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电网考试-电力系统暂态分析
电力系统暂态分析知识点梳理。（工大JH整理）
编辑于2020-09-08 21:01:02- 电网考试
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电力系统暂态分析
1. 电磁暂态
1. 第一章 故障分析基本知识
1. 故障概述
1. 短路
1. 何为短路？
2. 短路类型（符号、发生几率）
1. 对称短路
1. 三相短路
2. 不对称短路
1. 两相短路
2. 单相短路接地
3. 两相短路接地
3. 短路的原因
1. 自然
1. 绝缘子表面放电
2. 电气设备绝缘损坏
3. 鸟兽跨接、杆塔倒塌
2. 人为
1. 未拆地线合闸
4. 短路的危害
短路后，阻抗减小，短路回路电流突增
1. 有多大？（发电机端）
2. 热效应-电弧烧毁设备
3. 电动力-导体变形
4. 电压降-异步电动机电磁转矩降低
5. 发电机功率不平衡，失同步
6. 干扰通信
不对称短路引起的不平衡电流产生的不平衡磁通
5. 减少危害的措施
1. 线路装设电抗器
2. 继电保护装置
3. 重合闸
6. 短路计算作用
1. 选择电气接线
2. 选择有足够热稳定度和动稳定度的设备
3. 配置继电保护及参数整定
2. 断线
1. 非全相运行
2. 标幺制
1. 标幺值（相对值）（三相=一相）
1. R*=R/Zb
2. X*=X/Zb
3. P*=P/Sb
4. Q*=Q/Sb
5. S*=S/Sb
2. 基准值的选取
1. Ub、Sb—求Ib（相）、Zb
3. 基准值改变时标幺值的换算
设备均是以本身额定值为基准，系统计算必须统一基准值
1. 先求有名值，在求基准值
4. 变压器联系不同电压等级元件参数标幺值计算（磁耦合-电联系）
归算-往一个等级算 折算-从一个等级往各级算
1. 准确计算（图1-2）
1. 各级有名值归算到基本级
2. 基本级电压归算到各级
各段功率基准值相同，电压基准值不同，因而电流基准值不同
2. 近似计算（短路电流计算用）
1. Uav=1.05Un
5. 频率、角速度和时间的基准值
3. 无限大功率电源供电的三相短路电流分析
1. 何为无限大功率电源？什么情况可看作？
2. 暂态过程分析
1. 微分方程
1. 特解=强制分量=稳态短路电流=交流分量=周期分量
2. 通解=自由分量=直流分量=非周期分量
3. 直流分量起始值（越大，短路电流瞬时值越大）
4. 全电流
3. 短路冲击电流和短路电流有效值
1. 短路冲击电流
短路直流分量初始值最大
1. 最大条件
1. 短路前空载
2. 纯电感电路，阻抗角为90°
3. 电压初相角过零（0/180）
2. 发生时间
3. 大小
4. 动稳定度
2. 短路电流最大有效值
1. Km=1.8
2. Km=1.9
2. 第二章 同步发电机突然三相短路分析
1. 空载情况下定子突然三相短路后电流波形及其分析
1. 定子
1. 直流分量
1. 按指数规律衰减
2. 交流分量
1. 初始值Im''
2. 稳态值Imoo
3. Im''-Imoo衰减至0
与无限大功率电源短路电流的最基本差别
1. 次暂态
2. 暂态
3. 稳态
2. 转子
1. 励磁
1.1. 交流分量
1.1.1. 衰减至零
1.2. 直流分量If0（短路瞬间大，也有衰减）
3. 短路电流不突变
2. 空载情况下三相短路后内部物理过程及短路电流分析
1. 短路后各绕组的磁链及电流分量
1.1. 定子绕组磁链和短路电流分量
短路瞬间电流为零
1.1.1. 励磁主磁通交链定子三项绕组的磁链
励磁也有漏磁通
1.1.1.1. 磁链表达式
1.1.2. 短路瞬间三相绕组磁链瞬时值
1.1.2.1. 表达式t=0
1.1.3. 磁链守恒原理的作用
1.1.3.1. 抵制主磁链，维持短路瞬间磁链
1.1.4. 三相短路电流产生的磁链
1.1.4.1. 瞬时磁链—主磁通磁链
1.1.5. 对应不同磁链分量的电流
1.1.5.1. 基频交流分量
1.1.5.2. 直流分量（含倍频）
