(完整word版)高等电力系统分析

，满足规划水平的大、小方式下潮流交换控制、调峰、调相、调压的要求等。为选择电网供电方案和电气设备提供依据。潮流计算还可以为继电保护和自动装置定整计算、电力系统故障计算和稳定计算等提供原始数据。在编制年运行方式时，在预计负荷增长及新设备投运基础上，选择典型方式进行潮流计算，发现电网中薄弱环节，供调度员日常调度控制参考，并对规划、基建部门提出改进网架结构，加快基建进度的建议。对运行中的电力系统，通过潮流计算可以预知各种负荷变化和网络结构的改变会不会危及系统的安全，系统中所有母线的电压是否在允许的范围以内，系统中各种元件（线路、变压器等）是否会出现过负荷，以及可能出现过负荷时应事先采取哪些预防措施等。正常检修及特殊运行方式下的潮流计算，用于日运行方式的编制，指导发电厂开机方式，有功、无功调整方案及负荷调整方案，满足线路、变压器热稳定要求及电压质量要求。电力系统故障分析中，附加阻抗与过渡阻抗有何区别？短路电流经变压器后相位变化，对距离保护有何影响？答：（1）定义：附加阻抗：简单不对称短路故障时，为保证短路点的正序分量电流与发生三相短路时的电流相等而在短路点每相中增加的一个阻抗值。过渡阻抗：电力系统中的短路一般都不是金属性的，而是在短路点存在过渡阻抗。短路点的过渡阻抗Zg是指当相间短路或接地短路时，短路电流从一相流到另一相或从相导线流入地的途径中所通过的物质的阻抗，这包括电弧、中间物质的阻抗，相导线与地之间的接触阻抗，金属杆塔的接地阻抗等。（2）短路电流经变压器后相位变化，将会影响保护安装处测量阻抗的计算结果，使阻抗角产生偏差，这个偏差可能会影响到保护对系统是否出现故障以及故障发生在区内或区外的判别，从而影响保护的正确动作。电网中f点发生两相接地短路，故障点正序、负序、零序等值阻抗分别为Zi、Z2、Z°过渡电阻为Zf。已知各台机组容量，根据运算曲线，计算任意t时刻短路电流，给出基本计算步骤。答：（1）已知故障点正序、负序、零序等值阻抗分别为Z1、Z2、Z0，过渡电阻为Zf，因为是两相接地短路则附加阻抗Zz2(Z03Zf)Z2Z03Zf（2）经过网络化简得到各电源对短路点f的转移阻抗Xif；（3）根据各电源容量由式XjsiXif匹求出各电源的计算电抗Xj9；Sb（4）由计算的运算电抗和任意时间，查运算曲线得到各机组送出的正序电流标幺值，由ltf（i）iItjsiSNi计算各机组正序电流的有名值ltf（1）i；v3UNf（5）求得短路点正序短路电流，即ltfiltf（i）i；X（x3X）（6）求故障点处电流：gMg⑴，其中M<3j'l——空——（02■oV（X（2）X（0）3Xf）输电线路短路后，同步发电机机械功率和电磁功率是否发生变化？同步调相机机械出力和电磁出力是否发生变化？解释其原因。答：输电线路短路后，由于电压降低，发电机发出的电磁功率降低。但是发电机的输入机械功率是由原动机的进气量或者进水量所决定的，不可能立即相应变化。从而使机械转矩大于电磁转矩，导致发电机转速上升产生失步。同步调相机没有原动机，没有机械负载。在短路瞬间由于惯性，转子转速保持不变，机械出力保持不变，短路瞬间，机端电压下降，调相机过励磁，输出滞后的无功。对于多机电力系统，发电机采用二阶模型，不考虑调速器和励磁系统，给出小扰动稳定分析的特征值算法。答：（1）状态方程发电机经典二阶模型:dtdtTJ(PT1)0EqU.sinXd，不考虑调速器和励磁系统,）n机系统有2n阶系数矩阵。将微分方程线性化得2n阶矩阵式发电机方程:dtd1严、""dTTJ(_^，即其中A是以各机组系数矩阵00为对角元的2n阶系数矩阵。（2）根据特征值判定系统的稳定性求得系数矩阵A的特征值：i（i=1、2•…2n）及其相应的左右特征向量若所有特征根均有负实部，则系统在相应的稳态工作点上受到小扰动时是稳定的；反之，若有一个或者多个根有正实部，则系统是不稳定的。若有一个零根或者一对纯虚根，而其他根均有负实部，则系统处于临界状态。根据典型水轮机和汽轮机的调速系统工作原理，比较其主要区别。答：（1）水（汽）轮机调速器的工作原理基本上就是将转速信号（机组频率）与电网频率（给定频率）进行对比，根据其差值来控制水轮机导水叶开度（汽轮机汽门开度）从而调节水（汽）轮机转速。水轮机调速器传递函数：aef汽轮机水轮机调速器传递函数:«ref（2）区别：水轮机调速系统和汽轮机调速系统主要区别在于水轮机引水管道水锤效应引起的水轮机动态特性恶化问题，可通过调速器中引入软反馈加以改善，而汽轮机调速系统则无软反馈环节。