电力系统分析考点总结

电力系统分析考点第三章理想同步电机1，忽略磁路饱和，磁滞,涡流等影响,假设电机铁芯部分的导磁系数为常数；2，电机转子在结构上对于纵轴和横轴分别对称；3，定子的a，b，b三相绕组的空间位置互差120度电角度，在结构上完全相同，他们均在气隙中长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，即认为电机的定子和转子具有光滑的面。假定正向的选择定子回路中，定子电流的正方向即为由绕组中性点流向端点的方向，各相感应电势的正方向和相电流的相同，向外电路送出纵向相电流的极端相电压是正的。在转子方面，各个绕组感应电势的正方向与本绕组电流的正方向相同。向励磁绕组提供正向励磁电流的外加励磁电压是正的。两个阻尼回路的外加电压均为零。帕克变换目的（为何进行）：在磁链方程中许多电感系数都是随转子角a而周期变化•转子角a又是时间的函数，因此，一些自感系数和互感系数也是将随时间而周期变化。若将磁链方程式带入电磁方程式,则电磁方程将成为一组以时间的周期函数为系数的微分方程。这类方程组的求解是颇为困难的。为了解决这个困难，可以通过坐标变换，用一组新的变量代替原来的变量，将变系数的微分方程变换成为常系数微分方程，然后求解。物理意义：采用派克变换，实现从a,b,c坐标系到d,q,o坐标系的转换，把观察者的立场从静止的定子上转到了转子,定子的三相绕组被两个同转子一起旋转的等效dd绕组和qq绕组所代替，变换后，磁链方程的系数变为常说，大大简化计算同步电机基本方程的实用化中采用了哪些实用化假设？其实用化范围是什么?基本方程的实用化中采用了以下实用化假设（1）转子转速不变并等于额定转速。电机纵轴向三个绕组只有一个公共磁通，而不存在只同两个绕组交链的漏磁通。为了便于实际应用,还可根据所研究问题的特点，对基本方程作进一步的简化。略去定子电势方程中的变压器电势，即认为V=2=0,这条假设适用于不计dq定子回路电磁暂态过程或者对定子电流中的非周期分量另行考虑的场合。定子回路的电阻只在计算定子电流非周期分量衰减时予以计及，在其他计算中则略去不计。上述四项假设主要用于一般的短路计算和电力系统的对称运行分析。第四章节点导纳矩阵的主要特点.(1，导纳矩阵的元素很容易根据网络接线图和支路参数直观地求得，形成节点导纳矩阵的程序比较简单2，导纳矩阵是稀疏矩阵，它的对角线元素一般不为零，但在非对角线元素中则存在不少零元素。)节点导纳矩阵的修改从网络的原有节点i引出一条导纳为yik的支路，同时增加一个节点k。由于节点数加一，导纳矩阵将增加一行一列。新增的对角线元素Ykk=Yik.新增的非对角元素中，只有Yik=Yki=-yik，其余的元素都为零。矩阵的原有部分，只有节点i的自导纳应增加厶Yii二yik。在网络的原有节点i,j之间增加一条导纳为yij的支路.由于只增加支路不增加节点，故导纳矩阵的阶次不变。因而只要对于节点i、j有关的元素分别增添以下的修改增量即可△Yii=^Yjj=yij,^Yij=^Yji=-yij其余的元素都不必修改。在网络的原有节点i、j之间切除一条导纳为yij的支路。这种情况可以当作是在i、j节点间增加一条导纳为一yij的支路来处理，因此,导纳矩阵中有关元素的修正增量为△Yii=^Yjj=—yij,^Yij=^Yji=yij.第五章同步发电机突然三相短路的物理过程电力系统发生短路故障时,大多数情况下作为电源的同步发电机不能看成无限大容量，其内部也存在暂态过程,因而不能保持其端电压和频率不变。