电力系统暂态稳定性研究

电力系统暂态稳定性研究
电力系统暂态稳定性研究

摘要

随着电力工业的迅速发展,电力系统的规模日益庞大和复杂,出现的各种故障,会给发电厂以及用户和电厂内的多种动力设备的安全带来威胁,并有可能导致电力系统事故的扩大,从技术和安全上考虑直接进行电力试验可能性很小,迫切要求运用电力仿真来解决这些问题,依据电网用电供电系统电路模型要求,因此,论文利用MATLAB的动态仿真软件Simulink搭建了单机—无穷大电力系统的仿真模型,能够满足电网可能遇到的多种故障方面运行的需要。

论文以MATLAB R2009b电力系统工具箱为平台,通过SimPowerSyetem 搭建了电力系统运行中常见的单机—无穷大系统模型,设计得到了在该系统发生各种短路接地故障并故障切除的仿真结果。

本文做的主要工作有:

(1)Simulink下单机—无穷大仿真系统的搭建

(2)系统故障仿真测试分析

通过实例说明,若将该方法应用到电力系统短路故障的诊断中,快速实现故障的自动诊断、检测,对于提高电力系统的稳定性具有十分重要的意义。

关键词电力系统;暂态稳定;MATLAB;单机—无穷大;

Abstract

With the rapid development of power industry, the scale of power system is increasingly large and complex, all kinds of fault, to power plants and power plants and users in a variety of power equipment safety threat, and is likely to lead to the expansion of power system accident, from the technical and safety considering direct electricity experiment was carried out on the possibility is very small, urge electric power simulation are used to solve these problems, according to the power supply system of power grid power circuit model, as a result, paper use MATLAB dynamic simulation software Simulink has set up a simulation model for the single - infinite power system, can satisfy the needs of the running of a fault may encounter a variety of ways.

Paper R2009b with MATLAB toolbox power system as a platform, through SimPowerSyetem set up power system in the operation of the common single - infinity system model, design the various kinds of short-circuit ground fault occurs in the system and simulation results of fault removed.

The main work is :

(1) Building this simulation system of single - infinite under Simulink

(2) Fault simulation test analysis of system

Through examples, if this method to the power system fault diagnosis, fast fault detection and diagnosis, automatic for improving the stability of power system has important significance.

keywords:Single—infinite;SimPowerSyetem;Short circuit faults;Wavelet

transform

目录

绪论 (1)

第一章电力系统稳定性概述 (1)

1.1 电力系统的静态稳定性 (1)

1.2 电力系统的暂态稳定性 (1)

第二章基于MATLAB的电力系统仿真 (3)

2.1 电力系统稳定运行的控制 (3)

2.2 MATLAB及SimPowerSystem简介 (3)

2.3 配电网的故障现状及分析 (4)

2.4 暂态稳定仿真流程 (5)

第三章单机—无穷大暂态稳定仿真分析 (5)

3.1 电力系统暂态稳定性分析 (6)

3.1.1 引起电力系统大扰动的原因 (6)

3.1.2 定性分析 (6)

3.1.3 提高电力系统稳定性的措施 (8)

3.2 单机—无穷大系统原理 (9)

第四章Simulink下SimPowerSystem模型应用 (15)

4.1 仿真模型的搭建 (15)

4.2 运行效果仿真图 (16)

4.2.1 改变故障模块中的短路类型 (16)

4.2.2 改变系统中的元件参数(改变线路的电阻) (17)

4.3 加入电容补偿器后的的仿真图 (21)

4.4 小结 (25)

第五章结论和展望 (25)

参考文献 (27)

致谢 (28)

绪论

随着电力系统规模不断扩大,系统发生故障的影响也越来越大,尤其大区域联网背景下的电力系统故障将会给经济、社会造成重大经济损失,因此保证电力系统安全稳定运行是电力生产的首要任务。电力系统是一个复杂的动态系统,一方面,它必须时刻保证可靠的电能质量;另一方面,它又处于不断的扰动之中,扰动发生的时间、地点、类型、严重程度均具有较大的随机性。当扰动发生后,一旦发生稳定性问题,系统可能会在几秒内发生严重后果。对于系统某一特定的稳定运行状态,以及对于某一特定的扰动,如果在扰动后系统能达到一个可以接受的稳定运行状态,则系统运行处于暂态稳定。在电力系统规划、设计等工作中都要进行大量的暂态稳定分析。通过暂态稳定分析,可以看到各种稳定措施的效果以及稳定控制的性能。因此,通过时域仿真来验证电力系统在某一状态时是否稳定,具有重要的理论和实际意义。

第一章电力系统稳定性概述

1.1 电力系统的静态稳定性

电力系统的静态稳定性是指电力系统受到小干扰后,不发生自发震荡或非周期性失步,自动恢复到初始运行状态的能力。电力系统几乎时时刻刻都受到小的干扰。例如:系统中负荷的小变化;又如架空输电线路因摆动引起的线间距离(影响线路电抗)的微小变化等等。因此,电力系统的静态稳定问题实际就是确定系统的某个运行稳态能否保持的问题。

1.2 电力系统的暂态稳定性

电力系统暂态稳定性是指电力系统在某个运行情况下突然受到较大扰动后,能否经过暂态过程达到新的稳定状态或恢复到原来的状态。这里所谓的大干扰,一般是指短路故障、突然断开线路或减小发电机出力等。如果受到大的干扰后仍能达到稳定运行,则电力系统在这种情况下是暂态稳定的。反之,如果系统受到大的干扰后不能再建立稳态运行状态,而是各发电机组转子间一直有相对运动,相对角不断的变化,因而系统的功率、电流和电压都不断震荡,以致整个系统不再能继续运行下去,则称为系统在这种运行情况下不能保持暂态稳定。引起电力系统大扰动的原因很多,归纳起来,主要有

以下几种。

一、引起电力系统大扰动的主要原因

(1)负荷的突然变化。如切除或投入大容量的用户引起较大的扰动。

(2)切除或投入系统的主要元件。如切除或投入较大容量的发电机、变压器和较重要的线路引起的大的扰动。

(3)电力系统的短路故障。它对电力系统的扰动最为严重。在短路故障中,其中以三相短路最为危险,引起电力系统的扰动最大,于是系统的暂态稳定性常常遭到破坏。但此种严重故障发生的次数最少,据统计,在高压电力系统中发生三相短路的次数一般占总短路次数的6%~7%左右。

两相接地短路和两相短路对于电力系统的扰动也较大,其中两相接地短路的危害程度仅次于三相短路。但在一般的高压系统中发生这两种短路的次为23%~24%左右,比三相短路发生的次数要多。

单相短路在高压系统中发生的次数最多,一般可占70%左右。但单相短路对系统的扰动在短路故障中是最小的,其中瞬时性雷击单相短路又占单相短路的70%左右,它对系统的影响就更小了。

二、暂态过程按时间分为下面三个阶段

(1)起始阶段:指故障后约1s内的时间段。在这期间系统中的保护和自动装置有一系列的动作,例如切除故障线路和重合闸、切除发电机等。但是在这个时间段中发电机的调节系统还来不及起到明显的作用。

(2)中间阶段:在起始阶段后,大约持续5s左右的时间段。在这期间发电机组的调节系统已发挥作用。

(3)后期阶段:中间阶段以后的时间。这时动力设备中的过程影响到电力系统的暂态过程。另外,系统中还将由于频率和电压的下降,发生自动装置切除部分负荷等操作。

三、暂态稳定的分析方法

分析方法:不同于静态稳定问题的分析,不能做线性化处理,暂态稳定问题研究的特点有:

(1)暂态稳定性与否和原来运行方式及干扰种类有关。

(2)系统暂态稳定过程是一个电磁暂态过程和机电暂态过程汇合在

一起的复杂的运动过程,它们互相作用、互相影响。

第二章基于MATLAB的电力系统仿真电力系统在运行中易受到多种因素的影响而发生故障,威胁系统的安全可靠性,因此迅速、准确地探测出电缆故障并对其进行分析,对提高供电可靠性、减少故障修复费用及停电损失具有重要理论意义和实用价值[1]。目前,线路保护已经进入微机保护时代,电力系统继电保护中的信号处理仍以分析为主,同时考虑到电力运行实际情况,在Matlab/Simulink平台下更好的运用仿真手段更突出了现实意义。

2.1 电力系统稳定运行的控制

电力系统暂态功角稳定控制是电力系统稳定运行的第一道防线。暂

态稳定性是指电力系统在受到大干扰( 如短路故障, 突然增加或减少发

电机出力、大量负荷, 突然断开线路等) 后, 各同步发电机保持同步运

行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力, 通常指第一或第二

振荡周期不失步。提高电力系统暂态稳定性的措施是多样的, 本文以单机—无穷大系统为例, 主要利用matlb软件对单机—无穷大系统进行仿真,对线路发生接地短路故障在一定时间内切除后,发电机的转速随时

