题目电力系统暂态部分——电磁暂态

引言电力工业是国民经济发展的基础工业。

随着经济建设的发展，发电设备的容量也在相应增大。

为了更好的保证安全运行，经济运行，并保证电能质量，我们应该考虑任何电力系统故障的情况，并加以研究。

电力系统正常运行的破坏多半是由短路故障引起的。

在供电系统中，短路冲击电流会使两相邻导体间产生巨大的电动力，使元件损坏；大的短路电流将使导体温度急剧上升，会使元件烧毁；阻抗电压大幅下降，影响系统稳定性。

发生短路时，系统从一种状态变到另一种状态，并伴随产生复杂的电磁暂态现象。

所以有必要对电力系统电磁暂态进行研究。

目前，电力系统暂态分析的研究理论已越来越完善，但基本上是通过建立数学模型，并解数学方程来分析的。

这让我们很难理解其推导过程，所以很有必要利用直观的方法来分析并得出相同的结论。

本设计利用PSCAD软件建立了简单电力系统和复杂电力系统两个仿真模型。

简单电力系统模型包括：同步发电机模型、负荷模型等；复杂电力系统模型包括：同步发电机模型、变压器模型、输电线模型、负荷模型等。

本设计通过运用EMTDC模块对电力系统仿真进行计算，并分析其电磁暂态稳定性，其中计算了发生四类短路故障时的暂态参数，并对其分析比较，来研究电力系统的这四类短路之间的异同和暂态对电力系统的影响。

通过此次设计进一步巩固和加强了四年来所学的知识，并得到了实际工作经验。

设计中查阅了大量的相关资料，努力做到有据可循。

在设计中逐步掌握了查阅，运用资料的能力，总结了四年来所学的电力工业的相关知识，为日后的工作打下了坚实的基础。

由于我在知识条件等方面的局限，仍存在许多不足，但在指导老师和学院大力支持和帮助下，已有相当大的改进，在此表示衷心的感谢。

第一章绪论1.1 电力系统分析简介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措施。

电力调度员专业（技能）考试题（含参考答案）一、单选题（共40题，每题1分，共40分）1、电流互感器的作用是( )。

A、升压B、变流C、降压D、调压正确答案：B2、下面关于微机继电保护运行规定的描述，何种说法错误？（）。

A、一条线路两端的同一型号微机高频保护软件版本应相同B、微机保护与通信复用通道时，通道设备的维护调试均由通信人员负责C、微机保护装置出现异常时，当值运行人员应根据现场规程处理，同时汇报所辖调度汇报，继电保护人员应立即到现场处理D、现场运行人员应定期对微机继电保护装置进行采样值检查和时钟对时，检查周期不得超过两个月正确答案：D3、为了调整运行变压器的分头，需要变压器停运，这种变压器的调压方式称为( )。

A、逆调压B、无载调压C、投、停变压器调整D、有载调压正确答案：B4、变压器在短路试验时，因所加的电压而产生的短路电流为额定电流时，这个所加电压叫做( )。

A、短路电压B、额定电压C、试验电压D、以上都不是正确答案：A5、零序保护的最大特点（）。

A、只反映三相接地故障B、同时反映相间故障及接地故障C、只反映接地故障D、只反映相间故障正确答案：C6、为防止电压互感器高压侧击穿，高电压进入低压侧，损坏仪表，危及人身安全，应将其二次侧（）。

A、加防护罩B、设围栏C、屏蔽D、接地正确答案：D7、在未办理工作票终结手续以前（）不准将停电设备合闸送电。

A、运行人员B、工作班人员C、任何人员D、工作负责人正确答案：C8、静止无功补偿装置（SVC）的构成有多种，如晶闸管控制电抗器加晶闸管投切电容器，用符号表示是( )。

A、TCR+FCB、TCR+TSLC、TCR+TDRD、TCR+TSC正确答案：D9、任何电力设备（线路、母线、变压器等）都不允许在无（）的状态下运行。

A、继电保护B、自动控制装置C、自动化设备D、全线速动保护正确答案：A10、由发电机调速系统的频率静态特性而引起的调频作用称为( )。

A、一次调频B、二次调频C、自动调频D、自动发电控制（Automatic Generation Control,AGC）正确答案：A11、由于燃气轮机启动速度快，调节幅度大，因此在电网中可以承担( )和紧急事故备用的角色。

重庆大学《》课程试卷20—20学年第二学期开课学院： 课程号：考试日期：考试方式：考试时间：120分钟 题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分 得分一、单项选择题（分）1、短路电流计算中，在什么条件下实际的电源可以近似认作为无限大功率电源？（ ）。

A 、当电源的频率保持恒定时；B 、当电源的内阻抗小于短路回路总阻抗的10%时；C 、当故障引起的功率改变小于电源的功率时；D 、当电源的内阻抗小于短路回路总阻抗的20%时。

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（ ）。

A 、00α=；B 、0110α=；C 、0110α=-；D 、0180α=3、利用运算曲线求短路电流周期分量时，当t>4秒时（ ） A 、查Χjs=3.45的曲线 B 、Ip ж=1/ΧjsC 、查t=4秒的曲线D 、查Χjs=3的曲线 4、YNy 结线的双绕组变压器的零序励磁电抗为有限值，则其结构为（ ）。