1.2. 励磁绕组磁链和电流分量
1.2.1. 强制励磁电流if0产生的磁链
1.2.2. 定子三相交流电流iw的电枢反应
1.2.2.1. 电枢反应磁链，穿过励磁绕组，纯去磁
1.2.3. 定子直流电流ia的磁场对励磁绕组产生磁链
1.2.3.1. 直流分量-静止磁场
1.2.3.2. 倍频交流-两倍同步旋转磁场
1.2.3.3. 二者与转子相对同步转速
1.2.4. 励磁绕组感生的磁链和电流
1.2.4.1. if
1.2.4.1.1. 恒定分量if0-主磁链
1.2.4.1.2. 感生直流ifa-抵制电枢反应磁链
1.2.4.1.3. 感生交流ifw-抵制同步旋转磁链
1.3. 等效阻尼绕组的电流
凸极机转子两端短接的阻尼条，隐极机整块转子铁芯中的涡流回路
1.3.1. 直（D）轴阻尼绕组
1.3.1.1. 感生直流
1.3.1.2. 基频交流
1.3.2. 交（Q）轴阻尼绕组
1.3.2.1. 基频交流
无感生直流，因为定子（设定子回路电阻为零）基频交流电流合成的只有直轴方向的电枢反应
1.4. 定子和转子回路（励磁+阻尼）电流分量的对应关系和衰减
各绕组均有电阻，电流会衰减
1.4.1. 定子直流分量（含倍频）衰减-转子回路交流分量衰减
1.4.2. 定子基频交流分量衰减-转子回路直流分量衰减
不会衰减至零，励磁电流if0存在
2. 短路电流基频交流分量的初始和稳态有效值
2.1. 稳态值Ioo
2.1.1. 空载电势与走主磁路的磁通和漏磁路磁通所对应电抗压降平衡xad、x@
2.1.2. xd=?（一相）
2.1.3. Ioo=Id=Eq0/xd
2.2. 初始值I''(I')
2.2.1. 不计阻尼
2.2.1.1. 励磁绕组漏电抗xf@
2.2.1.2. 直轴暂态电枢反应电抗xad'=xad//xf@
2.2.1.3. 直轴暂态电抗xd'=xad'+x@
2.2.1.4. 初始电流I'=Id'=Eq0/xd'
2.2.2. 计阻尼
2.2.2.1. 励磁绕组漏电抗xf@//阻尼绕组D漏电抗xD@
2.2.2.2. 直轴次暂态电枢反应电抗xad''=xad//xf@//xD@
2.2.2.3. 直轴次暂态电抗xd''=xad''+x@
2.2.2.4. 初始电流I''=Id''=Eq0/xd''
3. 短路电流近似表达式
3.1. 交流分量的近似表达式
3.2. 全电流的近似表达式
3.3. 6倍，12倍
3. 负载下三相短路交流电流初始值
1. 正常稳态运行时的相量图和电压平衡关系
1.1. 凸极机
1.1.1. EQ
1.1.2. Eq
1.2. 隐极机
1.2.1. Eq
2. 不计阻尼回路时的初始值I'和暂态电动势Eq0'、E0'
2.1. 交轴方向
2.1.1. 交轴暂态电动势Eq0'=Uq0+jxd'Id0=jxd'Id'
2.1.2. 直轴暂态电流Id'=Eq0'/xd'
2.2. 直轴方向Iq'=0
2.3. 暂态电流只有直轴分量I'=Id'
2.4. 虚构电动势=暂态电动势=E0'=U0+jxd'I0
3. 计及阻尼回路的I''和次暂态电动势E''0
3.1. 交轴方向
3.1.1. 交轴次暂态电动势Eq0''=Uq0+jxd''Id0=jxd''Id''
3.1.2. 直轴次暂态电流Id''=Eq0''/xd''
3.2. 直轴方向Iq''=Ed0''/jxq''
3.3. 次暂态电流I>''=Id>''+Iq>''
3.4. E0''=U0+jxd''I0
3.5. I''=E0''/jxd''
3.6. 工程近似I''=1/xd''
3. 第三章 三相短路电流实用计算
1. 短路电流交流分量初始值计算
初始值是有效值，即次暂态电流I'',继电保护用
1. 计算的条件和近似
1. 电源
1. 等值电抗Xd''
2. 等值电动势Eo''代替次暂态电势
3. 调相机等同发，欠激吸无功
4. 忽略负荷，空载，额定电压1
2. 电网
1. 忽略线路对地电容和变压器励磁回路
短路电压低，对地支路电流更小，而短路电流很大
2. 高压电网忽略电阻，低压用阻抗模值
3. 变比为平均额定电压比
3. 综合性负荷
1. 不计负荷