间的变化情况,发电机转速的变化又影响了电力系统中电压、电流和发电

机电磁功率的变化。通过仿真参数来证明电力系统暂态稳定方面的理论。2.2 MATLAB及SimPowerSystem简介

MATLAB是Matrix Laboratory(矩阵实验室)的缩写,由Mathworke 公司开发的一套功能强大的软件,最早它主要用于科学计算。后来随着MATLAB功能的不断增强和应用的普及,很多领域的专家为MATLAB写了专门的工具箱,用以拓展MATLAB的功能,这大大扩大了MATLAB的应用范围。所以现在的MATLAB已不仅仅局限与现代控制系统分析和综合应用,它已是一种包罗众多学科的功能强大的技术计算语言,是当今世界上最优秀的数值计算软件之一。它强大的科学运算与可视化功能,简单易用,开放式可扩展环境,特别是所附带的30多种面向不同领域的工具箱支持,使得它

在许多科学领域中成为计算机辅助设计和分析,算法研究和应用开发的基本工具和首选平台[2]。

MATLAB环境下的Simulink 是用于对复杂动态系统进行建模和仿真的图形化交互式平台。运行于Simulink下的PSB(Power System Blockset)是针对电力系统的工具箱,从Matlab 6.0开始它被重新命名为SPS (SimPowerSystem)。SimPowerSystem是以Hydro-Quebec'研究中心的专家为主的MATLAB的开发的工具箱,主要用于电力系统电力,电子电路的仿真。随着MATLAB的不断升级,SimPowerSystem也得到了很大的发展。现在,从MATLAB13版的开始,SimPowerSystem和SimMechanies一起作为现实模型产品族的成员,结合Simulink的使用,可以仿真电气,机械以及控制系统。使用SimPowerSystem,不需要学习复杂的软件命令,编写软件代码,用户可以专注于物理模型本身,通过与实际电路图非常相似的符号,表示复杂的电网,这有助于大大提高仿真的效率。

2.3 配电网的故障现状及分析

电力系统中压配电网一般采用不直接接地或经消弧线圈接地方式,因其发生接地故障时,流过接地点的电流小,所以称为小电流接地系统。此系统中接地故障最高,由于三个线电压仍然对称,不影响负荷连续供电,故不必立即跳闸,但接地后非故障相电压会升高,长时间带故障运行会影响系统安全,因此需要对故障时刻和故障线路进行检测。另外故障初期接地点常常伴有很大的接地电阻,各次谐波电流分量很小这将影响故障检测的灵敏度。因此,需要具有很强的处理微弱信号能力的数字信号处理方法去分析非平稳信号。

对配电网接地短路故障的研究,主要有利用短路后的稳态分量、谐波分量和暂态分量等几种方法。利用故障后的稳态分量进行故障检测,存在的问题是接地稳态分量太小常导致选线装置不能正确动作而且该方法要求有一个持续的稳态短路过程因此在发生间歇性电弧接地时便不再适用,因此利用能对突变的微弱的非平稳故障信号进行精确处理的小波分析理论,可以很好地分析电力系统电磁暂态过程并提取出故障特征,。

电力系统暂态功角稳定控制是电力系统稳定运行的第一道防线。暂态稳

定性是指电力系统在受到大干扰(如短路故障,突然增加或减少发电机出力、大量负荷,突然断开线路等)后,各同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力。通常指第一或第二振荡周期不失步。提高电力系统暂态稳定性的措施是多样的。

利用matlb软件对单机—无穷大系统进行仿真,对线路发生接地短

路故障在一定时间内切除后,发电机的转速随时间的变化情况,发电机转

速的变化又影响了电力系统中电压、电流和发电机电磁功率的变化。通

过仿真参数来证明电力系统暂态稳定方面的理论。

2.4 暂态稳定仿真流程

由于电力系统的动态仿真研究将不能在实验室进行的电力系统运行模拟得以实现。因此在判定一个电力系统设计的可行性时,都可以首先在计算机上进行动态仿真研究,它的突出优点是可行、简便、经济。Matlab电力系统工具箱包含的模块有:Electrical Sources(电源库)、Elements(元件库)、PowerElectronics(电力电子元件库)、Machines(电机库)、Connectors(连接器库)、Measurements(测量仪器库)、Extra Library(附加元件库)、Demos(示例库)、Powergui(图形用户界面graphical user interface)等,为了研究电力系统的特性,搭建的系统应最大限度的再现实际中的电力系统。利用模块库中封装好的模块搭建系统,对各环节元件作了一定的理想化。对各元件的参数也作了一定的取舍与简化,随着模块库的不断更新与完善,利用已有模块搭建的系统基本能模拟实际电力系统的特性.成为对电力系统进行分析、设计、仿真的一个有力工具。

第三章单机—无穷大暂态稳定仿真分析电力系统稳定性问题是指电力系统运行中受到扰动后能否保持发电机间同步运行的问题,根据扰动大小所确定的稳态问题的性质,把它分为静态稳定和暂态稳定。所谓电力系统静态稳定性,一般是指电力系统在运行中受到微小扰动后,独立地恢复到它原来的运行状态的能力。电力系统的暂态稳定是指电力系统在某个运行情况下突然受到大的干扰后,能否经过暂态过程达到新的稳态运行状态或者恢复到原来的状态。这里所谓的大干扰,是相对于小干扰而言的。如果系统受到大的干扰后仍能达到稳定运行,则系统在这

种运行情况下是暂态稳定的。反之,如果系统受到大的干扰后不能建立稳态运行状态,而是各发电机组转子间一直有相对运动,相对角不断变化,因而系统的功率电流和电压都不断振荡,以至整个系统不能再继续运行下去,则称为系统在这种运行情况下不能保持暂态稳定。

3.1 电力系统暂态稳定性分析

3.1.1 引起电力系统大扰动的原因

主要有以下几种:

(1)负荷的突然变化,如投入或切除大容量的用户等;

(2)切除或投入系统的主要原件,如发电机,变压器及线路等;

(3)发生短路故障。

其中短路故障的扰动最为厉害,常以此作为检验系统是否具有暂态稳定的依据。而且短路故障中,单相接地短路故障最多。在发生短路的情况下,电力系统从一种状态激烈变化到另一种状态,产生复杂的暂态现象。在三相系统中,可能发生的短路有:三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路等。当动态电路从某一稳定状态转换到另一稳定状态时,一些物理量(如电容电压,电感电流等)并不会突变,而是需要一定时间。在这期间,电路将呈现出不同于稳态的特别现象,即电路的过渡过程或暂态现象。分析电路的暂态现象时,可建立电压电流的微分方程,并按初始来求解。

3.1.2 定性分析

在正常运行情况下,若原动机输入的机械功率为Pm,发电机输出的电磁

和Pm线的功率就与原动机输入的机械功率相平衡,发电机的工作点应由P

1

交点确定,即为a点,与此对应的功率角为0δ,见图3.2中虚线所示为不计

δ

阻尼作用的曲线,实线所示为计阻尼作用的曲线。'

k

图3.1 电力系统暂态稳定图3.2电力系统暂态不稳定在发生短路瞬间,由于不考虑定子回路的非周期分量,则周期分量的功率是可以突变的,于是发电机运行点有P I突然将为P II。又由于发电机组转子机械运动的惯性所致,功率角δ不可能突变,仍为0δ。那么运行点由a点跃降到短路时功-角特性曲线P II上的b点。达b点后,输入的机械功率Pm 大于输出的电磁功率P IIb,不平衡净加速功率大于零。依转子运动方程式,于是转子开始加速,即0

>

?ω,功率角δ开始增大,0

>

?δ,运行点将沿功-角特性曲线P II移动,设经过一段时间,当功率角增大至δc时,此时运行在c点,速度达到最大max

ω。若在c点事切除线路故障,在切除线路故障的瞬间,仍由于不考虑定子回路电流的非周期分量及机组转子的机械惯性,δ

为δc,运行点从P II上的c点突升到P

III 上的e点,此时速度仍为max

ω。在

达到e点后,机械功率P m

ω>及

机组转子的惯性作用,则功率角δ还在增大,运行点沿P

III

由e点向f点移

动,当到达f点时,其转速N

ω=(同步转速),功率角δ不再继续增大,这时的功率角为最大功率角max

δ。但在f点,P m

率角δ开始减小,运行点仍将沿功-角特性曲线P III 从f 点向e 、k 点移动。在k 点时有P m=k III P ?,减速停止,则速度达最小为min ω。但由于转子机械惯性作用,功率角δ将继续减小,当过k 点时Pm

当短路故障切除得迟些,δc 更大时,在故障切除后,运行点沿功率P III

不断向功率角增大的方向移动过程中,虽然转子在不断减速,但运行点到达曲线P III 上的'k 点时,转子的转速仍大于同步转速。于是运行点就要越过'k 点,过了'k 点后,情况发生逆转。由于Pm>P III ,发电机组转子又开始加速,而且加速度越来越大,功率转角δ无限增大,发电机与系统之间将失去同步,系统暂态不稳定。其情况如图3.2所示。