A 、三相四柱；B 、三个单相的组式变压器；C 、三相五柱；D 、三相三柱。

5、三相导线的几何均距越大，则导线的正序电抗（ ），零序电抗（ ）。

A 、越大；B 、越小；C 、不变；D 、无法确定。

6、越靠近电源点，负序电压（ ）A 、越低；B 、越高；C 、不变；D 、无法确定。

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（ ）。

A 、fZ Z Z ++∑∑)0()2(； B 、fZ Z +∑)2(；C 、fZ Z +∑)0(； D 、(2)(0)//fZ Z Z ∑∑+？8、对于Yd11接线变压器，两侧正序分量电压和负序分量电压的相位关系为（ ）A 、正序分量三角形侧电压与星形侧相位相同，负序分量三角形侧电压与星形侧相位也相同；B 、正序分量三角形侧电压较星形侧落后030，负序分量三角形侧电压较星形侧超前030；C 、正序分量三角形侧电压较星形侧超前030，负序分量三角形侧电压较星形侧落后030；D 、正序分量三角形侧电压与星形侧相位相同，负序分量三角形侧电压与星形侧相位不相同。

电力系统电磁暂态仿真与分析技术研究引言随着电力系统规模的不断扩大和复杂性的增加，电磁暂态问题在电力系统的可靠性和稳定性中扮演着重要的角色。

电磁暂态是指电力系统在发生突发故障或操作调整时，电压、电流和功率等量的变化过程。

这种电磁暂态现象可能会导致电力系统的电压崩溃、设备的损坏以及不稳定电力供应。

因此，电力系统电磁暂态仿真与分析技术的研究对于提高电力系统的稳定性和安全性具有重要意义。

1. 电力系统电磁暂态仿真技术的发展1.1 传统方法的局限性传统的电磁暂态仿真方法主要采用解析法或试验法进行分析。

解析法通常基于电力系统的一些假设，以推导出数学模型，并求解相关的方程。

这种方法需要大量的计算和复杂的计算算法，难以应对大规模电力系统的复杂性。

试验法则是通过实验来确认电力系统中的电磁暂态现象。

然而，试验法需要大量的资源和时间，且在试验过程中无法控制一些参数。

因此，这些传统方法在电力系统电磁暂态仿真与分析中存在一定的局限性。

1.2 基于计算机仿真的方法随着计算机技术的发展，基于计算机仿真的电磁暂态分析方法逐渐被广泛采用。

这种方法利用电力系统的建模和计算机仿真技术，以数字计算的方式模拟电力系统的运行过程。

通过合理的建模和仿真参数，可以准确地模拟电力系统中的各种暂态现象，并对其进行分析和评估。

计算机仿真方法不仅具有高效、准确的特点，还可以扩展到大规模电力系统，使得电磁暂态仿真与分析的研究更具深度和广度。

2. 电力系统电磁暂态仿真与分析技术的应用2.1 设备故障分析电力系统中的设备故障是电磁暂态造成的主要原因之一。

通过仿真与分析技术，可以模拟不同类型的设备故障，如电压短路、线路开路等，并分析其对电力系统稳定性的影响。

基于仿真结果，可以评估设备故障对电力系统的安全性和可靠性的影响，并采取相应的措施进行改进和修复。

2.2 电磁干扰分析电力系统中的电磁干扰现象对于电力设备和通信设备的正常运行具有重要影响。

仿真与分析技术可以模拟电力系统中不同频率和幅值的电磁干扰，并分析其对设备性能的影响。

电磁暂态分析在电力系统中的应用随着工业化进程的推进，电力系统的规模和复杂性也不断增加。

为了确保电力系统的安全稳定运行，电磁暂态分析成为一项重要的技术。

本文将从电磁暂态分析的基本原理、应用领域以及未来发展等方面进行探讨。

一、电磁暂态分析的基本原理电磁暂态分析是指对于电力系统中电磁暂态过程进行数学建模和仿真分析的方法。

在电力系统中，暂态过程包括开关操作、短路故障、雷击、并网等。

电磁暂态分析的基本原理是根据麦克斯韦方程组和电路方程建立电磁暂态模型，并通过数值计算方法求解该模型，得到电力系统在暂态过程中的电磁量和电压电流分布。

二、电磁暂态分析的应用领域1.电力线路设计与优化电磁暂态分析可以帮助电力系统设计师在设计电力线路时考虑到电磁暂态的影响，确保线路的安全可靠运行。

通过对不同线路结构、参数和运行工况进行仿真分析，可以评估线路的电磁暂态响应，选择合适的线路参数和拓扑结构，从而减小对电力系统的冲击。

2.开关操作与故障诊断在电力系统的运行过程中，开关操作和故障是常见的暂态过程。

电磁暂态分析可以模拟开关操作和故障过程，分析电力系统的电磁量和电压电流响应，为开关操作和故障诊断提供支持。

通过电磁暂态分析，可以准确判断开关操作时间、故障类型和位置，及时采取相应措施，避免事故发生。