等面积定则用于直接判断暂态稳定。简要说明其计算步骤，以及与逐步积分方法的区别。答：（1）在简单模型及简单故障条件下用扩展等面积定则法进行暂态稳定分析步骤如下：（a）输入潮流计算结果，计算初始值；（b）形成系统故障前、故障时、故障切除后的节点导纳矩阵，分别追加负荷阻抗及发电机直轴暂态电抗支路并收缩到发电机内节点。（c）据扰动计算t=0+时各台电机的加速功率和惯性时间常数之比，决定可能的失稳模式（d）对每一种可能的失稳模式进行计算，计算故障后的功角特性参数、故障前稳定平衡点及故障后不稳定平衡点。计算故障切除时的等值转子角，进而计算稳定度进行稳定分析或者计算出对应的故障切除时间。（e）对上述各种可能的失稳模式中以稳定度或者故障切除时间最小值相应的失稳模式为最终的失稳模式，相应的稳定度和故障切除时间为该故障下系统的稳定裕度及临界切除时间。（2）与逐步积分法的区别：与传统的逐步积分法相比，等面积定则法计算速度快、可以给出稳定度，但是不能保证计算结果在绝大多数条件下的准确度和可靠性，即有时计算结果误差较大难以判别某一计算结果的可信度。给出静态电压稳定的主要分析方法及判据。答：目前静态电压稳定分析方法都是基于潮流方程或基于改进的潮流方程，其物理本质都是将电力网络传输功率的极限运行状态作为电压失稳的临界点。不同的是各种方法采用极限运行状态的不同特征作为临界点的判据。静态分析方法主要包括潮流多解法、灵敏度法、最大功率法、奇异值分析法、特征结构分析法和模态分析法、可行解域法等。潮流多解法：潮流的解往往是成对出现的，解的个数随着负荷水平的加重而减少，当系统接近极限运行状态时，将只存在两个解，即高电压解和低电压解，潮流雅可比矩阵趋于奇异，如果出现扰动，则可能使系统由高电压解转移至低电压解，发生电压崩溃，这样就可以根据潮流解的个数和多解之间的距离来估计系统接近临界点的程度。灵敏度法：灵敏度分析法根据潮流方程求解出的灵敏度矩阵性质来判断系统的电压稳定性。它利用系统状态变量或系统输出变量对控制变量之间的关系来进行研究。用以反映静态电压稳定的灵敏度指标，主要有反映节点电压随负荷变化的指标duL/dPL、duL/dQL；反映发电机无功功率随负荷功率变化的指标dQgj/dQu和dQgj/dPu;反映负荷节点电压同发电机节点电压变化的指标duLi/dugi等。最大功率法：最大功率法将电力网络向负荷节点输送功率的极限运行状态作为静态电压稳定的临界点，可以采用有功功率最大或无功功率最大作为判据。但是利用常规潮序来求取临界点将非常困难，其原因在于潮流雅可比矩阵在临界点处奇异，这将导致临界点及其附近的潮流计算不能收敛。奇异值分析法：利用潮流雅可比矩阵的最小奇异值作为电压稳定性指标，判断系统是否稳定，并利用最小奇异值的大小表示系统的电压稳定裕度。特征结构分析法：通过计算潮流雅可比矩阵的最小特征值和相应的特征向量，以最小模特征值作为系统接近电压不稳定的量度（稳定裕度），以最小模特征值对状态变量（如节点电压）的灵敏度来分析电压失稳的一些特征。模态分析法：通过计算降阶雅可比矩阵的少量特征值和特征向量，来识别系统中电压最易失稳的模式。可行解域法：电力系统在给定的系统结构及其参数和节点类型F下，如有一组确定的注入矢量YS（包括潮流方程的PQ节点的有功、无功功率注入，PV节点的有功功率注入、电压幅值以及平衡节点的电压），使得系统状态变量X有实数解，则称YS相对于F是可行的,使YsF（X）有实数解的注入矢量X的集合就称为潮流问题的可行解域。当确定系统运行状态的可行域后，只需要查看运行状态是否在可行域内即可判断系统的稳定性，并可以依据运行状态到可行域边界的距离，确定系统的稳定裕度和最危险的发展方向。给出静态稳定分析中相关因子（参与因子）的定义，解释其物理意义。答：（1）定义：静态稳定分析中相关因子是表征特征根与状态变量相关性的物理量。定义量度第k个状态量Xk同第i个特征根i的相关性的物理量，即相关因子Pki巴尖，式中,ViUiUki、Vki分别是左右特征向量矩阵U、V中的k行i列元素。（2）物理意义：由式XUZu,Z,u2Z2....uNZNc^u1eltc2u2e2t....cNuNeNt可知，Uki的幅值反映了Xk对i可观性的强弱。而若取VTU1，则有ZVTX。于是Vki越大，就反映了微小的Xk变化，可引起与i模式对应的解耦状态量乙的极大变化，从而Vki反映了Xk对i的可控性。Pki值的大小反映了Xk对i的可观性和可控性的强弱，是一个综合性指标，因此称Pki是Xk与i的相关因子，表征了特征根与状态变量的相关性。