MATLAB 提供了常微分方程初值问题的数值解法,对于稳态一般用快

速而准确的ode45函数,对于暂态一般用ode23函数。也可采用自适应变不长的求解方法,即当解的变化较快时,步长会自动的变小,从而提高计算精度。

3.1.3 提高电力系统稳定性的措施

1) 快速切除故障

2) 采用自动重合闸装置:

对应两种情况:①若系统发生瞬时故障,则可以通过自动化重合闸恢复到原来状态(电磁功率最大);②若为永久性故障,会使系统再次重合到故障上,对系统冲击较大。

3) 强行励磁:提高电磁功率,以增加减速面积。

4) 串联电容器的强行补偿

指故障时对健全线路强制提高补偿度的措施。

补偿的方法:如双回路运行,两组电容器组均投入。切除一条输电线后,线

路感抗从X l/2→X l,X l为健全线路的电抗,由于电抗的下降,使切除故障线路后的电磁功率下降,加速面积增大,为减少加速面积,应通过减少健全线路的电抗来实现,即使在它上面串联电容器,同时切除一组,使其容抗从Xc/2→Xc。

5)采用电气制动

指当系统中发生故障后迅速接入电阻以消耗发电机的有功功率(增大电磁功率),从而减少功率差额。

因为制动电阻在故障瞬时投入,因而使故障后P-δ曲线PII向上向左偏移。欠制动:投入后减少的加速面积不足;

过制动:故障发生后,由于制动电阻的投入,加速面积很小,因而没有失步;

但是切除故障后,由于制动电阻同时被切除,因而PIII曲线不受

制动电阻的影响。当在PII曲线较低位置切除故障时,仍可能出现

与PT-PIII较大数值的较大的减速面积,因而仍可能在第二周波失

稳。

6)变压器中性点经小电阻接地

不对称接地短路故障时,产生零序电流。变压器中性点通过小电阻接地,则零序电流在中性点电阻上产生功率损耗,这部分功率消耗了一部分发电机的电磁功率,因而减小了转子的不平衡功率,有利于系统的暂态稳定。

7)减少原电机输出的机械功率

由于转子运动切除故障后,减小作用在转子上的剩余功率,增大减速面积。减小原动机输出功率的措施有,以下两种措施对应的均为在切除故障的同时采取的措施。

*采用快速的自动调速系统或快速关闭进汽门,电磁功率不变,但是由于调速系统的作用,使机械功率相应减少,从而增大减速面积。

*切除连锁切机,在切除发电机组后,电磁功率下降,同时对应的机械功率下降,一般认为下降的机械功率较电磁功率多,因而减速面积增大。;

3.2 单机—无穷大系统原理

电力系统运行稳定分析中,常采用的模型是单机对无穷大系统,单机—无穷大系统认为功率无穷大,频率恒定,电压恒定,是工程上最常用的手段,

也是电力系统模拟仿真最简单、最基本的的运行方式[7],即对现实进行近似处理,以简化模型,更有利于得出结论,简化计算过程。

图3.1 无输电线的单机—无穷大系统原理图

假定联络阻抗为纯电感,则由发电机向无穷大系统送出去的有功功率的P 为:

P s i n m U Z E δ=∑

式中Z ∑—包括发电机阻抗在内的发电机电动势到无穷大系统母线的总阻抗;

δ—功角;m E —发电机电势; U —系统母线电压。

利用matlab 来对系统进行仿真,主要针对的是在0.1s 切除故障和0.55s

切除故障中发电机转速变化的情况的比较。改变故障模块中的短路类型,就可以仿真系统在发生各种短路时的暂态稳定性;同样改变系统中元件参数(如线路电阻、并联电抗等)就可以研究各种参数对系统的暂态稳定性的影响。仿真图如下:

图3.2 单机无穷大电力系统仿真原理图

利用matlab来对系统进行仿真,主要针对的是在系统中加入电容补偿器对系统有何改善,在0.1s切除故障和0.55s切除故障中发电机转速变化的情况的比较。改变故障模块中的短路类型,就可以仿真系统在发生各种短路时

的暂态稳定性。

图3.3 改善的单机无穷大电力系统仿真原理图串联电容补偿器就是在线路上串联电容器以补偿线路的电抗。采用串联电容补偿器是提高交流输电线路输送能力,控制并行线路之间的功率分配和增加电力系统稳定性的一种方法

第四章Simulink下SimPowerSystem模型应用

Simulink由于其能用最小的代价来模拟真实动态系统的运行,依托数百种预定义系统环节模型、最先进有效地积分算法和直观的图形化工具,依托强健的交互式仿真能力,可以方便调整模型参数设置,而电力系统SimPowerSystem由于使用标准的电气符号、各种模型模块,高精度的仿真结果,优化的仿真算法,大量的功能演示模型,充分发挥了SPS在电力系统仿真的灵活仿真优势。

4.1 仿真模型的搭建

利用MATLAB下的SIMULINK软件和电力系统模块库(SimPowerSystems)进行系统仿真是十分简单和直观的,用户可以用图形化的方法直接建立起仿真系统的模型,并通过SIMULINK环境中的菜单直接启动系统的仿真过程,同时将结果在示波器上显示出来。对原理分析的基础上,利用SIMULINK软

件仿真能对调节器的参数进行更为方便的调整,可以更为直观地得到系统仿

真的结果,从而加深对电力系统仿真设计方法的理解。

本次仿真选出需要用到如下模块:

(1)Powerlib电力系统工具箱:

1)Electrical Sources中的Three-Phase Source(三相电源)模块2)Elements 中的Three-Phase Parallel RLC Load(三相负载RLC并联)模块和以及 Three-Phase Breaker (三相断路器)模块,Three-Phase Fault (三相故障整流器)模块,Three-Phase Series PLC Load(三相PLC并联负载)模块,Three-Phase Transformer(Two Windings)(三相变压器绕组)模块,Three-Phase

PI Section line(三相分布传输线路)模块。

3)Machines里Synchronous Machine pu Standad(标么标准同步电机)模块,Excitation System(励磁系统)模块,Hydraulic Turbine and Governor(水轮机及调节器)模块

4)powergui 模块

(2)Simulink常用工具箱:Simulink 模块集Commonly Used Blocks (常用模块)下的 Constant(常量)模块,Bus Selector(信号总线选择器),Terminator(信号终结模块),Scope(示波器模块),Ground(接地模块)。4.2运行效果仿真图

4.2.1 改变故障模块中的短路类型

(1)单相短路接地故障

图4.21 故障 0.1s后切除线路,发电机转速变化曲线图

图4.22 故障 0.55s后切除线路,发电机转速变化曲线图(2)两相短路接地故障

图4.23 故障 0.1s后切除线路,发电机转速变化曲线图

图4.24 故障 0.55s后切除线路,发电机转速变化曲线图

(3)两相短路故障

图4.25 故障 0.1s后切除线路,发电机转速变化曲线图

图4.26 故障 0.55s后切除线路,发电机转速变化曲线图(4)三相短路故障

图4.27 故障 0.1s后切除线路,发电机转速变化曲线图

图4.28 故障 0.55s后切除线路,发电机转速变化曲线图

图4.211 故障 0.1s后切除线路,发电机转速偏移角的变化曲线图

图4.211 故障 0.55s后切除线路,发电机转速偏移角的变化曲线图

结论分析:在故障0.1s后切除故障线路时,发电机的转速随时间的增加而逐渐减小(在0.99-1.01之间变化),趋于稳定值,因此系统是稳定的;当故障后0.55s切除故障线路是(切除时间大于极限切除时间),发电机的转速随时间的增加而增大,系统是不稳定的。

短路故障的类型和发生及切除时间可由三相短路模块(Three-Phase Fault)进行设置。动态仿真时选择ode23tb,并采用略去直流分量和其他复杂滤波分量的Phasors法,可显著地加快仿真速度。

4.2.2 改变系统中的元件参数(改变线路的电阻)

图4.221 故障 0.1s后切除线路,发电机转速变化曲线图

图4.222 故障 0.55s后切除线路,发电机转速变化曲线图

最新电力系统稳态分析考试试题

三.简答题:(每小题5分,共25分) 1、对电力系统的基本要求是什么? 2、对调频电厂的基本要求是什么?什么电厂最适宜担负系统调频电厂? 3、什么叫功率分点?标出下图所示电力系统的功率分点。 4、在下图所示的电路中,变压器的实际变比如图所示,并联运行的两台变压器中有无循环 功率存在?为什么?如果循环功率存在的话,请指出循环功率的方向。 5、在无功电源不足引起电压水平普遍偏低的电力系统中,能否通过改变变压器变比调压? 为什么? 四.计算题:(共50分) 1、某35KV电力系统采用中性点经消弧线圈接地的运行方式,已知35KV线路长度为100公里,线路每相的对地电容为,单相接地时流过接地点的电流为3.6安培,求消弧线圈的 电感值。(10分) 2、110kv降压变压器铭牌数据为: ①计算变压器的参数(归算到110KV侧); ②画出变压器的形等值电路。(10分) 3、某地方电力网的等值电路如下图,有关参数均已标于图中,求网络的初步功率分布标出 其功率分点,并计算其经济功率分布。(10分) 4、联合电力系统的接线图及参数如下,联络线的功率传输限制为300MW,频率偏移超出才进行二次调频,当子系统A出现功率缺额200MW时,如系统A不参加一次调频,联络线 的功率是否越限?(10分)