3.电力设备选型和保护配合电磁暂态分析可以帮助电力系统设计师选择合适的电力设备，并辅助设定保护参数。

通过电磁暂态分析，可以评估设备的抗暂态能力，为设备选型提供依据。

同时，对于设备的保护参数设置，电磁暂态分析也可以提供合理的建议，确保设备在暂态过程中的安全运行。

4.电力系统可靠性评估电力系统的可靠性评估是保障电力系统安全稳定运行的重要手段。

电磁暂态分析可以模拟不同的故障情况，分析电力系统的电磁量和电压电流响应，评估系统的可靠性。

通过电磁暂态分析，可以找出电力系统中存在的潜在问题，提出改进措施，提高系统的可靠性。

三、电磁暂态分析的未来发展1.智能化和自动化随着人工智能和大数据技术的发展，电磁暂态分析将朝着智能化和自动化方向发展。

电力系统电磁暂态分析绪论一、电力系统暂态过程概述电网参数①元件参数：发电机、变压器、线路等各个元件的属性参数（R 、L 、 C 、K ）②运行参数：反映元件当前运行状态的电气或机械参数（U 、I 、φ、ω）。

电网的运行状态①从控制管理的角度分类：正常、警戒、紧急、崩溃、恢复。

②按运行参数的变化来分类：稳态（正常）、暂态（故障）。

暂态的起因：突然的扰动（短路、设备故障、雷电、操作等）。

暂态过程包括二个过程：①电磁暂态：线路变压器电压电流等电气运行参数量的快速变化；（故障分析、元件保护快速切除）；②机电暂态：电机角位移、角速度等机械运行参数量的慢速过程。

（稳定性分析，电网安稳装置）。

电力系统分析：①电力系统稳态分析②电力系统暂态分析（电磁暂态分析、机电暂态分析）a) 电力系统电磁暂态分析（电力系统故障分析）：研究交流电力系统发生短路后电磁暂态过程。

b) 电力系统机电暂态分析（电力系统稳定性）：电力系统受到各种扰动后的机电暂态过程。

研究假设：快速与慢速过程的解耦，突出关键和便于分析①电磁暂态分析中一般忽略机电参数变化；②机电暂态分析则对电磁参数作近似假设。

二、电力系统暂态过程的研究方法①现场试验：风险大，费时费事，非必要时不采用；②模拟试验：动模试验（物理模拟）、数学模拟（直流计算台、交流计算台）、暂态网络分析仪（TNA ，电力系统物理模型与计算机技术结合产物）。

③数字仿真：数学模型、计算方法、程序编制、问题求解。

EMTP （Electro-magnetic Transient Program ）（UBC 、BPA 、EPRI/DCG ）；实时数字仿真RTDS （Real Time Digital Simulation ）。

第十章电力系统电磁暂态过程分析第一节概述电力系统电磁暂态过程分析的主要目的是分析和计算故障或操作后可能出现的暂态过电压或过电流，以便对电力设备进行合理设计，确定已有设备能否安全运行，并研究相应的限制和保护措施。

此外，研究新型快速继电保护装置的动作原理、故障点探测原理以及电磁干扰等问题，也需要进行电磁暂态分析。

由于电磁暂态过程变化很快，一般需要分析和计算持续时间在毫秒级以内的电压、电流瞬时值变化情况。

因此，分析中需要考虑元件的电磁耦合，计及输电线路分布参数所引起的波过程，甚至要考虑线路三相结构的不对称、线路参数的频率特性以及电晕等因素的影响。

电磁暂态过程的分析方法分为两类。

一类是应用暂态网络分析仪TNA （Transient Network Analyzer）的物理模拟方法；另一类是数值计算（或称数字仿真）方法，即列写描述各元件的全系统暂态过程的微分方程，应用数值方法进行求解。

数值计算方法具有代表性的成熟产品是H.W.Dommel 创建的电磁暂态程序EMTP （Electromagnetic Transient Program），它具有很强的计算功能和良好的计算精度，并包括了发电机、轴系和控制系统动态过程模拟，除了用于电磁暂态过程分析外，还可用于分析次同步振荡及轴系扭振等。

该程序已在世界上得到普遍承认和广泛应用，并仍在继续发展。

本章主要介绍EMTP 的基本数学模型和计算方法，重点阐述其基本原理，为读者使用和进一步深入了解这一程序和其他有关程序，乃至研究和开发新程序打下基础。

第二节电磁暂态过程数值计算的基本方法对描述电力系统元件和全系统暂态过程的微分方程进行求解，采用的是数值积分方法。

隐式梯形积分法比较简单且具有相当好的精度和良好的数值稳定性，并能较好适应刚性微分方程组，因此EMTP 和其他一些电磁暂态程序大多采用这种积分方法。

对于常微分方程)(d d x f t x =（10-1）隐式梯形积分公式为{})]([)]([2)()(t t x f t x f t t t x t x ∆-+∆+∆-=（10-2）式中：t ∆为积分步长。