所以一般在分析和计算电力系统短路时，必须计及同步发电机的暂态过程.由于发电机转子的惯量较大,在分析短路电流时可以近似地认为发电机转子保持同步转速，只考虑发电机的电磁暂态过程。同步发电机稳态对称运行时，电枢磁势的大小不随时间而变化，在空间以同步速度旋转，由于它与转子没有相对运动，因而不会在转子绕组中感应出电流。但是于电感回路的电流不能突变，定子绕组中必然有其它自由电流分量产生，从而引起电枢反应磁通变化。这个变化又影响到转子，在转子绕组中感生出电流，而这个电流又进一步影响定子电流的变化。定子和转子绕组电流的互相影响是同步电机突然短路暂态过程区别于稳态短路的显著特点，同时这种定、转子间的互相影响也使暂态过程变得相当复杂。非周期分量出现的原因、非周期分量取得最大值的条件及三相非周期分量电流起始值的关系答:非周期分量是为了维持短路瞬间电流不变而出现的自由分量；非周期分量取得最大值的条件是短路前空载，短路发生在电压瞬时值过零瞬间（在不计各元件电阻情况下）;三相非周期分量的起始值不同，如果短路前空载,则有三相非周期分量起始值之和为零,因为它们分别等于短路后瞬间各自所在相周期分量瞬时值的负值，由于三相周期分量对称,其瞬时值之和为零,所以三相非周期分量起始值之和为零。分析同步发电机三相短路时假定发电机磁路不饱和的目的是什么？答：当磁路不饱和时，发电机的各种电抗为常数，发电机的等值电路为等值电路，这就为分析中应用迭加原理创造了条件.同步发电机机端突然三相短路时,定子绕组电流中包含哪些电流分量？转子励磁绕组中包含哪些电流分量？阻尼绕组中包含哪些电流分量?它们的对应关系和变化规律是什么？答：定子电流中包含基频周期分量、非周期分量和倍频分量；转子励磁绕组中包含强制直流分量、自由非周期分量和基频交流自由分量；d轴阻尼绕组中包含非周期自由分量和基频交流自由分量；q轴阻尼绕组中仅包含基频交流分量。定子绕组中基频周期分量电流与d轴阻尼绕组、励磁绕组中的非周期分量相对应，并随着转子励磁绕组中非周期自由分量和d轴阻尼绕组中非周期分量的衰减而最终达到稳态值（与转子励磁绕组中强制直流分量相对应）；定子绕组中非周期分量和倍频分量与转子励磁绕组、阻尼绕组中的基频交流分量相对应，并随着定子绕组非周期分量和倍频分量衰减到零而衰减到零。同步发电机原始磁链方程中出现变电感系数的主要原因？解决方法?答：(1)转子的旋转是定，转子绕组间产生相对运动，在凸极机中有些磁通路径的磁导也随着转子的旋转作周期性变化,致使定，转子绕组间的互感应系数随着转子位置发生周期性变化。转子在磁路上致使分别对于d轴和q轴对称而不是随意对称的。转子的旋转也导致定子各绕组的自感和互感的周期性变化。解决方法:由于电机在转子的纵轴向和横轴向的磁导都是完全确定的，为了分析电枢磁势对转子磁场的作用,可以采用双反应理论把电枢磁势分解为纵轴分量和横轴分量，这就避免了在同步电机稳态分析中出现变参数的问题。同步电机发生三相突然短路时,定子，转子绕组中各长生哪些电流分量，它们之间的关系如何，各按什么时间常数衰减同步电机发生三相突然短路时,定子绕组中将产生基频自由电流，非周期电流，倍频电流三种自由电流分量以及稳态短路强制分量；转子绕组除了有励磁电压产生的励磁电流这种强制分量外，还会相对产生自由直流和基频交流两种自由电流分量。这些电流分量的分析是以磁链守恒原则为基础的。