稳态分析之高等电力系统稳态分析第五章电力系统复杂故障分析讲课文档.ppt

稳态分析之高等电力系统稳态分析第五章电力系统复杂故障分析第一页，共一百六十一页优选）稳态分析讲义之高等电力系统稳态分析第五章电力系统复杂故障分析第二页，共一百六十一页第一节第一节 概述概述第三页，共一百六十一页一、复杂故障计算一、复杂故障计算n电力系统中发生故障的原因，大部分是由于相与地电力系统中发生故障的原因，大部分是由于相与地间的短路和相与相间的短路间的短路和相与相间的短路n电力系统在发生短路故障时，将流过较正常运行电力系统在发生短路故障时，将流过较正常运行方式大得多的短路电流，使系统中各节点的电压方式大得多的短路电流，使系统中各节点的电压降低，因此负荷的正常工作将受到影响很大的降低，因此负荷的正常工作将受到影响很大的短路电流短路电流(在现代大系统中可达几万安，甚至几在现代大系统中可达几万安，甚至几十万安十万安)对电气设备的各组成部分有很大的危害，对电气设备的各组成部分有很大的危害，当短路电流通过时产生的机械和热效应超过设备当短路电流通过时产生的机械和热效应超过设备本身所具有的机械和热稳定性时，就使设备受到本身所具有的机械和热稳定性时，就使设备受到损坏电力系统的短路故障往往导致系统稳定性损坏。

电力系统的短路故障往往导致系统稳定性的被破坏，系统解列，造成大面积的停电事故的被破坏，系统解列，造成大面积的停电事故在不对称短路情况下，很大的零序电流分量往往在不对称短路情况下，很大的零序电流分量往往造成对邻近通讯线路的严重干扰造成对邻近通讯线路的严重干扰第四页，共一百六十一页一、复杂故障计算一、复杂故障计算n在电力系统的实际运行中，单相短路故在电力系统的实际运行中，单相短路故障占全部短路故障的最大百分率，其次障占全部短路故障的最大百分率，其次是两相接地和两相短路故障，出现三相是两相接地和两相短路故障，出现三相对称短路的机率是很少的但是，往往对称短路的机率是很少的但是，往往用三相短路作为最严重的故障方式来校用三相短路作为最严重的故障方式来校验电气设备的能力所以，在短路电流验电气设备的能力所以，在短路电流计算中大部分是不对称短路计算计算中大部分是不对称短路计算第五页，共一百六十一页一、复杂故障计算一、复杂故障计算n在实际运行中，往往同时出现多重故障在实际运行中，往往同时出现多重故障及不正常运行方式及不正常运行方式(如单相重合闸时短路如单相重合闸时短路和断线的同时存在和断线的同时存在)，在复杂电力系统的，在复杂电力系统的设计及继电保护整定中也要求考虑多重设计及继电保护整定中也要求考虑多重故障的可能性，所以要求研究电力系统故障的可能性，所以要求研究电力系统多重复杂故障的计算方法。

在多重复杂多重复杂故障的计算方法在多重复杂故障计算中，除了包括上述对称或不对故障计算中，除了包括上述对称或不对称短路故障外，还包括各种断线及三相称短路故障外，还包括各种断线及三相线路参数不对称线路参数不对称(如串联电容单相或两相如串联电容单相或两相保护间隙击穿保护间隙击穿)等复杂情况等复杂情况第六页，共一百六十一页一、复杂故障计算一、复杂故障计算n严格地讲电力系统的短路故障或其他复杂的故障严格地讲电力系统的短路故障或其他复杂的故障都伴随着复杂的电磁和机电暂态过程在整个故都伴随着复杂的电磁和机电暂态过程在整个故障期间电力系统各部分的电流和电压是随时间变障期间电力系统各部分的电流和电压是随时间变化比其中不仅包括幅值随时间变化的工频周期分化比其中不仅包括幅值随时间变化的工频周期分量，同时还有随时间衰减的非周期分员以及其他量，同时还有随时间衰减的非周期分员以及其他频率的周期分量所以，完整的短路电流及复杂频率的周期分量所以，完整的短路电流及复杂故障计算要求解微分方程和代数方程组故障计算要求解微分方程和代数方程组n在一般解决电气设备的选择、继电保护的整定及运在一般解决电气设备的选择、继电保护的整定及运行方式分析等问题时，往往只需要计算故障后某一行方式分析等问题时，往往只需要计算故障后某一瞬间瞬间(如故障后如故障后t=0秒时秒时)电流和电压的周期分量。

