電力系統(tǒng)分析- 學(xué)習(xí)指南概要

1、電力系統(tǒng)分析（2）-學(xué)習(xí)指南一、填空題：供20分，每空1分）發(fā)生短路的根本原因是。 無(wú)限大功率系統(tǒng)是指電源的 和 在故障過(guò)程中仍能保持。己知三相短路 a相電流為 i = I sin（t+ag） + I sin（a中）-1 sin（aSw/%a mml0l101 m則 ib=+e-t/Tao電力系統(tǒng)中的任何靜止元件，只要 ，其正序阻抗和導(dǎo)納與負(fù)序阻 抗和導(dǎo)納相等。 沖擊系數(shù)為沖擊電流值對(duì)于 的倍數(shù)。它的大小與有關(guān)。在負(fù)序和零序網(wǎng)絡(luò)中，短路點(diǎn)的負(fù)序和零序電壓分量相當(dāng)于電源，因此短路點(diǎn) 的負(fù)序和零序電壓值，離短路點(diǎn)越遠(yuǎn)，負(fù)序和零序電壓。電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)受到 后，各 保持同步運(yùn)行并過(guò)渡到

2、新的或者恢復(fù)到 的能力。電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析的主要方法是對(duì)遭受大干擾后的 進(jìn)行求解，從而判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定。電力系統(tǒng)短路故障，可分為、和。無(wú)限大容量電源是指 相對(duì)很大、相對(duì)很小和 恒定的等效電源或等效系統(tǒng)。11.沖擊電流是指 的最大瞬時(shí)值，它出現(xiàn)在短路發(fā)生后 周期時(shí)。 短路功率等于 同短路處的 的乘積。無(wú)阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)發(fā)生三相短路時(shí)，定子電流含有基頻分量 和，轉(zhuǎn)子電流含有。對(duì)稱分量法可以把不對(duì)稱的a、b、c三相量，分解為對(duì)稱的、三序量。 正序等效原則是指在簡(jiǎn)單不對(duì)稱故障中，故障點(diǎn) 與在故障點(diǎn)每一相 中接入附加阻抗，并在其后發(fā)生的三相短路時(shí)的電流。 電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)受到小干擾后

3、，或者, 自動(dòng)恢復(fù)到起始運(yùn)行狀態(tài)的能力。無(wú)阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài)電勢(shì)E在突然短路前后，這是因?yàn)閝它正比于。發(fā)電機(jī)中勵(lì)磁電流產(chǎn)生的主磁通穿過(guò)空氣隙與 匝鏈，漏磁通只匝鏈。 發(fā)電機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù)是在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上施加 后，轉(zhuǎn)子從停頓狀態(tài)升速到 所需要的時(shí)間。 極限切除角是指，恰好等于，系統(tǒng)處于穩(wěn)定的極限情況， 大于這個(gè)角度切除系統(tǒng)故障，系統(tǒng)將失去穩(wěn)定。短路后 時(shí)的電流有效值最大，這一有效值我們稱它為。標(biāo)么值的近似計(jì)算與準(zhǔn)確計(jì)算相比，是近似認(rèn)為為網(wǎng)絡(luò)的平均額定電壓。采用近似計(jì)算后發(fā)電機(jī)和變壓器額定參數(shù)下的標(biāo)么值只要進(jìn)行 換算，即可得統(tǒng)一基準(zhǔn)下的標(biāo)幺值。 變壓器的零序阻抗和正序、負(fù)序阻抗，而零序激磁

4、電抗與變 壓器 密切相關(guān)。無(wú)限大電源供電回路為純電感電路，若短路前空載，短路時(shí)電源電壓正好過(guò) 零，短路瞬間直流分量有最大，且等于周期分量的。零序電流的通路必須以 或 為回路，否則線電流中不存在零序分量。對(duì)單相電纜，由于每相電纜分別受到包皮的屏蔽，其零序電納與正序發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，計(jì)算故障電流的同步角頻率周期性分量起始值時(shí)，所用 的同步發(fā)電機(jī)正序等值電路與三相短路近似計(jì)算中所采用的。對(duì)一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，給定的平衡點(diǎn)至少必須是 穩(wěn)定的。在發(fā)電機(jī)經(jīng)典模型的簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)中，穩(wěn)定極限運(yùn)行情況下系統(tǒng)所傳輸?shù)墓?率與功率曲線上的最大值。短路容量的定義為，其標(biāo)幺值等于。二、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）提高電力