5、某降压变电所装有一台容量为10MVA,电压为的变压器。已知:最大负荷时变压器高压侧电压为114KV,归算到高压侧的变压器电压损耗为5KV;最小负荷时变压器高压侧电压为115KV,归算到高压侧的变压器电压损耗为3KV。现要求在低压母线上实行顺调压(最大负荷时要求电压不低于线路额定电压的倍;最小负荷时要求电压不高于线路额定电压的 倍),试选择变压器的分接头。(10分) 三.简答题:(每小题5分,共25分) 1、答:对电力系统的基本要求有:满足用户对供电可靠性的要求(2分);具有良好的电能质量(2分);电力系统运行的经济性要好(1分)。(意思对即可得分) 2、答:对调频厂的基本要求是①具有足够的调节容量;(1分)②调节速度要快;(1分) ③调节过程的经济性要好(1分)。具有调节库容的大型水电厂最适宜作为调频电厂(2分)。 3、答:电力系统中如果某一负荷点的负荷功率由两侧电源供给,则该负荷点就是功率分点,功率分点又分为有功功率分点和无功功率分点(3分),分别用“▼”和“▽”标注。图示电力系统中负荷点2为有功功率分点(1分),负荷点3为无功功率分点(1分)。 4、答:有循环功率存在(3分)。因为上述网络实际上是一个多电压等级环网,两台变压 器的变比不匹配(如取绕行方向为顺时针方向,则,所以存在循环功率(1分);循环功率的方向为逆时针方向(1分)。 5、答:不能(3分),因为改变变压器的变比并不能改善电力系统无功功率平衡状态(2分)。 四.计算题:(共50分) 1、解: 单相接地短路时的原理电路图和相量图如下:

电力系统暂态分析要点总结

第一章 1.短路的概念和类型 概念:指一切不正常的相与相与地(对于中性点接地的系统)之间发生通路或同一绕组之间的匝间非 正常连通的情况。类型:三相短路、两相短路、两相接地短路、单相接地短路。 2.电力系统发生短路故障会对系统本身造成什么危害? 1)短路故障是短路点附近的支路中出现比正常值大许多倍的电流,由于短路电流的电动力效应,导体间将产生巨大的机械应力,可能破坏导体和它们的支架。 2)比设备额定电流大许多倍的短路电流通过设备,会使设备发热增加,可能烧毁设备。 3)短路电流在短路点可能产生电弧,引发火灾。 4)短路时系统电压大幅度下降,对用户造成很大影响。严重时会导致系统电压崩溃,造成电网大面积停电。 5)短路故障可能造成并列运行的发电机失去同步,破坏系统稳定,造成大面积停电。这是短路故障的最严重后果。 6)发生不对称短路时,不平衡电流可能产生较大的磁通在邻近的电路内感应出很大的电动势,干扰附近的通信线路和信号系统,危及设备和人身安全。 7)不对称短路产生的负序电流和电压会对发电机造成损坏,破坏发电机的安全,缩短发电机的使用寿命。3.同步发电机三相短路时为什么进行派克变换? 目的是将同步发电机的变系数微分方程式转化为常系数微分方程式,从而为研究同步发电机的运行问 题提供了一种简捷、准确的方法。 4.同步发电机磁链方程的电感系数矩阵中为什么会有变数、常数或零? 变数:因为定子绕组的自感系数、互感系数以及定子绕组和转子绕组间的互感系数与定子绕组和转子绕 组的相对位置θ角有关,变化周期前两者为π,后者为2π。根本原因是在静止的定子空间有旋转的转子。 常数:转子绕组随转子旋转,对于其电流产生的磁通,其此路的磁阻总不便,因此转子各绕组自感系数 为常数,同理转子各绕组间的互感系数也为常数,两个直轴绕组互感系数也为常数。 零:因为无论转子的位置如何,转子的直轴绕组和交轴绕组永远互相垂直,因此它们之间的互感系数 为零。 5.同步发电机三相短路后,短路电流包含哪些分量?各按什么时间常数衰减? 1)定子短路电流包含二倍频分量、直流分量和交流分量;励磁绕组的包含交流分量和直流分量;D轴 阻尼绕组的包含交流分量和直流分量;Q轴阻尼包含交流分量。 2)定子绕组基频交流分量、励磁绕组直流分量和阻尼绕组直流分量在次暂态时按Td’’和Tq’’衰减,在暂 态情况下按Td’衰减;定子绕组的直流分量、二倍频分量和励磁绕组交流分量按Ta衰减。 6.用物理过程分析同步发电机三相短路后各绕组短路电流包含哪些分量? 短路前,定子电流为iwo,转子电流为ifo;三相短路时,定子由于外接阻抗减小,引起一个强制交流 分量△iw,定子绕组电流增大,相应电枢反应磁链增大。励磁绕组为保持磁链守恒,将增加一个直流分 量△ifɑ,其切割定子使定子产生交流分量△iw’。 定子绕组中iwo,iw,iw’不能守恒,所以必产生一个脉动直流,可将其分解为恒定直流分量和二倍频 交流分量。由于励磁绕组切割定子绕组磁场,因此励磁绕组与定子中脉动直流感应出一个交变电流△ifw。 又因为D轴阻尼与励磁回路平行,所以同样含有交流分量和直流分量。 由于假设定子回路电阻为零,定子基频交流只有直轴方向电枢反应因此Q轴绕组中只有基频交流分量 而没有直流分量。 第四章 1.额定转速同为3000转/分的汽轮发电机和水轮发电机,哪一个启动比较快? 水轮发电机启动较快。 2.水轮机的转动惯量比汽轮机大好几倍,为什么惯性时间常数Tj比汽轮机小? 水轮机极对数多于汽轮机的极对数,由n=60f/p得水轮机的额定转速小于汽轮机的转速,又因为惯性时 间常数为Tj=2.74GD2n2/(1000S B),所以T正比于n2,所以水轮机的Tj比汽轮机小。 3.什么是电力系统稳定性?什么是电力系统静态稳定、暂态稳定?区别? (1)电力系统稳定性:指当电力系统在某一运行状态下突然受到某种干扰后,能否经过一定时间后又

电力系统暂态稳定实验

电力系统暂态稳定实验 一、实验目的 1 ?通过实验加深对电力系统暂态稳定内容的理解,使课堂理论教学与实践结合,提高学生的感性认识。 2?学生通过实际操作,从实验中观察到系统失步现象和掌握正确处理的措施 3?用数字式记忆示波器测出短路时短路电流的非周期分量波形图,并进行分析。 二、原理与说明 电力系统暂态稳定问题是指电力系统受到较大的扰动之后,各发电机能否继续保持同步运行的问题。在各种扰动中以短路故障的扰动最为严重。 正常运行时发电机功率特性为:P1=( Eo x Uo)x sin S i/X1 ; 短路运行时发电机功率特性为:P2=( Eo x Uo)x sin S 2X2 ; 故障切除发电机功率特性为:P3 =( Eo x Uo)x sin S 3/X3 ; 对这三个公式进行比较,我们可以知道决定功率特性发生变化与阻抗和功角特性有关。而系统保持稳定条件 是切除故障角S c小于S max S max可由等面积原则计算出来。本实验就是基于此原理,由于不同短路状态下,系统阻抗X2不同,同时切除故障线路不同也使X3不同,S max也不同,使对故障切除的时间要求也不同。 同时,在故障发生时及故障切除通过强励磁增加发电机的电势,使发电机功率特性中Eo增加,使S max增加,相应故障切除的时间也可延长;由于电力系统发生瞬间单相接地故障较多,发生瞬间单相故障时采用自动重 合闸,使系统进入正常工作状态。这二种方法都有利于提高系统的稳定性。 三、实验项目与方法 (一)短路对电力系统暂态稳定的影响 1 ?短路类型对暂态稳定的影响 本实验台通过对操作台上的短路选择按钮的组合可进行单相接地短路,两相相间短路,两相接 地短路和三相短路试验。 固定短路地点,短路切除时间和系统运行条件,在发电机经双回线与“无穷大”电网联网运行时,某一回线发生某种类型短路,经一定时间切除故障成单回线运行。短路的切除时间在微机保护装置中设定,同时要设定重合闸是否投切。 在手动励磁方式下通过调速器的增 (减)速按钮调节发电机向电网的出力,测定不同短路运行时能保持系统稳定时发电机所能输出的最大功率,并进行比较,分析不同故障类型对暂态稳定的影响。将实验结果与理论分析结果进行分析比较。P max为系统可以稳定输出的极限,注意观察有功表 的读数,当系统出于振荡临界状态时,记录有功表读数,最大电流读数可以从YHB-川型微机保护 装置读出,具体显示为: GL- 三相过流值 GA- A相过流值

