电力系统电磁暂态概述

《电力系统暂态分析》要点总结目录知识结构图 (2)1.电力系统故障分析 (2)1.1PARK变换 (2)1.2标么值下的磁链方程和电压方程 (3)1.3同步发电机各种电势的表达式 (3)1.4发电机阻抗的概述 (4)1.5（次）暂态电抗和（次）暂态电势 (5)1.6发电机三相短路电流 (6)1.7对称分量法 (7)1.8叠加定理 (7)1.9电力系统简单故障分析 (8)2.电力系统稳定性 (11)2.1电力系统稳定性概述 (11)2.2同步发电机的机电模型 (11)2.3同步发电机电磁转矩和电磁功率 (11)2.4简单电力系统的静态稳定 (12)2.5简单电力系统的暂态稳定 (13)12知识结构图1.电力系统故障分析1.1PARK 变换正变换：逆变换：PARK 变换的作用和意义：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。

在d 、q 、o 坐标系中，磁链方程成为线性代数方程，电压方程成为线性微分方程。

从而使得同步电机的数学模型成为常系数方程，或者说将abc 坐标下“理想电机”的时变数学模型转化为非时变数学模型。

派克变换是电机模型取得的一次巨大的突破。

⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡+----+-=212121)120sin()120sin(sin )120cos()120cos(cos 32 θθθθθθP ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+-+----=-1120120112012011)sin()cos()sin()cos(sin cos Pθθθθθθ31.2标么值下的磁链方程和电压方程Ψd =−x d i d +x ad i f +x ad i D Ψq =−x q i q +x aq i Q Ψ0=−x 0i 0Ψf =−x ad i d +x f i f +x ad i D ΨD =−x ad i d +x ad i f +x D i D ΨQ =−x aq i q +x Q i Q u d =dΨd dt −ωΨq −ri d u q =dΨq dt +ωΨd −ri q u 0=dΨ0dt −ri 0 u f =dΨf dt+r f i f0=dΨD dt +r D i D 0=dΨQ dt+r Q i Q其中x ad 称为纵轴电枢反应电抗，描述电枢（定子）电流产生的磁场对主磁极磁场（励磁）的影响，x d 称为定子纵轴同步电抗，x q 称为定子横轴同步电抗。

输电线路电磁暂态仿真及应用输电线路电磁暂态仿真是一种利用计算机模拟电力系统中电磁暂态过程的方法。

电磁暂态是指电力系统线路中由于电气设备的切换、故障等原因而引起的短暂的不稳定电磁现象。

电磁暂态的分析对于电力系统的稳定运行和设备的保护具有重要的意义。

输电线路电磁暂态仿真可以通过建立电力系统的等值电路、计算传输线路的各种参数和运用电磁暂态方程等方法，获取电力系统故障发生后的电压、电流等参数的波形和变化情况。

通过对电力系统的仿真分析，可以及早发现和解决电力系统潜在的故障问题，提高电力系统的可靠性和安全性。

电磁暂态的仿真可分为两个方面，即潮流仿真和故障仿真。

潮流仿真是指在系统正常运行状态下，计算电力系统各个节点上的电压和电流分布情况。

故障仿真是指在发生故障后，计算故障点附近的电压、电流等参数的变化情况。

在输电线路电磁暂态仿真中，常用的计算方法包括传输线模型法、波动源算法等。

传输线模型法适用于频域处理，可以分析电磁暂态的传播规律。

而波动源算法则适用于时域处理，可以模拟电磁暂态的快速变化过程。

输电线路电磁暂态仿真的应用非常广泛。

首先，它可以用于电力系统的设计和规划，通过仿真分析不同设计方案的电气性能，优化电力系统的参数配置，提高电力系统的效率。

其次，它可以用于电力系统的故障诊断和保护装置的设计。

通过对电力系统故障的仿真分析，可以找出故障点和故障原因，为故障的处理提供参考。

同时，还可以仿真分析不同保护装置的响应时间和保护范围，为保护装置的选型和配置提供依据。

此外，还可以用于电力系统的稳定性分析和可靠性评估等方面。

总的来说，输电线路电磁暂态仿真是一种重要的电力系统仿真方法，可以帮助电力工程师更好地了解电力系统的电磁暂态过程，优化电力系统的设计和规划，提高电力系统的可靠性和安全性。

