电力系统暂态分析(讲义)

时间：2025-07-09

电力系统暂态分析

教案（试用）

（内部资料）

严正

上海交通大学电气工程系（电信群楼1-347室）上海市闵行区东川路800号，上海200240

2008年9月

绪论

0-1 电力系统暂态的含义及研究意义

电能系统的电气部分：电力系统，在分析时抽象为电路。

电力系统：由发电机、变压器、输电线路、用电设备（负荷）以及确保这些设备正常运行的控制、通信、保护系统所组成的整体。

一次系统：发电机、变压器、线路、用电设备构成的网络，电压等级高二次系统：对一次系统的正常运行进行监控、保护和控制，电压等级低本课程主要以一次系统为对象。

维护电力系统的正常运转，需关心两方面的内容：系统的扩展及运行。

对常规电力系统进行优化设计是规划：包括电源规划，电网规划。因此，电力系统的物理实体是不断随岁月演变的。

对常规电力系统进行运行状态的监控是分析与控制：暂态分析，稳态分析。稳态分析：运行参量变化很小，实际上可认为是常量，如潮流计算。数学模型是代数方程。

暂态分析：电力系统始终遭受到各种扰动，这些扰动可能使运行参量发生较大的变化，称系统处于暂态过程中。暂态分析是要分析参量随时间的变化过程。运行参量的较大变化会对系统的运行造成危害。数学模型是微分方程。

引起暂态过程的因素包括：

① 断路器操作引起过电压破坏绝缘。

② 短路故障：引起比正常电流大得多的短路电流，引起热效应损坏设备，或使发电机输入输出功率不平衡，使机组失去同步。 ③ 保护误动作引起(短路电流引起热效应)。

暂态分析的目的：掌握暂态过程的本质，充分了解系统的暂态特性，为系统的稳定性评估、控制设备及保护设备的参数整定等提供依据。最终目标是确保电力系统的稳定运行。

暂态故障导致大停电事故的例子：

1）1982年8月7日华中电网湖北区大停电：

2）1996年8月10日美国西部电网大停电：高温-〉无序跳开-〉电压失稳-〉连锁反应

3）2003年8月14日美加大停电事故：高温、短路、跳闸、过载、再跳闸。

0-2 本课程的研究内容

研究交流电力系统的暂态过程。不考虑直流系统及相关元件。暂态过程包括： ① 波过程：雷电引起的输电线路及变电站中的电压、电流波过程。（时间极短，电压、电流变化大，频率变化大）

② 电磁暂态过程：故障后各元件的电压、电流变化过程。发电机不失同步，故障，电压电流功率变化规律：时间比波过程稍长，电压电流变化稍小，频率变化稍低。 ③ 机电暂态过程：转轴上机械转矩与电磁转矩不平衡，发电机、电动机电磁转矩变化引起转子运动方程的变化发电机失同步，转速功率功角发生变化，时间最大，电压电流变化最小，频率变化最低。（相对过程较慢）

引起

雷击

短路系统失步波过程电磁暂态机电暂态

本课程的内容

课程成绩构成：动模实验（20%）；作业+出勤（20%）；考试（60%）

教材：李光琦（西安交通大学）《电力系统暂态分析》（第三版），中国电力出版社参考书：何仰赞（华中科技大学）《电力系统分析》 1、3、4、6、16、17、20、23、24、27

第1章电力系统故障分析的基础知识

1-1 电力系统的短路故障

短路：正常运行以外，相与相之间或者相与地（或中性线）之间的连接，构成不正常的电气通路。系统中，大部分故障是短路故障。

发生短路的原因：绝缘遭到破坏 ① 操作过程过电压击穿绝缘层； ② 绝缘层材料的老化及污染； ③ 施工过程破坏，机械损伤； ④ 鸟兽、暴风雪的原因； ⑤ 误动作或操作。

短路的种类：单相短路65%，两相短路10%，两相接地短路20%，三相短路5%。短路的现象及其后果：

现象：