5、系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性的措施？提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的措施。電力系統(tǒng)短路故障的危害以及短路計(jì)算的目的是什么？若在極限切除角時(shí)切除故障，則在搖擺過(guò)程中的最大角為圖中的哪個(gè)角，為 什么。簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的功角具有什么含義？試述等面積定則的基本含義。簡(jiǎn)述短路點(diǎn)的輸入電抗與電源點(diǎn)對(duì)短路點(diǎn)轉(zhuǎn)移阻抗的關(guān)系。簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)不對(duì)稱短路故障時(shí)，各序電壓的分布情況如何？推導(dǎo)單相短路的序邊界條件，并給出復(fù)合序網(wǎng)圖。暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)有何特點(diǎn)？如何計(jì)算突變瞬間的暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)？無(wú)限大容量電源的含義是什么？由這樣的電源供電系統(tǒng)三相短路時(shí)，短路電 流包括幾種分量，有什么特點(diǎn)？架空線路的正序、負(fù)序和零序參數(shù)有什么特點(diǎn)？三、計(jì)算題（共60分）一 臺(tái)

6、無(wú)阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)，已知：P = 150MW ,cos 5 = 0.85” =15.75KV,工 1.04,工=0.69,尤=0.31。發(fā)電機(jī)滿載NNNdqd運(yùn)行，試計(jì)算電動(dòng)勢(shì)Eq, E ,E,E .電力網(wǎng)的元件參數(shù)如圖，不計(jì)變壓器及線路的并聯(lián)支路，請(qǐng)用近似計(jì)算法求各 元件標(biāo)幺值并建立網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)么值等值電路。（SB=15MVA）。（12分）10.5/121kV110/11kV60kmStn1=15mvAUk%=10.5氣=0.4。/kmSTN2=15MVAUk%=10.510kV0.3kAX r%=4圖示系統(tǒng)發(fā)生f處發(fā)生三相短路時(shí)，計(jì)算短路電流周期分量起始值及沖擊電流（kA）,并求各電源對(duì)短路

7、點(diǎn)的轉(zhuǎn)移阻抗，各線路電抗均為0.4Q/km,長(zhǎng)度標(biāo)在圖。（取 Sb = 250MVA）（14 分）1000MVAX =1.250km 110kV 20km30km._/fjTT 10kV-WHS）250MVA 250mvaUk%=10.5 Xd=0,12熱電廠內(nèi)某臺(tái)發(fā)電機(jī)的參數(shù)如下：額定功率P =150MW,cos = 0.85，正常運(yùn)行時(shí)，U = 15KV，機(jī)械轉(zhuǎn)速為 1500,/min, J = 75x103kgm2。求正常運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)儲(chǔ)存的動(dòng)能及慣性時(shí)間常數(shù)。5.畫(huà)出下列網(wǎng)絡(luò)的零序等值電路圖（12分）p 36.一臺(tái)發(fā)電機(jī)A額定運(yùn)行參數(shù)如下：50Hz,60MW,75MVA,1500r/mi

8、n,它的慣性常數(shù) H=7.5MJ/MVA,另一臺(tái)發(fā)電機(jī) B 相應(yīng)的參數(shù)為：50Hz,120MW,133.3MVA,3000r/min,4.5MJ/MVA。（1）如果這兩臺(tái)發(fā)電機(jī)在某電站并列運(yùn)行，以100MVA為基準(zhǔn)值，計(jì)算等效發(fā) 電機(jī)的H。（2）若與此電站相連的另一電站中運(yùn)行著四臺(tái)發(fā)電機(jī)，且每?jī)膳_(tái)的參數(shù)與上述 發(fā)電機(jī)相同，求與無(wú)窮大母線相連的等效發(fā)電機(jī)的H。7.在圖示的簡(jiǎn)單系統(tǒng)中，己知發(fā)電機(jī)暫態(tài)電勢(shì)E與無(wú)限大系統(tǒng)母線之間電抗及發(fā)電機(jī)向無(wú)限大系統(tǒng)輸送功率，試計(jì)算E恒定時(shí)，此系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定儲(chǔ)備系數(shù)。（12 分）X = 1.5P = 0.710Q0 = 0.14已知：I = 1Z0o,I = 1Z-

9、 90o,I = 2Z135o,試求I ,I ,Iabca 0 al a 2電力網(wǎng)的元件參數(shù)如圖，不計(jì)變壓器及線路的并聯(lián)支路，請(qǐng)用近似計(jì)算法求各元件標(biāo)幺值并建立網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)么值等值電路。（SB=100MVA）。（10分）10.5/121kV110/11kV30MVASTN1=31.5 MVA 氣=0.4。/km十 0254%=10.5STN2=25 MVA4%=10.510kV0.3kAXr%=4計(jì)算圖示系統(tǒng)f點(diǎn)發(fā)生三相短路瞬時(shí)次暫態(tài)電流有效值（kA）。（取Sb=100MVA）（14 分）無(wú)限大系統(tǒng)50km0.4Q/km2 x 7.5MVAG2 x15MVAX = 0.125 d121/6.60.