随着计算机技术的进步，电磁暂态仿真在电力系统的各个领域中的应用将会越来越广泛。

电力系统的稳态与暂态分析方法稳态和暂态是电力系统分析中两个重要的概念。

稳态分析主要用于评估电力系统在正常运行情况下的性能和稳定性，而暂态分析则关注电力系统在发生故障或其他异常情况下的响应和恢复过程。

本文将介绍电力系统中的稳态与暂态分析方法，并探讨其在电力系统规划、运行和故障处理中的应用。

一、稳态分析方法稳态是指电力系统在正常运行情况下，各电压、电流和功率等参数保持在稳定状态的能力。

稳态分析主要涉及电压、功率、功率因数等参数的计算和评估。

常用的稳态分析方法包括潮流计算、负荷流计算、电压稳定性评估等。

1. 潮流计算潮流计算是稳态分析中最基础的方法之一，用于计算电力系统中各节点的电压、电流和功率等参数。

通过潮流计算，可以确定电力系统中各节点的电压稳定程度，评估传输能力和合理分配负载等。

常用的潮流计算方法包括高斯-赛德尔法、牛顿-拉夫逊法等。

2. 负荷流计算负荷流计算是潮流计算的一种特殊形式，用于分析电力系统中负载的分布和负载对系统潮流的影响。

负荷流计算可以帮助确定合理的负载分配方案，提高系统的稳定性和经济性。

3. 电压稳定性评估电压稳定性是一个评估电力系统稳定性的重要指标，特别是在大规模电力系统中。

电压稳定性评估主要通过计算稳态电压变化范围和电压裕度等参数来判断系统的电压稳定性，并采取相应的调整措施。

二、暂态分析方法暂态是指电力系统在出现故障或其他异常情况下，系统中各参数发生瞬时变化并逐渐恢复到正常状态的过程。

暂态分析主要关注电力系统在故障发生后的动态响应和恢复。

常用的暂态分析方法包括短路分析、稳定性分析和电磁暂态分析等。

1. 短路分析短路分析主要用于分析电力系统中发生短路故障时的电流和电压等参数的变化。

通过短路分析，可以确定故障点、故障类型和故障电流等信息，为故障处理和保护设备的选择提供依据。

2. 稳定性分析稳定性分析是评估电力系统在故障发生后是否能够保持稳定运行的一项重要工作。

稳定性分析主要关注系统的动态行为和振荡特性，通过模拟故障后系统的响应来判断系统的稳定性和选择合适的控制策略。

电磁暂态时间范围
电磁暂态时间范围是指在电路中发生变化时，电磁场和电磁波的响应时间。

在电路中，当电流或电压发生突变时，电磁场会随之发生变化，这个过程称为电磁暂态。

电磁暂态的时间范围是指从电路发生变化到电磁场稳定的时间段。

电磁暂态的时间范围不同于电磁场的稳态，它是一个短暂的过程。

在电路中，当开关打开或关闭时，电流和电压会发生突变，从而导致电磁场的变化。

这个过程一般会持续一段时间，然后电路中的电磁场会逐渐稳定下来。

电磁暂态的时间范围取决于电路的特性和参数。

一般来说，电容器和电感器的存在会导致电磁暂态的发生。

当电路中存在电容器时，电压的突变会导致电容器中的电荷发生变化，进而引起电磁场的变化。

而当电路中存在电感器时，电流的突变会导致电感器中的磁场发生变化，从而引起电磁场的变化。

电磁暂态的时间范围也与电路中的其他元件有关。