电力系统暂态分析（自己总结的）电力系统暂态分析过程（复习提纲）第一篇电力系统电磁暂态过程分析（电力系统故障分析）1 第一章电力系统故障分析的基本知识1.1故障概述1.2标幺制1.2.1标幺值1.2.2基准值的选取1.2.3基准值改变时标幺值的换算1.2.4变压器联系的不同电压等级电网中各元件参数标幺值的计算一、准确计算法二、近似计算法1.3无限大功率电源供电的三相短路电流分析1.3.1暂态过程分析1.3.2短路冲击电流和短路电流有效值一、短路冲击电流二、短路电流有效值习题2 第二章同步发电机突然三相短路分析2.1同步发电机在空载情况下定子突然三相短路后的电流波形及其分析2.2同步发电机空载下三相短路后内部物理过程以及短路电流分析2.2.1短路后各绕组的此联及电流分量一、定子绕组磁链和短路电流分量1、励磁主磁通交链定子三相绕组的磁链2、短路瞬间三相绕组磁链的瞬时值3、磁链守恒原理的作用4、三相短路电流产生的磁链5、对应的i 的三相短路电流二、励磁绕组磁链和电流分量1、强制励磁电流产生的磁链2、电子三相交流电流的电枢反应3、定子直流电流的磁场对励磁绕组产生的磁链4、按照磁链守恒原理励磁回路感生的电流和磁链三、等效阻尼绕组的电流四、定子和转子回路（励磁和阻尼回路的统称）电流分量的对应关系和衰减2.2.2短路电流极基频交流分量的初始和稳态有效值一、稳态值二、初始值1、不计阻尼回路时基频交流分量初始值2、计及阻尼回路作用的初始值2.2.3 短路电流的近似表达式一、基频交流分量的近似表达式二、全电流的近似表达式2.3 同步发电机负载下三相短路交流电流初始值2.3.1 正常稳态运行时的相量图和电压平衡关系2.3.2 不计阻尼回路时的初始值'I 和暂态电动势'q|0|E 、'|0|E一、交轴方向二、直轴方向2.3.3 计及阻尼回路的''I 和次暂态电动势''|0|E一、交轴方向二、直轴方向2.4 同步发电机的基本方程2.4.1 同步发电机的基本方程和坐标转换一、发电机回路电压方程和磁链方程二、派克变换及d 、q 、0、坐标系统的发电机基本方程1、磁链方程的坐标变换2、电压平衡方程的坐标变换2.4.2 基本方程的拉氏运算形式和运算电抗一、不计阻尼绕组时基本方程的拉氏运算形式，运算电抗和暂态电抗二、计及阻尼绕组时基本方程的拉氏运算形式，运算电抗和暂态电抗2.5 应用同步发电机基本方程分析突然三相短路电流2.5.1 不计阻尼绕组时的短路电流一、忽略所有绕组的电阻以分析d i 、q i 各电流分量的初始值二、dq i 的稳态值三、计及电阻后的dq i 各分量的衰减1、d i 直流分量的衰减时间常数2、dq i 中基频交流分量的衰减时间常数3、计及各分量衰减的dq i四、定子三相短路电流五、交轴暂态电动势2.5.2 计及阻尼绕组时的短路电流一、dq i 各分量的初始值二、dq i 的稳态直流三、计及电阻后的dq i 各分量的衰减1、d i 直流分量的衰减2、q i 直流分量的衰减3、dq i 中基频交流分量的衰减时间常数四、定子三相短路电流五、次暂态电动势1、交轴次暂态电动势''Eq 2、直轴次暂态电动势''Ed2.6自动调节励磁装置对短路电流的影响3 第三章电力系统三相短路电流的实用计算3.1短路电流交流分量初始值计算3.1.1计算的条件和近似3.1.2简单系统''I计算3.1.3复杂系统计算3.2计算机计算复杂系统短路电流交流分量初始值的原理3.2.1等值网络3.2.2用节点阻抗矩阵的计算方法3.2.3用节点导纳矩阵的计算方法一、应用节点导纳矩阵计算短路电流的原理二、三角分解法求导纳型节点方程3.2.4短路点在线路上任意处的计算公式3.3其他时刻短路电流交流分量有效值的计算3.3.1运算曲线法一、方法的基本原理二、运算曲线的制定三、应用运算曲线计算的步骤四、合并电源简化计算五、转移阻抗3.3.2应用计算系数计算一、无限大功率电源二、发电机和异步电动机4 