在短路产生后，定子绕组中将同时出现2种电流:一种是基频电流，产生一个同步旋转地磁势对定子各相绕组产生交变磁链，用以抵消转子主磁场对定子各相绕组产生的交变磁链;另一种是直流，共同产生一个在空间静止的磁势，它对各相绕组分别产生不变的磁链，这样维持定子三相绕组的磁链初值不变。当转子旋转时，由于转子纵轴向和横轴向的磁阻不同，只有在恒定磁势上增加一个适当磁阻变化的具有两倍同步频率的交变分量，才可能得到不变的磁通。因此，定子三相电流中,还应有两倍同步频率的电流，与直流分量共同作用,才能维持定子绕组的磁链初值不变。突然短路后，定子电流将对转子产生强烈的纯去磁性的电枢反应.为了抵消电枢反应的影响，维持磁链不变，励磁绕组将产生一项直流电流.定子电流倍频分量所产生的两倍同步速的旋转磁场，也对转子绕组产生同步频率的交流磁链。为了抵消定子直流和倍频电流产生的电枢反应,转子绕组中将出现同步频率的电流。转子绕组中的这项基频电流也要反作用于定子.各种自由电流分量将随着时间逐步衰减，对于无阻尼绕组的电机和有阻尼绕组电机其衰减的时间常数有所不同。对于无阻尼绕组同步电机,定子自由电流的非周期分量按定子绕组的时间常数Ta衰减，同它有依存关系的定子电流倍频分量以及转子电流的基频分量也按照同一时间常数衰减；励磁绕组的自由电流以及同它有依存关系的定子基频电流的自由分量按照励磁绕组的时间常数Td'衰减.对于有阻尼绕组同步电机,定子自由电流的非周期分量按定子绕组的时间常数Ta衰减，同它有依存关系的定子电流倍频分量以及转子个绕组中基频电流的也按照同一时间常数衰减;定子横轴基频电流的自由分量同横轴阻尼绕组的自由直流对应，按照横轴阻尼绕组的时间常数Tq'衰减;定子纵轴基频电流的自由分量同励磁绕组和纵轴阻尼绕组的自由直流对应，可以近似分为按不同的时间常数衰减的两个分量，其中迅速衰减的分量称为次暂态分量，时间常数为Td''，衰减比较缓慢的分量称为暂态分量，其时间常数为Td'，且有Td'〉＞Td''。第十一章潮流计算三种节点PQ节点注入有功功率Pi和无功功率Qi是给定的。相当于实际电力系统中的一个负荷节点，或有功和无功功率给定的发电机母线。通常变电所都是这一类型的节点.PV节点（电压控制母线）有功功率Pi和电压幅值Ui为给定。这种类型节点相当于发电机母线节点，或者相当于一个装有调相机或静止补偿器的变电所母线。一般选择有一定无功储备的发电厂和具有可调无功电源设备的变电所为PV节点.平衡节点用来平衡全电网的功率。平衡节点的电压幅值Ui和相角6i是给定的，通常以它的相角为参考点，即取其电压相角为零。一个独立的电力网中只设一个平衡节点。一般选主调频发电厂为平衡节点.雅克比矩阵的特点：1矩阵中各元素是节点电压的函数,在迭代过程中，这些元素随着节点电压的变化而变化；2导纳矩阵中的某些非对角元素为零时,雅可比矩阵中对应的元素也是为零.若OijY，则必有OijJ；3雅可比矩阵不是对称矩阵潮流计算的约束条件答：（1）所有节点电压必须满足；（2）所有电源节点的有功功率和无功功率必须满足，；（3）某此节点之间电压的相位差应满足牛顿一拉夫逊法潮流计算基本原理牛顿一拉夫逊法实质上就是切线法，是一种逐步线性化的方法潮流计算的基本步骤答：（1）形成节点导纳矩阵。（2）设定节点电压的初值.（3）将各节点电压初值代入求得修正方程式中的不平衡量。（4）将各节点电压初值代入求雅可比矩阵的各元素。（5）求解修正方程式，求得各节点电压的增量。（6）计算各节点电压的新值，返回第3步进入下一次迭代,直到满足收敛判据为止。