例如，电路中的电阻器会消耗电能，从而减缓电磁暂态的响应时间。

而电路中的电容器和电感器则会储存电能，加速电磁暂态的响应时间。

电磁暂态的时间范围对于电路的设计和分析非常重要。

在设计电路时，需要考虑电磁暂态的时间范围，以确保电路的稳定性和性能。

在分析电路时，需要对电磁暂态进行建模和计算，以预测电路的响
应和行为。

电磁暂态时间范围是电路中电磁场和电磁波响应的时间段，它取决于电路的特性和参数。

了解电磁暂态时间范围对于电路的设计和分析至关重要，可以确保电路的稳定性和性能。

电力系统电磁暂态仿真流程与算例电力系统是现代社会中不可或缺的基础设施之一，而电磁暂态仿真则是电力系统设计和运行中至关重要的一环。

在电力系统中，电磁暂态指的是由于突发事件（如短路、开关操作等）引起的电压、电流和电磁场的瞬时变化。

为了更好地了解和预测电磁暂态对系统的影响，电力工程师们通常会使用仿真软件进行电磁暂态仿真，以评估系统的稳定性和安全性。

电磁暂态仿真流程通常包括以下几个步骤：1. 收集系统数据，首先需要收集电力系统的拓扑结构、线路参数、设备参数等数据，这些数据将作为仿真模型的基础。

2. 建立仿真模型，利用仿真软件（如PSCAD、EMTP等），根据收集到的系统数据建立电力系统的仿真模型，包括发电机、变压器、线路、开关等设备的模型。

3. 定义仿真场景，根据实际情况和仿真的目的，定义仿真场景，包括故障类型、故障位置、故障时刻等。

4. 进行仿真计算，利用仿真软件进行电磁暂态仿真计算，模拟系统在发生故障时的电压、电流和电磁场的变化过程。

5. 分析仿真结果，对仿真结果进行分析，评估系统在电磁暂态下的稳定性和安全性，找出潜在的问题和改进方案。

为了更好地理解电磁暂态仿真流程，下面我们以一个简单的算例来说明。

假设有一个简单的电力系统，包括一个发电机、一条输电线路和一个负载。

我们希望通过仿真分析系统在发生短路故障时的响应。

首先，我们需要收集系统的拓扑结构、线路参数、设备参数等数据，并建立仿真模型。

然后，定义仿真场景，设置短路故障的类型和位置。

接下来，利用仿真软件进行仿真计算，并得到系统在短路故障下的电压、电流和电磁场的变化情况。

最后，我们对仿真结果进行分析，评估系统的稳定性和安全性。

通过电磁暂态仿真，我们可以更好地了解系统在突发事件下的响应情况，为系统设计和运行提供重要的参考和支持。

同时，电磁暂态仿真也为电力系统的故障分析、保护方案设计和故障处理提供了有力工具，有助于提高系统的可靠性和安全性。

因此，电磁暂态仿真在电力系统领域具有重要的应用前景和价值。

电力系统电磁暂态仿真模型研究在电力系统中，电磁暂态是指由于电力系统运行过程中突发的故障、开关操作或外界干扰等原因引起的瞬态过程。

电磁暂态对电力系统的稳定运行和设备的安全性具有重要的影响，因此研究电力系统电磁暂态仿真模型成为了电力系统领域的热点问题。

一、电磁暂态仿真模型的概念和意义电磁暂态仿真模型是指通过计算机建立的电力系统暂态过程的数学模型，它能够模拟电力系统在受到突发干扰时的电气行为，包括电压、电流、功率等。