风电水电互补电力系统稳定性分析与计算

风电——水电互补电力系统稳定性分析与计算 摘要 本文介绍了含风力发电的风电一水电互补电力系统如何处理风力发电参数,进行稳定性分析与计算的方法,并结合新疆阿勒泰地区布尔津风电一水电互补电力系统计算实例验证其方法的正确性及可行性。 引言 近年来,由于当代科学技术的发展,加之能源短缺和环境保护等方面的影响,人类正在致力于寻找可再生的,取之不尽,用之不竭又是洁净的绿色能源,而水能与风能是绿色能源中最有发展潜力和前景的品种。同时水能与风能又都容易转化为能源的更高级形式一电能,其经济效益显著。 由于风力资源的随机性和季节性使风力发电的出力不平稳,风力发电不具备有功调节和无功调节的能力。风电的缺点也就是无风就无电,影响到风电的连续及稳定性。为了解决风电的连续性和稳定性问题就需要有一个互补系统。 在我国西北、华北、东北等内陆风区,风资源的季节分布特色大多为冬春季风大、夏秋季风小,与水能资源夏秋季丰水、冬春季枯水的季节分布正好形成互补特性,这是构建风能一水能互补系统的基础条件。如果在上述地区内,以带有蓄水调节水库的水电站为依托,在风资源丰富的地点建设适当容量的风电场,两者以电网连接实现季节性能量互补,以水库做为能源调剂手段,就能够实现风能与水能这两种最佳绿色能源的联姻,充分发挥绿色能源的优势,以风一水联手供电取代传统的水一火联合供电,这将是人类能源利用形式的历史性突破。由于阿勒泰地区的风资源和水资源具有极强的互补性,更由于阿勒泰地区具有较大的水电装机容量,而且其中有三个电站带有库容可观的调节水库,因此在该地区突破传统限制,在风电装机大大超出电网容量10%的条件下建设水电一风电互补系统,在技术上和经济上都是可行的。在我国类似阿勒泰那样资源条件的地区还有很多,都可以构建水电一风电互补系统解决供电问题,这将是对现有禁区的重要突破,有可能为阿勒泰及有类似条件地区的电源建设找到一条最为多快好省的途径。 1问题的提出 在电力系统中,传统的发电方式为水力发电和火力发电,一般均为同步电机。目前,风力发电这一新成员加入电网,一般都采用电容励磁感应异步发电机。使其分析计算复杂化。风电的加入使电网的稳定性受到影响。对风力发电机如何给定运行条件,如何建立数学模型、如何确定参数,是进行含风力发电的风电一水电互补电力系统静态和暂态及动态稳定性分析和计算的关键。本文介绍了含风力发电的风电一水电互补电力系统如何处理风力发电参数,进行稳定计算的方法。 2风力发电机的处理 电力系统是由发电厂、输电网络及电力负荷三大部分组成的能量生产、传输和使用系统。在过去的几十年间,同步发电机(水轮发电机或汽轮发电机)、输电网络及负荷的稳定计算已经成熟。只有风力发电技术在国内外都属于研究阶段,建立适合潮流计算、暂稳、动稳和静稳

电力系统稳态分析作业答案

第一章电力系统的基本概念 1.思考题、习题 1-1.电力网、电力系统和动力系统的定义是什么 答:由变压器、电力线路等变换、输送、分配电能设备所组成的网络称为电力网。 把生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起组成的整体称为电力系统。 发电厂的动力部分和电力系统合在一起称为动力系统。 1-2.对电力系统运行的基本要求是什么 答:(1)保证可靠地的持续供电(2)保证良好的电能质量(3)保证系统运行的经济性。(4)环保性。 1-3.何为电力系统的中性点其运行方式如何它们有什么特点我国电力系统中性点运行情况如何答:星型连接的变压器或发电机的中性点就是电力系统的中性点。中性点的运行方式有直接接地和不接地以及中性点经消弧线圈接地。 直接接地供电可靠性低。系统中一相接地,接地相电流很大,必须迅速切除接地相甚至三相。不接地供电可靠性高,对绝缘水平的要求也高。系统中一相接地时,接地相电流不大,但非接地相对地电压升高为线电压。 我国110kV及以上的系统中性点直接接地,60kV及以下系统中性点不接地。 1-4.中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时,各相对地电压有什么变化单相接地电流的性质如何怎样计算 中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时,接地相电压为0 倍,即升高为线电压。单项接地电流为容性。接地相的对地电容电流应为其它两非接地相电容电流之和, 倍非接地相对地电容电流,也就等于正常运行时一相对地电容电流的3倍。(可画向量图来解释) 1-5.消弧线圈的工作原理是什么补偿方式有哪些电力系统一般采用哪种补偿方式为什么 消弧线圈就是电抗线圈。中性点不接地系统中一相接地时,接地点的接地相电流属容性电流,通过装消弧线圈,接地点的接地相电流中增加了一个感性分量,它和容性电流分量相抵消,减小接地点的电流。使电弧易于熄灭,提高了供电可靠性。 补偿方式有欠补偿和过补偿,欠补偿就是感性电流小于容性电流的补偿方式,过补偿就是感性电流大于容性电流的补偿方式。电力系统一般采用过补偿方式。因为随着网络的延伸,电流也日益增大,以致完全有可能使接地点电弧不能自行熄灭并引起弧光接地过电压,所以一般采用过补偿。 1-6.目前我国电力系统的额定电压等级有哪些额定电压等级选择确定原则有哪些 答:我国电力系统的额定电压等级有3kV、6kV、10kV、35kV、60kV、110kV、154kV、220kV、330kV、500kV、750kV、1000kV。 额定电压等级选择确定原则有:用电设备的额定电压=系统额定电压。发电机的额定电压比系

电力系统暂态分析期末复习重点

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。 2、中性点直接接地电力系统,发生概率最高的是那种短路?中性点直接接地电力系统发生概率最高的是单相接地短路;对电力系统并列运行暂态稳定性影响最大是三相短路。 3、输电线路装设重合闸装置为什么可以提高电力系统并列运行的暂态稳纵向故障 纵向故障指电力系统断线故障(非全相运行),它包括一相断线和两相断线两种形式。 2、负序分量 是三相同频不对称正弦量的分量之一其特点是三相辐值相等频率相同、相位依次相差1200、相序为C -B -A -C 。 4、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。 5、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。 6、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。 8、在隐极式发电机的原始磁链方程中,那些电感系数是常数?哪些是变化的?变化的原因是什么? 答:在隐极式发电机的原始磁链方程中,转子各绕组的自感系数、转子绕组之间的互感系数、定子绕组的自感系数、定子各绕组之间的互感系数均为常数;定子三相绕组与转子各绕组之间的互感系数是变化的,变化的原因是转子旋转时,定子绕组和转子绕组之间存在相对位置的周期性改变。 9、提高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? 答:提高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”,具体的措施有: 1)采用分裂导线2)线路串联电力电容器;3)采用先进的励磁调节装置;4)提高输电线路的电压等级; 5)改善系统结构和选择适当的系统运行方式; 10、简单电力系统同步发电机并列运行暂态稳定的条件是什么? 简单电力系统同步发电机并列运行暂态稳定的条件是受扰运动中加速面积小于最大减速面积。 11、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NS 为基准的电抗标幺值。 12、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:(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。 2、短路的危害 答:短路的主要危害主要体现在以下方面: 1)短路电流大幅度增大引起的导体发热和电动力增大的危害; 2)短路时电压大幅度下降引起的危害; 3)不对称短路时出现的负序电流对旋转电机的影响和零序电流对通讯的干扰。 1、短路电流最大有效值出现在(1)。A 、短路发生后约半个周期时; 2、利用对称分量法分析计算电力系统不对称故障时,应选(2)相作为分析计算的基本相。B 、特殊相 3、关于不对称短路时短路电流中的各种电流分量,下述说法中正确的是(3)。C 、短路电流中除非周期分量将逐渐衰减到零外,其它电流分量都将从短路瞬间的起始值衰减到其稳态值。 4、不管电力系统发生什么类型的不对称短路,短路电流中一定存在(2)。 B 、正序分量和负序分量; 5、在简单电力系统中,如某点的三序阻抗021∑∑∑==Z Z Z ,则在该地点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,应为(2)。B 、三相短路、两相短路接地、两相短路、单相接地短路; 6、发电机-变压器单元接线,变压器高压侧母线上短路时,短路电流冲击系数应取(2)。B 、1.8; 7、电力系统在事故后运行方式下,对并列运行静态稳定储备系数(%)P K 的要求是()。C 、(%)P K ≧10。 8、下述各组中,完全能够提高电力系统并列运行暂态稳定性的一组是(2)。 B 、变压器中性点经小电阻接地、线路装设重合闸装置、快速切除线路故障; 9、对于三相三柱式变压器,其正序参数、负序参数和零序参数的关系是(2)。 B 、正序参数与负序参数相同,与零序参数不同; 10、分析计算电力系统并列运行静态稳定性的小干扰法和分析计算电力系统并列运行暂态稳定性的分段计算法,就其实质而言都是为

