1、 电力系统暂态分析电力系统 一次设备：发电机、变压器、输电线路、一次设备：发电机、变压器、输电线路、配电网、用电设备。配电网、用电设备。二次设备：测量、监视、控制、保护设二次设备：测量、监视、控制、保护设备。备。短路故障 短路定义：正常运行情况以外的相与相短路定义：正常运行情况以外的相与相或相与地之间的连接。或相与地之间的连接。短路类型：单相接地、两相接地、两相短路类型：单相接地、两相接地、两相短路、三相短路。短路、三相短路。短路危害：热效应和电动力损坏设备，短路危害：热效应和电动力损坏设备，电网电压降低，功率分布变化，破坏稳电网电压降低，功率分布变化，破坏稳定性。定性。运行状态 稳态：运行参
2、量持续地在某一平均值附稳态：运行参量持续地在某一平均值附近变化，但变化很小，可以看做常量。近变化，但变化很小，可以看做常量。暂态：从一个稳态到另一个稳态的过渡暂态：从一个稳态到另一个稳态的过渡过程，运行参量变化较大。包括电磁暂过程，运行参量变化较大。包括电磁暂态和机电暂态。态和机电暂态。012345678-1000100200300400500600700800时 间（秒）功率（MW）3月 25日 早 晨 短 路 实 验 绥 姜 线 绥 中 电 厂 侧 功 率PMU实 测 功 率实 测 负 荷 建 模 功 率295电 动 机 模 型 50%恒 阻 抗 模 型 仿 真 功 率40%恒 阻 抗 6
3、0%恒 功 率 模 型暂态过程 电磁暂态：与短路等故障有关，涉及工电磁暂态：与短路等故障有关，涉及工频电流、电压幅值随时间的变化，持续频电流、电压幅值随时间的变化，持续时间较短（毫秒秒）时间较短（毫秒秒）机电暂态：与系统振荡、稳定性破坏等机电暂态：与系统振荡、稳定性破坏等有关，涉及发电机功角、转速等随时间有关，涉及发电机功角、转速等随时间的变化，持续时间较长（秒的变化，持续时间较长（秒-分钟）分钟）012345678510152025303540时 间（秒）角度（度）3月 25日 早 晨 短 路 实 验 伊 敏 母 线 电 压 相 对 绥 中 机 端 电 压 相 角PMU实 测 相 角295电
4、 动 机 模 型 50%恒 阻 抗实 测 建 模40 恒 阻 抗 60 恒 功 率电力系统计算 潮流计算：潮流计算：分析稳态情况，不涉及系统元件动态属性和过渡过程分析稳态情况，不涉及系统元件动态属性和过渡过程，其数学模其数学模型是非线性代数方程组。型是非线性代数方程组。短路计算：短路计算：为保护提供定值为保护提供定值，选择电气设备选择电气设备，数学模型是线性微分方程组数学模型是线性微分方程组，仅仅需要分析需要分析典型典型时刻短路电流时刻短路电流时可用代数方程时可用代数方程。稳定计算：稳定计算：研究系统在各种干扰下的稳定性，主要是发电机的同步运行稳定研究系统在各种干扰下的稳定性，主要是发电机的同
5、步运行稳定性，需要考虑转子运动方程，数学模型是非线性微分方程组性，需要考虑转子运动方程，数学模型是非线性微分方程组。基本电磁关系 磁动势磁动势HlNiF 磁路欧姆定律磁路欧姆定律mRF 磁阻磁阻SlHSHlBSNiFRm 电感电感2NRNiiNiNiLm 磁导磁导mR1基本电磁关系 磁通磁通fttmm2sinsin 感应电势感应电势)2sin()2sin(costEtNtNdtdNemmm基本电磁关系 电势相量电势相量 有效值为有效值为mNjE2mmmfNfNNE44.4222基本电磁关系 漏电势漏电势IjxILjNjEm2 电枢反应电势电枢反应电势IjxEaa 同步电抗同步电抗acxxx基本
6、电磁关系 磁势磁势FFFFaf 电势电势 磁链磁链afUEEEaqUIjxIjxEaqIjxUEcq基本电磁关系 凸极发电机气隙不均匀，需要把电枢反应磁势分解为两个磁势，一个作用凸极发电机气隙不均匀，需要把电枢反应磁势分解为两个磁势，一个作用在纵轴上，叫纵轴电枢反应磁势；另一个作用在横轴上，叫横轴电枢反应在纵轴上，叫纵轴电枢反应磁势；另一个作用在横轴上，叫横轴电枢反应磁势。磁势。aqadaFFF 这样，虽然气隙不均匀，所产生的磁密这样，虽然气隙不均匀，所产生的磁密波不是正弦形，但由于磁路对称性，纵波不是正弦形，但由于磁路对称性，纵轴和横轴电枢反应磁势所产生磁密的基轴和横轴电枢反应磁势所产生磁密
