电力系统暂态稳定性的分析方法综述
摘要：随着电网规模扩大，电网动态特性更加复杂多变，发生由暂态失稳而引发的大停电事故更加频繁，因此加强对电力系统暂态稳定分析的研究具有重要意义。本文对目前电力系统暂态稳定分析方法的现有研究文献进行了调研和综述，指出了现有方法的优点和缺点，同时提出了今后暂态稳定分析法的发展方向。
关键词：电力系统；暂态稳定；稳定分析
引言：随着三峡电站的投产运行，全国联网、西电东送工程的实施，使得我国电网正朝着大电网、超高压、远距离、交直流并联输电方向快速发展。电网规模的扩大带来巨大经济效益的同时，也出现了新的技术问题，如：长距离弱联络线并列运行，形成输电瓶颈，降低了系统的稳定裕度，动态特性更加复杂多变。另外，电力市场竞争机制的引入，使得系统运行动态特性更加不可预测。同时，电网互联后，受扰动的影响而波及的范围会更广，更易引发大停电事故。研究表明，诸多大停电事故是由于暂态失稳而引发的。而目前的暂态稳定紧急控制策略多基于预想事故集而制定的。缺乏有效的在线稳定分析软件是错失紧急控制时机，从而引发大停电事故的重要原因之一。因此，加强研究大电网安全稳定性分析具有十分重要的意义。
1、暂态稳定分析方法评述
电力系统暂态稳定是指系统突然遭受大扰动后，能从原来的运行状态不失同步地过渡到新的稳定运行状态的能力。目前暂态稳定分析的基本方法主要有如下几类方法：
1、1时域法
时域法是将电力系统各元件模型根据元件拓扑关系形成全系统模型，这是一组联立的微分方程组和代数方程组，然后以稳态工况或潮流解为初值，求扰动下的数值解，即逐步求得系统状态量和代数量随时间的变化曲线，并根据发电机功角值大于某一特定阀值来判别系统能否在大扰动后维持暂态稳定运行。时域法具有广泛模型的适应性，但是由于需数值求解，计算速度慢；阀值的选取是通过工程实际经验得到的，缺乏理论依据；也不能给出稳定裕度。
1、2暂态能量函数法
暂态能量函数法的理论基础是李亚普洛夫稳定性定理，因此也称为拟李亚普洛夫直接法(简称直接法)。该方法是通过比较扰动结束时暂态能量函数值与系统临界稳定时的暂态能量值来判别系统稳定性的。由于暂态能量函数法中不计算实际系统故障后的发电机转子摇摆曲线，所以临界能量VCR都不是从临界轨迹获得的。由于临界能量VCR的确定方法不同,形成了不同的直接暂态稳定分析方法,国内外研究的比较多的暂态能量函数法主要有相关不稳定平衡点法(RUEP)、势能界面法(PEBS)、基于稳定域边界的主导UEP(BCU)法等。各种方法在计算VCR 时的近似都会带来误差。
(1)在RUEP法中，主导失稳模式的准确判别是有困难的。而且，实际多机
系统的运动轨迹并不经过RUEP点，所以用RUEP点的势能作为VCR,也有一定的误差。
(2)在PEBS法中，认为持续故障轨迹(代替临界轨迹)与势能界面相交的一点就近似地等于UEP，以该点的势能作为该故障位置的临界能量。而这种近似是有条件的，因此会带来误差。
(3)在BCU法中，是用经过主导UEP的恒值能量面(代替稳定流形)去近似出口点的。而且，与RUEP法类似，以偏差功率方程为零确定的主导UEP点的势能作为VCR是有误差的。
总之，直接法无需数值求解功角摇摆曲线，计算速度快，能给出稳定裕度。但是一般模型较简单，分析结果偏保守或乐观，且只能判别首摆稳定性。
1、3混合法
暂态能量函数法只考虑了简单模型的系统，对于复杂大系统的稳定评估无能为力，同时由于假设机械功率不变，只能对首摆稳定做出合理的评估。而这些缺点正是时域仿真法的优势所在。因此，人们又研究了联合时域仿真技术与直接法的一种方法，即混合法。在混合法中实施数值仿真至故障清除时间以外如同通常的时域仿真，在仿真过程中运用PEBS上的近似出口点得到一种近似的能量裕度而无需计算UEP，因此该法能提供稳定裕度，从而又弥补了时域法的不足，混合法得到了较快的发展。由于该法是两种方法的联合，具有二者的优缺点。其工程应用主要有二个方面的问题：一个是计算速度。由于引入了时域仿真计算，必须提高整个系统的计算速度。一个是稳定裕度的准确性。混合法中结合了直接法中稳定裕度的计算，直接法本身的一些近似和假设影响了稳定裕度计算的精度。
1、4扩展等面积(EEAC) 法
等面积法则从理论上较为完美地解决了单机－无穷大系统的暂态稳定评估问题，因此人们投入了大量的研究将其应用于多机系统中，其中以我国薛禹胜院士提出的EEAC法最为著名。EEAC法的基本思想是：在给定故障扰动下系统的机组分为临界机组和非临界机组两群，基于轨迹聚合和保稳变换，分别对这两群机组用等值机进行动态等效，进而又等值为单机－无穷大系统，从而可利用等面积法则评估系统的暂态稳定性。EEAC包括SEEAC、DEEAC和IEEAC三种形式。与直接法相比，EEAC法可实现多摆稳定性判别，但是它评估的正确性依赖于同调群的正确识别。
1、5人工智能法
时域仿真法、直接法、混合法、EEAC法都是基于电力系统数学模型和理论的暂稳评估方法，计算精度和速度难以协调。而人工智能方法可进行非模型的电力系统暂态稳定判别，具有在线计算速度快、容易生成决策用的启发规则等优点，因此与传统暂态稳定分析方法构成了良好的互补。目前，人工智能方法主要有：模式识别、模糊理论、神经网络、支持向量机法。有文献针对传统方法难以解决输入特征选择的问题，提出了一种利用多信息融合技术的支持相量机暂态稳定评估方法。但是人工智能法在实际应用中的困难是：难以获取大量的、准确的学习样本，而实际电力系统运行方式、扰动类型、扰动地点复杂多变，借助于模拟仿真得到的样本数据可能与电力系统实际运行情况不符合；缺乏在线自动学习的有效算法，难以从大量数据中提取有效信息。
1、6轨迹分析法
轨迹分析法雏形是在上世纪80年代提出根据数值仿真暂稳计算程序计算的
结果来确定发电机的稳定指标和失稳指标的方法。它的基本思想是由时域法计算出的轨迹信息计算相应的能量，利用能量分析的方法来定量描述发电机的稳定状况。但该法所构造的稳定指标过于粗糙，且缺乏理论分析。因此后来成熟的轨迹分析法是在时域法仿真得到的轨迹信息的基础上，深入分析这些轨迹信息背后的机理，然后提出相应的稳定性判据和稳定裕度。轨迹分析法的显著优点是无需求取临界能量值，但是由于结合了时域法，因此应用于复杂大系统时存在计算速度和计算精度相矛盾的问题。
2、结论与展望