电力系统暂态分析重点及答案

单项选择题 1、短路电流最大有效值出现在(1)。A 、短路发生后约半个周期时; 2、利用对称分量法分析计算电力系统不对称故障时,应选(2)相作为分析计算的基本相。B 、特殊相 3、关于不对称短路时短路电流中的各种电流分量,下述说法中正确的是(3)。 C 、短路电流中除非周期分量将逐渐衰减到零外,其它电流分量都将从短路瞬间的起始值衰减到其稳态值。 4、不管电力系统发生什么类型的不对称短路,短路电流中一定存在(2)。 B 、正序分量和负序分量; 5、在简单电力系统中,如某点的三序阻抗021 ∑∑∑==Z Z Z ,则在该地点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,应为(2)。B 、三相短路、两相短路接地、两相短路、单相接地短路; 6、发电机-变压器单元接线,变压器高压侧母线上短路时,短路电流冲击系数应取(2)。B 、1.8; 7、电力系统在事故后运行方式下,对并列运行静态稳定储备系数(%)P K 的要求是(3)。C 、(%)P K ≧10。 8、下述各组中,完全能够提高电力系统并列运行暂态稳定性的一组是(2)。 B 、变压器中性点经小电阻接地、线路装设重合闸装置、快速切除线路故障; 9、对于三相三柱式变压器,其正序参数、负序参数和零序参数的关系是(2)。 B 、正序参数与负序参数相同,与零序参数不同; 10、分析计算电力系统并列运行静态稳定性的小干扰法和分析计算电力系统并列运行暂态稳定性的分段计算法,就其实质 而言都是为了求(1)。A 、t -δ 曲线 1、计算12MW 以上机组机端短路冲击电流时,短路电流冲击系数应取(2)。 B 、1.9; 2、发电机三相电压为:)sin(αω+=t U u m a 、)120sin(0-+=αωt U u m b ,)120sin(0++=αωt U u m c ,如将短路发生时刻 作为时间的起点(0=t ) ,当短路前空载、短路回路阻抗角为800(感性)时,B 相短路电流中非周期分量取得最大值的条件是(2) B 、0110=α; 3、具有阻尼绕组的凸极式同步发电机,机端发生三相短路时,电磁暂态过程中定子绕组中存在(1)。 A 、基频交流分量、倍频分量和非周期分量; 4、中性点直接接地系统中发生不对称短路时,故障处短路电流中(3)。 C 、可能存在,也可能不存在零序分量,应根据不对称短路类型确定。 5、在中性点直接接地的电力系统中,如电力系统某点不对称短路时的正序电抗、负序电抗和零序电抗的关系为)2()1() 0(22∑∑∑==Z Z Z , 则该点发生单相接地短路、两相短路、两相短路接地和三相短路时,按故障处正序电压从大到小的故障排列顺序是(3)。 C 、单相接地短路、两相短路、两相短路接地、三相短路。 6、中性点不接地系统中,同一点发生两相短路和两相短路接地两种故障情况下,故障相电流的大小关系为(1)。 A 、相等; 7、电力系统中,f 点发生两相经过渡阻抗Z f 短路时,正序增广网络中附加阻抗?Z 为(2) B 、f Z Z +∑)2(; 8、电力系统两相断线时的复合序网在形式上与(1)的复合序网相同。A 、单相金属性接地短路; 9、电力系统的暂态稳定性是指电力系统在受到(2)作用时的稳定性。B 、大干扰; 10、切除双回输电线路中的一回,对电力系统的影响是(2)。 B 、既会降低电力系统并列运行的静态稳定性,也会降低电力系统并列运行的暂态稳定性; 判断: 1、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。(√) 2、对称分量法不能用于非线性电力网的不对称短路分析。(√) 3、不管电力系统中性点采用什么样的运行方式,其零序等值电路都是一样的。(╳) 4、在)0()2() 1(∑∑∑==x x x 的情况下,三相短路与单相接地短路时故障相的短路电流相同,因此它们对于电力系统并列运行暂态稳定性的影 响也相同。(╳) 5、输电线路采用单相重合闸与采用三相重合闸相比较,单相重合闸更有利于提高单相接地短路情况下电力系统并列运行的暂态稳定性。(√)

电力系统暂态稳定性

10 电力系统暂态稳定性 10. 1习题 1) 什么是电力系统暂态稳定性? 2)电力系统大扰动产生的原因是什么? 3)为什么正常、短路、短路切除三种状态各自的总电抗不同?对单机无限大供电系统为什么Ⅰ<Ⅲ<Ⅱ?PⅠ·max>PⅢ·max>PⅡ·max? 4)短路情况下Ⅱ如何计算? 5)什么是加速面积?什么是减速面积?什么是等面积定则? 6)单机无限大供电系统,设系统侧发生三相短路,试问短路时功率极限是多少? 7)什么是极限切除角? 8)若系统发生不对称短路,短路切除后最大可能减速面积大于短路切除前的加速面积,系统能否暂态稳定?若最大可能减速面积小于加速面积发生什么不稳定? 9)分段法中t=0时和故障切除时过剩功率如何确定? 10)写出分段法的计算步骤。 11)为什么说欧拉法是折线法?每段折线如何确定? 12)改进欧拉法在何处做了改进? 13)写出改进欧拉法的计算步骤。 14)用图解说明单相自动重合闸为什么可以提高暂态稳定性? 15)试说明快关汽轮机汽门、连锁切机有何相同与不同? 16)提高电力系统暂态稳定的具体措施有哪些种?原理是什么? 17)提高电力系统暂态稳定的措施在正常运行时是否投入运行? 18)解列点的选择应满足什么要求? 19)异步运行时为什么系统需要有充足的无功功率?什么是振荡中心? 设已知系统短路前、短路时、短路切除后三种情况的以标幺值表示的功角特性曲线:=2、=0.5、=1.5及输入发电机的机械功率=1。 求极限切除角。 20)供电系统如图10- 1所示,各元件参数: 发电机G:P N=240MW,U N=10.5kV,,,X2=0.44,T J =6S,发 电机G电势以E‘表示;变器T1的S N为300MVA,U N为10.5/242kV,X T1=0.14 T2的S N为 280MVA,U N为220/121kV,X T2=0.14电力线路长l=230km每回单位长度的正序电抗X1= 0.42Ω/km,零序电抗X0=4X1。 P=220MW

(完整版)电力系统稳态分析考试试卷及解析

电力系统稳态分析 一、单项选择题(本大题共10分,共 10 小题,每小题 1 分) 1. 双绕组变压器的变比为110±8×1.25%/11,+4档分接头对应的变比为()。 A. 114.5/11 B. 115.5/11 C. 116.5/11 D. 117.5/11 2. 电力网络的无备用接线不包括()。 A. 单回路放射式 B. 单回路干线式 C. 单回路链式网络 D. 两端供电网络 3. 下列说法不正确的是()。 A. 中性点经消弧线圈接地时,有过补偿和欠补偿之分。 B. 欠补偿是指消弧线圈中的感性电流小于容性电流时的补偿方式。 C. 过补偿是指消弧线圈中的感性电流大于容性电流时的补偿方式。 D. 在实践中,一般采用欠补偿的补偿方式。 4. 频率的二次调整是由()。 A. 发电机组的调速器完成的 B. 发电机组的调频器完成的 C. 调相机的励磁调节器完成的 D. 静止无功补偿器完成的 5. 双绕组变压器的电阻()。 A. 可由空载损耗计算 B. 可由短路电压百分值计算 C. 可由短路损耗计算 D. 可由空载电流百分值计算 6. 隐极式发电机组运行极限的原动机功率约束取决于()。 A. 原动机的额定视在功率 B. 原动机的额定有功功率 C. 原动机的额定无功功率 D. 原动机的最大机械功率 7. 电力系统电压波动产生的原因有()。 A. 由幅度很小,周期很短的偶然性负荷变动引起 B. 由冲击性或者间歇性负荷引起 C. 由生产和生活的负荷变化引起 D. 由气象变化引起 中一不变的值的中枢点8. 在任何负荷下都保持中枢点电压为(102%~105%)U N 电压调整方式是()。 A. 逆调压 B. 顺调压 C. 常调压 D. 故障时的调压要求