7、的基波幅值仍然分别在纵轴和横轴上，与磁波幅值仍然分别在纵轴和横轴上，与磁势同相位。势同相位。基本电磁关系 磁势磁势FFFFaf 电势电势UEEEEaqadqUIjxIjxIjxEqaqdadqqqddqIjxIjxUEFFFFFaqadf基本电磁关系直轴电枢反应电抗直轴电枢反应电抗adx 交交轴电枢反应电抗轴电枢反应电抗aqx 直直轴同步电抗轴同步电抗dx 交交轴同步电抗轴同步电抗qx 直直轴电流分量轴电流分量dI 交交轴电流分量轴电流分量qI 直直轴电压分量轴电压分量dU 交交轴电压分量轴电压分量qU 空载电势空载电势qE 机端电压机端电压U 机端电流机端电流I 定子漏抗定子漏抗x 功率因数
8、角功率因数角 内功率因数角内功率因数角 电势与电压夹角电势与电压夹角 虚构电势虚构电势QE基本电磁关系qqddqIjxIjxIUEr 虚构电势虚构电势IjxIrUEqQqqdqddqIjxIxxjIjxIU)(rdqdqIxxjIjxIU)(rdqdQIxxjE)(虚构电势主要用于确定虚构电势主要用于确定q q轴位置，进而求得其它轴位置，进而求得其它变量。变量。理想同步发电机 电机转子在结构上对本身的直轴和交轴完全对称，定子三相绕组完全对称，在电机转子在结构上对本身的直轴和交轴完全对称，定子三相绕组完全对称，在空间互相相差空间互相相差 电角度。电角度。定子电流在气隙中产生正弦分布的磁势，转子绕
9、组和定子绕组间的互感磁通也定子电流在气隙中产生正弦分布的磁势，转子绕组和定子绕组间的互感磁通也在气隙中按正弦规律分布。在气隙中按正弦规律分布。定子及转子的槽和通风沟不影响定子和转子绕组的电感，即认为电机的定子及定子及转子的槽和通风沟不影响定子和转子绕组的电感，即认为电机的定子及转子具有光滑的表面。转子具有光滑的表面。忽略饱和、磁滞、涡流的影响：电机铁心部分的磁导率为常数，在分析中可以忽略饱和、磁滞、涡流的影响：电机铁心部分的磁导率为常数，在分析中可以应用叠加原理。应用叠加原理。基本假设 在暂态过程期间同步发电机保持同步转速，即只考虑电磁暂态过程，而不计在暂态过程期间同步发电机保持同步转速，即只
10、考虑电磁暂态过程，而不计机械暂态过程。机械暂态过程。发生短路后励磁电压始终保持不变，即不考虑短路后发电机端电压降低引起发生短路后励磁电压始终保持不变，即不考虑短路后发电机端电压降低引起的强行励磁的强行励磁 短路发生在发电机的出线端口。如果短路发生在出线端外，可以把外电路的短路发生在发电机的出线端口。如果短路发生在出线端外，可以把外电路的阻抗看作定子绕组电阻和漏抗的一部分，只要定子总回路的电阻较电抗小得阻抗看作定子绕组电阻和漏抗的一部分，只要定子总回路的电阻较电抗小得多，则短路后的物理过程和出线端口短路是完全一样的。多，则短路后的物理过程和出线端口短路是完全一样的。参考方向 电动机惯例：在消耗电
11、能的电路里采用电动机惯例：在消耗电能的电路里采用电动机惯例，例如变压器原边绕组、发电动机惯例，例如变压器原边绕组、发电机励磁绕组。电机励磁绕组。发电机惯例：在产生电能的电路里采用发电机惯例：在产生电能的电路里采用发电机惯例，例如变压器副边绕组、发发电机惯例，例如变压器副边绕组、发电机定子绕组。电机定子绕组。同步运行与电枢反应 同步运行：同步运行：基波电枢磁动势和基波励磁磁基波电枢磁动势和基波励磁磁动势的转速、转向、极对数均相同，任何动势的转速、转向、极对数均相同，任何时刻两个之间无相对运动时刻两个之间无相对运动。电枢反应：电枢反应：同步发电机带上负载后，定子同步发电机带上负载后，定子绕组会产生电枢磁动势绕组会产生电枢磁动势，电枢磁动势对励电枢磁动势对励磁磁动势的影响就叫做电枢反应。磁磁动势的影响就叫做电枢反应。时空向量图 将空间向量图参考轴将空间向量图参考轴+A+A轴与时间向量轴与时间向量参考轴参考轴+j+j轴重合在一起，成为时间空间轴重合在一起，成为时间空间向量图。向量图。时间向量时间向量E E0 0落后于空间向量落后于空间向量F Ff f 9090。纯。纯感性电路的电枢反应为去磁，纯容性电感性电路的电枢反应为去磁，纯容性电路的电枢反应为助磁。路的电枢反应为助磁。