综上所述，传统的暂态稳定分析方法虽然为电力系统的暂态稳定分析与控制做出很大的贡献，然而随着互联电网的动态特性更加复杂多变，分析和控制难度加剧，这些传统方法大多已不适应电网发展的需要，迫切需要针对互联电网现状的暂态稳定分析方法。目前，PMU(同步相量测量单元)测量技术的出现为暂态稳定分析的研究提供了新的契机。由多个PMU装置通过通讯设备互联就组成了WAMS(广域测量系统)，如今已陆续在我国电网中装设，未来几年有望在我国电网中得到普及。WAMS可提供实时动态轨迹信息，我认为，WAMS实测信息若能和轨迹分析法相结合，将具有实际应用前景。
参考文献
【1】腾福生.电力系统调度自动化和能量管理系统.—四川大学出版社。【2】刘天琪.现代电力系统分析理论与方法.—北京：中国电力出版社，2007。【3】何仰赞，温增银.电力系统分析.—华中科技大学出版社。
【4】王显平.电力系统故障分析—北京:中国电力出版社
第一章 1.短路的概念和类型 概念：指一切不正常的相与相与地（对于中性点接地的系统）之间发生通路或同一绕组之间的匝间非 正常连通的情况。类型：三相短路、两相短路、两相接地短路、单相接地短路。 2.电力系统发生短路故障会对系统本身造成什么危害？ 1）短路故障是短路点附近的支路中出现比正常值大许多倍的电流，由于短路电流的电动力效应，导体间将产生巨大的机械应力，可能破坏导体和它们的支架。 2）比设备额定电流大许多倍的短路电流通过设备，会使设备发热增加，可能烧毁设备。 3）短路电流在短路点可能产生电弧，引发火灾。 4）短路时系统电压大幅度下降，对用户造成很大影响。严重时会导致系统电压崩溃，造成电网大面积停电。 5）短路故障可能造成并列运行的发电机失去同步，破坏系统稳定，造成大面积停电。这是短路故障的最严重后果。 6）发生不对称短路时，不平衡电流可能产生较大的磁通在邻近的电路内感应出很大的电动势，干扰附近的通信线路和信号系统，危及设备和人身安全。 7）不对称短路产生的负序电流和电压会对发电机造成损坏，破坏发电机的安全，缩短发电机的使用寿命。3．同步发电机三相短路时为什么进行派克变换？ 目的是将同步发电机的变系数微分方程式转化为常系数微分方程式，从而为研究同步发电机的运行问 题提供了一种简捷、准确的方法。 4.同步发电机磁链方程的电感系数矩阵中为什么会有变数、常数或零？ 变数：因为定子绕组的自感系数、互感系数以及定子绕组和转子绕组间的互感系数与定子绕组和转子绕 组的相对位置θ角有关，变化周期前两者为π，后者为2π。根本原因是在静止的定子空间有旋转的转子。 常数：转子绕组随转子旋转，对于其电流产生的磁通，其此路的磁阻总不便，因此转子各绕组自感系数 为常数，同理转子各绕组间的互感系数也为常数，两个直轴绕组互感系数也为常数。 零：因为无论转子的位置如何，转子的直轴绕组和交轴绕组永远互相垂直，因此它们之间的互感系数 为零。 5.同步发电机三相短路后，短路电流包含哪些分量？各按什么时间常数衰减？ 1）定子短路电流包含二倍频分量、直流分量和交流分量；励磁绕组的包含交流分量和直流分量；D轴 阻尼绕组的包含交流分量和直流分量；Q轴阻尼包含交流分量。 2）定子绕组基频交流分量、励磁绕组直流分量和阻尼绕组直流分量在次暂态时按Td’’和Tq’’衰减，在暂 态情况下按Td’衰减；定子绕组的直流分量、二倍频分量和励磁绕组交流分量按Ta衰减。 6.用物理过程分析同步发电机三相短路后各绕组短路电流包含哪些分量？ 短路前，定子电流为iwo，转子电流为ifo；三相短路时，定子由于外接阻抗减小，引起一个强制交流 分量△iw，定子绕组电流增大，相应电枢反应磁链增大。励磁绕组为保持磁链守恒，将增加一个直流分 量△ifɑ，其切割定子使定子产生交流分量△iw’。 定子绕组中iwo，iw，iw’不能守恒，所以必产生一个脉动直流，可将其分解为恒定直流分量和二倍频 交流分量。由于励磁绕组切割定子绕组磁场，因此励磁绕组与定子中脉动直流感应出一个交变电流△ifw。 又因为D轴阻尼与励磁回路平行，所以同样含有交流分量和直流分量。 由于假设定子回路电阻为零，定子基频交流只有直轴方向电枢反应因此Q轴绕组中只有基频交流分量 而没有直流分量。 第四章 1.额定转速同为3000转/分的汽轮发电机和水轮发电机，哪一个启动比较快？ 水轮发电机启动较快。 2.水轮机的转动惯量比汽轮机大好几倍，为什么惯性时间常数Tj比汽轮机小？ 水轮机极对数多于汽轮机的极对数，由n=60f/p得水轮机的额定转速小于汽轮机的转速，又因为惯性时 间常数为Tj=2.74GD2n2/（1000S B），所以T正比于n2，所以水轮机的Tj比汽轮机小。 3.什么是电力系统稳定性？什么是电力系统静态稳定、暂态稳定？区别？ （1）电力系统稳定性：指当电力系统在某一运行状态下突然受到某种干扰后，能否经过一定时间后又
三．简答题：（每小题5分，共25分） 1、对电力系统的基本要求是什么？ 2、对调频电厂的基本要求是什么？什么电厂最适宜担负系统调频电厂？ 3、什么叫功率分点？标出下图所示电力系统的功率分点。 4、在下图所示的电路中，变压器的实际变比如图所示，并联运行的两台变压器中有无循环 功率存在？为什么？如果循环功率存在的话，请指出循环功率的方向。 5、在无功电源不足引起电压水平普遍偏低的电力系统中，能否通过改变变压器变比调压？ 为什么？ 四．计算题：（共50分） 1、某35KV电力系统采用中性点经消弧线圈接地的运行方式，已知35KV线路长度为100公里，线路每相的对地电容为，单相接地时流过接地点的电流为3.6安培，求消弧线圈的 电感值。（10分） 2、110kv降压变压器铭牌数据为： ①计算变压器的参数（归算到110KV侧）； ②画出变压器的形等值电路。（10分） 3、某地方电力网的等值电路如下图，有关参数均已标于图中，求网络的初步功率分布标出 其功率分点，并计算其经济功率分布。（10分） 4、联合电力系统的接线图及参数如下，联络线的功率传输限制为300MW，频率偏移超出才进行二次调频，当子系统A出现功率缺额200MW时，如系统A不参加一次调频，联络线 的功率是否越限？（10分）
