电力系统暂态分析

第2章作业参考答案2-1 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。

2-2 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。

2-3 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。

衰减时间常数如下：a)定子基频自由分量的衰减时间常数有3个：'d T 、"d T 、"q T ，分别对应于f 绕组、D 绕组和Q 绕组。

b)定子直流分量和倍频分量（自由分量），其衰减时间常数均为Ta 。

c)转子自由直流分量的衰减时间常数为"d T 、'd T 。

d)转子基频分量（自由分量），其衰减时间常数为T a 。

产生原因说明：f 绕组与无阻尼绕组的情况相同。

另外增加了D 绕组和Q 绕组，这两个绕组中与f 绕组类似，同样要产生直流分量和基频交流分量（f 绕组与D 绕组间要相互感应自由直流分量），但全部为自由分量，最后衰减为0。

定子绕组中也有相应分量与之对应。

2-4 为什么要引入暂态电势E q ’ 、E q ” 、E d ” 、E ” ？答：不计阻尼回路时，E q ’为暂态电动势，它与励磁绕组磁链Ψf 有关，故在扰动前后瞬间不变，可用来计算短路后瞬间的基频交流分量。

当计及阻尼回路时，E q ”为q 轴次暂态电动势，由于其正比于f 绕组磁链和D 绕组磁链的线性组合，可用来计算短路后瞬间基频d 轴次暂态电流初始值，E d ”为d 轴次暂态电动势，用来计算基频q 轴次暂态电流初始值，2"2""d q E E E +=。

第四章 作业参考答案1、电力系统发生短路故障时，系统中出现零序电流的条件是什么？ 答：因为)(31)0(c b a I I I I ++=，所以电力系统发生短路故障时，系统中出现零序电流的条件有两个：一是短路发生在中性点直接接地系统；二是短路类型为不对接地短路故障。

2、具有架空地线（避雷线）的输电线路，架空地线的导电性能与输电线路正序电抗（负序电抗）和零序电抗之间的关系如何？为什么？答：输电线路正序电抗（负序电抗）与架空地线的导电性能无关；零序电抗架空地线的导电性能有关，架空地线的导电性能越强，其零序阻抗越小。

因为输电线路流过正序电流（或负序电流）时，架空地线中无电流流过，对每相导线的磁链没有影响，也就是说对输电线路通过正序电流（负序电流）时的电感系数（电抗）没有影响；而在输电线路流过零序电流时，架空地线中流过的电流为三相总电流在架空地线与大地等效导线之间的分流，架空地线中的电流与输电线路中的电流方向相反，对输电线路起去磁作用，因此具有架空电线的输电线路其零序阻抗比无架空地线时要小，架空地线导电性能越强，与大地等效导线分流时分得的电流越大，去磁作用越强，输电线路的零序电抗越小。

3、架空输电线路正序电抗、负序电抗、零序电抗三者之间的关系是什么？为什么？答：架空输电线路正序电抗、负序电抗、零序电抗三者之间的关系是 )0()2()1(x x x <=；因为架空输电线路任何一相的磁链都是由本相电流产生的自感磁链和其它两相电流产生的互感磁链组成，正序和负序情况下，其它两相所产生的互感磁链对自感磁链起去磁作用，零序情况下互感磁链对自感磁链起助磁作用，所以输电线路的正序电抗与负序电抗相等，而小于零序电抗。