（7）最后计算平衡节点功率和线路功率、损耗.P-Q分解法潮流计算P-Q分解法师极坐标形式牛顿-拉夫逊法潮流计算的一种简化算法。这些简化只涉及修正方程的系数矩阵，并未改变节点功率平衡方程和收敛判据，因而不会降低计算结果的精度。第十五章同步运行状态:所有并联运行的同步电机都有相同的电角速度。表征运行状态的参数具有接近于不变数值。电力系统同步稳定性：电力系统在运行中收到微笑的或大的扰动后能否继续保持系统中同步电机间同步运行的问题称为电力系统同步稳定性。电力系统同步稳定性是根据受扰后系统中并联运行的同步发电机转子之间的相对位移角的变化规律来判断的，因此，这种性质的稳定性又称为功角稳定性.功角概念:功角在电力系统稳定问题的研究中占有特别重要的地位。它除了表示电势和电压之间的相位差,即表征系统的电磁关系之外，还表明了各发电机转子间的相对运动。功角特性：角度6为电势E与电压V之间的相位角.因为传输功率的大小与相位q角6密切相关，因此又称6为功角或功率角。传输功率与功角的关系P=f称为e(6)功角特性或功率特性.电力系统静态稳定性:电力系统在运行中收到微小扰动后吗，独立回复到它原来的运行状态的能力.判别系统在给定的平衡点运行时是否具有静态稳定：极限形式>0。暂态稳定:电力系统在正常运行时，收到一个大的扰动后，能从原来的运行状态，不失去同步地过度到新的运行状态，并在新运行状态下稳定的运行。惯性时间常数：反映发电机转子机械惯性的重要参数,是转子在额定转速下的动能的两倍除以基准功率。暂态稳定判据：可以用电力系统受大扰动后功角随时间变化的特性作为暂态稳定的判据。aa-r、.w.第十六章凸极式发电机功率特性：与隐极发电机不同，多了一项与发电机电势，即与励磁无关的两倍功角的正弦项，该项是由于发电机纵、横轴磁阻不同而引起的，故又称为磁阻功率.磁阻功率的出现，使功率与功角成非正弦关系。网络接线及参数对功率特性的影响1。串联电阻的影响：由于串联电阻的存在，发电机的功率特性P(6),与无电阻时相比，向上移动了E2/sina,向右移动了TOC\o"1-5"\h\zEqqa角。而系统的功率特性P(6)正好相反，向下移动了V2/sina，向左移动了Va角。2.并联电阻：由于a〈0,发电机的功率特性P向上移动了Eq2/sina,12Eq11但向左移动了一个的角度;而P则向下移动sina，向右移动了的角度。3。并V22联电抗：与未接电抗器时的极限P二相比，由于X>X，所以在电势E和电压VEqm12dEq与并联电抗接入前相同时，接入并联电抗将使功率极限减小。无调节励磁时发电机端电压的变化当不调节磁力而保持电势Eq不变时，随着发电机输出功率的缓慢增加，功角6也增大，发电机端电压V便要减小。直接联接两个不变电势节点间的输电系统G中任一点的电压,随着两个电势间的相角增大,其值均要减小，减小的程度取决于改点与两个电势间的电气距离。当两个不变电势大小相等时,两电势间的电气距离的中点，其电压减小最多。两个电势间的相角为0°或360°时，电气中点的电压最高;两电势间的相角为180°时，电器中点的电压最低。相角为180°时电压最低的点称为振荡中心。自动励磁调节器对功率特性的影响发电机装设自动励磁调节器后，当功角增大、V下降时，调节器将增大励磁电流，G使发电机电势Eq增大，直到端电压恢复（或接近）整定值V为止。由功率特性G0P二sin6可以看出，调节器使Eq随功角6增大而增大，故功率特性与功角6不再Eq是正弦关系了。它在6〉90。的某一范围内，仍然具有上升的性质。这是因为在6>90。附近，当6增大时，Eq的增大要超过sin6的减小.