5、某降压变电所装有一台容量为10MVA，电压为的变压器。已知：最大负荷时变压器高压侧电压为114KV，归算到高压侧的变压器电压损耗为5KV；最小负荷时变压器高压侧电压为115KV，归算到高压侧的变压器电压损耗为3KV。现要求在低压母线上实行顺调压（最大负荷时要求电压不低于线路额定电压的倍；最小负荷时要求电压不高于线路额定电压的 倍），试选择变压器的分接头。（10分） 三．简答题：（每小题5分，共25分） 1、答：对电力系统的基本要求有：满足用户对供电可靠性的要求（2分）；具有良好的电能质量（2分）；电力系统运行的经济性要好（1分）。（意思对即可得分） 2、答：对调频厂的基本要求是①具有足够的调节容量；（1分）②调节速度要快；（1分） ③调节过程的经济性要好（1分）。具有调节库容的大型水电厂最适宜作为调频电厂（2分）。 3、答：电力系统中如果某一负荷点的负荷功率由两侧电源供给，则该负荷点就是功率分点，功率分点又分为有功功率分点和无功功率分点（3分），分别用“▼”和“▽”标注。图示电力系统中负荷点2为有功功率分点（1分），负荷点3为无功功率分点（1分）。 4、答：有循环功率存在（3分）。因为上述网络实际上是一个多电压等级环网，两台变压 器的变比不匹配（如取绕行方向为顺时针方向，则,所以存在循环功率（1分）；循环功率的方向为逆时针方向（1分）。 5、答：不能（3分），因为改变变压器的变比并不能改善电力系统无功功率平衡状态（2分）。 四．计算题：（共50分） 1、解： 单相接地短路时的原理电路图和相量图如下：
1、电力系统的结线方式及特点？ 答：无备用结线：单回路放射式、干线式、链式网络；优点是简单、经济、运行方便。缺点是供电可靠性差，不适用于一级负荷占很大比重的场合。有备用结线：双回路放射式、干线式、链式、环式和两端供电网络；优点是供电可靠性和电压质量高。缺点是可能不够经济。 2、电力系统中性点的运行方式有哪些？我国电力系统中性点的运行方式如何？ 答：中性点分为两类:即直接接地和不接地；在我国，110KV 及以上的系统中性点直接接地，60KV 以下的系统中性点不接地。 3、什么叫分裂导线？为什么要用这种导线？ 答：分裂导线又称复导线，就是将每相导线分成若干根，相互保持一定距离。这种分裂导线可使导线周围的电、磁场发生很大变化，减少电晕和线路电抗，但线路电容也将增大。 4、架空线路全换位的作用？ 答：架空线路使用的绝缘子是分针式和悬式两种；作用是减少三相数的不平衡。 5、一条110kV 架空线路长150km ，导线为150-LGJ ，导线的直径为16.72mm ，水平排列，导线间距为 4m 。 试求线路单位长度的电阻、电抗和电纳，画出等值电路图； 6、1）画出变压器Γ型等值电路模型写出出参数计算公式；（2）画出变压器π型电路模型并写出参数计算公式。 7、系统接线如图所示，如果已知变压器1T 归算至121kV 侧的阻抗为2.95+j 48.7Ω，2T 归算至110kV 侧的阻抗为Ω+4.4848.4j ，3T 归算至35kV 侧的阻抗为Ω+188.9127.1j ，输电 线路的参数已标于图中，试分别作出元件参数用有名值和标么值表示的等值电路。 6 T 2 10kV T 1T 3 110kV 35kV 10kV 习题8图 31.5MV A 10.5/121kV 20MV A 110/38.5kV 10MV A 35/11kV 6.6+j8Ω 10.5+j20.8Ω 1 ～ 2 3 4 5
一、绪论 1.电力系统的运行状态由运行参量来描述，运行参量包括：功率，电压，电流， 频率以及电动势向量间的角位移等。 2.电力系统的运行状态有两种：稳态和暂态。 3.暂态过程分为机电过程和电磁过程。其中机电过程是由于机械转矩和电磁转 矩（或功率）之间的不平衡引起的。 4.电磁暂态过程主要分析短路故障后电网电流，电压的变化；机电过程（稳定 问题）主要分析发电机组转子的运动规律。 第一章电力系统故障分析的基本知识 1.短路，是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地之间的连接。 2.三相系统中短路的基本类型：三相短路接地；两相短路接地；两相短路；单 相短路接地。 3.三相短路时三相回路依旧是对称的，故称为对称短路；其他几种短路均使三 相回路不对称，故称为不对称短路。 4.产生短路的主要原因：电气设备载流部分的相间绝缘或相对地绝缘被损坏。 5.短路对电力系统的危害（电源——线路——负荷） 一、短路电流的热效应会引起导体和绝缘的损坏；有短路电流流过时导体 会受到很大的冲击力的作用；短路点的电弧可能会烧坏电气设备。 二、短路会引起电网的电压降低，使异步电机（最主要的电力负荷）的电磁 转矩降低，电机转速减慢甚至停转，从而造成产品的报废和设备的损坏。 三、系统中发生短路相当于改变了电网结构，会引起系统中功率分布的变化， 使发电机的输入输出功率不平衡，引起发电机失去同步，破坏系统的稳 定性。 四、对通信系统产生干扰。 6.如何降低短路电流发生的概率 一、线路始端添加电抗器 二、添加继电保护装置 三、添加自动重合闸装置 7.短路计算的目的
一、电气设备的合理选择 二、继电保护装置的计算与整定 三、电力系统接线方式的合理选择 8.电抗器在电力系统中用来限制短路电流，而不是变换能量。 9.平均额定电压（kV） 10.无限大功率电源：电源电压幅值和功率均为恒定的电源。 一、电源功率无限大：外电路发生短路引起的功率改变对于电源来说可以 忽略不计。 二、无限大功率电源可以看作是无数个有限大功率电源并联而成，内阻抗 为零，电源电压保持恒定。 11.若供电电源内阻抗小于短路回路总阻抗的10％时，则可以认为供电电源为无 限大功率电源 12.无限大功率电源三相短路电流的表达式； 13.短路电流的直流分量； 14.短路电流的交流分量。