研究电磁暂态仿真模型的意义在于能够预测电力系统在各种故障或异常情况下的响应，优化电力系统的运行，并加强对各种电气设备的保护。

二、电磁暂态仿真模型的建立方法1. 电磁暂态仿真模型的数学基础电力系统电磁暂态的数学建模通常采用电磁场理论、电路理论和数值计算方法等。

通过建立节点电压方程、支路电流方程等数学模型，可以准确描述电力系统暂态过程中的电磁现象。

2. 电磁暂态仿真模型的建立步骤电磁暂态仿真模型的建立通常包括以下几个步骤：(1) 收集电力系统拓扑结构和参数数据。

(2) 建立节点电压方程和支路电流方程并求解。

(3) 根据计算结果进行系统状态评估和故障诊断。

三、电磁暂态仿真模型的应用领域1. 电力系统的故障分析与诊断电磁暂态仿真模型可以用于电力系统的故障分析与诊断，通过模拟各种故障情况下的电气行为，可以准确判断故障的类型和位置，并提供相应的故障处理建议。

2. 电力系统的保护与控制电磁暂态仿真模型可以用于电力系统的保护与控制策略的设计和优化。

通过模拟各种保护与控制方案，可以评估其对电力系统暂态过程的影响，并提供最优的保护与控制策略。

3. 电力设备的设计与改进电磁暂态仿真模型可以用于电力设备的设计与改进。

通过模拟电力设备在暂态过程中的电气行为，可以评估其受干扰的程度和稳定性，并提供改进设计的建议。

四、电磁暂态仿真模型研究的趋势随着电力系统的规模和复杂度的增加，电磁暂态仿真模型研究也面临着新的挑战和需求。

电磁暂态计算的原理和应用1. 什么是电磁暂态计算？电磁暂态计算是指通过数学模型和计算方法，对电力系统中的暂态过程进行仿真和分析的一种方法。

在电力系统中，暂态过程是指电气设备运行状态发生变化时，电压、电流和功率等参数发生瞬间变化的现象。

电磁暂态计算可以精确地预测和分析电力系统的暂态行为，从而提供指导和支持电力系统的设计和运行。

2. 电磁暂态计算的原理电磁暂态计算基于电磁场理论和电路理论，通过建立电力系统的数学模型，并利用相应的计算方法和算法，对暂态过程进行仿真和计算。

其主要原理包括以下几个方面：•电磁场理论：电磁暂态计算基于电磁场理论，通过对电力系统中电场和磁场的计算和分析，可以得到电压、电流和功率等暂态参数的变化规律。

•电路理论：电磁暂态计算也基于电路理论，将电力系统抽象为电路模型，利用电路的参数和拓扑关系，进行电磁场的传输和变化计算。

•数值计算方法：电磁暂态计算利用数值计算方法和算法，如有限元法、有限差分法和有限体积法等，对电力系统的数学模型进行离散化和求解，从而得到电磁暂态的仿真结果。

3. 电磁暂态计算的应用3.1 电力系统设计电磁暂态计算在电力系统设计中起到重要的作用。

通过对电力系统暂态过程的计算和分析，可以评估设备的运行安全性和可靠性，优化电力系统的设计方案。

例如，在配电系统的设计中，可以通过电磁暂态计算来分析电容器开关的合闸过程中是否会产生过电压，从而选择合适的开关参数和保护装置。

3.2 电力系统运行电磁暂态计算也可以用于电力系统的运行管理和故障分析。

通过对电力系统暂态行为的模拟和计算，可以提前预测设备的暂态响应，帮助运维人员及时采取措施，保障电力系统的正常运行。

例如，在变电站运行中，可以利用电磁暂态计算来评估过电流和过电压等暂态问题，指导操作人员进行相应的控制和维护。

3.3 电力系统教育培训电磁暂态计算也在电力系统教育培训中得到了广泛应用。

通过电磁暂态计算软件的使用，可以对电力系统的暂态过程进行可视化展示，并进行交互式实验。

电力系统暂态分析讲义第八章电力系统暂态稳定第一节暂态稳定概述暂态稳定分析：不宜作线性化的干扰分析，例如短路、断线、机组切除（负荷突增）、甩负荷（负荷突减）等。

能保持暂态稳定：扰动后，系统能达到稳态运行。

分析暂态稳定的时间段：起始：0~1，保护、自动装置动作，但调节系统作用不明显，发电机采用、PT恒定模型；中间：1~5，AVR、PT的变化明显，须计及励磁、调速系统各环节；后期：5~min，各种设备的影响显著，描述系统的方程多。