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4.1对称分量法4.2对称分量法在不对称故障分析中的应用4.3同步发电机的负序和零序电抗4.3.1同步电机不对称短路时的高次谐波电流4.3.2同步发电机的负序电抗4.3.3同步发电机的零序电抗4.4异步电动机的负序和零序电抗4.5变压器的零序电抗和等值电路4.5.1双绕组变压器一、YNd接线变压器二、YNy接线变压器三、YNyn接线变压器4.5.2三绕组变压器4.5.3自耦变压器4.6输电线路的零序阻抗和电纳4.6.1输电线路的零序阻抗一、单根导线——大地回路的自阻抗二、双回路架空输电线路的零序阻抗三、架空地线的影响四、电缆线路的零序阻抗4.6.2架空线路的零序电容（电纳）一、分析导线电容的基本公式二、单回线路的零序电容三、同杆双回路的零序电容4.7零序网络的构成5 第五章不对称故障的分析计算5.1各种不对称短路时故障处的短路电流和电压5.1.1单相接地短路[(1)f]5.1.2两相短路[(2)f]5.1.3两相接地短路[(11)f，]5.1.4正序增广网络的应用一、正序增广网络二、应用运算曲线求故障处正序短路电流5.2非故障处电流、电压的计算5.2.1计算各序网中任意处各序电流、电压5.2.2对称分量经变压器后的相位变化5.3非全相运行的分析计算5.3.1三序网络及其电压方程5.3.2一相断线5.3.3两相断线5.4计算机计算程序原理框图第二篇电力系统机电暂态过程分析（电力系统的稳定性）6 第六章电力系统稳定性问题概述和各元件机电特征6.1概述6.2同步发电机组的机电特性6.2.1同步发电机组转子运动方程6.2.2发电机的电磁转矩和功率一、简单系统中发电机的功率二、隐极同步发电机的功-角特性三、凸极式发电机的功-角特性四、发电机功率的一般近似表达式6.2.3电动势变化过程的方程式6.3自动调节励磁系统的作用原理和数学模型6.3.1主励磁系统一、直流励磁机励磁二、交流励磁机励磁三、他励直流励磁机的方程和框图6.3.2自动调节励磁装置及其框图6.3.3自动调节励磁系统的简化模型6.4负荷特性6.4.1恒定阻抗（导纳）6.4.2异步电动机的机电特性——变化阻抗一、异步电动机转子运动方程二、异步电动机转差率的变化——等值阻抗的变化6.5柔性输电装置特性6.5.1静止无功补偿器（SVC）一、晶闸管控制的电抗器二、晶闸管投切的电容器三、SVC的静态特性和动态模型6.5.2晶闸管控制的串联电容器（TCSC）一、基本原理二、导通阶段三、关断阶段7 第七章电力系统静态稳定7.1简单电力系统的静态稳定7.2小干扰法分析简单系统表态稳定7.2.1小干扰法分析简单系统的静态稳定一、列出系统状态变量偏移量的线性状态方程二、根据特征值判断系统的稳定性7.2.2阻尼作用对静态稳定的影响7.3自动调节励磁系统对静态稳定的影响7.3.1按电压偏差比例调节励磁一、列出系统状态方程二、稳态判据的分析三、计及T时系统的状态方程和稳定判据e7.3.2励磁调节器的改进一、电力系统稳定器及强力式调节器二、调节励磁对静态稳定影响的综述7.4多机系统的静态稳定近似分析7.5提高系统静态稳定性的措施7.5.1采用自动调节励磁装置7.5.2减小元件的电抗一、采用分裂导线二、提高线路额定电压等级三、采用串联电容补偿7.5.3改善系统的结构和采用中间补偿设备一、改善系统的结构二、采用中间补偿设备8 第八章电力系统暂态稳定8.1电力系统暂态稳定概述8.2简单系统的暂态稳定性8.2.1物理过程分析一、功率特性的变化二、系统在扰动前的运行方式和扰动后发电机转子的运动情况8.2.2等面积定则8.2.3发电机转子运动方程的求解一、一般过程二、改进欧拉法8.3发电机组自动调节系统对暂态稳定的影响8.3.1自动调节系统对暂态稳定的影响一、自动调节励磁系统的作用二、自动调节系统的作用8.3.2计及自动调节励磁系统作用时的暂态稳定分析8.4复杂电力系统的暂态稳定计算8.4.1假设发电机暂态电动势和机械功率均为常数，负荷为恒定阻抗的近似计算法一、发电机作为电压源时的计算步骤二、发电机作为电流源时的计算步骤8.4.2假设发电机交轴暂态电动势和机械功率为常数一、坐标变换二、发电机电流源与网络方程求解8.4.3等值发电机8.5提高暂态稳定性的措施8.5.1故障的快速切除和自动重合闸装置的应用8.5.2提高发电机输出的电磁功率一、对发电机实行强行励磁二、电气制动三、变压器中性点经小电阻接地8.5.3减少原动机输出的机械功率8.5.4系统失去稳定后的措施一、设置解析点二、短期异步运行和再同步的可能性。