1、无限大功率电源的特点是什么？无限大功率电源供电情况下，发生三相短路时，短路电流中包含有哪些电流分量，这些电流分量的变化规律是什么？ 答：无限大功率电源的特点是频率恒定、端电压恒定；短路电流中包含有基频交流分量（周期分量）和非周期分量；周期分量不衰减，而非周期分量从短路开始的起始值逐渐衰减到零。 2、中性点直接接地电力系统，发生概率最高的是那种短路？中性点直接接地电力系统发生概率最高的是单相接地短路；对电力系统并列运行暂态稳定性影响最大是三相短路。 3、输电线路装设重合闸装置为什么可以提高电力系统并列运行的暂态稳纵向故障 纵向故障指电力系统断线故障（非全相运行），它包括一相断线和两相断线两种形式。 2、负序分量 是三相同频不对称正弦量的分量之一其特点是三相辐值相等频率相同、相位依次相差1200、相序为C －B －A －C 。 4、转移阻抗 转移阻抗是在经网络等效变换消去除短路点和电源节点后，所得网形网络中电源节点与短路点之间的连接阻抗。 5、同步发电机并列运行的暂态稳定性 答：同步发电机并列运行的暂态稳定性指受到大干扰作用后，发电机保持同步运行的能力，能则称为暂态稳定，不能则称为暂态不稳定。 6、等面积定则 答：在暂态稳定的前提下，必有加速面积等于减速面积，这一定则称为等面积定则。 8、在隐极式发电机的原始磁链方程中，那些电感系数是常数？哪些是变化的？变化的原因是什么？ 答：在隐极式发电机的原始磁链方程中，转子各绕组的自感系数、转子绕组之间的互感系数、定子绕组的自感系数、定子各绕组之间的互感系数均为常数；定子三相绕组与转子各绕组之间的互感系数是变化的，变化的原因是转子旋转时，定子绕组和转子绕组之间存在相对位置的周期性改变。 9、提高电力系统并列运行静态稳定性的根本措施是什么？具体措施有那些？ 答：提高电力系统并列运行静态稳定性的根本措施是缩短“电气距离”，具体的措施有： 1）采用分裂导线2）线路串联电力电容器；3）采用先进的励磁调节装置；4）提高输电线路的电压等级； 5）改善系统结构和选择适当的系统运行方式； 10、简单电力系统同步发电机并列运行暂态稳定的条件是什么？ 简单电力系统同步发电机并列运行暂态稳定的条件是受扰运动中加速面积小于最大减速面积。 11、转移电抗与计算电抗有何异同？ 答：相同点是：转移电抗和计算电抗都是网络经化简消去除电源点和短路点之外的所有节点后，连接短路点与电源点的电抗标幺值。不同的是：转移电抗是以统一的功率基准值BS 为基准的电抗标幺值；计算电抗是以电源的额定容量NS 为基准的电抗标幺值。 12、简述应用对称分量法计算不对称短路故障处短路电流的步骤。 答：（1）绘制三序等值电路，计算三序等值电路参数； ② 对三序等值电路进行化简，得到三序等效网络（或三序电压平衡方程）； ③ 列故障处边界条件方程； ④ 根据边界条件方程绘制复合序网，求取故障处基本相的三序电流分量（或利用三序电压方程和边界条件方程求解故障处基本相三序电流分量） ⑤ 利用对称分量法公式，根据故障处基本相三序电流分量求故障处各相电流。 2、短路的危害 答：短路的主要危害主要体现在以下方面： 1）短路电流大幅度增大引起的导体发热和电动力增大的危害； 2）短路时电压大幅度下降引起的危害； 3）不对称短路时出现的负序电流对旋转电机的影响和零序电流对通讯的干扰。 1、短路电流最大有效值出现在（1）。A 、短路发生后约半个周期时； 2、利用对称分量法分析计算电力系统不对称故障时，应选（2）相作为分析计算的基本相。B 、特殊相 3、关于不对称短路时短路电流中的各种电流分量，下述说法中正确的是（3）。C 、短路电流中除非周期分量将逐渐衰减到零外，其它电流分量都将从短路瞬间的起始值衰减到其稳态值。 4、不管电力系统发生什么类型的不对称短路，短路电流中一定存在（2）。 B 、正序分量和负序分量； 5、在简单电力系统中，如某点的三序阻抗021∑∑∑==Z Z Z ,则在该地点发生不同类型短路故障时，按对发电机并列运行暂态稳定 性影响从大到小排序，应为（2）。B 、三相短路、两相短路接地、两相短路、单相接地短路； 6、发电机－变压器单元接线，变压器高压侧母线上短路时，短路电流冲击系数应取（2）。B 、1.8； 7、电力系统在事故后运行方式下，对并列运行静态稳定储备系数(%)P K 的要求是（）。C 、(%)P K ≧10。 8、下述各组中，完全能够提高电力系统并列运行暂态稳定性的一组是（2）。 B 、变压器中性点经小电阻接地、线路装设重合闸装置、快速切除线路故障； 9、对于三相三柱式变压器，其正序参数、负序参数和零序参数的关系是（2）。 B 、正序参数与负序参数相同，与零序参数不同； 10、分析计算电力系统并列运行静态稳定性的小干扰法和分析计算电力系统并列运行暂态稳定性的分段计算法，就其实质而言都是为
单项选择题 1、短路电流最大有效值出现在（1）。A 、短路发生后约半个周期时； 2、利用对称分量法分析计算电力系统不对称故障时，应选（2）相作为分析计算的基本相。B 、特殊相 3、关于不对称短路时短路电流中的各种电流分量，下述说法中正确的是（3）。 C 、短路电流中除非周期分量将逐渐衰减到零外，其它电流分量都将从短路瞬间的起始值衰减到其稳态值。 4、不管电力系统发生什么类型的不对称短路，短路电流中一定存在（2）。 B 、正序分量和负序分量； 5、在简单电力系统中，如某点的三序阻抗021 ∑∑∑==Z Z Z ,则在该地点发生不同类型短路故障时，按对发电机并列运行暂态稳定性影响从 大到小排序，应为（2）。B 、三相短路、两相短路接地、两相短路、单相接地短路； 6、发电机－变压器单元接线，变压器高压侧母线上短路时，短路电流冲击系数应取（2）。B 、1.8； 7、电力系统在事故后运行方式下，对并列运行静态稳定储备系数(%)P K 的要求是（3）。C 、(%)P K ≧10。 8、下述各组中，完全能够提高电力系统并列运行暂态稳定性的一组是（2）。 B 、变压器中性点经小电阻接地、线路装设重合闸装置、快速切除线路故障； 9、对于三相三柱式变压器，其正序参数、负序参数和零序参数的关系是（2）。 B 、正序参数与负序参数相同，与零序参数不同； 10、分析计算电力系统并列运行静态稳定性的小干扰法和分析计算电力系统并列运行暂态稳定性的分段计算法，就其实质 而言都是为了求（1）。A 、t -δ 曲线 1、计算12MW 以上机组机端短路冲击电流时，短路电流冲击系数应取（2）。 B 、1.9； 2、发电机三相电压为：)sin(αω+=t U u m a 、)120sin(0-+=αωt U u m b ，)120sin(0++=αωt U u m c ，如将短路发生时刻 作为时间的起点（0=t ） ，当短路前空载、短路回路阻抗角为800（感性）时，B 相短路电流中非周期分量取得最大值的条件是（2） B 、0110=α； 3、具有阻尼绕组的凸极式同步发电机，机端发生三相短路时，电磁暂态过程中定子绕组中存在（1）。 A 、基频交流分量、倍频分量和非周期分量； 4、中性点直接接地系统中发生不对称短路时，故障处短路电流中（3）。 