电力系统分析理论

现代电力系统分析总计电力系统稳定性分析：包括功角稳定性分析、电压稳定性分析和频率稳定性分析。

功角稳定性研究的是电力系统中互联的发电机间维持同步的能力问题。

在交流系统中，所有连接在系统中的发电机必须要保持同步运行。

角度稳定性分为以下三类。

静态稳定性：指电力系统受到小扰动后，不发生非同期失步，自动恢复到起始运行状态的能力。

暂态稳定性：指电力系统受到大的扰动后，各同步电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳定运行状态的能力动态稳定性：指电力系统受到小的或大的扰动后，在自动调节和控制装置的作用下，保持长过程的运行稳定性的能力。

频率稳定性：系统中有功功率的缺乏导致的频率下降现象。

电压稳定性：研究的是系统在受到小的或大的扰动后系统维持电压电力系统静态稳定性分析的一般步骤：①计算给定稳态运行情况下各变量的稳态值；②对描述暂态过程的方程式在稳态值附近线性化；③形成线性化方程状态矩阵A，根据其特征值的性质判断稳定性。

（四）提高静态稳定性的措施⑴采用自动调节励磁装置；⑵减小元件的电抗，具体做法有以下几种：①采用分裂导线；②提高线路额定电压等级；③采用串联电容补偿⑶改善系统的结构和采用中间补偿设备。

小扰动法是根据李雅普诺夫稳定性理论，以线性化分析为基础的分析方法。

当受扰动系统的线性化微分方程组的特征方程式的根的实部皆为负值时，该系统是稳定的，当根的实部有正值时，该系统式不稳定的。

小扰动法分析简单电力系统静态稳定性的步骤：（1）列出描述系统中各元件运行状态的微分方程式组；（2）将以上非线性方程线性化处理，得到近似的线性化微分方程式组；（3）根据近似方程式的根的性质，判断系统的静态稳定性。

暂态稳定：系统受到大的扰动后，将使系统结构和参数发生变化，系统潮流和发电机的输出功率也发生变化，从而破坏了远动机与发电机之间的功率平衡，使发电机开始加速或减速，扰动后，各发电机输出功率的变化并不相同，使它们的转速变化也不相同。

这样各发电机之间因转速不同产生相对运动，其结果是使转子之间的相对角度发生变化。

1、有发电厂中的电气部分、各类变电所、输配电线路及各种类型的用电器组成的整体，称为电力系统2、按电压等级的高低，电力网可分为：1低压电网（<1kv）2中低电网（1<V<10kv）3高压网（35kv<V<220kv）4、超高电网（330~750KV）5、特高压网（V>1000kv）3、负荷的分类：1.按物理性能分：有功负荷、无功负荷 2.按电力生产与销售过程分：发电负荷、供电负荷、和用电负荷 3.按用户性质分：工业、农业、交通运输业和人民生活用电负荷 4.按负荷对供电的可靠性分：一级、二级、三级负荷4、我国电力系统常用的4种接地方式：1.中性点接地 2.中性点经消弧线圈接地3.中性点直接接地 4.中性点经电阻的电抗接地小电流接地方式：（1.2）优点：①可靠性能高②单相接地时，不易造成人身或轻微轻微的人身和设备安全事故缺点：经济性差、容易引起谐振，危及电网的安全运行。

大接地电流方式：（3.4）优点：①能快速的切除故障、安全性能好②经济性好。

缺点：系统供电可靠性差（任何一处故障全跳）5、消弧线圈的工作原理：在单相接地时，可以线圈的电流Il补偿接地点的容性电流消除接地的不利影响补偿方式：①全补偿：Ik=Il时，Ie=0.容易发生谐振，一般不用②负补偿，Il< Ik时，Ie为纯容性，易产生谐振过电压③过补偿：Il>Ik时，Ie为纯感性，一般都采用过电压法。

6、架空线路的组成：①导线、②避雷线、③杆塔、④绝缘子、⑤金具7、电力网的参数一般分为两类：一类是由元件结构和特性所决定的参数，称为网络参数，如R、G、L等；另一类是系统的运行状态所决定的参数，称为运行参数，如I、V、P等。

8、分裂导线用在什么场合，有什么用处？一般用在大于350kv的架空线路中。

可避免电晕的产生和增大传输容量。

9、导线是用来反映的架空线路的泄漏电流和电晕所引起的有功损耗的参数。

10、三绕组变压器的绕组排列方式：①中、高、低②低、中、高排列原则：①高压绕组电压高，故绝缘要求也高，一般在最外层、②升压变压器一般采用：---- 1、标么值：是指实际有名值与基准值得的比值。

