目前,福蒂斯丘(Fortescue)在1918年所提出的“对称分量法”在电力系统故障分析领域仍居于主导地位。该方法在“网络参数对称”的前提下,采用对称分量坐标系实现故障网络的三序解耦,从而将单相表示法扩展到运行不对称系统,为后续的故障计算带来极大的方便。但是随着不均匀换位输电线路、电力电子装置等不对称元件在电力系统中所占比重越来越大,继续采用对称分量法进行故障分析会带来较大的误差,严重影响到电气接线图的合理选择、有足够热稳定和机械强度的电气设备及载流导体的选用、限制短路电流措施的确定及各种继电保护和自动装置在电力系统中的合理配置与整定。近年来,包含不对称参数元件的电力系统故障分析多采用相分量法直接在相坐标空间中进行故障计算,但是复杂的计算过程和较大的计算量成为相分量法发展的瓶颈,且现有的元件相分量模型多是参照对称分量模型经过序/相变换得到的,鲜有考虑电力电子装置等因素。本文在总结和借鉴国内外相关研究工作的基础上,改进了部分电力系统常见元件的相分量模型,建立了TCSC的相分量模型,通过矩阵分块与相似变换理论对传统相分量法进行了优化,并在此基础上提出了一种符合电力系统发展趋势的能够准确地反映故障发生时各个节点与支路电气量变化的通用故障分析方法,通过仿真验证了该方法的准确性与有效性。将该方法应用于同杆并架双回线的故障计算,得出了一种适用于断相、短路与跨线故障的同杆并架双回线通用故障计算方法。具体的研究工作包括以下几个方面:(1)从元件模型、网络模型及故障计算等几个方面,详细分析了基于相分量法的故障分析基本方法,总结了该方法存在的问题;(2)工程应用中为了借助对称分量法计算简单的优点,对元件模型进行等值简化时通常忽略一些因素,变压器漏抗模型和忽略由换位不完全产生不对称因素的输电线路等值简化模型是其中的典型例子。本文对上述两种模型给电力系统故障计算带来的误差进行了仿真计算,并且充分考虑不对称因素对部分元件的相分量模型进行了改进;(3)传统相分量法在构建系统网络模型时,把n个节点的三相网络等同于3n个节点的单相网络,在算法组织上显得比较复杂、计算量大。针对目前电力系统中对称元件仍占较大比重的特点,本文将三相节点作为基本节点,利用同一个节点或支路上三相之间的对称关系,结合矩阵分块与矩阵变换理论对传统相分量法进行了优化;(4)针对目前相分量故障分析方法不能将短路故障、断相故障及其组合统一求解,不同类型故障没有统一计算模型的问题,本文将优化后的相分量法与多端口网络理论相结合利用端口网络描述故障网络,给出了短路故障与断相故障通用的故障边界条件方程,提出了一种既适用于各种类型简单故障又适用于多重复故障计算的改进相分量法,通过EMTPE仿真证明该算法准确、有效;(5)研究了具有不同拓扑结构的同杆并架双回线元件的相分量模型;将改进相分量法用于同杆并架双回线的故障计算,针对同杆并架双回线的三种不同结构分析了系统模型形成的具体过程,给出了单回线短路、断相故障与两回线跨线故障通用的故障边界条件方程,得出了一种同杆并架双回线通用故障计算方法,并通过仿真验证了该方法的准确性与有效性;(6)本文分析了TCSC的工作原理及其在电力系统故障情况下的动作特性,推导了单相TCSC的基波阻抗表达式,给出了TCSC的相分量模型,探讨了故障时TCSC可能出现的工作模式的变化,将改进相分量法用于包含TCSC的电力系统故障计算,通过仿真验证了计算结果的准确性。本文提出的改进相分量法特别适用于具有不对称参数的电力系统故障计算,实现了各种简单故障及多重复故障的统一计算,计算量小于传统相分量法,编程简单,易于计算机实现,通用性强且能够适用于包含TCSC的电力系统故障计算;基于改进相分量法提出的各种结构双回线通用的故障计算方法,可以灵活、方便、快捷地实现短路、断相与跨线故障的统一计算。上述方法能够迅速准确地反映故障发生时,系统中各节点与支路电气量的变化,对电网规划、继电保护装置整定计算及电气设备的选择意义重大。