电抗类型水轮发电机汽轮发电机0.7-1.41.2-2.20.2-0.350.15-0.240.14-0.260.1-0.150.45-0.71.2-2.20.15-0.350.1-0.15第八节自动调节励磁装置对短路电流的影响主要是强行励磁会对短路电流产生明显影响，其他控制由于限幅环节的作用，对短路电流影响不大。第八节自动调节励磁装置对短路电流的影响第六节同步发电机的三相短路电流等效定子电流的完整表达式第六节同步发电机的三相短路电流派克变换后定子相电流为