电力系统暂态分析

学分/学时：2/32
教材：《电力系统暂态分析（第四版）》中国电力出版社

第一部分 绪论

基本概念

1. 电力系统：电能系统的电气部分，抽象(等值) 为电路或者电力网络；通过：电路+磁路+机械 (链接) -> 电力系统。需要注意，电网不等于电力系统。
2. 一次系统和二次系统：
   1. 一次系统：定义：电力(power)元件或设备；特点：高电压、大电流、一个系统。主要包括：母线,发电机,变压器,线路开关设备:断路器,隔离开关…负荷(用电设备):电动机,照明…
   2. 二次系统：定义：对一次系统进行监测、控制和保护的设备；特点：低电压、小电流、多个系统；主要包括：信号系统、控制与保护回路监控系统与自动化系统：变电站综合自动化
   3. 实际例子
3. 电力系统的参量和参数：
   1. 参量(变量)：电压+电流+功率(稳态);发电机转速和功角(暂态)
   2. 参数：阻抗+导纳+变比(稳态);转动惯量等(暂态)
   3. 例如欧姆定律： 中，为参数，为参量
4. 电力系统的暂态和稳态(对比)：
   1. 稳态：变量变化小，代数方程表示，强调时间断面 ；
   2. 暂态：变量变化大，微分方程表示，强调过程, ; 稳态的平衡点为
   3. 

课程内容

1. 暂态分析的目的：掌握设备和系统的暂态特性。
   
2. 引起暂态过程的原因：故障（发生短路）；负荷变化、断路器动作
3. 暂态类型：电磁暂态、机电暂态、波过程暂态（本课程不涉及波过程，高电压技术已学习）
   
4. 区别：
   1. 电磁暂态：扰动后的电流和电压变化
   2. 机电暂态：扰动后的功率不平衡
   3. 机电暂态过程长于电磁暂态过程。此外，电磁暂态主要分析**设备的安全性(电能质量)，机电暂态主要分析系统的安全性(完整性)**；

第二部分 电力系统故障分析的基础知识

第一节 电力系统中的故障

短路

1. 定义：相—相、相—地、不正常通路；也存在正常的通路，如检修接地电焊机…
2. 原因：设备老化+绝缘击穿+外力破坏+天气原因+误操作

3. 现象：过电压+过电流，功率不平衡
4. 后果：引起设备+系统的安全性问题

1. 大电流，设备安全性；
2. 电动力大，设备变形；
3. 电压降低，电动机停转；
4. 功率不平衡，稳定性问题；
5. 通讯干扰；
6. 措施：限流电抗器+快速切除+重合闸

其他故障：

1. 断线：
   1. 类型：单相、两相；
   2. 原因：分相断路器跳闸等；
   3. 影响：三相不对称，负序和零序电流，发热，通讯干扰；
2. 复杂故障：两处及以上的故障；
3. 纵向和横向故障：
   1. 断线——纵向故障；
   2. 短路——横向故障；

第二节 标幺值

定义

标幺值是相对值，是为了简化计算（是变换的一种）

单位：，，，

基准值选取——电路

其中： 为线电压; 为线电流; 为相阻抗。一般选区 (100MVA)和 ，则：

三相电路和单相电路标幺值相等，这是简化的标志之一

基准值改变时标幺值换算

主要是进行元件参数，特别是阻抗，进行标幺值计算(统一基准值)。

1. 基本公式
   $$
   X_{{(B)}}=X{{(N)}} \frac{S_B}{S_N}\left(\frac{U_N}{U_B}\right)^2
   
   X{{(B)}}=X{_{(N)}}\left(\frac{U_N}{U_B}\right)\left(\frac{I_B}{I_N}\right)
   $$
   其中：下标 表示原基准值(特别是额定值)下的值。

2. 换算：

   1. 发电机 ，其中 为额定值。
   2. 变压器：铭牌参数提供的是短路电压(阻抗)百分比，在数值上等于变压器电抗标幺值百分数：，其中是变压器短路电压百分比。
   3. 电抗器：铭牌提供的是电抗器电抗百分数，在数值上等于电抗标幺值百分数: ，其中为电抗百分数。

例题：一台额定电压13.8kV、额定功率125MW、功率因素为0.85的发电机，其电抗标幺值为0.18(以发电机额定电压和功率为基准值)。试计算以13.8kV和100MW为基准值的电抗标幺值以及有名值。

电压等级不同时标幺值换算

1. 准确计算法：
   1. 先归算有名值，再进行标幺值计算，然后折算标幺值（与有名值计算相类似）；
   2. 折算基准值 ：其中 ： 为变压器的实际变比，为一次侧与二次侧额定电压之比。

例题：

2. 近似计算法：
   1. 基本概念：
      1. 额定电压：电气设备工作的标称电压；
      2. 平均额定电压：线路首、末段额定电压一般相差10%(发电机高出5%)，为额定电压等级
         
   2. 基本假设 ：变压器变比平均额定电压之比（近似变比）；电压基准值为平均额定电压；
   3. 目的：精确计算法不能很好体现标幺值计算的优点，因为存在 项；主要是简化了发电机和变压器标幺值的计算

例题：

其他基准值

1. 与时间有关的基准值：
   1. 频率： ；
   2. 角速度：
   3. 时间： ；
2. 与磁路有关的基准值：
   1. 磁路欧姆定律：并且：
   2. 标幺值： -> $X_{} = L_{}E = \omega_s \PsiE_{} = \Psi_{}$