1、电气工程及其自动化专业电气工程及其自动化专业电力系统暂态分析电力系统暂态分析North China Electric Power University课程内容课程内容同步发电机突然三相短路的分析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故障的计算机算法 电力系统运行稳定性的基本概念和电力系统运行稳定性的基本概念和各元件的机电特性各元件的机电特性电力系统的静态稳定性电力系统的静态稳定性 电力系统的暂态稳定性电力系统的暂态稳定性 绪论绪论 第二章第二章 电路系统故障的电路系统故障的 计算机算法计算机算法 n第一节第一节 概述概述 n第二节第二节 电力系统故障计算的等效网络电力系
2、统故障计算的等效网络n第三节第三节 对称短路计算对称短路计算n第四节第四节 简单不对称故障计算简单不对称故障计算 n第五节第五节 复杂故障的计算方法复杂故障的计算方法 第一节第一节 概述概述用计算机进行故障分析时，主要有以下两条基本假设：用计算机进行故障分析时，主要有以下两条基本假设：1)1)系统各元件的参数是恒定的，因而可以应用叠加原理系统各元件的参数是恒定的，因而可以应用叠加原理2)2)除了发生不对称故障的局部以外，系统其余部分各元件的除了发生不对称故障的局部以外，系统其余部分各元件的 三相参数是对称的三相参数是对称的商业化的计算软件：商业化的计算软件：PSASPPSASP、BPABPA第
3、一节第一节 概述概述v PSASP电力系统分析综合程序电力系统分析综合程序Power System Analysis Software Package中国电力科学研究院中国电力科学研究院vBPABonneville Power Administration，简称，简称BPA美国联邦政府能源部下属邦纳维尓电力局美国联邦政府能源部下属邦纳维尓电力局（BPA）计算方法开发组）计算方法开发组第一节第一节 概述概述软件名称结构和功能结构和功能 特色特色 PSASP 由公用数据和模型的资源库，由公用数据和模型的资源库，基于资源库的应用程序包，计算基于资源库的应用程序包，计算结果库和分析工具三层组成。结果库
4、和分析工具三层组成。如下功能：如下功能：潮流计算，网损分析潮流计算，网损分析 静态安全分析，暂态稳定，静态安全分析，暂态稳定，短路电流计算，短路电流计算，静态和动态等值，静态和动态等值，最优潮流和无功优化，最优潮流和无功优化，直接法暂态稳定，电压稳定，直接法暂态稳定，电压稳定，小干扰静态稳定小干扰静态稳定 可计算大规模交直流混合电可计算大规模交直流混合电力系统，并保存各种计算的历力系统，并保存各种计算的历史结果。史结果。提供各种计算常用的固定报提供各种计算常用的固定报表，并有灵活方便的用户自制表，并有灵活方便的用户自制报表，能自动生成的图示化结报表，能自动生成的图示化结果，能生成各种计算结果的
5、曲果，能生成各种计算结果的曲线，具有方便衫的结果编辑报线，具有方便衫的结果编辑报表 和 曲 线 提 供 了 与表 和 曲 线 提 供 了 与 E x c e l,AutoCAD,Matlab 等常用软件等常用软件工具的接口工具的接口第一节第一节 概述概述软件名称结构和功能结构和功能 特色特色 BPA 由潮流程序和暂态稳定程序组成。由潮流程序和暂态稳定程序组成。自动电压控制，自动电压控制，联络线功率控制，联络线功率控制，系统事故分析，系统事故分析，网络等值，网络等值，灵敏度分析，灵敏度分析，确定系统极限输送水平，确定系统极限输送水平，灵活多样的分析报告，负荷静特性模灵活多样的分析报告，负荷静特性
6、模型，型，详细的检错功能，潮流图绘制，详细的检错功能，潮流图绘制，程序中有程序中有900多种检错多种检错信息，表示出错的原因及信息，表示出错的原因及性质，便于用户根据检错性质，便于用户根据检错信息发现和纠正错误。信息发现和纠正错误。计算结果可重复输出，计算结果可重复输出，输出结果中有多种统计报输出结果中有多种统计报告。告。具有具有DOS、Windows、Windows NT平台上应用平台上应用的稳定曲线生成程序。的稳定曲线生成程序。程序应用简单、方便、程序应用简单、方便、实用。实用。第二节第二节 电力系统故障计算电力系统故障计算 的等效网络的等效网络一、系统等效网络一、系统等效网络(一一)等效