C 、可能存在，也可能不存在零序分量，应根据不对称短路类型确定。 5、在中性点直接接地的电力系统中，如电力系统某点不对称短路时的正序电抗、负序电抗和零序电抗的关系为)2()1() 0(22∑∑∑==Z Z Z ， 则该点发生单相接地短路、两相短路、两相短路接地和三相短路时，按故障处正序电压从大到小的故障排列顺序是（3）。 C 、单相接地短路、两相短路、两相短路接地、三相短路。 6、中性点不接地系统中，同一点发生两相短路和两相短路接地两种故障情况下，故障相电流的大小关系为（1）。 A 、相等； 7、电力系统中，f 点发生两相经过渡阻抗Z f 短路时，正序增广网络中附加阻抗?Z 为（2） B 、f Z Z +∑)2(； 8、电力系统两相断线时的复合序网在形式上与（1）的复合序网相同。A 、单相金属性接地短路； 9、电力系统的暂态稳定性是指电力系统在受到（2）作用时的稳定性。B 、大干扰； 10、切除双回输电线路中的一回，对电力系统的影响是（2）。 B 、既会降低电力系统并列运行的静态稳定性，也会降低电力系统并列运行的暂态稳定性； 判断： 1、变压器中性点经小电阻接地可以提高接地短路情况下电力系统并列运行的暂态稳定性。（√） 2、对称分量法不能用于非线性电力网的不对称短路分析。（√） 3、不管电力系统中性点采用什么样的运行方式，其零序等值电路都是一样的。（╳） 4、在)0()2() 1(∑∑∑==x x x 的情况下，三相短路与单相接地短路时故障相的短路电流相同，因此它们对于电力系统并列运行暂态稳定性的影 响也相同。（╳） 5、输电线路采用单相重合闸与采用三相重合闸相比较，单相重合闸更有利于提高单相接地短路情况下电力系统并列运行的暂态稳定性。（√）
电力系统稳态分析(陈珩) 作业答案 标准化文件发布号：（9312-EUATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
第一章电力系统的基本概念 1．思考题、习题 1-1．电力网、电力系统和动力系统的定义是什么 答：由变压器、电力线路等变换、输送、分配电能设备所组成的网络称为电力网。 把生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起组成的整体称为电力系统。 发电厂的动力部分和电力系统合在一起称为动力系统。 1-2．对电力系统运行的基本要求是什么 答：（1）保证可靠地的持续供电（2）保证良好的电能质量（3）保证系统运行的经济性。（4）环保性。 1-3．何为电力系统的中性点其运行方式如何它们有什么特点我国电力系统中性点运行情况如何 答：星型连接的变压器或发电机的中性点就是电力系统的中性点。中性点的运行方式有直接接地和不接地以及中性点经消弧线圈接地。 直接接地供电可靠性低。系统中一相接地，接地相电流很大，必须迅速切除接地相甚至三相。不接地供电可靠性高，对绝缘水平的要求也高。系统中一相接地时，接地相电流不大，但非接地相对地电压升高为线电压。 我国110kV及以上的系统中性点直接接地，60kV及以下系统中性点不接地。 1-4．中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时，各相对地电压有什么变化单相接地电流的性质如何怎样计算 中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时，接地相电压为0，非接地相电压升高 倍，即升高为线电压。单项接地电流为容性。接地相的对地电容电流应为其 倍非接地相对地电容电流，也就等于正常运行时一相对地电容电流的3倍。（可画向量图来解释） 1-5．消弧线圈的工作原理是什么补偿方式有哪些电力系统一般采用哪种补偿方式为什么 消弧线圈就是电抗线圈。中性点不接地系统中一相接地时，接地点的接地相电流属容性电流，通过装消弧线圈，接地点的接地相电流中增加了一个感性分量，它和容性电流分量相抵消，减小接地点的电流。使电弧易于熄灭，提高了供电可靠性。
第一章 电力系统故障分析的基础知识 1.(短路)故障 电力系统中相与相之间或相与地之间的非正常连接 类型 横向故障：短路故障；纵向故障：断线故障 危害 (1)短路时，由于回路阻抗减小及突然短路时的暂态过程，使短路电流急剧增加（短路 点距发电机电气距离愈近，短路电流越大） (2)短路初期，电流瞬时值最大，将引起导体及绝缘的严重发热甚至损坏;同时电气设备 的导体间将受到很大的电动力，可能引起导体或线圈变形以致损坏 (3)引起电网电压降低，靠近短路点处电压下降最多，影响用户用电设备的正常工作 (4)改变电网结构，引起系统中功率分布的变化，从而导致发电机输入输出功率的不平 衡，可能引起并列运行的发电机失去同步，破坏系统稳定，造成系统解列，引起大 面积停电（短路造成的最严重后果） (5)短路不平衡电流产生不平衡磁通，造成对通信系统的干扰 2.标幺值的计算 P6 3.无穷大功率电源 电源的电压和频率保持恒定，内阻抗为零 三相短路电流分量(1)稳态对称交流分量(2)衰减直流分量（衰减时间常数T a =L/R ，空载条件下短 路角满足/α - ? /=90 ? 时，直流分量起始值最大） 短路冲击电流 i M = K M I m ，K M :冲击系数 K M =1~2 短路电流最大有效值 ()2M m M 1-K 212 I +=I ； K M =1.8时，??? ??=252.1m I I M ；K M =1.9时，??? ? ?=262.1m I I M 第二章 同步发电机突然三相短路分析 1.三相短路电流分量 定子侧：直流分量，(近似)两倍基频交流分量，基频交流分量（两个衰减时间常数，暂态T d ''、次暂态T d '）转子侧：直流分量，基频交流分量 （暂态过程中，定子绕组中基频交流分量和转子中直流分量衰减时间常数相同，定子侧直流分 量和转子中基频交流分量衰减时间常数相同） 2.分析中引入的物理量及其物理意义 P27-P34 3.基频交流分量初始值的推导 (1)空载P34(2)负载P41 4.Park 变换 交流量→对称直流分量 将静止的abc 三相绕组中的物理量变换为旋转的dq0等值绕组中的物理量 5.空载短路电流表达式 P68 式(2-131) ()()000000'002t cos 1'12cos 1'12t cos 'θθθ+??? ??