本书中重点讨论起始阶段。

基本假定：⑴网络中，ω=ω0（网络等值电路同稳态分析）⑵只计及正序基波分量，短路故障用正序增广网络表示一．物理过程分析~发电机采用E’模型。

故障前：电源电势节点到系统的直接电抗故障中，j某Δ故障切除后：PPIPⅢfeaPT=P0kdacbPⅡ功角特性曲线为：δhδmδ0δcδ●故障发生后的过程为：运行点变化原因结果a→b短路发生PT>PE,加速，ω上升，δ增大b→cω上升，δ增大ω>ω0,动能增加c→e故障切除PT<PE,开始减速，但ω>ω0，δ继续增大e→f动能释放减速，当ωf=ω0，动能释放完毕，δm角达最大f→kPT<PE,减速δ，减小经振荡后稳定于平衡点k结论：①若最大摇摆角，系统可经衰减的振荡后停止于稳定平衡点ｋ，系统保持暂态稳定，反之，系统不能保持暂态稳定。

②暂态稳定分析与初始运行方式、故障点条件、故障切除时间、故障后状态有关。

③电力系统暂态稳定分析是计算电力系统故障及恢复期间内各发电机组的功率角的变化情况（即δ–ｔ曲线），然后根据角有无趋向恒定（稳定）数值，来判断系统能否保持稳定，求解方法是非线性微分方程的数值求解。

P二．等面积定则ｄaPT=P0PI●故障中，机组输入的机械功率>发电机输出的电磁功率，发电机加速，cbPⅡδδ0δcP积分得：左侧＝转子在相对运动中动能的增量；右侧＝过剩转矩对相对位移所做的功――线下方的阴影面积――称为加速面积；●故障切除后PⅢfdaPT=P0PⅡδcδcδm∵时，，∴右侧＝制动转矩对相对角位移所做的功＝线上方的阴影面积（称为减速面积）●因减速过程中，转速恢复同步转速（即加速过程中的动能释放完毕）时δ角达最大，所以加速面积＝减速面积――等面积定则。

电磁暂态与机电暂态的区别
电磁暂态过程:是指元件电磁场以及相应的电压和电流的变化过程。

电磁暂态过程数字仿真是⽤数值计算⽅法对电⼒系统中从数微秒⾄数秒之间的电磁暂
态过程进⾏仿真模拟。

电磁暂态过程仿真必须考虑输电线路分布参数特性和参数的频
率特性、发电机的电磁和机电暂态过程以及⼀系列元件(避雷器、变压器、电抗器等
)的⾮线性特性。

因此，电磁暂态仿真的数学模型必须建⽴这些元件和系统的代数或
微分、偏微分⽅程。

⼀般采⽤的数值积分⽅法为隐式积分法。

机电暂态过程:由于发电机和电动机电磁转矩的变化引起电机转⼦机械运动的变化过程。

机电暂态过程的仿真，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，切除线路、发
电机、负荷，发电机失去励磁或者冲击性负荷等⼤扰动作⽤下，电⼒系统的动态⾏为
和保持同步稳定运⾏的能⼒。

电⼒系统暂态分析讲义第⼀次课教学内容：绪论；电⼒系统故障分析概述教学⽬的：通过本节的教学使学⽣了解电⼒系统运⾏状态的分类和本课程研究的内容；了解电⼒系统故障的类型。