2. 计负荷潮流计算
4. 短路点附近电动机
1. 短路后倒送短路电流
2. 启动电抗x''≈1/Ist（5）=0.2
3. 电动机求Eo"
5. 直接短路，偏保守
2. 简单系统I”计算
1. 直接法
2. 叠加原理-等值阻抗、开路电压
1. 例3.1
1. 直接法
2. 叠加原理
3. 经阻抗Zf短路+
3. 复杂系统计算
1. 叠加原理
1. 例3.2；例3.3
2. 短路功率=短路容量（标幺值S''=I''）
2. 计算机计算复杂系统短路电流交流分量初始值的原理
3. 其他时刻短路电流交流分量有效值的计算
短路电流交流分量只是外电抗和时间的函数
1. 运算曲线法
1. 原理
不同时刻，不同转移阻抗，电源送出的短路电流，绘成曲线
2. 曲线制定
1. 计算电抗，以发电机额定功率为基准的标幺值
2. 改变Xl，得不同计算电抗
3. 计算If(t)的步骤
1. 化简得各电源转移电抗
1. 转移阻抗：各发电机电源到短路点的阻抗
1. 定义
2. 互易定理
2.1. 单位电流法
2. 输入阻抗：各发电机电源接地，从短路点看入的总阻抗
2. 按发电机功率归算得计算电抗（标幺值），无限大功率母线不必例3.5
3. 查曲线得各电源送出的短路电流标幺值（以发电机额定功率为基准）
4. 求各自有名值，再求和得If(t)
4. 合并电源
1. 影响短路电流两因素
1. 发电机类型和参数
2. 发电机对短路点的电气距离
2. 应用计算系数计算
4. 第四章 对称分量法、序参数、等值电路
1. 对称分量法
实质是叠加的方法，线性系统才可用
1. a=ej120=1∠120°
2. Fp=TFs
3. Fs=T逆Fp
1. 例4-1，c相电流为零，但分量不为零
4. 零序电流通路、大小
2. 对称分量法应用
1. 三相对称元件，各序电压（流）产生各序电流（压）
2. 线路的三序阻抗
3. 三序网图（注意电动势、零序通路）
4. 电压平衡方程（a相）（3个方程6未知数）
5. 短路边界条件3个方程
6. 对称分量分析不对称故障步骤
1. 首先列各序电压平衡方程（先求各序对故障点的等值阻抗）
2. 然后结合故障点边界条件，计算a相各序分量
3. 最后由对称性求各相的量
7. 复合序网
3. 同步发电机的负序和零序电抗
1. 对称运行-正序电抗：稳态xd,xq、暂态xd',xd'',xq''
2. 不对称短路时的高次谐波电流
3. 负序电抗x(2)=(xd''+xq'')/2
4. 零序电抗
1. 定子绕组零序电流只产生漏磁通
2. x(0)=(0.15-0.6)xd''
3. 中性点不接地，零序电抗无穷大
4. 异步电动机的负序和零序电抗
1. 正序电抗x(1)=x''
2. 负序电抗≈x''（启动电流5，x''=0.2)
3. 零序电抗=无穷大（通常三相绕组接成三角形或不接地星形）
5. 变压器的零序电抗和等值电路
1. 正序等值电抗=稳态运行等值电抗
双绕组变压器为两个绕组漏抗之和；不考虑激磁电抗，因为正负序磁通均在铁心内，磁阻小，电抗大。
2. 双绕组变压器
1. 零序电压加一侧接三角/Y
1. x(0)=无穷大（不管另一侧怎么接）
2. 零序电压加一侧接Y0（3种）
1. YNd(Y0/角)
2. YNy(Y0/Y)
3. YNyn(Y0/Y0)
1. 二次绕组回路有无其他接地中性点
3. 励磁电抗
1. 可忽略（磁阻小，电抗很大）
1. 正序
2. 负序
3. 零序
1. 三个单相变
2. 三相五柱式
3. 三相壳式
4. YNd接三相三柱式
2. 不可忽略
1. 零序
1. 三相三柱式
4. 中性点经阻抗接地
1. 等值电路阻抗为3Zn，串联在电路中（电流为I(0)
2. YNd:x(0)+3Zn
3. 三绕组变压器（3种）
为消除三次谐波磁通的影响，总有一个绕组接成三角形，以提供三次谐波电流通路
1. YNdY(Y0/角/Y)：x(0)=x(I)+x(II)
2. YNdyn(Y0/角/Y0):x(0)看三侧外电路有无接地
3. YNdd(Y0/角/角):x(0)=x(I)+x(II)//x(III)
4. 自耦变压器（2种）
1. YNa(Y0/Y0)