--??? ??+-+??????+??? ??-=---a a d T t q d q T t q d q d q T t d q d q a e x x E e x x E x E e x E x E i 6.自动调节励磁装置对短路电流的影响 自动调节励磁装置的动作将会使短路电流的基频交流分量增大，但由于励磁电流的增加是 一个逐步的过程，因而短路电流基频交流分量的初始值不会受到影响 第三章 电力系统三相短路电流的实用计算 1.简单系统短路电流交流分量初始值计算P82 2.计算机计算复杂系统短路电流交流分量初始值的原理及计算过程 P95 3.转移阻抗 即消去中间节点后网形网络中电源与短路点间的连接阻抗 第四章 对称分量法及电力系统元件的各序参数和等值电路 1.对称分量法 将三组不对称电流唯一地分解成三组对称的电流来处理 正序（1）：幅值相等，相位相差 ，a 超前b 负序（2）：幅值相等，相位与正序相反 零序（0）：幅值相位相同 ()()()()()()()()()?????++=++=++=021021021c c c c b b b b a a a a F F F F F F F F F F F F ()()()???? ????????????????=??????????0a 2a 1a 22c b a 1a 1a 111F F F a a F F F
中南大学CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 本科毕业论文(设计) 论文题目简单电力系统暂态稳定性计算与仿真 学生姓名李妞妞 指导老师 学院中南大学继续教育学院 专业班级电气工程及其自动化2014专升本 完成时间2016年5月1日
毕业论文（设计）任务书 函授站(点): 江西应用工程职业学院继续教育分院专业: 电气工程及其自动化 注：本任务书由指导教师填写并经审查后，一份由学生装订在毕业设计（论文）的封面之后，原件存函授站。
毕业设计（论文）成绩单
摘要 随着电力工业的迅速发展，电力系统的规模日益庞大和复杂，出现的各种故障，会给发电厂以及用户和电厂内的多种动力设备的安全带来威胁，并有可能导致电力系统事故的扩大，从技术和安全上考虑直接进行电力试验可能性很小，迫切要求运用电力仿真来解决这些问题，依据电网用电供电系统电路模型要求，因此，论文利用MATLAB 的动态仿真软件Simulink搭建了单机—无穷大电力系统的仿真模型，能够满足电网可能遇到的多种故障方面运行的需要。 论文以MATLAB R2009b电力系统工具箱为平台，通过SimPowerSyetem 搭建了电力系统运行中常见的单机—无穷大系统模型，设计得到了在该系统发生各种短路接地故障并故障切除的仿真结果。 本文做的主要工作有： （1）Simulink下单机—无穷大仿真系统的搭建 （2）系统故障仿真测试分析 通过实例说明，若将该方法应用到电力系统短路故障的诊断中，快速实现故障的自动诊断、检测，对于提高电力系统的稳定性具有十分重要的意义。 关键词:电力系统；暂态稳定；MATLAB；单机—无穷大；
第一章电力系统的基本概念 1．思考题、习题 1-1．电力网、电力系统和动力系统的定义是什么 答：由变压器、电力线路等变换、输送、分配电能设备所组成的网络称为电力网。 把生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起组成的整体称为电力系统。 发电厂的动力部分和电力系统合在一起称为动力系统。 1-2．对电力系统运行的基本要求是什么 答：（1）保证可靠地的持续供电（2）保证良好的电能质量（3）保证系统运行的经济性。（4）环保性。 1-3．何为电力系统的中性点其运行方式如何它们有什么特点我国电力系统中性点运行情况如何答：星型连接的变压器或发电机的中性点就是电力系统的中性点。中性点的运行方式有直接接地和不接地以及中性点经消弧线圈接地。 直接接地供电可靠性低。系统中一相接地，接地相电流很大，必须迅速切除接地相甚至三相。不接地供电可靠性高，对绝缘水平的要求也高。系统中一相接地时，接地相电流不大，但非接地相对地电压升高为线电压。 我国110kV及以上的系统中性点直接接地，60kV及以下系统中性点不接地。 1-4．中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时，各相对地电压有什么变化单相接地电流的性质如何怎样计算 中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时，接地相电压为0 倍，即升高为线电压。单项接地电流为容性。接地相的对地电容电流应为其它两非接地相电容电流之和， 倍非接地相对地电容电流，也就等于正常运行时一相对地电容电流的3倍。（可画向量图来解释） 1-5．消弧线圈的工作原理是什么补偿方式有哪些电力系统一般采用哪种补偿方式为什么 消弧线圈就是电抗线圈。中性点不接地系统中一相接地时，接地点的接地相电流属容性电流，通过装消弧线圈，接地点的接地相电流中增加了一个感性分量，它和容性电流分量相抵消，减小接地点的电流。使电弧易于熄灭，提高了供电可靠性。 补偿方式有欠补偿和过补偿，欠补偿就是感性电流小于容性电流的补偿方式，过补偿就是感性电流大于容性电流的补偿方式。电力系统一般采用过补偿方式。因为随着网络的延伸，电流也日益增大，以致完全有可能使接地点电弧不能自行熄灭并引起弧光接地过电压，所以一般采用过补偿。 1-6．目前我国电力系统的额定电压等级有哪些额定电压等级选择确定原则有哪些 答：我国电力系统的额定电压等级有3kV、6kV、10kV、35kV、60kV、110kV、154kV、220kV、330kV、500kV、750kV、1000kV。 额定电压等级选择确定原则有：用电设备的额定电压=系统额定电压。发电机的额定电压比系