电力系统分析（I）Power System Analysis电力系统的组成～工业农业商业生活发电＋输电＋变电＋配电＋用电电网电力系统sa D D L eq0ln2πμ=3312312eq D D D D =互几何均距2344 1.09sb s d D D d-=架空输电线路的参数+q bH13H12 H1H2H23H3+q a+q c-q a-q c D12D13D23-q b2－1架空输电线路的参数高压架空输电线00L r ω<<00=g2－1架空输电线路的参数创新✧R？✧L？✧C？V( dx2－2架空输电线的等值电路集中参数等值Π型等值电路⎩⎨⎧≈'+≈'l b k Y l x k l r k Z b x r 000j j 工频稳态修正参数：500～600km2－2架空输电线的等值电路集中参数等值Π型等值电路⎩⎨⎧+≈'+≈'l b g Y l x r Z )j ()j (0000 工频稳态近似参数：200～300km更长的线路，可以用多个Π型等值电路串联表示2－3变压器的等值电路和参数R1 G T j X1-j B T R2j X2 R3j X3等值电路三绕组变压器2－3变压器的等值电路和参数参数计算变比kT✧两侧绕组空载线电压的比值✧与同一铁芯上原副方匝数有区别，与绕组接法有关✧按照实际的分接头计算2－3变压器的等值电路和参数R 1G Tj X 1-j B T参数计算三绕组变压器R 2j X 2R 3j X 3高低中高中低升压变降压变2－3变压器的等值电路和参数参数计算三绕组变压器✧导纳G T-j B T✧变比k12、k23、k13计算方法与双绕组变压器相同2－3变压器的等值电路和参数变压器的Π型等值电路R T j X Tk : 1-j B TG T理想变压器2－3变压器的等值电路和参数变压器的Π型等值电路R T j X T。

河北水利电力学院课程讲义2019～2020学年第一学期课程名称：电力系统分析任课教师：******授课班级：电气20**班部门单位：电气工程学院2019年8月20日河北水利电力学院讲义注：对选择项在括号内打√号目录第25次课短路电流运算曲线及其应用、短路近似计算 (1)运算曲线的制订 (1)应用运算曲线法计算短路电流的方法 (1)例题 (2)第26次课第三次习题课 (4)第27次课对称分量法在不对称短路计算中的应用 (17)对称分量法的基本原理 (17)对称分量法在不对称短路计算中的应用 (18)序阻抗概念 (20)同步发电机序电抗 (21)综合负荷的序电抗 (22)变压器的零序等值电路及其参数 (22)27.6.1变压器零序励磁电抗与铁芯结构的关系 (22)27.6.2双绕组变压器的零序电抗及等值电路 (23)27.6.3三绕组变压器的零序电抗及等值电路 (24)架空输电线路的零序阻抗及其等值电路 (25)第28次课电力系统各序网络的制定 (28)故障计算的步骤 (28)正序网络的制定 (28)负序网络制定 (28)零序网络制定 (29)例题 (29)第25次课 短路电流运算曲线及其应用、短路近似计算运算曲线的制订制定运算曲线的网络图 a ）网络接线图 b ）等值电路图说明：图a 中50％的负荷接在变压器高压母线上，另外50％的负荷接在短路点外侧。

高压母线上的负荷用恒定阻抗表示（图b ），即)sin (cos 2ϕϕj S U Z LL+=，式中，取U=1，S L =0.5，9.0cos =ϕ。

改变X k 值的大小，即可表示短路点的远近。

显然，短路电流将与短路点的距离（用从机端到短路点的外部电抗X e 表示）和短路时间t 有关：若将发电机至短路点的总电抗定义为计算电抗X c ，即k T d e d c X X X X X X ++''=+''=则短路电流周期分量的标幺值可表示为：),(*t X f I c pt=——运算曲线。

0 引言潮流是配电网络分析的基础，用于电网调度、运行分析、操作模拟和设计规划,同时也是电压优化和网络接线变化所要参考的内容.潮流计算通过数值仿真的方法把电力系统的详细运行情况呈现给工作人员,从而便于研究系统在给定条件下的稳态运行特点。

随着市场经济的发展，经济利益是企业十分看重的，而线损却是现阶段阻碍企业提高效益的一大因素.及时、准确的潮流计算结果，可以给出配电网的潮流分布、理论线损及其在网络中的分布，从而为配电网的安全经济运行提供参考.从数学的角度来看，牛顿—拉夫逊法能有效进行非线性代数方程组的计算且具有二次收敛的特点，具有收敛快、精度高的特点，在输电网中得到广泛应用.随着现代计算机技术的发展,利用编程和相关软件,可以更好、更快地实现配电网功能，本文就是结合牛顿—拉夫逊法的基本原理,利用C++程序进行潮流计算，计算结果表明该方法具有良好的收敛性、可靠性及正确性。

1 牛顿-拉夫逊法基本介绍1。

1 潮流方程对于N个节点的电力网络（地作为参考节点不包括在内），如果网络结构和元件参数已知,则网络方程可表示为：YV I (1—1）=式中,Y为N＊N阶节点导纳矩阵;V为N＊1维节点电压列向量；I为N＊1维节点注入电流列向量。

如果不计网络元件的非线性，也不考虑移相变压器，则Y为对称矩阵。

电力系统计算中，给定的运行变量是节点注入功率,而不是节点注入电流，这两者之间有如下关系：ˆˆ=EI S（1—2）式中,S为节点的注入复功率,是N＊1维列矢量；ˆS为S的共轭；ˆˆi diag ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦E V 是由节点电压的共轭组成的N*N 阶对角线矩阵。

