机电暂态和电磁暂态

1.什么是电力系统的电磁暂态过程？变压器、输电线路等元件，不牵涉角位移、角速度等机械量，一般研究电磁暂态过程。

2、什么是电力系统的机电暂态过程？电力系统中同步发电机、异步电动机等转动元件，运动过程由电磁转矩（或功率）和机械转矩（或功率）不平衡决定，称机电暂态过程。

3、电力系统的故障分哪两种？分别又可称为什么故障？电力系统运行常发生故障，大多数是短路故障，少数是断线故障。

4、短路故障有什么类型？短路的主要原因是什么？短路计算的目的是什么？分四种简单故障类型：三相短路、两相短路、单相短路接地和两相短路接地。

根本原因是电气设备载流部分相与相之间或相对地的绝缘受到损坏。

发电厂、变电所及整个电力系统的设计、运行中均以短路计算结果作为依据：选择电气设备（电器、母线、瓷瓶、电缆等）的依据；电力系统继电保护设计和调整基础；比较、选择电力系统接线图的依据；确定限制短路电流的措施。

5、什么是无限大功率电源？无限大功率电源认为是无限多个有限功率电源并联而成，内阻抗为0，电压保持恒定。

1、无限大功率电源的特点是什么？在什么情况下可以将实际电源视为无限大功率电源？ 答：无限大功率电源的特点是：①电源的电压和频率保持不变；②电源的内阻抗为零。

当实际电源的内阻抗占短路回路总阻抗的比例小于10％时，就可以将实际电源视为无限大功率电源6、什么是短路冲击电流？其主要用途是什么？空载、│α-φ│=90°时短路电流的最大瞬时值，称短路冲击电流。

短路冲击电流用于检验电气设备和载流导体电动力稳定度。

7、什么是最大有效值电流？其主要用途是什么？任一时刻t 短路电流有效值It 是以t 为中心一个周期内瞬时电流均方根值：最大有效值电流用于检验某些电器的断流能力。

8、定子短路电流中包含哪几个分量？各分量是如何产生的，各以什么时间常数衰减或是什么稳态值？(1)直流分量：i αa ，按定子绕组的时间常数Ta 衰减。

(2)次暂态周期分量：i"pa ，按T"d 衰减。

第1章习题答案一、暂态作业1、 电力系统中的元件参数和运行参数指什么？答：元件参数由系统元件的物理性质决定，代表元件的特性。

如电阻、电抗、电导、输入阻抗和转移阻抗，变压器变比，时间常数和放大倍数等。

运行参数定量的确定系统的运行状态，包括功率、电压、电流、频率以及电动势相量间的角位移等。

2、 电网发生故障后的暂态过程分为那二个阶段？各自有何特点？电网应该采用何种措施予以应对？答：分为电磁暂态过程和机电暂态过程。

电磁暂态过程是在变压器、输电线等元件中，并不牵涉角位移、角速度等机械量的暂态过程。

机电暂态过程是电力系统中的转动元件由于机械转矩和电磁转矩（或功率）之间的不平衡而引起。

应采用一些合理的假设，忽略一些相互影响的因素，抓住过程中的主要矛盾进行研究。

3、 电力系统电磁暂态分析的主要任务是什么？答：主要任务是分析短路故障后电网中电流，电压的变化。

4、 电力系统短路故障的分类、危害，以及短路计算的目的是什么？答：分类：短路故障分对称短路和不对称短路，其中不对称短路包括两相短路、单相短路接地和两相短路接地。

危害：①短路电流大（热、电动效应）；②故障点附近电压下降；③功率不平衡失去稳定；④不对称故障产生不平衡磁通影响通信线路。

短路计算的目的：短路计算的结果可以作为合理选择电气接线、选用有足够热稳定度和动稳定度的电气设备及载流导体、确定限制短路电流的措施、在电力系统中合理地配置各种继电保护并整定其参数等的重要依据。

5、 无限大电源的含义是什么？无限大电源供电的三相短路电流包含了几种分量？有何特点？答：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，则称该电源是无限大电源。

无限大电源供电的三相短路电流包含两种分量，即交流（周期）分量和直流（自由、非周期）分量。

交流分量又称稳态短路电流，sin()pa m i I t ωαϕ=+-，m I 为稳态短路电流的幅值，α为短路时电源电压的初相角，ϕ为短路后电回路的阻抗角，其值的大小主要取决于回路阻抗大小（成反比）；直流分量a t T aa i Ce -=，其产生原因是由于短路前后电感电流不能突变，其初值C 为t=0时刻的短路前稳态值与短路后稳态值之差，是不断减小的直流电流，其减小的速度与电路中/L R 值有关。