电流和电压的周期分量第七页，共一百六十一页二、复杂故障计算的方法二、复杂故障计算的方法n相分量法相分量法n相分量是客观存在的相分量是客观存在的n因此相分量法能够准确地反映电力网络的所因此相分量法能够准确地反映电力网络的所有实际问题，故障处理方法直观实用由于有实际问题，故障处理方法直观实用由于相坐标空间里元件参数存在耦合的问题，相相坐标空间里元件参数存在耦合的问题，相分量计算方法的计算量比较大，同时复杂的分量计算方法的计算量比较大，同时复杂的耦合关系也使得相分量法在网络处理上不同耦合关系也使得相分量法在网络处理上不同于单相的情况，比采用单相网络的分析计算于单相的情况，比采用单相网络的分析计算技术要困难得多技术要困难得多n方便的系统运行描述和准确地系统参数仿真方便的系统运行描述和准确地系统参数仿真是相分量法最大的优势国外许多大型研究是相分量法最大的优势国外许多大型研究机构都将相分量法作为主要的计算工具一机构都将相分量法作为主要的计算工具一个著名的例子就是个著名的例子就是EMTP第八页，共一百六十一页二、复杂故障计算的方法二、复杂故障计算的方法n序分量法序分量法n序分量是相分量经过数学变换得到的，序分量是相分量经过数学变换得到的，n序分量法通过坐标变换使在相坐标空间存在序分量法通过坐标变换使在相坐标空间存在三相耦合关系的对称元件在序分量坐标空间三相耦合关系的对称元件在序分量坐标空间得到解耦，在得到解耦，在完全由对称元件组成的系统完全由对称元件组成的系统中，中，耦合的三相网络可以等效成三个独立的序分耦合的三相网络可以等效成三个独立的序分量对称网络，在网络分析方面与三个单相网量对称网络，在网络分析方面与三个单相网络相同，可以使用单相网络分析的方法进行络相同，可以使用单相网络分析的方法进行处理，并且能够大幅度简化计算。

处理，并且能够大幅度简化计算n序分量法因为模型简单、算法组织性强和计序分量法因为模型简单、算法组织性强和计算速度快而得到了更广泛的认同，在更多的算速度快而得到了更广泛的认同，在更多的实用化的电力系统分析计算软件包中得到了实用化的电力系统分析计算软件包中得到了应用第九页，共一百六十一页二、复杂故障计算的方法二、复杂故障计算的方法n在诸多的序分量法中，最为经典的就是对称在诸多的序分量法中，最为经典的就是对称分量法国内著名的电科院暂态计算程序软分量法国内著名的电科院暂态计算程序软件包，就是基于对称分量法开发的近年来件包，就是基于对称分量法开发的近年来出现的许多用于电力系统分析的出现的许多用于电力系统分析的EMS/DMS 软件包，其故障计算部分，也基本上围绕对软件包，其故障计算部分，也基本上围绕对称分量法和序网分解做文章称分量法和序网分解做文章n在大多数地方，甚至教科书中也仅仅教授对在大多数地方，甚至教科书中也仅仅教授对称分量法，把它作为基本常识来掌握，似乎称分量法，把它作为基本常识来掌握，似乎从来就没有过相分量法一样在继电保护领从来就没有过相分量法一样在继电保护领域，对称分量法也基本上成为最重要的分析域，对称分量法也基本上成为最重要的分析计算工具。