由（1-1）和（1-2），可得：ˆˆ=S EYV上式就是潮流方程的复数形式,是N 维的非线性复数代数方程组.将其展开,有:ˆi i iij j j iP jQ V Y V ∈-=∑ j=1,2，….，N （1—3)式中， j i ∈表示所有和i 相连的节点j ，包括j i =。

电力系统的稳定性分析技术电力系统是现代社会不可或缺的能源基础设施之一，其稳定性关系到能源的供应和国家的经济发展。

因此，电力系统稳定性分析技术是电力工程领域中非常重要的一个方向。

本文将详细介绍电力系统稳定性分析技术的原理、方法和发展趋势。

一、电力系统稳定性电力系统稳定性是指在面对各种突发事件和变化时，电力系统能够维持正常运行和供电质量的稳定性。

电力系统稳定性一般可分为静态稳定性和动态稳定性两方面。

静态稳定性是指电力系统在负荷增加和短路等静态扰动下，维持电压和频率等物理量稳定。

动态稳定性则是指电力系统在面对大幅度扰动（如变压器故障、发电机失势等）时，能够保持电力系统的稳定性。

二、电力系统稳定性分析技术原理电力系统稳定性分析技术是建立在稳定性动力学理论基础之上的。

该理论认为，电力系统是一个非线性、时变、复杂的动态系统，其中的各种设备互相作用、相互制约，从而形成了系统的复杂动力学特征。

在分析时，通常将各设备模型化，建立数学模型，运用稳态和动态分析方法，对电力系统的静态稳定性以及动态稳定性进行分析。

三、电力系统稳定性分析技术方法1. 稳态分析方法稳态分析是指在理顺电力系统的负荷平衡、电压平衡等基础上，将电网等电力系统设备进行数学描述，并计算能过满足负荷要求的最合理发电方案和输电线路方案。

稳态分析主要是解决电压和功率稳定和谐的问题。

稳态分析方法包括潮流计算、短路计算、故障排错等手段。

2. 动态分析方法动态分析是指在考虑系统动态响应能力能力时，通过建立系统动态模型，观察系统在发生负荷突然变化、故障故障等突发性事件时的响应情况，从而对系统动态稳定性做出评价。

动态分析方法包括过程模拟、动态选择和响应、稳态和动态稳定等分析手段。

以上两种分析方法在现实应用中实际上是相互促进、相互补充的，既考虑了系统的负荷特性，又考虑了系统的动态响应特性，多重手段组合运用，才能全面准确地评价电力系统的稳定性。

四、电力系统稳定性分析技术的发展趋势随着电力系统规模的不断扩大以及技术的不断进步，电力系统稳定性分析技术也在持续发展。

第七章 思考题及习题答案7-1 电力系统短路的分类、危害及短路计算的目的是什么？答：短路的类型有三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路。

短路对电力系统的危害有：短路电流很大，并会电气设备使发热急剧增加，导致设备因过热而损坏；导体产生很大的电动力，有可能引起设备机械变形、扭曲甚至损坏；短路时系统电压大幅度下降，会影响电气设备的正常工作；发生不对称短路时，不平衡电流所产生的不平衡磁通会对邻近的通信系统造成干扰；短路情况严重时，会导致并列运行的发电厂失去同步，破坏系统的稳定性。

短路计算目的有：设计和选择合理的发电厂、变电所及电力系统的电气主接线；选择有足够动稳定度和热稳定度的电气设备及载流导体；合理配置各种继电保护和自动装置并正确地整定其参数；分析和计算在短路情况下电力系统的稳定问题。

7-2 无限大功率电源的含义是什么？由无限大电源供电的系统三相短路时，短路电流包括几种分量？有什么特点？答：无限大功率电源是指其容量为无限大、内阻抗为零的电源。

由无限大功率电源供电的系统三相短路时，短路电流包括周期分量和非周期分量。

其特点是在外电路发生短路时，电源电压基本上保持恒定，因此周期分量不随时间而变化。

7-3 什么叫短路冲击电流？它出现在短路后的哪一时刻？冲击系数的大小与什么有关？ 答：短路冲击电流是指在最严重短路情况下三相短路电流的最大瞬时值。

它出现在短路发生半个周期（0.01s ）时。

冲击系数与短路回路中电抗与电阻的相对大小有关。

7-4 什么是短路功率？在三相短路计算中，对某一短路点，短路功率的标幺值与短路电流的标幺值有何关系？答：短路功率等于短路电流有效值乘以短路处的正常工作电压（一般用平均额定电压）。

短路功率的标幺值与短路电流的标幺值相等。

7-5 什么是短路电流的最大有效值？与冲击系数有什么关系？答：短路电流的最大有效值是指短路后第一周的电流有效值。

它与冲击系数的关系为2)1(21−+=imp p imp K I I7-6 什么是电力系统三相短路的实用计算？分为几个方面的内容？答：电力系统三相短路的实用计算，主要是计算系统中含多台发电机、电源并非无限大功率电源供电时，三相短路电流周期分量的有效值。