10、6kA* %=10.5xR%=1011.某4極發(fā)電機(jī)，頻率為50Hz，額定容量為100MVA,慣性常數(shù)為8MVs/MVA。 若機(jī)械功率和電磁功率由穩(wěn)定的50MW突然增加到80MW，求轉(zhuǎn)子的角加速度。 10個(gè)周期后，轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速各變化多少？ 12.試計(jì)算圖示網(wǎng)絡(luò)中f點(diǎn)發(fā)生單相接地時(shí)，短路點(diǎn)的短路電流（kA）及發(fā)電機(jī) 母線的a相電壓（kV），發(fā)電機(jī)和變壓器歸算至SB=50MVA的電抗標(biāo)幺值標(biāo)在圖中。（14 分）13.畫(huà)出下列網(wǎng)絡(luò)的零序等值電路圖（12分）14.已知一簡(jiǎn)單系統(tǒng)發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí) = 34.5。，發(fā)電機(jī)在正常、故障和故障切除后的最大功率分別為七=1.77 , Pim = 0 , Pim

11、=1.35，試計(jì)算極限切除角5P （5 -5 ） + P cos5 一 P cos5 .（5 = COS-1 h0HMhHM0 ）（10 分）列膈-Pm15.已知同步發(fā)電機(jī)的參數(shù)為：工=1.2,工=0.8, % = 0.29,尤、=0.25/、= 0.35 .要額dqddq定運(yùn)行時(shí)U = 1.0,1 = 1.0, COS = 0.8試計(jì)算在額定運(yùn)行狀態(tài)下同步發(fā)電機(jī)的E ,E ,E,E ,E ,EQ q qq d參考答案一、填空題1電氣設(shè)備載流部分相與相之間或者相與地之間的絕緣遭到破壞 2電壓幅值，頻率，恒定C. ,. ,2、,2、， ,2 、一3 i = I sin（f + a兀一cp） +

12、Isin（a兀一cp ） I sin（a兀一cp）e一/Ta4三相對(duì)稱 5短路電流周期性分量幅值、時(shí)間常數(shù)Ta6最高，越低7大干擾，同步電機(jī)，原來(lái)穩(wěn)定運(yùn)行方式8系統(tǒng)微分方程式9三相短路、單項(xiàng)短路、兩項(xiàng)短路和兩相接地短路10內(nèi)阻抗，端電壓11短路電流，半個(gè)12短路電流有效值，正常電壓13直流分量，倍頻分量，直流分量和基頻分量14正序分量、負(fù)序分量、零序分量15正序電流，相等16不發(fā)生自發(fā)振蕩，非周期失步17不變，暫態(tài)電抗18定子繞組、勵(lì)磁繞組19額定轉(zhuǎn)矩，額定轉(zhuǎn)速20最大減速面積，加速面積21第一周期短路，電流最大有效值22額定電壓、變壓器額定標(biāo)準(zhǔn)變比23鐵心結(jié)構(gòu)24幅值、有效值25大地，中線2

13、6相同27相同28小干擾29相等30短路電流與故障前電壓的乘積、短路電流的標(biāo)幺值二、簡(jiǎn)答題1、（1）、采用分裂導(dǎo)線（2）、采用更高等級(jí)的電壓線路，（3）、采用串聯(lián)電容補(bǔ)償（4）、采用勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。2、（1）、快速切除故障和自動(dòng)重合閘，（2）、發(fā)電機(jī)強(qiáng)行勵(lì)磁，（3）、電氣制動(dòng)，（4）、 快速汽門(mén)控制，（5）切機(jī)、切負(fù)荷，（6）、系統(tǒng)解列3、短路電流很大，引起導(dǎo)體及絕緣體的嚴(yán)重發(fā)熱而破壞，導(dǎo)體受到強(qiáng)大的電動(dòng)力， 也可以造成損壞。短路導(dǎo)致電網(wǎng)電壓突然降低，影響用電設(shè)備正常工作。短路的 最嚴(yán)重危害是系統(tǒng)解列。另外，短路故障對(duì)通信也有影響。短路計(jì)算的目的是為 發(fā)電機(jī)變電站以及整個(gè)電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供依