2. YNad(Y0/Y0/角）
6. 输电线路的零序阻抗和电纳
1. 零序阻抗
1. 架空线
1. 单回（小）
1. 无架空地线(大)
2. 有架空地线(小）
2. 双回（大）
1. 无架空地线（大）
2. 有架空地线（小）
2. 电缆
1. 相比架空线电抗小电纳大
2. 零序电纳
1. 短路后电压低，影响不大
7. 零序网络的构成
1. 看零序电流通路
5. 第五章 不对称故障的分析计算
1. 不对称故障时故障处的短路电流和电压
1.1. 单相接地短路（符号）
1.1.1. 边界条件-对称分量
1.1.2. 解联立方程/复合序网—序电流
1.1.3. 短路电流
1.1.4. 序电压-非故障相短路电压
1.1.4.1. k0<1,k0=0
1.1.4.2. k0=1
1.1.4.3. k0>1，k0=oo
1.1.5. 经阻抗接地
1.2. 两相短路
1.2.1. 边界条件-对称分量
1.2.2. 解联立方程/复合序网—序电流
1.2.3. 短路电流
1.2.4. 序电压-非故障相短路电压
1.2.4.1. 非故障相电压大小
1.2.4.2. 故障相电压大小
1.2.5. 两相经阻抗短路
1.3. 两相短路接地
1.3.1. 边界条件-对称分量
1.3.2. 复合序网-序电流
1.3.3. 短路电流
1.3.3.1. k0=0
1.3.3.2. k0=1
1.3.3.3. k0=oo
1.3.4. 流入地中电流
1.3.5. 序电压-非故障相电压
1.3.6. 经阻抗短路接地
1.4. 例5-1
1.5. 正序增广网络（正序等效定则）的应用
1.5.1. 表5-1
2. 非故障处电流、电压的计算 （例5-4、5-5）
若要分析计算网络中任意处的电流和电压，必须先在各序网中求得该处电流和电压的各序分量，然后再合成为三相电流和电压。非故障处电流、电压一般是不满足边界条件的。
2.1. 计算各序网中任意处各序电流、电压
2.1.1. 正序网络—正常情况+故障分量
2.1.2. 负序和零序网络—没有电源、只有故障分量
2.1.3. 任意节点电压的各序分量
2.1.4. 任意支路电流的各序分量
2.1.5. 各序网电压分布情况
2.1.5.1. 越靠近电源正序电压数值越高，越靠近短路点正序电压数值就越低
2.1.5.2. 越靠近短路点，负序和零序电压的有效值总是越高
2.2. 对称分量经变压器后相位变化
2.2.1. Yy0(Y/Y-12)，相位不变
2.2.2. Y/三角连接，转动相位
2.2.2.1. Yd11（Y/三角-11）
2.2.2.1.1. 正序：三角形侧比Y侧超前30°（滞后330°）
2.2.2.1.2. 负序：三角形侧比Y侧滞后30°（超前330°）
2.2.2.1.3. 零序：无通路
3. 非全相运行的分析计算 （例5-6）
纵向故障
3.1. 三序网及其电压方程
3.1.1. 电压平衡方程（5-45）
3.2. 一相断线
3.2.1. 边界条件-序分量
3.2.2. 序分量、电压平衡方程联立求解
3.2.3. 复合序网求解
3.3. 两相断线
3.3.1. 边界条件-序分量
3.3.2. 序分量、电压平衡方程联立求解
3.3.3. 复合序网求解
4. 断线
4.1. 电压
4.1.1. 断口
4.2. 电流
4.2.1. 相
5. 短路
5.1. 电压
5.1.1. 相对地
5.2. 电流
5.2.1. 对短路点
2. 机电暂态
1. 第六章 电力系统稳定性问题概述和各元件机电特性
1. 概述
1.1. 电磁暂态-机电暂态
1.2. 电力系统稳定性问题指？
1.3. 稳定性问题分类：
1.3.1. 功角稳定
1.3.1.1. 什么时候稳定？
1.3.1.2. 什么时候不稳定？
1.3.1.3. 分类
1.3.1.3.1. 静态稳定
1.3.1.3.2. 暂态稳定
1.3.1.3.3. 动态稳定
1.3.2. 电压稳定
1.3.3. 次同步振荡
2. 同步发电机组的机电特性
2.1. 同步发电机转子运动方程（状态方程）
2.1.1. 电/机械角加速度-不平衡转矩/功率的关系
2.1.2. 稳态运行-机械转矩/功率与电磁转矩/功率平衡