7、网络等效网络1.1.电源电源第二节第二节 电力系统故障计算电力系统故障计算 的等效网络的等效网络2.2.负荷负荷一般采用恒定阻抗一般采用恒定阻抗 在简化的短路故障电流计算中，在简化的短路故障电流计算中，可以不计负荷电流的影响，即可以不计负荷电流的影响，即将负荷阻抗视为无限大将负荷阻抗视为无限大 L2LLSUZ3.3.变压器非标准电压比情况下的等效电路变压器非标准电压比情况下的等效电路3.3.变压器非标准电压比情况下的等效电路变压器非标准电压比情况下的等效电路第二节第二节 电力系统故障计算电力系统故障计算 的等效网络的等效网络(二二)原始矩阵原始矩阵任何一条支路可以表示成任何一条支路可以表示成电
8、压源的形式电压源的形式+-mmmmEIZU这一方程只反映了各支路特性，这一方程只反映了各支路特性，并不反映这些支路的连接情况，并不反映这些支路的连接情况，一般称为网络的原始支路阻抗一般称为网络的原始支路阻抗矩阵矩阵 第二节第二节 电力系统故障计算电力系统故障计算 的等效网络的等效网络mmmmmmmzzzzzzzzz212222111211Z自阻抗自阻抗互阻抗互阻抗稀疏矩阵稀疏矩阵第二节第二节 电力系统故障计算电力系统故障计算 的等效网络的等效网络任何一条支路可以表示成任何一条支路可以表示成电流源的形式电流源的形式+-这一方程只反映了各支路特性，这一方程只反映了各支路特性，并不反映这些支路的连接
9、情况，并不反映这些支路的连接情况，一般称为网络的原始支路导纳一般称为网络的原始支路导纳矩阵矩阵 mmmmJUYI第二节第二节 电力系统故障计算电力系统故障计算 的等效网络的等效网络(三三)节点关联矩阵节点关联矩阵An nm m维矩阵维矩阵矩阵元素矩阵元素aij：0 0、1 1、-1-1 0 0表示无关联表示无关联 1 1表示参考方向流出表示参考方向流出 -1 -1表示参考方向流入表示参考方向流入第二节第二节 电力系统故障计算电力系统故障计算 的等效网络的等效网络二、导纳型节点方程二、导纳型节点方程0mAIUAUTmmmmmJUYIIYU TAAYYm第二节第二节 电力系统故障计算电力系统故障计
10、算 的等效网络的等效网络节点导纳矩阵的特点：节点导纳矩阵的特点：1)1)节点导纳矩阵为对称阵节点导纳矩阵为对称阵2)2)节点导纳矩阵为稀疏矩阵节点导纳矩阵为稀疏矩阵 3)3)网络结构变更时，节点导纳矩阵修改速度快、方便网络结构变更时，节点导纳矩阵修改速度快、方便 4)4)在网络节点数不变的情况下，节点导纳矩阵的结构在网络节点数不变的情况下，节点导纳矩阵的结构取决于节点编号顺序取决于节点编号顺序 5)5)根据节点导纳矩阵，可以作出一个无互感支路的与根据节点导纳矩阵，可以作出一个无互感支路的与节点导纳参数等效的网形网络节点导纳参数等效的网形网络第二节第二节 电力系统故障计算电力系统故障计算 的等效
11、网络的等效网络ZIIYU1IYU 节点阻抗矩阵的特点：节点阻抗矩阵的特点：1 1）一般为满阵）一般为满阵2 2）形成）形成 Z Z 阵较困难阵较困难3 3）网络结构变化时修改）网络结构变化时修改 Z Z 阵困难阵困难4 4）利用）利用 Z Z 阵解算简单阵解算简单三、阻抗型节点方程三、阻抗型节点方程第三节第三节 对称短路计算对称短路计算 Uf Uf 一、叠加原理的应用一、叠加原理的应用 等效等效 第三节第三节 对称短路计算对称短路计算 Uf Uf 正常分量正常分量 故障分量故障分量 故障网络故障网络 第三节第三节 对称短路计算对称短路计算故障网络故障网络 非金属性短路，过渡阻抗非金属性短路，过
12、渡阻抗 fzninnninniiininiIIIZZZZZZZZZUUU11i111111ZIIYU1fifGjjijiIZIZUfifiiIZUU0fifGjjijiIZIZUfffffIZUU0fffffIZUU00fffIzUfffffzZUI0第三节第三节 对称短路计算对称短路计算二、非故障处电压、电流的计算二、非故障处电压、电流的计算 fifiiIZUU0fffffzZUI000ffffifiiUzZZUU节点电压节点电压 ijjiijZUUkI变压器支路电流变压器支路电流 非变压器支路电流非变压器支路电流 ijjiijZUUI第三节第三节 对称短路计算对称短路计算对于简化计算：对于