第2章一、简答题1.电力系统暂态过程的分类(1)波过程：与操作和雷击的过电压有关，涉及电流、电压波的传播，过程最短暂。

(2)电磁暂态过程：与短路（断线）等故障有关，涉及工频电流、电压幅值随时间的变化，持续时间较波过程长（毫秒~秒）(3)机电暂态过程：与系统振荡、稳定性破坏、异步运行等有关,涉及发电机组功率角、转速、系统频率、电压等随时间的变化，过程持续时间较长（秒~分钟）2.为什么说电力系统的稳定运行状态是一种相对稳定的运行状态？由于实际电力系统的参数时时刻刻都在变化，所以电力系统总是处在暂态过程之中，如果系统参数在某组数值附近作微小的持续变化，我们就认为其运行参量保持平均值不变，即系统处于稳定工作状态。

由此可见系统的稳定运行状态实际是一种相对稳定的工作状态。

3.同步发电机突然三相短路时，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？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。

4.同步发电机原始磁链方程中哪些电感系数为常数？哪些电感系数是变化的？变化的原因是什么？凸极式同步发电机原始磁链方程中，转子各绕组的自感系数、转子各绕组之间的互感系数为常数；定子绕组的自感系数、定子绕组间的互感系数、定子各绕组与转子各绕组之间的互感系数是变化，变化的原因有二，一是凸极式同步发电机转子在d轴和q轴方向磁路不对称，二是定子绕组和转子绕组之间存在相对运动。

电力系统电磁暂态分析Ch11.电力系统暂态指电力系统受突然的扰动后，运行参数发生较大的变化即引起电磁暂态、机电暂态过程。

电磁暂态是电压电流等电气运行参数的快速变化过程。

机电暂态是角速度等机械运行参数的慢速变化。

电力系统电磁暂态分析是研究交流电力系统发生短路（断线）后电压电流的变化。

2.元件参数指发电机、变压器、线路的属性参数，运行参数指反映电力系统运行状态的电气、机械参数。

3.故障类型：短路（三相短路、两相短路、两相短路接地、单相短路接地）、断线（一相断线、两相断线）。

对称故障（三相短路）、不对称故障（不对称短路、断线故障）。

短路故障（横向故障）、断线故障（纵向故障、非全相运行）。

简单故障：指电力系统中仅有一处发生短路或断线故障，复杂故障：指电力系统中有多处同时发生不对称故障。

4.短路危害：短路电流大使设备过热并产生一定的电动力、故障点附件电压下降、功率不平衡失去稳定、不对称故障产生不平衡磁通影响通信线路。

短路计算目的:电气设备选型、继电保护整定、确定限制短路电流措施、电气接线方式的选择。

短路解决措施：继电保护快速隔离、自动重合闸、串联电抗器。

5.无限大功率电源指短路点距离电源的电气距离较远时，短路导致电源输出功率的变化量远小于电源所具有的功率的电源。

6.无限大功率电源的三相突然短路电流：1.短路电流含有二种分量：基频稳态分量、直流暂态分量。

2.基频稳态分量比短路前电流大，其大小受短路后回路的阻抗值决定。

3.直流暂态分量其大小由短路前电流和短路后电流的交流稳态值决定，并按短路后回路的时间常数Ta 衰减为0（出现原因：短路前后电感电流不能突变）。

7.最大短路电流条件：短路前线路空载、短路后回路阻抗角90°、电压初始角为0°或180°。

出现时间：在短路后0.01秒时刻出现。

短路冲击电流：指在短路时可能达到的最大短路电流瞬时值。

三相电流中那相的直流分量起始值越大，则其短路电流越大。

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电力系统电磁暂态概述电力系统电磁暂态是指在电力系统中发生突发故障或其他突变事件时，电流、电压和电磁场等物理量发生急剧变化的现象。

电磁暂态的产生和传播会对电力系统的稳定性、设备安全运行以及电力质量产生重要影响，因此对电力系统电磁暂态进行研究和分析具有重要意义。

电磁暂态的产生原因可以是突发故障，如线路断开、短路、闪络等，也可以是非突发的变化，如变压器切换、电容器接入等。

在这些事件发生时，电路参数会瞬间发生变化，从而导致电流和电压的快速变化，进而引发电磁场的变化。

电磁暂态的传播特性和影响主要体现在以下几个方面：1.电压与电流的快速变化：电磁暂态引起电流和电压的急剧变化，可能导致设备的过电压或过电流，对设备的绝缘和电气特性产生不利影响，甚至引发设备损坏或烧毁。

2.动态稳定性影响：电力系统电磁暂态会影响电力系统的动态稳定性，如电力系统电机的启动过程中，电磁暂态会导致电压和电流的不稳定变化，从而对电机驱动性能产生负面影响。

3.区域电力质量：电磁暂态的传播会引起电力系统中的电压波动、频率变化等问题，导致电力质量下降，对电力用户的用电设备产生影响，甚至影响整个电力系统的稳定运行。

为了有效应对电力系统电磁暂态，电力系统需要做出以下方面的工作：1.设备参数优化：在电力系统的设计和运行中，通过优化电路元件的参数（如电容、电感、电阻等）来降低电磁暂态的产生和传播。

2.电力系统保护：通过合理设计和配置电力系统保护装置，快速切除异常电路并限制电流和电压的过大波动，从而保护设备的安全运行。

3.模拟和仿真技术研究：利用电力系统的仿真和模拟技术研究电磁暂态的传播和影响规律，为系统设计和运行提供参考和依据。

4.电力系统监测与调节：通过电力系统的监测和调节手段，实时监测电力系统的状态和参数，及时调节电路参数和配置，降低电磁暂态的影响。

总之，电力系统电磁暂态是电力系统中常见的现象，其产生和传播会对电力系统的稳定性和电力质量产生重要影响。

第2章习题答案一、暂态作业1. 为何要对同步发电机的基本电压方程组及磁链方程组进行派克变换？ 答：由于同步发电机的定子、转子之间存在相对运动，定转子各个绕组的磁路会发生周期性的变化，故其电感系数（自感和互感）或为1倍或为2倍转子角θ的周期函数（θ本身是时间的三角周期函数），故磁链电压方程是一组变系数的微分方程，求解非常困难。

