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1、电气工程概论辅导资料十二主 题：第三章 电力系统及其自动化技术（第2节）学习时间：2012年12月17日12月23日内 容： 我们在这周主要学习第三章电力系统及其自动化技术的第二节电力系统分析概论，学习电力系分析的概念、内容、工具、发展等。第三章 电力系统及其自动化技术第二节 电力系统分析概论电力系统分析是运用数字仿真计算或模拟试验的方法，对电力系统的稳态方式和受到扰动后的暂态行为进行考察的分析研究。对规划、设计的电力系统，通过电力系统分析，可选择正确的系统参数，制定合理的电力系统方案；对运行中的电力系统，借助电力系统分析，可确定合理的运行方式，进行系统事故分析和预想，提出防止和处理事故的技术
2、措施。1.电力系统分析的内容 电力系统分析包括稳态分析、故障分析和暂态分析三方面内容。（1）电力系统稳态分析电力系统稳态分析主要研究电力系统稳态运行方式的性能，包括系统有功功率和无功功率的平衡，网络节点电压和支路功率的分布等，解决系统有功功率和频率调整，无功功率和电压控制问题。潮流计算是进行电力系统稳态分析的主要方法。潮流计算的结果可以给出电力系统稳态运行方式下各节点电压相量和各支路功率分布。通过调整系统运行方式的给定条件，进行必要的潮流计算，可以研究并从中选择经济上合理、技术上可行、安全可靠的运行方式，及时发现电力网元件如变压器和线路过负载、母线电压越限等异常工况并做出适当处理。潮流计算还是
3、考虑负载电流的短路电流计算和稳定计算的基础，为这些计算提供初始运行方式。潮流计算是按给定的电力系统接线方式、参数和运行条件，确定电力系统各部分稳态运行状态参量的计算。通常给定的运行条件有系统中各电源和负载节点的功率、枢纽点电压、平衡节点的电压和相位角。待求的运行状态参量包括各节点的电压及其相位角以及流经各元件的功率、网络的功率损耗等。潮流计算分为离线计算和在线计算两种方式。离线计算主要用于系统规划设计和运行中安排系统的运行方式，在线计算用于正在运行中的系统的经常监视及实时控制。电力系统潮流优化是指满足各种安全性约束的条件下合理安排电力系统运行方式，使总的运行费用最少或其他的目标(如网损等)最优
4、。典型的经济调度是以提高经济效益为主，而优化潮流则是一种可以综合安全性和经济性或某些目标的方法。在优化潮流数学模型中包括表示经济性或其他目标的目标函数，满足基本潮流要求的等式约束以及限制控制变量和状态变量的允许范围或时间要求的不等式约束。（2）电力系统故障分析电力系统故障分析主要研究电力系统中发生单一或多重故障(包括短路和非正常操作)时，故障电流、电压及其在电力网中的分布。短路电流计算是故障分析的主要内容。短路是处在运行中的线路或电气设备相与相之间或相与地之间发生的直接或经过外部阻抗的非正常连通。短路故障发生时，短路回路中将流过比正常方式负载电流大得多的短路电流，可能对电力系统造成严重危害。短
5、路电流计算的目的，是通过计算短路电流大小，确定短路故障的严重程度，选择电气设备参数，整定继电保护，分析系统中正序、负序及零序电流的分布，从而确定其对电气设备和系统的影响等。短路电流计算主要包括：工频周期分量短路电流计算；短路容量计算；短路电流的非周期分量计算；冲击电流与冲击系数计算等。短路电流计算以对称分量法为基础，将三相网络和元件参数转化为零、正、负(简写为012)三序网络参数。正序网中，同步发电机用次暂态电抗表示，变压器用漏电抗表示，输电线路用正序电抗表示。负序网中，同步发电机用负序电抗表示，变压器用漏电抗表示，输电线路用负序电抗 (=)表示。零序网中，变压器的零序电抗需根据变压器的结构及
6、一、二次绕组的接线方式确定，输电线路的零序电抗根据输电线的结构、地线型号、地线数、接地方式等决定，多回平行输电线路应计入零序互感的影响。序网络中电压、电流的关系，可用节点阻抗矩阵表示，也可用节点导纳矩阵表示。为了与潮流计算和暂态稳定计算相一致，大多采用节点导纳矩阵。短路电流计算广泛应用叠加原理，即短路时的电量值是正常方式和故障方式分别作用于电力网后的叠加值。 （3）电力系统暂态分析暂态稳定计算是指电力系统受到大干扰后稳定性的计算，亦称为大干扰稳定计算。电力系统暂态稳定是指系统受到大干扰后，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原有运行方式的能力。所谓大干扰是指电力系统受到短路故障，切除或
7、投入线路、发电机、负载，发电机失磁或者冲击性负载的作用。暂态稳定计算在电力系统规划和运行分析中占有重要位置。它不仅为规划系统的电源布局、网络接线、无功补偿和保护配置的合理性提供电力系统暂态稳定性的校核，为制定电力系统运行规程提供可靠的依据，而且可用于研究各种提高暂态稳定的措施并为继电保护和自动装置参数整定提供依据。电力系统暂态分析主要研究电力系统受到扰动后的电磁和机电暂态过程，包括电磁暂态过程分析和机电暂态过程分析。电磁暂态过程分析主要研究电力系统故障和操作过电压及谐振过电压，一次与二次系统相互作用的控制暂态过程，以及电力电子设备的快速暂态过程，为变压器、断路器等高压电气设备和输电线路的绝缘配