电力系统暂态分析(第四版)考试重点总结

第一章 电力系统故障分析的基础知识 1.(短路)故障 电力系统中相与相之间或相与地之间的非正常连接 类型 横向故障:短路故障;纵向故障:断线故障 危害 (1)短路时,由于回路阻抗减小及突然短路时的暂态过程,使短路电流急剧增加(短路 点距发电机电气距离愈近,短路电流越大) (2)短路初期,电流瞬时值最大,将引起导体及绝缘的严重发热甚至损坏;同时电气设备 的导体间将受到很大的电动力,可能引起导体或线圈变形以致损坏 (3)引起电网电压降低,靠近短路点处电压下降最多,影响用户用电设备的正常工作 (4)改变电网结构,引起系统中功率分布的变化,从而导致发电机输入输出功率的不平 衡,可能引起并列运行的发电机失去同步,破坏系统稳定,造成系统解列,引起大 面积停电(短路造成的最严重后果) (5)短路不平衡电流产生不平衡磁通,造成对通信系统的干扰 2.标幺值的计算 P6 3.无穷大功率电源 电源的电压和频率保持恒定,内阻抗为零 三相短路电流分量(1)稳态对称交流分量(2)衰减直流分量(衰减时间常数T a =L/R ,空载条件下短 路角满足/α - ? /=90 ? 时,直流分量起始值最大) 短路冲击电流 i M = K M I m ,K M :冲击系数 K M =1~2 短路电流最大有效值 ()2M m M 1-K 212 I +=I ; K M =1.8时,??? ??=252.1m I I M ;K M =1.9时,??? ? ?=262.1m I I M 第二章 同步发电机突然三相短路分析 1.三相短路电流分量 定子侧:直流分量,(近似)两倍基频交流分量,基频交流分量(两个衰减时间常数,暂态T d ''、次暂态T d ')转子侧:直流分量,基频交流分量 (暂态过程中,定子绕组中基频交流分量和转子中直流分量衰减时间常数相同,定子侧直流分 量和转子中基频交流分量衰减时间常数相同) 2.分析中引入的物理量及其物理意义 P27-P34 3.基频交流分量初始值的推导 (1)空载P34(2)负载P41 4.Park 变换 交流量→对称直流分量 将静止的abc 三相绕组中的物理量变换为旋转的dq0等值绕组中的物理量 5.空载短路电流表达式 P68 式(2-131) ()()000000'002t cos 1'12cos 1'12t cos 'θθθ+??? ??--??? ??+-+??????+??? ??-=---a a d T t q d q T t q d q d q T t d q d q a e x x E e x x E x E e x E x E i 6.自动调节励磁装置对短路电流的影响 自动调节励磁装置的动作将会使短路电流的基频交流分量增大,但由于励磁电流的增加是 一个逐步的过程,因而短路电流基频交流分量的初始值不会受到影响 第三章 电力系统三相短路电流的实用计算 1.简单系统短路电流交流分量初始值计算P82 2.计算机计算复杂系统短路电流交流分量初始值的原理及计算过程 P95 3.转移阻抗 即消去中间节点后网形网络中电源与短路点间的连接阻抗 第四章 对称分量法及电力系统元件的各序参数和等值电路 1.对称分量法 将三组不对称电流唯一地分解成三组对称的电流来处理 正序(1):幅值相等,相位相差 ,a 超前b 负序(2):幅值相等,相位与正序相反 零序(0):幅值相位相同 ()()()()()()()()()?????++=++=++=021021021c c c c b b b b a a a a F F F F F F F F F F F F ()()()???? ????????????????=??????????0a 2a 1a 22c b a 1a 1a 111F F F a a F F F

简单电力系统暂态稳定性计算与仿真

中南大学CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 本科毕业论文(设计) 论文题目简单电力系统暂态稳定性计算与仿真 学生姓名李妞妞 指导老师 学院中南大学继续教育学院 专业班级电气工程及其自动化2014专升本 完成时间2016年5月1日

毕业论文(设计)任务书 函授站(点): 江西应用工程职业学院继续教育分院专业: 电气工程及其自动化 注:本任务书由指导教师填写并经审查后,一份由学生装订在毕业设计(论文)的封面之后,原件存函授站。

毕业设计(论文)成绩单

摘要 随着电力工业的迅速发展,电力系统的规模日益庞大和复杂,出现的各种故障,会给发电厂以及用户和电厂内的多种动力设备的安全带来威胁,并有可能导致电力系统事故的扩大,从技术和安全上考虑直接进行电力试验可能性很小,迫切要求运用电力仿真来解决这些问题,依据电网用电供电系统电路模型要求,因此,论文利用MATLAB 的动态仿真软件Simulink搭建了单机—无穷大电力系统的仿真模型,能够满足电网可能遇到的多种故障方面运行的需要。 论文以MATLAB R2009b电力系统工具箱为平台,通过SimPowerSyetem 搭建了电力系统运行中常见的单机—无穷大系统模型,设计得到了在该系统发生各种短路接地故障并故障切除的仿真结果。 本文做的主要工作有: (1)Simulink下单机—无穷大仿真系统的搭建 (2)系统故障仿真测试分析 通过实例说明,若将该方法应用到电力系统短路故障的诊断中,快速实现故障的自动诊断、检测,对于提高电力系统的稳定性具有十分重要的意义。 关键词:电力系统;暂态稳定;MATLAB;单机—无穷大;

电力系统暂态分析试卷及答案5套..-共10页

电力系统暂态分析试卷(1) 一、(25分)简答 1.什么是电力系统短路故障?故障的类型有哪些? 2.列出电力系统的各电压等级对应的平均额定电压? 3.同步发电机三相短路时为什么要进行派克变换? 4.分裂电抗的作用是什么? 5.简述运算曲线法计算三相短路电流的步骤。 二、(15分)下图为一无穷大功率电源供电系统,设在K点发生三相短路,如果设计要求 通过电源的冲击电流不得超过30 KA,问并行敷设的电缆线路最多容许几条? (K M=1.8) 三、(15分)某系统接线及各元件参数如上图所示,设在 f 点发生三相短路。若选S B=100 MV A,U B=U av,试计算: (1) 电源G及系统S对f 点的转移电抗x Gf、 x Sf。 (2) 如果根据运算曲线查得t = 0.2 秒时电源G的短路电流标么值为I G02.''=2.6, 则t = 0.2 秒时短路点总电流的有名值是多少? 四、(10分)系统接线如图所示, 当f 点发生不对称接地短路故障时, 试作出相应的各序 等值网络。(略去各元件电阻和所有对地导纳及变压器励磁导纳)

五、(10分)如图所示系统,电抗为归算到统一基准值下的标么值(S B =100MVA ,U B =平均额定 电压),用正序等效定则计算以下各种情况短路时,短路点的A 相正序电流有名值,(1)三相短路;(2)A 相接地短路; 六、(10分)如图所示系统,求发电机电势E q 和静态稳定储备系数K p ?(注:图中参 数为归算到统一基准值下的标么值S B =100MV A ,U B =平均额定电压) 七、(15分)有一简单系统,已知发电机参数2.0='d x ,E? =1.2,原动机功率P T =1.5,线路 参数如图所示,无穷大电源电压000.1∠=c U ,如果开关K 突然合上,电容电抗Xc=0.3 试判断该系统能否保持暂态稳定?

电力系统稳态分析复习资料教学文案

电力系统稳态分析 一、单项选择题 1. 工业、农业、邮电、交通、市政、商业以及城乡居民所消耗的功率之和是(C)。 A. 厂用电 B. 供电负荷 C. 综合用电负荷 D. 发电负荷 5. 高峰负荷时,电压中枢点的电压升高至105%U N;低谷负荷时,电压中枢点的电压下降为U N的中枢点电压调整方式是(A )。 A. 逆调压 B. 顺调压 C. 常调压 D. 故障时的调压要求 6. 升压结构三绕组变压器高、中压绕组之间的短路电压百分值(A)。 A. 大于中、低压绕组之间的短路电压百分值 B. 等于中、低压绕组之间的短路电压百分值 C. 小于中、低压绕组之间的短路电压百分值 D. 不大于中、低压绕组之间的短路电压百分值 8. 在原网络的两个节点切除一条支路,节点导纳矩阵的阶数(C)。 A. 增加一阶 B. 增加二阶 C. 不变 D. 减少一阶 7. 线路末端输出有功功率与线路始端输入有功功率的比值,常用百分值表示的是(A)。 A. 输电效率 B. 最大负荷利用小时数 C. 线损率 D. 网损率 9. 电力系统电压波动产生的原因有(B)。 A. 由幅度很小,周期很短的偶然性负荷变动引起 B. 由冲击性或者间歇性负荷引起 C. 由生产和生活的负荷变化引起 D. 由气象变化引起 10. 下列说法不正确的是(B)。 A. 所谓一般线路,是指中等及中等以下长度的线路 B. 短线路是指长度不超过300km的架空线 C. 中长线路是指长度在100~300km之间的架空线路和不超过100km的电缆线路