电力系统暂态分析试卷（1） 一、（25分）简答 1．什么是电力系统短路故障？故障的类型有哪些？ 2．列出电力系统的各电压等级对应的平均额定电压？ 3．同步发电机三相短路时为什么要进行派克变换？ 4．分裂电抗的作用是什么？ 5．简述运算曲线法计算三相短路电流的步骤。 二、(15分)下图为一无穷大功率电源供电系统，设在K点发生三相短路，如果设计要求 通过电源的冲击电流不得超过30 KA,问并行敷设的电缆线路最多容许几条？ (K M=1.8) 三、(15分)某系统接线及各元件参数如上图所示，设在 f 点发生三相短路。若选S B=100 MV A，U B=U av，试计算： (1) 电源G及系统S对f 点的转移电抗x Gf、 x Sf。 (2) 如果根据运算曲线查得t = 0.2 秒时电源G的短路电流标么值为I G02.''=2.6， 则t = 0.2 秒时短路点总电流的有名值是多少？ 四、（10分）系统接线如图所示, 当f 点发生不对称接地短路故障时, 试作出相应的各序 等值网络。(略去各元件电阻和所有对地导纳及变压器励磁导纳)
五、（10分）如图所示系统，电抗为归算到统一基准值下的标么值（S B =100MVA ，U B =平均额定 电压），用正序等效定则计算以下各种情况短路时，短路点的A 相正序电流有名值，（1）三相短路；（2）A 相接地短路； 六、（10分）如图所示系统，求发电机电势E q 和静态稳定储备系数K p ？（注：图中参 数为归算到统一基准值下的标么值S B =100MV A ，U B =平均额定电压） 七、（15分）有一简单系统，已知发电机参数2.0='d x ，E? =1.2，原动机功率P T =1.5，线路 参数如图所示，无穷大电源电压000.1∠=c U ，如果开关K 突然合上，电容电抗Xc=0.3 试判断该系统能否保持暂态稳定?
1、某电力系统额定频率N f 为 50HZ ，负荷的频率静态特性 **2*3*0.20.40.30.1L P f f f =+++，试求： （1） 当系统频率为50HZ 时，负荷的调节效应系数*L K ； （2） 当系统运行频率为48HZ 时，负荷功率变化的百分数及此时的调节效应系数*L K 。 答： 2、如下图所示，某水电厂通过SFL1－40000/110升压变压器与系统连接，最大负荷与最小负荷时高压母线电压分别为及，要求最大负荷时低压母线的电压不低于10KV ，最小负荷时低压母线的电压不高于11KV ，试选择变压器分接头。 ~m in (1510)S j M VA =+~ max (2821)S j MVA =+(2.138.5)T Z j =+Ω 140000 S F L -2*2.5%/10.5kv ±(10~11)kv (112.09~115.45)kv 3、如图降压变压器的等效电路中，折算到一次侧的阻抗为(2.4440)T T R jX j +=+Ω。已知在 最大负荷和最小负荷时通过变压器的功率分别为~~ max min (2814)(106)S j MVA S j MVA =+=+，，一次侧的电压分别为1max 1min 110113U KV U KV ==和。求二次侧母线的变化不超过~的范围，试选择分接头。 2 1110(12*2.5%)/6.331.5kv kv MVA ± 4、110/11kV 降压变压器折算到一次侧的阻抗为(2.330)j +Ω，已知最大负荷和最小负荷时流
过变压器等效阻抗首端的功率分别为~ max(2412) S j MVA =+， ~ min(126) S j MVA =+，一次侧实 际电压分别为 1max 110 U kV =， 1min 112 U kV =。要求二次侧母线电压在最大负荷时不低于，最小负荷时不高于。确定变压器二次侧所需的无功补偿容量（电容器）。 5、电网结构如图所示，其额定电压为10KV。已知各节点的负荷功率及线路参数如下： ~ 2(0.30.2) S j MVA =+ ~ 3 (0.50.3) S j MVA =+ ~ 4 (0.20.15) S j MVA =+ 12(1.2 2.4) Z j =+Ω 23(1.0 2.0) Z j =+Ω 24(1.5 3.0) Z j =+Ω试作功率和电压计算。
实验三 电力系统暂态稳定分析 电力系统暂态稳定计算实际上就是求解发电机转子运动方程的初值问题，从而得出δ-t 和ω-t 的关系曲线。每台发电机的转子运动方程是两个一阶非线性的常微分方程。因此，首先介绍常微分方程的初值问题的数值解法。 一、 常微分方程的初值问题 （一）问题及求解公式的构造方法 我们讨论形如式（3-1）的一阶微分方程的初值问题 ?? ?=≤≤='00 )(),,()(y x y b x a y x f x y （3-1） 设初值问题（3-1）的解为)(x y ，为了求其数值解而采取离散化方法，在求解区间[b a ,]上取一组节点 b x x x x x a n i i =<<<<<<=+ 110 称i i i x x h -=+1（1,,1,0-=n i ）为步长。在等步长的情况下，步长为 n a b h -= 用i y 表示在节点i x 处解的准确值)(i x y 的近似值。 设法构造序列{}i y 所满足的一个方程（称为差分方程） ),,(1h y x h y y i i i i ??+=+ （3-2） 作为求解公式，这是一个递推公式，从（0x ，0y ）出发，采用步进方式，自左相右逐步算出)(x y 在所有节点i x 上的近似值i y （n i ,,2,1 =）。 在公式（3-2）中，为求1+i y 只用到前面一步的值i y ，这种方法称为单步法。在公式（3-2）中的1+i y 由i y 明显表示出，称为显式公式。而形如（3-3） ),,,(11h y y x h y y i i i i i ++?+=ψ （3-3） 的公式称为隐式公式，因为其右端ψ中还包括1+i y 。 如果由公式求1+i y 时，不止用到前一个节点的值，则称为多步法。 由式（3-1）可得 dy =dx y x f ),( （3-4） 两边在[i x ，1+i x ]上积分，得
科技大学 电力系统稳态分析课程设计 题目：基于MATLAB的电力系 统复杂潮流分析 学生：建峰 学号：1167130207 专业：电气工程及其自动化 班级：电气2011—2班 指导教师：景霞