实际上，一般的励磁调节器并不能完全保持V不变，因而V将随功率P及功角6的增大而有所下降。GG但Eq则将随P及6的增大而增大。在实际计算中，可以根据调节器的性能，认为它能保持发电机内的某一个电势为恒定，并以此作为计算功率特性的条件（通常称为发电机的计算条件或叫维持电压的能力）复杂电力系统功率特性特点:1。任一发电机输出的电磁功率，都与所有发电机的电势及电势间的相对角有关，因而任一发电机运行状态的变化，都要影响到所有其余发电机的运行状态。2.任一发电机的功角特性，是它与其余所有发电机的转子间相对角的函数,是多变函数，因而不能在P-6平面上画出功角特性。同时公交极限的概念也不明确，一般也不能确定其功率极限。第十七章暂态稳定分析计算的基本假设？原因？基本假设1、忽略发电机定子电流的非周期分量和与它相对应的转子电流的周期分量.原因一方面由于定子非周期分量电流衰减时间常数很小，另一方面，所产生的转矩以同步频率作周期变化，其转矩近似为，所产生的转矩以同步频率作周期变化，其转矩近似为0，由于转子机械惯性较大，因而对转子整体相对运动影响很小.2、发生不对称短路故障时，不计零序和负序电流对转子运动的影响。原因负序分量平均转矩近似为0;零序不产生转矩。3、忽略暂态过程中发电机的附加损耗.原因这些附加损耗对转子的加速度有一定的制动作用,但其数值不大，忽略它们使计算结果略保守4、不考虑频率变化对系统参数的影响.原因：发电机的转速偏离同步转速不多，可以考虑频率变化对系统参数的影响引起电力系统大扰动的主要原因负荷的突然变化，如投入或切除大容量的用户等；切除或投入系统的主要元件，如发电机、变压器及线路等；(3)发生短路故障，短路故障扰动最严重，作为检验系统是否具有暂态稳定的条件。等面积定则答：当加速面积和减速面积大小相等时,转子动能增量为零，发电机重新恢复到同步速度.当不考虑振荡中的能量损耗时，可以再功角特性上，根据等面积定则简便地确定最大摇摆角6，并判断出系统稳定性•最大可能的减速面积大于加max速面积，是保持暂态稳定的条件。极限切除角当最大可能的减速面积小于加速面积时，如果减小切除角6,这既减小了加速面C积,又增大了最大可能减速面积。。这就有可能使原来不能保持暂态稳定的系统变成能保持暂态稳定了。如果在某一切除角时，最大可能的减速面积与加速面积大小相等，则系统处于稳定的极限情况。这个角度称为极限切除角6C・lim简单电力系统暂态稳定判断的极值比较法为了判断系统的暂态稳定性，还必须知道转子抵达极限切除角所用的时间，即所谓切除故障的极限允许时间(简称为极限切除时间t)若6<5,系统是暂c•limCC•lim态稳定的，若t0,与此相对应的用运行参数表示的稳定判据Eq为6<90°02。计阻尼作用时（1）综合阻尼系数D>0时，正阻尼当S>0,且D2>4ST/EqEqJ3时,系统是稳定的。通常称为过阻尼的情况。当S〉,但D2<4ST/NEqEqJ3时，是一个衰减的震荡，系统稳定。当S〈0时，系统不稳定，非周期失去NEq稳定。（2）D〈0,负阻尼，将是一个振幅不断增大的振荡•通常称为周期性的失去稳定，有时又称自发振荡。在D〈0导致自发振荡而失去稳定的过程中，发电机工作点在P—6平面上讲围绕平衡点作逆时针方向旋转.自动励磁调节器对简单系统静态稳定的影响.（1）比例式励磁调节器可以提高和改善系统静态稳定性。其扩大了稳定运行范围，发电机可以运行在SEq<0,即6〉90°的一定范围内，也增大了稳定极限功率，提高了输送能力。