D. 长线路指长度超过300km的架空线路和超过100km的电缆线路 二、多项选择题 1.导线材料的电阻率略大于材料的直流电阻所考虑的因素有(ABD)。 A. 集肤效应的影响 B. 绞线每股长度略有增长 C. 相间距离略有增大 D. 额定截面积略大于实际截面积 5. 牛顿-拉夫逊迭代法用泰勒级数展开非线性方程后保留(AB )。 A. 常数项 B. 一阶偏导数项 C. 二阶偏导数项 D. 高阶偏导数项 6. 调相机(AD )。 A. 投资大和运行维护困难 B. 只能发出感性无功功率 C. 不能连续调节 D. 在一定条件下,当电压降低时发出的无功功率可以上升 7. 产生循环功率的原因是(ABD )。 A. 双端供电网络两端的电源有电压差 B. 两台并列运行的变压器的变比不同 C. 两回并列运行的输电线路的长度不同 D. 环网中变压器的变比不匹配 8. 原子能电厂原则上应持续承担额定容量负荷的原因是(AB )。 A. 一次投资大 B. 运行费用小 C. 可调容量大 D. 可调速度快 9. 实际中,三绕组变压器各绕组的容量比组合有(ACD )。 A. 100/100/100 B. 50/100/100 C. 100/50/100 D. 100/100/50 10. 确定电力系统结线的基本原则有(ABCD )。 A. 可靠、优质、经济 B. 运行灵活 C. 操作安全 D. 便于发展 三、判断题 2.手算潮流时,在求得各母线电压后,应按相应的变比参数和变量归算至原电压级。(√) 4. 我国交流电力系统的额定频率是50Hz。(√)

matlab实验电力系统暂态稳定分析

实验三 电力系统暂态稳定分析 电力系统暂态稳定计算实际上就是求解发电机转子运动方程的初值问题,从而得出δ-t 和ω-t 的关系曲线。每台发电机的转子运动方程是两个一阶非线性的常微分方程。因此,首先介绍常微分方程的初值问题的数值解法。 一、 常微分方程的初值问题 (一)问题及求解公式的构造方法 我们讨论形如式(3-1)的一阶微分方程的初值问题 ?? ?=≤≤='00 )(),,()(y x y b x a y x f x y (3-1) 设初值问题(3-1)的解为)(x y ,为了求其数值解而采取离散化方法,在求解区间[b a ,]上取一组节点 b x x x x x a n i i =<<<<<<=+ 110 称i i i x x h -=+1(1,,1,0-=n i )为步长。在等步长的情况下,步长为 n a b h -= 用i y 表示在节点i x 处解的准确值)(i x y 的近似值。 设法构造序列{}i y 所满足的一个方程(称为差分方程) ),,(1h y x h y y i i i i ??+=+ (3-2) 作为求解公式,这是一个递推公式,从(0x ,0y )出发,采用步进方式,自左相右逐步算出)(x y 在所有节点i x 上的近似值i y (n i ,,2,1 =)。 在公式(3-2)中,为求1+i y 只用到前面一步的值i y ,这种方法称为单步法。在公式(3-2)中的1+i y 由i y 明显表示出,称为显式公式。而形如(3-3) ),,,(11h y y x h y y i i i i i ++?+=ψ (3-3) 的公式称为隐式公式,因为其右端ψ中还包括1+i y 。 如果由公式求1+i y 时,不止用到前一个节点的值,则称为多步法。 由式(3-1)可得 dy =dx y x f ),( (3-4) 两边在[i x ,1+i x ]上积分,得

电力系统稳态分析考试及答案

第五次作业 1、 造成电力系统电压水平波动的原因是什么? 2、 电力系统的电压调整与电力系统的频率调整相比较有那些特点? 3、 在常用的无功补偿设备中,那些无功补偿设备具有正的调节效应?那些具有负的调节效应? 4、 什么叫电力系统的电压中枢点?电压中枢点的电压调整方式有那几种? 5、 常用的调压措施有那些?对于由于无功缺乏造成电压水平下降的电力系统应优先采取何种调压 措施?对于无功功率并不缺乏,但局部电网电压偏低的电力系统应优先采用何种调压措施? 6、 电力系统无功电源最有分布的目的是什么?无功电源最优分布的原则是什么? 7、 电力系统无功最优补偿的目的是什么?无功最优补偿的原则是什么? 8、某降压变电所由110kV 线路供电,变电所装有一台40MVA 普通变压器,如图三所示。110kV 送端电压U1保持115kV 不变。若要求变电所10kV 母线电压U2变化范围不超出10.0~10.7kV ,试选择变压器分接头。 9、电力网接线如下图所示,已知Ω=70ij X ,变电所低压母线要求逆调压(最小负荷时电压为额定电压,最大负荷时电压为105%U N ),低压母线额定电压为10KV ,变压器额定电压为KV 11/%5.22110?±。最大负荷及最小负荷时,归算到高压侧的实际电压分别为:KV U KV U j j 2.110;1.101min .max .='='。若i U 不变,求应选择的变压器分接头和并联电容器的容量。

电力系统稳态分析第五次作业参考答案 1、造成电力系统电压水平波动的原因是什么? 答:造成电力系统电压水平波动的原因是电力系统无功负荷的波动。(要保持电力系统的电压在正常水平,就必须维持在该电压水平下的无功功率平衡,当电力系统无功负荷波动时,电力系统的的无功功率平衡关系被破坏,相应的电力系统的电压水平也就发生波动) 2、电力系统的电压调整与电力系统的频率调整相比较有那些特点? 答:电力系统的频率只有一个,频率调整也只有调整发电机有功出力一种方法(调速器、调频器和有功负荷最优分配都是改变发电机有功出力);而电力系统中各点的电压都不相同,电压的调整也有多种方式。 3、在常用的无功补偿设备中,那些无功补偿设备具有正的调节效应?那些具有负的调节效应?答:在常用的无功补偿设备中,调相机、SR型静止无功补偿器和TCR型静止无功补偿器具有正的电压调节效应;而电力电容器、TSC型静止无功补偿器具有负的电压调节效应。 4、什么叫电力系统的电压中枢点?电压中枢点的电压调整方式有那几种? 答: 电力系统的电压中枢点是指某些可以反映电力系统电压水平的主要发电厂或枢纽变电所母线,只要控制这些点的电压偏移在一定范围,就可以将电力系统绝大部分负荷的电压偏移在允许的范围。 电压中枢点的电压调整方式有三种:即逆调压、顺调压和常调压。(顺调压指负荷低谷时,允许电压适当升高,但不得高于107.5U N%,负荷高峰时允许电压适当适当降低,但不得低于102.5U N的调压方式;逆调压指负荷低谷时,要求将电压中枢点电压适当降低,但不低于U N,负荷高峰时要求将电压中枢点电压升高至105U N%的电压调整方式;常调压则指无论在负荷低估还是负荷高峰时均保持中枢点电压为一基本不变的数值的电压调整方式。) 5、常用的调压措施有那些?对于由于无功缺乏造成电压水平下降的电力系统应优先采取何种调压 措施?对于无功功率并不缺乏,但局部电网电压偏低的电力系统应优先采用何种调压措施?答: 常用的调压措施有改变发电机机端电压调压、改变变压器变比调压和利用无功补偿装置调压等。 对于由于无功缺乏造成电压水平下降的电力系统应优先采取增加无功补偿设备的调压措施。(因为此时采用改变变压器变比调压并不能改变电力系统的无功功率平衡关系,只能改变电力系统的无功流向,提高局部电网的电压水平,但这部分电网电压水平的提高,使其消耗的无功功率增大,将更加增大整个电力系统的无功缺额,导致电网其他部分的电压水平进一步下降)对于无功功率并不缺乏,但局部电网电压偏低的电力系统应优先采用改变变压器变比的调压措施。 6、电力系统无功电源最有分布的目的是什么?无功电源最优分布的原则是什么? 答: 电力系统无功电源最优分布的目的是使整个电力系统的有功损耗最小。 电力系统无功电源最优分布的原则是等网损微增率准则。 7、电力系统无功最优补偿的目的是什么?无功最优补偿的原则是什么? 答: 电力系统无功负荷最优补偿的目的是使增加无功补偿装置所减少电网损耗费用与增加无功补偿设备所增加的设备费用之差取得最大值,即取得最好无功补偿经济效益。 无功负荷最优补偿的原则是最优网损微增率准则。 8、某降压变电所由110kV线路供电,变电所装有一台40MVA普通变压器,如图三所示。110kV送端电压U1保持115kV不变。若要求变电所10kV母线电压U2变化范围不超出10.0~10.7kV,试选择

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