8、合和过电压保护的选择，降低或限制电力系统过电压技术措施的制定，以及电力电子控制设备的设计提供依据。机电暂态过程分析主要研究电力系统受到大扰动后的暂态稳定和受到小扰动后的静态稳定性能。其中暂态稳定分析是研究电力系统受到诸如短路故障，切除或投入线路、发电机和负载，发电机失去励磁或者冲击性负载等大扰动作用下，电力系统的动态行为和保持同步稳定运行的能力。为选择规划设计中电力系统的网络结构，校验和分析运行中电力系统的稳定性能和稳定破坏事故，制定防止稳定破坏的措施提供依据。静态稳定分析是研究电力系统受到小扰动后的稳定性能，为确定输电系统的输送功率，分析静态稳定破坏和低频振荡事故的原因，选择发电机励磁调节系
9、统、电力系统稳定器和其他控制调节装置的型式和参数提供依据。近年来，随着电力系统规模扩大和互联程度的提高，长过程稳定分析和电压稳定分析作为机电暂态过程分析的组成部分得到了进一步发展。2.电力系统分析的工具 电力系统分析的工具主要有网络分析仪、电力系统模拟装置、电子数字计算机及计算分析应用软件等。运用电子数字计算机计算分析软件对电力系统进行数值计算和仿真是电力系统分析的主要方法。随着计算机硬件和软件技术的进步，用计算机对电力系统进行分析的方法和应用软件得到迅速发展，在应用范围、分析计算的规模和速度等方面都达到了前所未有的程度。可以分析计算具有数千条甚至数万条母线和线路的电力系统的大型电力系统分析软
10、件已在实际电力系统分析中得到广泛应用。随着计算机技术的进步，采用先进数字处理技术的电力系统实时数字仿真装置于20世纪90年代后期开始得到迅速发展。然而由于计算速度和系统规模的限制，当前还只适合于小规模电力系统的仿真，用于电磁暂态过程的分析和继电保护等实际装置性能的校验等。3.电力系统分析方法的发展电力系统分析的理论研究和计算机的广泛应用，促进了电力系统分析方法的进步和发展。 理论研究成果为电力系统分析建立了坚实的理论基础，如1918年，C.L福蒂斯丘(C. L. Fotescue) 提出的对称分量法，将三相交流电力系统的三个相量分解为正序、负序、零序三序对称分量，用于三相交流电力系统不对称故障
11、和操作下电压、电流的计算，为现代电力系统网络分析提供了重要的方法依据。又如，20世纪20年代后期，R派克(RPark)在同步电机双反应理论的基础上，提出用dq0坐标系统表示的同步电机基本方程即派克方程。它描述了同步电机的电压、电流、磁链等电磁量与转矩、转速等机械量之间的相互关系，奠定了同步电机暂态分析的基础。电力系统分析方法的进步与电子数字计算机在电力系统分析中的应用密切相关。电力系统是规模巨大的网络系统，即使只计算超高压电力网，其网络节点数也会达到数以千计的程度。因此，如何快速、准确地求解网络问题的大规模方程式，是使用计算机分析电力系统的首要难题。20世纪60年代后期，发展了利用电力网络导纳
12、矩阵的稀疏性，配合电力网节点编号优化的程序技巧，既能使计算速度显著提高，又能节省计算机存储容量。这一网络方程的求解方法应用于电力系统潮流和稳定计算后，计算速度明显提高，解题能力大为增强，促使电力系统分析软件在20世纪60年代末至70年代初期间全面更新，推动了计算机在电力系统分析中更为广泛的应用。 20世纪90年代以来，电力系统发展迅速，给电力系统分析提出了若干新的课题，对电力系统分析方法和软件技术的进一步发展提出了新的要求：电力市场的发展趋势，改变了传统电力系统的运行管理模式，要求采用新的电力系统分析方法，并促使电力系统技术分析与经济分析相结合。电力电子技术在输电和配电领域中的应用，如灵活交流
13、输电装置的投入，要求电力系统机电暂态分析与电磁暂态分析相结合。大电网连锁反应事故的威胁，要求进行长过程稳定分析、电压稳定性分析，并与暂态稳定分析相结合。为实现大电网在线分析，要求研究更快速的分析方法，解决快速性与精确度的矛盾。电力系统中一、二次控制设备和系统的多样化，要求提供更精确的数学模型和自定义的建模方法。随着对电力系统分析准确性要求的提高，对分析所采用的模型精度和原始数据准确性的要求也越来越高。 本周要求掌握的内容如下：通过学习本周我们要了解电力系分析的概念、内容、工具、发展等，掌握电力系统分析中稳态分析、故障分析和暂态分析这三方面内容。习题（一）选择题1.（ ）是进行电力系统稳态分析的主要方法。A稳定计算B短路电流计算C潮流计算D以上选项均不正确答案：C2下列（ ）不是电力系统分析的内容。A稳态分析B故障分析C暂态分析D潮流分析答案：D（二）判断题1电力系统暂态分析包括电磁暂态过程分析和机电暂态过程分析。 （正确）2对称分量法奠定了同步电机暂态分析的基础。 （错误）第1页 共4页