2.1.3. 近似分析较短时间内暂态过程，不考虑调速器，机械转矩/功率不变
2.2. 发电机的电磁转矩和功率
2.2.1. 简单系统发电机的功率（与功角关系）
2.2.1.1. 隐极机功角特性
2.2.1.2. 凸极机功角特性
2.2.2. 多机系统
2. 第七章 电力系统静态稳定
功率特性曲线不变
1. 指？
2. 简单电力系统的静态稳定
2.1. 有功和功角曲线
2.1.1. a点稳
2.1.1.1. a'点
2.1.1.2. a''点
2.1.2. b点不稳
2.1.2.1. b'点-非周期性失步
2.1.2.2. b''点回a点
2.2. 静态稳定判据-整步功率系数>0
2.3. 功角=90°为静态稳定极限
2.4. 储备系数Kp
2.4.1. 计算
2.4.2. 范围
3. 小干扰法分析简单系统静态稳定
3.1. 小干扰分析法
3.1.1. 系统状态变量偏移量的线性状态方程
3.1.2. 特征值判断系统稳定性
3.1.2.1. p1,2为一正实根一负实根：非周期失步
3.1.2.2. p1,2为一对虚根等幅振荡（低频振荡），有正阻尼恢复同步
3.1.2.3. 静态稳定判据-整步功率系数>0
3.2. 阻尼作用对静态稳定的影响
3.2.1. 整步功率系数<0
3.2.1.1. 不论D（阻尼功率系数）正负，p总有一正实根—非周期失稳
3.2.2. 整步功率系数>0
3.2.2.1. D>0—稳定
3.2.2.2. D<0—不稳定
4. 提高系统静态稳定性的措施
4.1. 加强电气联系，提高功率极限
减小发电机与系统之间的联系电抗，即缩短“电气距离”
4.1.1. 采用自动调节励磁装置
4.1.2. 减小元件的电抗（主要线路）
4.1.2.1. 分裂导线
4.1.2.2. 提高线路额定电压等级（电抗标幺值减小）
4.1.2.3. 采用串联电容补偿
4.1.3. 改善系统结构和采用中间补偿设备
4.1.3.1. 改善系统结构
4.1.3.1.1. 增加输电线路回数
4.1.3.1.2. 接入中间电力系统
4.1.3.2. 中间补偿设备
4.1.3.2.1. 中间降压变电所装设SVC
3. 第八章 电力系统暂态稳定
系统结构发生变化，功率特性曲线改变
1. 电力系统暂态稳定概述
1. what
1.1. 大干扰？
2. 三个阶段
2.1. 起始阶段
2.1.1. 故障后约1s，保护和自动装置动作，调节系统基本无作用
2.2. 中间阶段
2.2.1. 起始阶段后，持续大约5s，调节系统作用
2.3. 后期阶段
2.3.1. 中间阶段后，动力设备影响系统暂态过程，电压频率下降切负荷
2. 简单系统的暂态稳定性
1. 物理过程分析
1.1. 功率特性的变化
1.1.1. 发电机与系统的联系电抗
1.1.1.1. XI<XIII<XII
1.1.2. 电磁功率表达式
1.1.2.1. PI>PIII>PII
1.2. 系统在扰动前的运行方式和扰动后转子运动情况
1.2.1. 正常运行，功率曲线PI
1.2.2. 故障阶段，功率曲线PII
1.2.3. 故障及时切除，功率曲线PIII
1.2.4. 故障切除过晚
2. 等面积定则
2.1. 转子在相对运动中动能的增加=过剩转矩对相对角位移所作的功=加速面积
2.2. 转子减速动能的减少=制动转矩所作的功=减速面积
2.3. 极限切除角@cm
2.4. 重合闸
2.4.1. 短路故障消除
2.4.1.1. 显著增加减速面积
2.4.2. 短路故障依旧存在
2.4.2.1. 减少减速面积，稳定与否取决于再次切除故障的快慢
2.5. 例8-1
3. 发电机转子运动方程的求解
3.1. 改进欧拉法
3. 发电机自动调节系统对暂态稳定的影响
4. 复杂电力系统暂态稳定计算
5. 提高暂态稳定性的措施
1. 故障的快速切除（0.06s）和自动重合闸
2. 提高发电机输出的电磁功率
2.1. 对发电机强行励磁
2.2. 电气制动
2.3. 变压器中性点经小电阻接地
3. 减小原动机输出的机械功率
4. 交直流并联输电
4.1.
5. 系统失去稳定后的措施
5.1. 设置解裂点
5.2. 短期异步运行和再同步的可能性