因此，通过对同步发电机基本的电压及磁链方程组进行派克变换，可把变系数微分方程变换为常系数微分方程。

2. 无阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定子和转子电流中出现了哪些分量？其中哪些部分是衰减的？各按什么时间常数衰减？试用磁链守恒原理说明它们是如何产生的？答：无阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定子电流中出现的分量包含： a) 基频交流分量(含强制分量和自由分量)，基频自由分量的衰减时间常数为T d ’ 。

b) 直流分量（自由分量），其衰减时间常数为T a 。

c) 倍频交流分量（若d 、q 磁阻相等，无此量），其衰减时间常数为T a 。

转子电流中出现的分量包含：a) 直流分量(含强制分量和自由分量)，自由分量的衰减时间常数为T d ’ 。

b) 基频分量（自由分量），其衰减时间常数为T a 。

产生原因简要说明：1)三相短路瞬间，由于定子回路阻抗减小，定子电流突然增大，电枢反应使得转子f 绕组中磁链突然增大，f 绕组为保持磁链守恒，将增加一个自由直流分量，并在定子回路中感应基频交流，最后定子基频分量与转子直流分量达到相对平衡（其中的自由分量要衰减为0）。

2）同样，定子绕组为保持磁链守恒，将产生一脉动直流分量（脉动是由于d 、q 不对称），该脉动直流可分解为恒定直流以及倍频交流，并在转子中感应出基频交流分量。

这些量均为自由分量，最后衰减为0。

3. 有阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定子和转子电流中出现了哪些分量？其中哪些部分是衰减的？各按什么时间常数衰减？答：有阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定子电流和转子电流中出现的分量与无阻尼绕组的情况相同。

电力系统过负荷时的电磁暂态分析当电力输送系统过载时，将出现大量的电流流入负载电器中，从而导致电力系统发生大规模的暂态电压和电流。

这种现象被称为电磁暂态。

对于电力系统来说，电磁暂态是一种非常严重的问题，因为它会直接影响到电力系统的稳定性和安全性。

因此，对于电力系统过载时的电磁暂态进行分析是十分必要的。

1、电磁暂态的产生和传播电磁暂态是由于电力系统中负载过重、变电站突然切断等因素引起的。

当电力系统中的负载过载时，电流将开始流入负载电器中。

过量的电流在输电线路、变压器、发电机等设备内产生热量，使设备温度升高，内部介质击穿形成电击放电，造成设备损坏。

此外，电磁暂态也可能由其他原因引起，例如雷击、地电层颠簸、电力系统失稳等。

电磁暂态的传播主要有两种形式：一种是传导方式，即沿电力系统内的金属元件传播；另一种是辐射方式，即通过空气介质辐射传播。

其中，辐射方式是导致电力系统发生电磁暂态的最主要原因。

2、电磁暂态分析的方法针对电力系统过载时的电磁暂态问题，研究人员开发了一系列相应的分析方法，包括模拟和实验两种。

2.1 模拟方法模拟方法主要是利用计算机模型对电磁暂态进行仿真分析。

常用的模拟方法有时间域、频域、脉冲响应、有限元等。

时间域法一般用于分析电磁暂态中控制系统的响应。

它可以通过数值解决电磁暂态中的电路等方程，描述暂态信号的行为，并预测控制系统在暂态状态下的响应。

这种方法对于电力系统中非线性元件（例如钳位器、断路器等）的建模较困难。

频域法可以快速地获得电磁暂态的频率响应和频谱特征。

它通过傅里叶变换将时域信号转换为频域信号，适用于分析电力系统中的线性元件。

脉冲响应法主要用于分析电力系统中非线性元件的行为。

它把电力系统看作一个多端口传输线网络，通过数值积分方法快速计算出系统电磁响应的过渡过程和幅值。

在实际应用中，有限元法也经常用于电磁暂态分析。

通过将真实系统中的串联中心线、导线和其他设备建模为有限元，可以快速计算出系统中可能出现的过载、电击和其他电磁暂态现象。

电力系统电磁暂态概述第1章电力系统电磁暂态概述1.1 电力系统电磁暂态现象.....................................................................................1.2 电力系统电磁暂态分析的目的.........................................................................1.3 电力系统电磁暂态研究的方法.........................................................................1.4 电力系统电磁暂态仿真的特点.........................................................................1.5 电力系统数字仿真.............................................................................................思考与练习题1.1 电力系统电磁暂态现象 (3)1.2 电力系统电磁暂态分析的目的 (6)1.3 电力系统电磁暂态研究的方法 (7)1.4 电力系统电磁暂态的特点 (9)1.4.1 频率范围广 (9)1.4.2 元件模型因计算目的而异 (11)1.4.3 行波现象和分布参数 (13)1.4.4 非线性元件和开关操作 (20)1.4.5 元件参数的频率特性 (21)1.4.6 时间跨度的要求 (22)1.5 电力系统数字仿真 (22)1.5.1 电力系统数字仿真的分类 (22)1.5.2 电力系统数字仿真的优点 (24)1.5.3 电力系统数字仿真软件 (25)第1章电力系统电磁暂态概述1.1 电力系统电磁暂态现象电力系统稳态运行时，发电厂发出的功率与用户所需要的功率及电网中损耗的功率相平衡，系统的电压和频率都是稳定的。