14、據(jù)。4、搖擺過(guò)程中最大角為1。原因如果在極限切除角時(shí)切除故障，加速面積是最大的，必須使減速面積等于加速面積，如果搖擺角大于1，系統(tǒng)會(huì)失去穩(wěn)定性，故1為搖擺過(guò)程中最大角。5、具有雙重意義：1、它是送端發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)與受端系統(tǒng)電壓之間的相位角2、若 將受端無(wú)窮大系統(tǒng)看成一個(gè)內(nèi)阻為零的等效發(fā)電機(jī)，則功角即可看成是送端和受 端兩個(gè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)相位角。6、正常運(yùn)行情況下，發(fā)電機(jī)的輸出電功率與原動(dòng)機(jī)的輸入機(jī)械功率保持平衡，發(fā)生 短路時(shí)，機(jī)械功率不變，輸出電功率變小，使轉(zhuǎn)子加速。切除故障后，輸出電功 率變大，轉(zhuǎn)子減速，當(dāng)功角達(dá)到最大時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速重新達(dá)到同步轉(zhuǎn)速。在加速期 間積蓄的功能增量全部耗盡，即加

15、速面積和減速面積大小相等，即等面積等則。7、短路點(diǎn)輸入電抗是指從短路點(diǎn)向系統(tǒng)中看的等效電抗，轉(zhuǎn)移電抗是指經(jīng)過(guò)星角變換從電源點(diǎn)到短路點(diǎn)之間的電抗8、負(fù)序和零序電壓在網(wǎng)絡(luò)中的分布，以短路點(diǎn)的有效值最大，離短路點(diǎn)越遠(yuǎn)越小。 正序電壓是在發(fā)電機(jī)處有效值最大，由發(fā)電機(jī)向短路點(diǎn)逐漸下降。9、短路點(diǎn)邊界條件為：疽yf，/廣/廣0 轉(zhuǎn)換成序分量有：U + U + U =(I +I +I ) Zfl f2 f0 f 1 f 2 f 0 ffl f 2 fO復(fù)合序網(wǎng)圖如圖10、暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)是運(yùn)行參數(shù)，只能根據(jù)給定的運(yùn)行狀態(tài)計(jì)算出來(lái)，但無(wú)法進(jìn)行實(shí)測(cè)。 不論在穩(wěn)態(tài)下還是暫態(tài)下，暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)都不是常數(shù)，它是隨運(yùn)行情況不同而

16、變化 的，只是在突變瞬間它不發(fā)生變化。計(jì)算突變瞬間的暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)，只須計(jì)算突變 瞬間前的暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)。11、無(wú)限大容量電源含義是指容量相對(duì)很大，內(nèi)阻抗相對(duì)很小和端電壓恒定的等效電 源或等效系統(tǒng)。由這樣的電源供電的系統(tǒng)三相短路時(shí)，短路電流包括周期分量， 非周期分量和倍頻分量，最大的特點(diǎn)是周期分量不隨時(shí)間變化。12、架空線路是靜止元件，它的正序電抗等于負(fù)序電抗。由于三相架空線路中，各相 的零序電流大小相等相位相同，各相間互感磁通互相加強(qiáng)，故零序電抗要大于負(fù) 序電抗。三、計(jì)算題1、解：設(shè)：U=1/0o,cos8= 0.85, 8 =31.8oI=1Z-31.8oE =U+jx I=1.484/23.3o

17、 = 23.3oE = E +（七-x ）I. = 1.772E = 1.772Z23.3o qE = U + jx、I=1.193/12.8o& = 12.8oE = E、cos（一） = 1.173 q2、取UB =氣貝1有X = UK% X SB = 0.105X 15 = 0.105T1 100 ST15X = X X 烏=0.4 X 60 xJ = 0.027LU21152BX =欄箜 X 七=0.105 X = 0.105T2XR100_ X % =100STU SXN X B 二0 U2NB15=0.0410 x J3 x 0.3x 15 = 0.10510.523、解：XT取U

18、二B_ U%100=Ug則有Sx =0.105 xS250 _2500.105TX = X X 乩=0.4 X 50 X -5 = 0.378L1 1 U21152BL22U2BSXL3 = X3 X -B- = 0.4BXi1152250X 30 X=0.2271152有X = X + X = 1.2 + 0.378 = 1.578X = X + X + X = 0.12 + 0.151 + 0.105 = X3 = XL3 = 0.227A. AV V V11v V VX = X X SB = 0.4 X 20 X 250 = 0.151.X30.376再進(jìn)行Y T 變化有右側(cè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)移阻