教学步骤：绪论⼀、复习电⼒系统的概念1、电⼒系统由发电机、变压器、线路和负荷组成的⽹络。

它包括通过电⽓的或机械的⽅式连接在⽹络中的设备。

2、电⼒系统的设备分类电⼒元件：⽤于电能的⽣产、变换、输送、分配和消费的设备；控制元件：⽤来改变系统的运⾏状态的设备和装置。

如以后要讲的ZTL、ZTS 和继电保护装置等。

⼆、电⼒系统运⾏状态的描述电⼒系统的运⾏状态⽤运⾏参量来描述。

运⾏参量指反映电⼒系统运⾏状态的物理量，具体有功率、电压、电流、频率、发电机电势相量之间的⾓位移等。

运⾏参量直接由系统参数决定。

系统参数指代表系统元件特性的参数。

如电阻、电抗、电导、电纳、输⼊阻抗、变压器变⽐、时间常数、放⼤倍数等。

系统参数由系统元件的物理性质决定，例如输电线路的电抗取决于导线的截⾯、长度、⼏何均距等。

三、电⼒系统运⾏状态的分类电⼒系统的运⾏状态分为暂态和稳态两种。

1、稳态系统参数保持不变时，描述电⼒系统运⾏状态的运⾏参量亦为常数，电⼒系统的这种运⾏状态称为稳态。

事实上，系统参数是时刻变化的，例如负荷阻抗时刻都在改变，因⽽各运⾏参量亦不能保持常数。

但如果各运⾏参量只在某⼀平均值附近做微⼩的变化，我们就可以认为运⾏参量为常数，即系统的运⾏状态为稳态。

换句话说，电⼒系统的稳态实际上是⼀种相对稳定的运⾏状态。

2、暂态1）暂态的概念系统运⾏参量的⼤⼩由系统参数决定，当系统参数变化后，运⾏参量就会从原来的⼀组数值变为⼀组新的数值，也就是电⼒系统从⼀种稳定运⾏状态变为另⼀种稳定运⾏状态。

由于电⼒系统中惯性元件（电抗、电容、发电机的转⼦等）的作⽤，电⼒系统从⼀种运⾏状态变为另⼀种运⾏状态需要⼀定的过渡过程，这个过渡过程中的电⼒系统运⾏状态称为电⼒系统暂态运⾏。

事实上电⼒系统的参数时刻都在改变，因⽽电⼒系统总是处于暂态过程中。

电磁暂态过程电磁暂态过程是指在电路中出现突然的电磁信号变化时，系统的电流、电压和功率等参数发生瞬时变化的过程。

电磁暂态过程在电力系统、通信系统等各个领域都有着重要的应用和影响。

电磁暂态过程的起因可以是电源开关的操作、电力设备的故障、雷击等原因。

当这些突发事件发生时，电路中的电感、电容和电阻等元件会形成一个振荡回路，导致电流和电压发生瞬时变化。

这种变化过程可以分为自由振荡和受阻振荡两种情况。

在自由振荡的情况下，电磁暂态过程的特点是电路中的电流和电压会不断地振荡，直到能量耗散完为止。

这种情况下，电路中的电感和电容起着重要的作用。

电感会产生电流的延迟效应，而电容则会导致电压的延迟效应。

在振荡过程中，电流和电压的振幅会逐渐减小，直到最终趋于稳定。

受阻振荡是指电路中存在阻尼效应的振荡过程。

在这种情况下，电路中的电阻会耗散振荡的能量，使得电流和电压的振幅逐渐减小，最终趋于稳定。

阻尼比越大，振荡衰减的速度越快。

电磁暂态过程不仅会对电路中的元件产生影响，还会对周围的设备和系统产生干扰。

例如，在电力系统中，电磁暂态过程会对发电机、变压器和线路等设备产生冲击，甚至导致设备的损坏。

因此，对电磁暂态过程的分析和处理是电力系统设计和运行中的重要问题。

为了减小电磁暂态过程对系统的影响，可以采取一系列的措施。

例如，在电力系统中可以采用避雷器、绝缘子等设备来保护系统不受雷击的影响。

在通信系统中，可以采用屏蔽和滤波等技术来减小电磁干扰。

电磁暂态过程是电路中出现突然电磁信号变化时的反应过程。

它具有自由振荡和受阻振荡两种情况，会对电路中的元件以及周围的设备和系统产生影响。

因此，在电力系统和通信系统的设计和运行中，需要对电磁暂态过程进行分析和处理，以减小其对系统的影响。