电力系统过电压计算.ppt

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1、高电压工程基础,第14章 电力系统过电压计算,14.1 概述 14.2 单相电磁暂态过程的元件模型 14.3 多相电磁暂态过程的数学模型 14.4 开关元件与非线性元件模型 14.5 初始值的确定,高电压工程基础,目前研究电力系统电磁暂态过程的手段有三种：(1)模拟计算机型的暂态网络分析仪和防雷分析仪；(2)计算机的数值计算；(3)系统的现场实测。,14.1 概述,电力系统中的元件可分为两类：(1)集中参数，如发电机、变压器、电抗器及电容器等；(2)是输电线路及地下电缆，其参数具有分布特性。,用行波法大体处理元件模型可分为两种：(1)将系统中集中参数化为等值线段，除电源、开关外，其余所有元件都

2、是线段，在此基础上建立了网格法；(2)将系统中所有的分布参数利用道梅尔白日朗法，即特征线法，编制了通用的电磁暂态程序。,高电压工程基础,14.2 单相电磁暂态过程的元件模型,主要内容：集中参数元件的暂态计算等值电路；单相无损耗线的Bergeron等值计算电路的形成；线路损耗处理；将电磁暂态过程的数值计算转化为对有源电网络求解的 原理和方法；电源支路的处理，给出全网络暂态过程的计算流程。,高电压工程基础,集中参数电路模型,1.电感等值计算公式,高电压工程基础,高电压工程基础,2.电容等值计算公式,高电压工程基础,3.电阻等值计算公式,可见，储能元件电感和电容的暂态等值电路是由电阻和历史电流源并联

3、组成，而耗能元件电阻没有历史电流源。换句话说，经过处理，电感和电容也可以看作一个阻性元件，只是附加了一个历史电流源。纯电阻集中参数元件并不是储能元件，其暂态过程与历史记录无关。,高电压工程基础,分布参数电路模型 单相无损线的Bergeron等值计算电路,高电压工程基础,高电压工程基础,高电压工程基础,计算波过程的特征线方法通常称作Bergeron方法，以上等值电路常称为Bergeron等值计算电路。Bergeron特征线计算方法是利用线路上波过程的特征线方程，经过一定的转换，把分布参数的线段等值为电阻性网络；利用数学上梯形积分法则，将储能集中参数元件、等值为电阻性的计算电路，再运用求解电阻性网

4、络的通用方法计算整个网络的暂态过程。在数值求解网络暂态过程时，从计算开始时刻起，把时间离散成一系列较小的时间间隔，一般采用等时间步长。在计算时刻网络状态时，假定时刻以前的状态作为历史记录是已知的。这样就可以逐点计算出网络节点电压、支路电流或其他电量随时间变化的规律和波形。,高电压工程基础,线路损耗近似的处理方法,（1）无畸变线路模型只考虑波在线路上幅值的衰减，而忽略相位的变化；,（2）小电阻线路模型 在无损线上分段接入集中电阻，有时也叫“小电阻线路模型”，它是在无损线路模型的基础上，把线路等值损耗集中放在线路的几个端点上；,（3）计及频率特性的模型 线路的频率特性模型是计及线路的电阻参数，特别

5、是以大地为回路的参数，不是常数，而是频率的函数形成的模型。,高电压工程基础,电源支路的处理方法,（1）将电源作为一整体来处理，既包含电源的电势，也包含它的内阻。优点是减少节点导纳矩阵的节点数。但对无穷大电源，因电源支路的导纳为无穷大值，使计算无法进行。当然也可以人为串入一小电阻来求解，但又带来小电阻数值多少才比较合适的问题。（2）将电源内阻独立出来，另建立新支路，将电源都看作无穷大电源，电源只接入独立节点与大地之间。某一节点接入外加电源，在计算中该节点电压及流入（出）大地电流即是已知的。当然，在送入这些电源信息时，要使程序有所识别，应与待求节点区别开来。,高电压工程基础,单相暂态等值计算网络的

6、形成及求解,1.等效计算网络的节点方程,例14-1 下图所示为一空载无损线路合闸于工频电压源，试画出等值计算网络，列出节点方程并求解暂态过程。,高电压工程基础,解：1)作等值计算网络。将电感及无损线用等值计算电路表示，然后按原电路的接线情况连接，再将外施电压源和电阻转换成电流源形式，即可得到等值计算网络。,高电压工程基础,2)节点方程。,高电压工程基础,3)求解暂态过程。,高电压工程基础,2.等效电流源的计算,集中参数元件：都取暂态过程开始的时刻为t0，第一个时段的电流源必须按各元件等效计算公式 进行计算，而以后各时段的计算则可采用电流源的递推公式。,分布参数线路：应用Bergeron方法计算

7、t0时刻的电流源时，必须已知时刻两端的电压和电流。（a）暂态过程发生前线路已充电至某一电压（对未充电的情况可令0），而两端电流为零；（b）暂态过程前为交流稳态，这时必须先进行相应的潮流计算，求出两端电压和电流的有效值。,高电压工程基础,3.外施电源的处理,外施电流源：只需简单地将它计入相应的节点注入电流。,外施电压源：,4.暂态过程计算的主要流程,高电压工程基础,高电压工程基础,14.3 多相电磁暂态过程的数学模型,耦合性电感电路、电容电路、电阻、电感串联电路等。用一矩阵来替换单个集中电感、电容的等值计算电路及公式中的单个标量。,耦合性集中参数元件,耦合性分布参数线路,“白日朗道梅尔”法获得了

8、广泛的应用。此法采用一个简单的变换，将相量转变为模量，去掉了相间相互的电磁耦合，每一个模量和单相导线一样，利用白日朗法建立起来的等值电路及计算公式，可以单独求解，这给求解分布的多相系统带来了极大的方便。,高电压工程基础,14.4 开关元件与非线性元件模型,开关元件模型,电阻表示法、等效电流源模拟法、修改导纳矩阵法,非线性元件模型,时间落后一个t的电流源表示法、分段线性化法、补偿法,高电压工程基础,14.5 初始值的确定,(1)电网由稳态计算开始，再进行暂态计算。首先按暂态前的网络接线，求得工频稳态解，进而获得各类元件在时的初始值。使用程序的人很容易实现，只需命令电源在之前就已投入，进行一次稳态计算即可。(2)根据节点命名及网络连接次序，按一定格式，直接投入节点电压，支路电流的数值为初始条件。即是用一新值代替旧值（零或稳态计算的值）。但对使用程序的人来说是一件比较烦杂的事。(3)同时使用上述(1)与(2)的方法。,