《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。

电力系统分析考试题一、判断题1、分析电力系统机电暂态过程时，通常认为电磁暂态过程已经结束，即不再考虑发电机内部的电磁暂态过程。

（V）2、短路冲击电流出现在短路发生后约半个周期。

（V ）3、不管发电机的各个绕组是由超导体还是非超导体构成，短路电流中的非周期分量都将逐渐衰减到零。

（X）4、当发电机定子绕组之间的互感系数为常数时，发电机为隐极机。

（V ）5、电力系统发生不对称短路时，不仅短路点三相参数不对称，电力系统其他部分三相参数也将成为三相不对称的。

（X）6 、不管架空输电线路是否假设避雷线，其负序电抗都是一样的。

（V ）7、电力系统发生不对称接地短路时，故障处三相电压不对称分解出的零序电压是电力系统中出现零序电流的原因。

（V）8、小干扰法既可用于电力系统静态稳定性的分析，也可用于电力系统暂态稳定性的分析。

（X）9、线路串联电容器可以提高电力系统并列运行的静态稳定性。

（V ）10、从严格的意义上讲，电力系统总是处于暂态过程之中。

（V ）11、无限大电源的频率保持不变，而电压却随着负荷的变化而变化，负荷越大，电源的端电压越低。

（X）12、不管同步发电机的类型如何，定子绕组与转子绕组之间互感系数都是变化的。

（V）13、对称分量法只能用于线性电力系统不对称故障的分析计算。

（叠加）（V）14、派克变换前后，发电机气隙中的磁场保持不变。

（V）15、具有架空地线的输电线路，架空地线的导电性能越强，输电线路的零序阻抗越大。

（X）16、不对称短路时，发电机机端的零序电压最高。

（X）17、同步发电机转子的惯性时间常数JT反映了转子惯性的大小。

（V）18、短路计算时的计算电抗是以发电机的额定容量为基准的电抗标幺值。

（V）19、切除部分负荷是在电力系统静态稳定性有被破坏的危机情况下，采取的临时措施。

（V）20、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（V）21、对称分量法不能用于非线性电力网的不对称短路分析。

系统介绍ATP 是一个模拟电力系统电磁暂态和机电暂态特性的数字仿真软件包。

ATP 可模拟任意结构的复杂电力网络及其控制系统。

ATP 具有很强的扩展能力，除暂态计算之外，还有其它一些重要的特性。

在加拿大/美国EMTP 中国分委会的联合主席（W. Scott Meyer 博士和Tsu-huei Liu 博士）的推动下，通过国际间的合作，ATP 处在不断发展之中。

早在1984年，ATP 就诞生了。

当时Meyer 博士和刘博士不赞成由DCG （EMTP 发展合作组织）和EPRI （美国电科院）提出的使BPA （Bonneville 水电管理局）的EMTP 程序商业化的行为。