4、为什么电动机的零序阻抗总可以视为无限大？答：因为电力元件的某序阻抗等于在该元件端点施加的该序电压和由它产生的流过元件端点的该序电流的比值。

电动机三相绕组采用三角形接线和中性点不接地的星形接线方式，当在其端点施加零序电压时，在端口产生的零序电流为零，根据序阻抗的定义其零序阻抗为无限大。

5、变压器的正序励磁电抗和负序励磁电抗都可以视为无限大，从而用开路代替，变压器的零序励磁电抗是否也可以视为无限大？在什么情况下，变压器的零序励磁电抗才可以视为无限大？答：变压器的正序励磁电抗和负序励磁电抗之所以都可以视为无限大，是因为不管变压器采用什么样的铁芯形式，其励磁磁通都是通过铁芯形成回路的，由于铁芯的磁阻很小，所以与之相对应的励磁电抗非常大，近似计算中可以视为无限大；而变压器的零序励磁磁通通道与变压器铁芯的结构有关，在三相芯式变压器中，其励磁磁通只能通过铁芯、油箱与铁芯之间间隙和油箱形成回路，由于间隙的磁阻很大，所以对应的励磁电抗较小，因而不能视为无限大。

只有在变压器的铁芯形式能够使零序励磁磁通通过铁芯形成通道时（如三相变压器组、三相五柱式变压器、壳式三相变压器等）才可以将其零序励磁电抗视为无限大。

另外当变压器有三角形接线绕组时，由于在零序等值电路中三角形绕组对零序而言相当于短路，其漏抗与励磁电抗并联连接，由于漏抗远小于励磁电抗，所以此时变压器的零序励磁电抗也可以视为无限大。

6、对称分量法能否用于非线性三相电力系统的分析计算？为什么？答：不能。

因为对称分量法实际上是迭加原理的应用，而迭加原理不能用于非线性电路的分析计算，所以对称分量法不能用于非线性三相电力系统的分析计算。

7、什么叫做分析不对称故障的基本相？基本相如何选取？答：利用对称分量法分析计算时，以哪一相的序分量为未知数列方程求解，则那一相就称为分析计算的基本相。

基本相通常选择特殊相。

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。

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。

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。

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。

输电线路装设重合闸装置可以提高电力系统并列运行的暂态稳定性的原因是它增大了受扰运动过程中的最大减速面积。

4、提高和改善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（列出三种以上）？ 答：提高和改善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；具体措施有输电线路采用分裂导线、输电线路串联电容器、改善电网结构、发电机装设先进的励磁调节装置、提高电力网的运行电压或电压等级等。

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N S 为基准的电抗标幺值。

5、什么小干扰法不能用来分析电力系统的暂态稳定性？小干扰法分析电力系统稳定性的原理是将描述电力系统受扰运动的非线性微分方程在原始运行点按泰勒级数展开，并略去其中状态变量增量的平方项以上的高次项，将描述电力系统受扰运动的非线性微分方程简化为关于状态变量增量的线性微分方程，然后通过求解该线性微分方程，确定状态变量的变化规律（即确定电力系统的稳定性）。

从上面所述小干扰法分析电力系统稳定性的原理可知，只有电力系统所受干扰比较小，反映电力系统运行状态的状态变量的变化比较小时，略去展开式中含有状态变量增量高次项的项才不会产生太大的误差。

如果电力系统所受的干扰比较大，则反映电力系统运行状态的状态变量的增量也比较大，此时略去展开式中状态变量增量的高次项将造成很大的计算误差，甚至得出错误的结果。

所以小干扰法只能用于分析电力系统受到小干扰作用时，电力系统状态变量的变化问题——即电力系统的静态稳定性问题，而不能用于分析电力系统受到大干扰时，电力系统状态变量的变化问题——即电力系统的暂态稳定性问题。

1、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：应用对称法计算不对称短路故障处短路电流的步骤如下：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 直流分量也称为非周期分量，倍频电流和非周期电流都是为了维持磁链初值守恒而出现的，都属于自由分量。

18、（10分）什么是派克变换？试简述派克变换的作用和意义。

答：派克变换表示为⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+----+-=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡c b a q d f f f f f f 212121)120sin()120sin(sin )120cos()120cos(cos 320 θθθθθθ …………..(2分) 逆变换为： ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+-+----=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡01)120sin()120cos(1)120sin()120cos(1sin cos f f f f f f q d c b a θθθθθθ…………..(2分)派克变化是一种线性变换，将定子abc 坐标变换到转子同步旋转的dqo 坐标。