电力系统的电磁暂态分析方法电力系统的电磁暂态分析方法是研究电力系统在暂态过程中电磁场的分布和行为的重要工具。

电磁暂态指的是电力系统在突发性故障或变动中，电磁场发生的瞬时变化。

电力系统电磁暂态分析方法的研究，可以帮助我们深入了解电力系统的运行情况和其对设备的影响，为系统的安全稳定运行提供重要的指导和支持。

1. 电力系统的电磁暂态电力系统在运行过程中，常常会出现突发性故障或突变，如雷击、闪络、设备故障等，这些突发事件可能导致电力系统电磁场发生瞬时变化，从而对系统的安全运行产生影响。

电磁暂态一般分为两种类型：自然暂态和人为暂态。

自然暂态主要包括雷击、地闪、纵闪等现象；人为暂态则主要是指开关操作、故障发生等。

电力系统的电磁暂态分析方法旨在研究这些暂态过程中电磁场的分布和行为。

2. 电磁暂态分析方法的重要性电磁暂态分析方法对于电力系统的安全稳定运行至关重要。

通过分析电磁暂态过程中电磁场的分布和行为，可以帮助我们了解系统的脆弱点和缺陷，预测和评估故障的发生概率和影响程度，并采取相应的措施来提高系统的可靠性和鲁棒性。

此外，电磁暂态分析方法还可以为电力系统的设计、规划和运行管理提供参考依据。

3. 电磁暂态分析方法的基本原理电磁暂态分析方法的基本原理主要包括电磁场计算方法、电磁场仿真方法和电磁场测量方法。

电磁场计算方法通过建立系统的电磁场数学模型，运用各种数值计算技术来求解电磁场的分布和行为。

电磁场仿真方法则是通过计算机模拟电力系统的暂态过程，得到电磁场的变化规律和影响因素。

电磁场测量方法则是通过安装传感器和仪器设备，对电力系统中的电磁场参数进行实时监测和测量。

4. 电磁暂态分析方法的应用电磁暂态分析方法在电力系统的多个领域都有着广泛的应用。

首先，在电力系统设计和规划中，电磁暂态分析方法可以帮助工程师确定电力系统的故障等级、故障保护设备的配置及其参数，并评估系统的稳态和暂态工作性能。

其次，在电力系统运行管理和维护中，电磁暂态分析方法可以用于故障诊断和故障处理，帮助工程师快速准确地找出故障原因和修复故障设备。

电力系统电磁暂态特性分析电力系统是一个复杂的系统，由大量的电气设备和电路构成，包括发电机、变电站、输电线路、配电线路、电力负载等。

在实际运行中，电力系统中会不可避免地产生各种电磁暂态现象，如过电压、过电流、电磁干扰等，这些暂态现象有可能导致电力设备的故障，甚至给人们带来巨大的经济损失和安全隐患。

因此，对电力系统的电磁暂态特性进行分析和研究，具有极为重要的现实意义。

一、电磁暂态的概念及影响电磁暂态是指在电力系统中短时间内发生的电压、电流和电场、磁场等参数的变化过程，主要包括以下几种类型：1.电压暂降和电压暂升：电力系统中由于外部干扰、设备操作等引起的系统电压瞬时下降或瞬时上升的现象。

2.过电压和过电流：电力系统中由于负载波动、故障、雷击等原因引起的电压或电流超过额定值的现象。

3.电磁干扰：电力系统中由于设备操作或外部干扰引起的电磁辐射或感应，对电子器件等产生干扰影响。

以上三种电磁暂态现象对电力系统和电力设备都会产生不同程度的影响。

如电压暂降和电压暂升会使电力设备失去稳态工作，从而对电力系统的稳定性和可靠性产生影响；过电压和过电流会对设备的绝缘性能产生损伤，甚至引发火灾等；电磁干扰会干扰电子设备的正常工作，给通讯、计算机等领域带来不良影响。

二、电磁暂态分析方法在对电磁暂态进行分析时，需要采用适当的分析方法，以得到准确的结果，并采取相应的措施消除或减小暂态影响。

常用的电磁暂态分析方法主要有以下几种：1.传统的解析法：该方法主要是基于电磁场理论，通过解析电路方程和场方程，求解相应的电磁场参数，如电压、电流、电场、磁场等。

2.数值模拟法：该方法主要是通过建立电磁场数值模型，利用数值计算手段求解电磁场参数。

3.试验分析法：该方法主要是利用实验手段对电力设备或系统进行测试和分析，以获得电磁暂态的详细信息。

三、电磁暂态仿真为了更好地模拟和分析电磁暂态现象，电气工程师经常使用电磁暂态仿真软件。

这种软件可以生成复杂的电路模型，并对电路中的电压、电流等参数进行仿真计算，以模拟电磁暂态的影响。