刘博士辞去了DCG 主席的职务， Meyer 博士利用业余时间，从BPA 的EMTP 拷贝中创建了一个新的程序—ATP 。

ATP 发展的需求包括诚信公开和不参与任何EMTP 的商业活动。

ATP 不是一个公开程序，获得ATP 资料之前要得到相应许可（参看许可协议）。

系统原理▪利用梯形积分法在时域内求解系统元件的微分方程。

▪非零初始状态的确定通过以下两种方式：由稳态相量解法自动确定或者由用户通过简单元件输入。

▪与TACS 程序模块（控制系统的暂态分析模块）和MODELS （一种仿真语言）的接口能力可以模仿控制系统和非线性元件，如电弧等。

▪可分析对称与不对称故障和扰动，如雷击浪涌、开关操作和包括阀换流等。

▪运用频率扫描方法计算相量网络的频率响应特性。

▪运用谐波频率扫描方法（谐波电流注入法）进行频域的谐波分析。

▪ 无电网络的动态系统也可使用TACS 控制系统和MODELS 语言来进行模拟。

系统元件▪耦合与非耦合的线性的、集中的R 、L 、C 元件。

▪频率相关的分布参数传输线和电缆模型。

▪非线性电阻和电感、考虑磁滞回线的电抗器、时变电阻、TACS/MODELS 控制电阻。

▪非线性元件：考虑磁滞和饱和的变压器、避雷器（无间隙和有间隙）、电弧等。

动态电力系统思考题一、励磁系统和调速器1. 自并（复）励的优点和缺点。

在励磁方式中不设置专门的励磁机，而从发电机本身取得励磁电源，经整流后再供给发电机本身励磁，称自励式静止励磁。

自励式静止励磁可分为自并励和自复励两种方式。

①自并励:自并励方式它通过接在发电机出口的整流变压器取得励磁电流，经整流后供给发电机励磁，优点:接线结构简单，设备少，投资省和维护工作量少 ,励磁调节速度快.缺点:近端三相短路而切除时间又较长时,强励能力差,不利系统稳定.因短路电流衰减快,继电保护的配合复杂,要采取一定的技术措施以保证其动作②自复励:自复励磁方式除没有整流变压外，还设有串联在发电机定子回路的大功率电流互感器。

这种互感器的作用是在发生短路时，给发电机提供较大的励磁电流，以弥补整流变压器输出的不足。

这种励磁方式具有两种励磁电源，通过整流变压器获得的电压电源和通过串联变压器获得的电流源。

优点:在机端近端短路时,因串联变的复励作用,使励磁系统具有较强的强励能力及较高的顶值倍数.缺点:投资大花费多,增加了阻极电抗,使换弧电压升高,波形畸变厉害.2. 为什么发电机突然甩负荷后可能出现过电压？为什么这个问题对自并励方式的发电机更加严重？在长线路传输大功率的情况下，首端母线电压等于额定电压，而首端发电机的等效电动势E则高于此额定电压。

负荷被甩掉，而原动机调速器和发电机自动调压装置因惯性在一开始起不到调节作用，母线电压就从额定电压上升到E，这是形成甩负荷过电压的第一个因素。

此外，由于空载发电机继续受到驱动而加速旋转，汽轮发电机在短时间内的转速可增至原来的1.10~1.15倍，水轮发电机转速可增至原转速的 1.3倍以上，电源电动势和母线电压将按上述同样倍数而继续增大，这是形成甩负荷过电压的另一个因素。

3. 旋转励磁有什么优点和缺点？答：课本p61①直流励磁系统由于受直流励磁机的整流子限制，功率不宜过大，可靠性较差。

直流励磁机时间常数较大，响应速度较慢，价格较高，一般只用于中、小型发电机励磁。

电力系统分析考试题一、判断题1、分析电力系统机电暂态过程时，通常认为电磁暂态过程已经结束,即不再考虑发电机内部的电磁暂态过程。

（√）2、短路冲击电流出现在短路发生后约半个周期。

（√）3、不管发电机的各个绕组是由超导体还是非超导体构成，短路电流中的非周期分量都将逐渐衰减到零。

(×)4、当发电机定子绕组之间的互感系数为常数时，发电机为隐极机。

(√）5、电力系统发生不对称短路时，不仅短路点三相参数不对称，电力系统其他部分三相参数也将成为三相不对称的。

（×）6、不管架空输电线路是否假设避雷线,其负序电抗都是一样的。

（√)7、电力系统发生不对称接地短路时，故障处三相电压不对称分解出的零序电压是电力系统中出现零序电流的原因。

(√）8、小干扰法既可用于电力系统静态稳定性的分析，也可用于电力系统暂态稳定性的分析. (×）9、线路串联电容器可以提高电力系统并列运行的静态稳定性。

(√）10、从严格的意义上讲，电力系统总是处于暂态过程之中。

(√）11、无限大电源的频率保持不变，而电压却随着负荷的变化而变化，负荷越大，电源的端电压越低。

(×)12、不管同步发电机的类型如何，定子绕组与转子绕组之间互感系数都是变化的。

（√）13、对称分量法只能用于线性电力系统不对称故障的分析计算。

（叠加）（√）14、派克变换前后，发电机气隙中的磁场保持不变. (√)15、具有架空地线的输电线路,架空地线的导电性能越强,输电线路的零序阻抗越大。

(×）16、不对称短路时,发电机机端的零序电压最高。

（×）17、同步发电机转子的惯性时间常数JT反映了转子惯性的大小。

(√) 18、短路计算时的计算电抗是以发电机的额定容量为基准的电抗标幺值。

(√）19、切除部分负荷是在电力系统静态稳定性有被破坏的危机情况下，采取的临时措施。

（√）20、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（√)21、对称分量法不能用于非线性电力网的不对称短路分析。