13、简化计算：（1 1）可不计负荷电流的影响，）可不计负荷电流的影响，（2 2）各节点电压正常分量的标幺值可近似为）各节点电压正常分量的标幺值可近似为1 1 fffififfffzZZUzZI11对称短路简化对称短路简化计算原理框图计算原理框图 fffifizZZU1ffffzZI1ijjiijZUUkI第四节第四节 简单不对称故障计算简单不对称故障计算一、各序网络的电压方程式一、各序网络的电压方程式 1101111111FiFiFihFifGjjijiIZUIZIZIZU不论横向故障、纵向故障，都从故障口把不论横向故障、纵向故障，都从故障口把各序网络看成是等效的两端各序网络看成是等效的两端(一端
14、口一端口)网络网络 h1h2h0 111-ihifiFZZZ第四节第四节 简单不对称故障计算简单不对称故障计算对于故障口的两个节点对于故障口的两个节点 1101FfFffIZUU 1101FhFhhIZUU 11011100111FFFFFhFfFhfhfFIZUIZZUUUUU正序网络故障口的电压方程式正序网络故障口的电压方程式 i第四节第四节 简单不对称故障计算简单不对称故障计算故障口的负序、零序电压故障口的负序、零序电压 网络中任一节点的负序和零序电压网络中任一节点的负序和零序电压 000222FiFiFiFiIZUIZU 000222FFFFFFFFIZUIZU二、横向不对称故障二、横
15、向不对称故障(一一)单相接地短路单相接地短路(a(a相）相）fFFFFFFfFzZZZUI302101 0,2,1kzUUIkijkjkikij0,0afacbIzUII(二二)两相接地短路（两相接地短路（bcbc相）相）gfFFFFgfFFfFFfFFfFzzZZzzZzZzZUI3230202101 102201020232323FgfFFFFfFFFFgfFFFFgfFFFIzzZZzZIIzzZZzzZI0)(0)(0abagcfcbagbfbIIzIzUIIzIzUI(二二)两相短路（两相短路（bcbc相）相）fFFFFfFFzZZUII221021第四节第四节 简单不对称故障计算简
16、单不对称故障计算ca0IzUIzUIfcbfb三、纵向不对称故障三、纵向不对称故障(一一)单相断开单相断开00,0cfcbfbaIzUIzUI与两相接地短路的边界条件完全相似。因此，两相接地短路与两相接地短路的边界条件完全相似。因此，两相接地短路的复合序网及故障口各序电流的算式都可用于单相断开的计的复合序网及故障口各序电流的算式都可用于单相断开的计算，只是故障口自阻抗和开路电压的计算不同而已算，只是故障口自阻抗和开路电压的计算不同而已 (二二)两相断开两相断开0,0afacbIzUII单相接地短路的特征条件完全相似。因此，复合序网的接法以单相接地短路的特征条件完全相似。因此，复合序网的接法以及
17、故障口各序电流的算式也同单相接地短路的一样。但需注意，及故障口各序电流的算式也同单相接地短路的一样。但需注意，横向故障和纵向故障时故障口自阻抗和开路电压是不同的横向故障和纵向故障时故障口自阻抗和开路电压是不同的 (三三)串联补偿电容的非全相击穿串联补偿电容的非全相击穿第四节第四节 简单不对称故障计算简单不对称故障计算输电线路的串联补偿电容有可能输电线路的串联补偿电容有可能发生单相或两相击穿，这也属于发生单相或两相击穿，这也属于纵向不对称故障。这类故障按非纵向不对称故障。这类故障按非全相断开处理比较方便全相断开处理比较方便 单相击穿单相击穿 两相击穿两相击穿 四、简单不对称故障的计算通式四、简单不对称故障的计算通式 fFFFFFFfFzZZZUI302101 gfFFFFgfFFfFFfFFfFzzZZzzZzZzZUI3230202101 fFFFFfFFzZZUII221021 101ZZUIFFFF正序电流计算通式正序电流计算通式 负序、零序负序、零序电流计算通式电流计算通式 102201020232323FgfFFFFfFFFFgfFFFFgfFFFIzzZZzZIIzzZZzzZI 21FFII 102201020232323FgfFFFFfFFFFgfFFFFgfFFFIzzZZzZIIzzZZzzZI 100122FFFFIKIIKI