计算工具第十页，共一百六十一页二、复杂故障计算的方法二、复杂故障计算的方法n复杂故障处理方法复杂故障处理方法n对称分量法为代表的序分量法可以十分方便对称分量法为代表的序分量法可以十分方便地通过序网连接方式的改变来仿真单一不对地通过序网连接方式的改变来仿真单一不对称简单故障，但是对于继电保护专家们感兴称简单故障，但是对于继电保护专家们感兴趣的任意复杂故障，比如一点同时发生断线趣的任意复杂故障，比如一点同时发生断线和短路故障时，序网的边界条件不易实现，和短路故障时，序网的边界条件不易实现，同时序网的连接方式随故障的不同而变化，同时序网的连接方式随故障的不同而变化，不利于程序的实现不利于程序的实现n相分量法能够轻松地处理任意的复杂故障，相分量法能够轻松地处理任意的复杂故障，程序实现也极其方便程序实现也极其方便第十一页，共一百六十一页二、复杂故障计算的方法二、复杂故障计算的方法n不对称网络系统计算不对称网络系统计算n随着电力工业的飞速发展，三相参数不对称随着电力工业的飞速发展，三相参数不对称的元件不断出现，电力系统三相参数不对称的元件不断出现，电力系统三相参数不对称的问题越来越突出由于参数的三相不对称，的问题越来越突出。

由于参数的三相不对称，元件不能实现在序分量坐标空间解耦，也就元件不能实现在序分量坐标空间解耦，也就不能形成独立的序网，因而序分量的序网连不能形成独立的序网，因而序分量的序网连接的故障处理方法也就不能继续使用了接的故障处理方法也就不能继续使用了n目前常见的不对称的因素有：目前常见的不对称的因素有：n无换相的高压输电线无换相的高压输电线n变压器的结构不对称变压器的结构不对称n交直流变换器的存在交直流变换器的存在n系统负荷不平衡系统负荷不平衡n固态限流器等非线性设备固态限流器等非线性设备第十二页，共一百六十一页二、复杂故障计算的方法二、复杂故障计算的方法n以上一些不对称的情况和未来即将使用的统以上一些不对称的情况和未来即将使用的统一潮流控制器、静止无功补偿器等不对称元一潮流控制器、静止无功补偿器等不对称元件一样，都会使元件在序分量坐标空间的解件一样，都会使元件在序分量坐标空间的解耦失效，从而不能实现序网的分离序分量耦失效，从而不能实现序网的分离序分量法的应用因此遭到严重影响，即使简单故障法的应用因此遭到严重影响，即使简单故障的分析也不能采用序分量法计算目前文献的分析也不能采用序分量法计算目前文献中采用序分量法处理三相参数不对称元件的中采用序分量法处理三相参数不对称元件的主要途径就是采用补偿法。

主要途径就是采用补偿法n在这种情况下，相分量法就表现出明显的优在这种情况下，相分量法就表现出明显的优势它可以直接计算不对称元件组成的系统，势它可以直接计算不对称元件组成的系统，无需做任何处理无需做任何处理第十三页，共一百六十一页第二节第二节 对称分量对称分量Symmetrical Components第十四页，共一百六十一页一、系统对称性分析：一、系统对称性分析：n电力系统的对称性反映在对称元件的特电力系统的对称性反映在对称元件的特点上n轮换对称元件轮换对称元件n设两节点设两节点pq 之间存在双端口支路元件之间存在双端口支路元件C1，满足相分量支路方程满足相分量支路方程n展开表示为展开表示为第十五页，共一百六十一页一、系统对称性分析：一、系统对称性分析：第十六页，共一百六十一页一、系统对称性分析：一、系统对称性分析：n其中，其中，Ip 、Iq为对应支路电流为对应支路电流Vp 、Vq为对为对应节点电压应节点电压n设支路元件与节点设支路元件与节点p 的连接端口为的连接端口为1、2、3，分别对应节点，分别对应节点p 的的A、B、C 相，与节点相，与节点q 的连接端口为的连接端口为4、5、6，分别对应于节点，分别对应于节点q 的的A、B、C 相。

在给定两端的三相电压后，相在给定两端的三相电压后，就可以唯一的确定支路的三相电流设就可以唯一的确定支路的三相电流设n则电流可以解得：则电流可以解得：第十七页，共一百六十一页一、系统对称性分析：一、系统对称性分析：n如果节点如果节点p 、q 同时发生相位轮换，即端口同时发生相位轮换，即端口1、2、3 分别对应节点分别对应节点p 的的B、C、A 相，端相，端口口4、5、6 分别对应节点分别对应节点q 的的B、C、A 相，相，在同样的三相电压相量作用下，可以写成节在同样的三相电压相量作用下，可以写成节点点p 、q 的电压相量发生轮换，有的电压相量发生轮换，有n各电压相量对应的电流相量能够始终不变，各电压相量对应的电流相量能够始终不变，即：即：第十八页，共一百六十一页。