一、判断题1.设隐极机与无限大容量系统相连，忽略所有元件的电阻和导纳，并假设空载电动势恒定，则功率角为90时对应的运行点是静态稳定临界点。

（正确）2.当两个幅值相等的电动势相位相差0180时，电压下降到零的点，称为系统振荡中心。

（正确）3. 系统在事故后的运行方式下的静态稳定储备系数等于正常运行方式下的其静态稳定储备系数。

（错误）4.在送端变压器中性点接入小电阻，当发生不对称接地短路时，能提高系统的静稳定性。

（错误）5.电力系统是非线性系统，所以不能用线性化的方法分析其静态稳定性。

（错误）6.简单电力系统考虑阻尼作用的静态稳定判据为阻尼系数D>0，整步功率系数eqS<0。

（错误）7.主要从缩短电气距离的角度提高系统静态稳定性，主要从减少功率或能量差额的角度提高系统暂态稳定性。

（正确）8.当电力系统发生故障后投入制动电阻，可增加电磁功率。

（正确）9.切除双回线路中的一回，只会降低电力系统并列运行的静态稳定性，不会降低电力系统并列运行的暂态稳定性。

（错误）10.电力系统的暂态稳定性是指电力系统在受到大干扰作用时的稳定性。

（正确）11.系统中某点的短路容量越大，则该点与系统的联系越强。

（正确）12.单台发电机经线路与无限大容量系统相联的简单系统，当线路中某点分别发生三相短路、单相接地短路、两相接地短路和两相短路时，对应的临界切除角分别为)3(cm δ、)1(cm δ、)1,1(cm δ和)2(cm δ，则)1()2()1,1()3(cm cm cm cm δδδδ<<<。

（正确） 13. 'δ是空载电动势'E ∙对于母线电压U ∙的夹角。

（正确）14. 整步功率系数的大小标志着同步发电机维持同步运行的能力。

（正确）15.'E ∙对于母线电压U ∙的夹角越大，整步功率系数越大。

（错误）16.发电机中性点经小电阻接地可以提高和改善电力系统两相短路和三相短路时并列运行的暂态稳定性。

1，电力系统运行状态由【运行参量】来表述；包括功率，电压，电流，频率，相间角位移2，电力系统运行状态：【稳态】【暂态】3，电力系统的暂态过程可以分为【波过程】【机电过程】【电磁过程】4，电力系统短路故障有【三相短路】【两相短路】【单相短路接地】【两相短路接地】，单相短路占绝大多数；【三相断路】三相回路是对称的，其余都不对称。

4.5在简单电力系统中，如某点的三序阻抗相等，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：三相短路、两相短路接地、两相短路、单相接地短路5，减少短路电流对电力系统危害的措施为：用【电抗器】限制短路电流的数值，用【继电保护装置】限制短路电流存在的时间。

【重合闸】临时性会自然恢复的短路；6，短路故障又称【横向故障】，断线故障【纵向故障】7，各元件参数标幺值计算法：准确计算法电抗有名值不归算；近似计算法归算；8，无穷大电力系统是指电源的【幅值】【频率】在故障过程中能维持不变。

9，短路后全电流由周期分量和非周期分量组成，两部分中属于交流分量的是【周期】分量,属于直流分量的是【非周期】分量10，短路冲击电流ia在短路发生经过【半个周期】（f为50HZ时时间为0.01s）出现，主要用于【检验电气设备，载流导体的动稳定度】；短路电流有效值It检验开关断流能力。

11，电动机容量大于12MW，所以发电机短路电流冲击系数取1.8；电动机冲击系数取1.912，短路电流计算法有【准确计算法】【准确计算法】，准确计算法按变压器【实际变比】计算；准确计算法按变压器【额定电压的平均值之比】计算1. 何为派克变换，实质是什么？研究同步发电机基本方程式时，为什么要进行派克变换？答：派克变换是将空间静止不动定子A、B、C三相绕组用两个随转子同步旋转的绕组和一个零轴绕组来等效替换，两个随转子同步旋转的绕组一个位于转子d 轴方向，称为d轴等效绕组；一个位于q轴方向称为q轴等效绕组。

派克变换的目的是将原始磁链方程中的变系数变换为常系数，从而使发电机的原始电压方程由变系数微分方程变换为常系数微分方程，以便于分析计算。