摘要 电力系统潮流计算是电网分析的基础应用，是对复杂电力系统正常和故障条件下稳态运行状态的计算。给定电力系统的网络结构、参数和决定电力系统运行状况的边界条件，确定电力系统运行的方法之一是朝流计算。 MATLAB是一种交互式、面向对象的程序设计语言，广泛应用于工业界与学术界，主要用于矩阵运算．采用迭代法，通过建立矩阵的修正方程来依次迭代，逐步逼近真值来计算出电力网的电压，功率分布。 PQ分解法是极坐标形式牛顿-拉潮流计算的一种简化计算方法，。P—Q分解法通过对电力系统具体特点的分析，对牛顿法修正方程式的雅可比矩阵进行了有效的简化和改进。由于这些简化只涉及修正方程式的系数矩阵，并未改变节点功率平衡方程和收敛判据，因不会降低计算结果的精度。 用手算和计算机算法对其进行设计。使用MATLAB软件进行编程，在很大程度上节省了存，减少了计算量。通过对本题计算我们了解了一些工程计算和解决工程问题的方法。 关键词：潮流计算，PQ分解法，MATLAB
Electrical power system complex tidal current analysis based on MATLAB Power Flow Analysis Grid computing is the basis of applications, the complex power system under normal and fault conditions for the calculation of steady state operation. Given the power system network structure, parameters and decisions operation of the power system boundary conditions, to determine the method of operation of the power system is one of North Korea flow calculation. MATLAB is an interactive, object-oriented programming language, widely used in industry and academia, mainly for matrix calculation. Using iteration, the amendment through the establishment of matrix iterative equation to turn, gradually moving towards a true value to calculate the voltage electricity grid, power distribution. PQ decomposition method is the form of polar coordinates Newton - the widening trend of a simplified calculation method. P-Q decomposition method adopted by the specific characteristics of the power system analysis, Newton’s Law of the Jacobian matrix formula has effectively simplified and improved. As a result of these simplified formula that involves only the coefficient matrix, the balance of power has not changed node equations and the convergence criterion, because the results will not reduce the accuracy. Use MATLAB software programming, saving memory to a large extent, reduce the amount of computation. By this calculation we understand that a number of engineering calculation and solve engineering problems
电力系统暂态稳定分析方法综述 摘要保持电力系统稳定性是电力系统正常运行的基本前提，因此，快速、准确地分析电力系统在扰动下的稳定情况非常重要。本文主要介绍了两大类电力系统暂态稳定分析方法：时域仿真法和直接法，并分析了各自的优缺点。此外还简要介绍了一些暂态稳定分析的其他方法。 关键词暂态稳定分析时域仿真法能量函数法概率评估神经网络 1 引言 电力系统是世界上最复杂的人工系统，由大量不同性质的元件组成，分布范围极广，随时可能受到各种扰动，不稳定因素多，而保持电力系统稳定性是电力系统正常运行的基本要求。近年来，随着系统容量越来越大，输电电压等级逐级升高，高压直流电技术和FACTS技术的广泛应用，更是大大增加了系统的复杂性；另一方面，现代社会对于供电可靠性的要求也越来越高，电力系统一旦发生事故，后果将非常严重。因此，快速、准确地分析电力系统在扰动下的稳定情况显得尤为重要。 电力系统稳定性可以概括的定义为：电力系统能够运行于正常条件下的平衡状态，并在遭受干扰后能够恢复到可容许的平衡状态的特性。一般而言，电力系统稳定性是指功角稳定性或同步稳定性，即电力系统中互联的同步电机保持同步的能力。按照系统所受扰动的大小，功角稳定性可分为静态稳定性和暂态稳定性。本文主要讨论电力系统暂态稳定性的分析方法。所谓暂态稳定性是指电力系统在受到一个大的扰动（如短路、切除大容量发电机或某些负荷的突然变化等）后，能从原来的运行状态（平衡点），不失同步地过渡到新的运行状态，并在新运行状态下稳定地运行。 简单电力系统的暂态稳定分析是较容易的，一般采用等面积定则来判定其暂态稳定性。但对于复杂电力系统而言，由于系统受到扰动后的暂态过程十分复杂，要计算功角随时间变化的曲线要比简单电力系统困难得多。目前关于复杂电力系统暂态稳定分析的基本方法大体可分为两类。一类是时域仿真法，列出描述系统暂态过程的微分方程和代数方程组后，用数值积分的方法进行求解，然后根据发电机转子间相对角度的变化情况来判断稳定性。另一类是直接法，主要是利用李雅普诺夫法构造能量函数进行稳定性判定。此外还有一些其他方法，如基于概率的评估方法、基于人工神经网络的方法等。本文以下各章将对复杂电力系统的各