19、抗X = X + X + 言3 = 0.376 + 0.227 + 0“376 * 0.227 = 0.657 TOC o 1-5 h z 2322 X11.578左側(cè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)移阻抗 X = X + X + X = 1.578 + 0.227 + 技78 * 0.227 = 2.7581313X20.376期電流有效值I=1.885,11+0.657 2.758250沖擊電流 iM = 2.55I* = 2.55 x 1.855 = 4.73, IB = 3 成=1.312I = 1.885 x 1.312 = 2.47(kA) 所以有i = 4.73 x 1.312 = 6.21(kA)4、

20、JW2m0n = 1500,則 w = 2?？?0m 060H=WSW =925.28MWsH=5.24s5、zt36、(1)已知：SB = 100MVA, S = 75MVA,以=133.3MVA, H = 1.5MJ / MVA,氣=4.5MJ / MVA 所以等效的 H:H = Ha + HS = 11.6235MJ/MVA。 SB第一個(gè)電站的等效H為11.6235MJ/MVA，第二個(gè)電站的等效H為2 x 11.6235MJ/MVA,則與無(wú)窮大母線連接的發(fā)電機(jī)等效H為HHH=哉 =7.749MJ / MVAH1+H 27、XU + 空)2 + (M )2 . UU:冬5 )2 + (H

21、)2;111.612=F = 1.075X 亍 1.5 d乙PP x 100% = L075 0.71 = 51.3%P00.718、=0.195/135oIa 0I = 1.311/15o a1I = 0.494Z- 105o9、XT1=Uav則有g(shù)-% x ； = 0.125 x 100 = 0.417100 S30u % snxf = 0.105 x = 0.333ST31.5XT2X x MU2BU %100=0.4 x 100 x = 0.3021152X %100 xS100 x = 0.105 x = 0.42S25UNS10100 x = 0.04 x x= 0.698U2亳

22、x 0.3 10.5 2B1010、解:XG1XT1XL1XR=XG2XT2XL2X %100Uav則有X：% 100 x sGNU % S土 = 0.125 x 四=0.83315xf = 0.105 x = 2.333ST7.5SX xfU2BUx ,N偵31N=0.4 x 100 x = 0.3021152S 6100 x B = 0.1 x xU2m3 x 0.6 6.3 2B=1.455XT1RXT2RXT1T2X x XXT1 * +XrXT2 X XRXT1 + XT2 + XRXT1 X Xt2Xt1 + X+ X2.333 x 1.455 =0.555 2.333 + 2.3

23、33 +1.4552.333 x 1.455=0.5552.333 + 2.333 +1.4552.333 x 2.333= 0.8892.333 + 2.333 +1.455T2 RXl/2XT1T2XT1RA A A ,V V V0.555-Wv-0.8330.150.8890.5550.833WvXaT2R0.302+ 0.889 = 1.04 2=0.555 + 0.833 = 1.388如圖X2令X = X = 0.555X4 = XG = 0.833X34X2再進(jìn)行 Y變化有X x XX2 +2X3 +3X4X xX,X +2X +4XX xX.X2 +X +3X4X23X 24X

24、341.388 x 0.555=0.2781.388 + 0.555 + 0.8331.388 x 0.833=0.417 1.388 + 0.555 + 0.8330.833 x 0.555 =0.137 1.388 + 0.555 + 0.833n Xz = (X + X23)/X24 + X34 = (1.04 + 0.278)/0.417 + 0.1370.45411短路電流標(biāo)幺值為I = 2.204* X y0.454所以有 I = I XI = 2.204 X00= 20.2(kA)* Bt3 x 6.311、由已知條件，P (t 0) = 80- 50 = 0.3 aa100由搖擺方程知8.=蘭0 P2 H a&(t 0) = 5.89rad / s2 = 5.62 /s。8. = const8 = 2 8. (At )2 = 6.7o此發(fā)電機(jī)有4極，因此，A8 =1A8 m 2 eA8 (At = 0.2s) = -A8.At = 5.62r/min。2 e0.2 s 后，轉(zhuǎn)速變?yōu)?1500+5.6) =1505.6r/min12、解.發(fā)電機(jī)電抗：X1 = X2 = 0.125變壓器電抗X1