（2）具有比例式励磁调节器的发电机不能运行在SEq<0情况下。（3）放大倍数的整定值是应用比例式励磁调节器要特别注意的问题.（4）多参数的比例式调节器比单参数的优越。可以用其中的一个参数的调节（如按电流偏差调节）来扩大稳定域，而用另一个参数的调节（如按电压偏差调节）来提高功率极限，从而使稳定极限得到较大的增加。改进励磁调节器的几种途径由于发电厂没有近距离的负荷，发电机的端电压可以允许有较大的变动•这样，自动励磁调节器在电力系统中的主要作用便从维持发电机端电压、保证电能质量转变为提高电力系统稳定性了。励磁调节器可能会产生负阻尼效应，使得调节器的放大系数不能整定得过大，需要改进，目的是设法削弱和克服励磁调节器所产生的负阻尼效应，抑制和防止电力系统发生自发振荡.（1）对励磁调节系统进行参数补偿（2）按运行参数偏差的导数来调节励磁（3）开发新型的励磁调节系统静态稳定储备系数K的计算问题sm（P）为保证电力系统运行的安全性，不能允许电力系统运行在稳定的极限附近，而要留有一定的的裕度，这个裕度通常用稳定储备系统来表示。以有功功率表示的静态稳定储备系数为KP—P/PX100%正常方式下，需控制在10%〜20%之间;s（（P）slG0G0特殊方式或事故后运行方式，需控制±10%.实用上认为系统在不发生自发振荡的前提下，用dP/d5>0作为静态稳定判据来计算储备系数，这意味着用功率极限Pm来代替稳定极限P,改用K=P—P/PX100%计算K时，首先根据slsm（P）mG0G0sm（P）发电机装设的励磁调节器特性和整定的参数，确定发电机的计算条件，然后根据给定的运行方式,进行潮流计算，求出发电机的电势及此时的功率P，接着根据G0计算条件，计算功率特性和功率极限，最后用式子计算K，检验它是否满足sm（P）规定的要求。第十九章提高系统稳定性和输送能力的一般原则是：尽可能多地提高电力系统的功率极限；抑制自发振荡的发生；极可能减小发电机相对运动的振荡幅度。可以采取下面措施：1，改善电力系统基本元件的特性和参数2，采用附加装置提高电力系统稳定性3，改善电力系统运行方式以及其他措施改善电力系统基本元件的特性和参数：1，改善发电机及其励磁调节系统的特性2，改善原动机的调节特性3，减小变压器的电抗4，改善几点保护和开关设备的特性5，改善数电线路的特性（1提高输电线路的额定电压，2改变输电线结构以减小电抗）6，采用直流输电采用附加装置提高电力系统的稳定性1，输电线路采用串联电容补偿2，输电线路的并联电抗补偿3，输电线路设置开关站4，中继同步调相机5，变压器中性点经小阻抗接地；中性点经小电阻接地对稳定性的影响：中性点经小电阻接地时,功率特性中增加了一项固有功率,与此同时,由于接地电阻Rg的存在，零序组合阻抗增大，短路附加阻抗也增大，因而转移阻抗减小，从而功率特性的第二项的幅值也增大，这样,功率特性将向上和向左移动，功率极限提高了，有利于暂态稳定.变压器中性点接入小电抗后，可以增大零序组合电抗，从而增大X△，减小短路状态下的转移阻抗，提高功率特性。6，发电机采用电气制动;在系统发生短路故障后，有控制地在加速的发电机端投入电阻负荷，则可以增加发电机的电磁功率，产生制动作用从而达到提高暂态稳定的目的。这种做法称为电气制动，接入的电阻称为制动电阻改善运行条件以及其他措施:1，正确制定电力系统运行参数的数值2，合理选择电力系统的运行接线3，切除部分发电机及部分负荷4，高压直流数电功率的快速调节5，减小系统稳定破坏所带来的损失和影响