华电-电力系统博士入学考试必备-历年电力系统分析答案.doc

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华北电力大学（北京）

2005年博士研究生入学考试试题（B）

解答下列各题（每题10分，共100分）

1、近几年我国多数地区出现了“电荒”现象，各地不得不采取拉闸限电措施，而10年前我国的电力还是供大于求，你如何分析这种现象？

对电力的规划和发展有何良策？

答案1：

出现‘电荒’的原因：

在“九五”期间特别是电力供应过剩之后，人们对电力工业是否应成为先行工业，有了不同的看法和不同的声音，这成为导致2002年开始出现较大范围缺电的重要原因之一。

再加上多年来只高度重视电源，对电网协调发展有所忽视。

即既有电源容量不足、又有电网结构薄弱问题，造成了电力短缺。

建议措施包括：

建立电力安全危机管理机制，确保电网运行安全；进一步加强需求管理；深化电价改革，尽快形成分环节电价机制；完善宏观调控，深化电力项目审批制度改革，解决无序建设难题；加强协调，确保电煤供应；合理安排机组检修，提高设备健康水平；协调好水力调运与发电关系，提高水能利用率等。

答案2：

产生‘电荒’的原因：

（1）煤电价格冲突，凸显体制困局；

（2）高耗能行业告诉增长，使电力供应对经济增长的支撑能力下降；（3）电力投资连年偏低，造成电力供应能力不足；（4）持续高温、干旱和水电不足，增加了随机性缺电；（5）省间电力壁垒困扰电力供应。

建议措施：

加快电力建设同时抑制不合理需求；开发和节约并举；加大结构调整力度，租金产业升级；西电东送以资源换市场；发展循环经济，实行清洁生产；多元化开发电力资源。

2、什么是电力系统的可靠性？

有哪些主要的研究内容？

答案：

电力系统可靠性是对电力系统按可接受的质量标准和所需数量不间断地向电力用户供应电力和电能量之能力的度量。

电力系统可靠性包括充裕度和安全性两个方面。

充裕度是指电力系统维持连续供给用户总的电力需求和总的电能量的能力，同时考虑到系统元件的计划停运及合理的期望非计划停运。

充裕度又称静态可靠性，也就是在静态条件下，电力系统满足用户对电力和电能量的能力。

安全性是指电力系统承受突然发生的扰动，例如突然短路或未预料到的短路或丢失系统元件现象的能力。

安全性也称动态可靠性，即在动态条件下电力系统经受住突然扰动，并不简短地向用户提供电力和电能量的能力。

电力系统规模很大，习惯上将电力系统分成若干子系统，可根据这些子系统的功能特点分别评估各子系统的可靠性。

可分为：

（1）发电系统可靠性：

是对统一并网后的全部发电机组按可接受标准及期望数量，满足电力系统负荷电力和电能量需求之能力的度量。

（2）发输电系统可靠性：

是由统一并网后运行的发电系统和输电系统综合组成的发输电系统按可接受标准和期望数量向供电点供应电力和电能量之能力。

其可靠性包括充裕度和安全性两方面。

（3）输电系统可靠性：

是对从电源点输送电力到供电点按可接受标准及期望数量满足供电负荷电力和电能量需求之能力的度量。

其可靠性包括充裕度和安全性两方面。

（4）配电系统可靠性：

是对供电点到用户，包括配电变电所、高低压配电线路及接户线在内的整个配电系统及设备按可接受标准及期望数量满足供电电力和电能量需求之能力的度量。

（5）发电厂变电所电气主接线可靠性：

是对在组成主接线系统的元件（断路器、变压器、隔离开关、母线）可靠性的指标已知和可靠性准则给定的条件下，评估整个主接线系统可靠性准则满足供电电力和电能量需求之能力的度量。

电力系统可靠性是通过通过定量的可靠性指标来度量的。

一般可以由故障对电力用户造成的不良影响的概率、频率、持续时间、故障引起的期望电力损失及期望电能量损失等指标描述，不同的子系统可以有专门的可靠性指标。

3、电力系统的潮流计算有哪些常规算法？

有哪些扩展算法？

答案1：

常规算法有：

高斯-赛德尔法、牛顿-拉夫逊法、快速解耦法。

扩展算法有：

保留非线性潮流算法、最小化潮流算法、最优潮流算法。

高斯-赛德尔法（G_S法）。

算法特点：

在系统病态的情况下，收敛困难；计算速度缓慢；程序编制简便灵活。

牛顿-拉夫逊法（N_L法），其实是非线性方程或非线性方程组的多次线性逼近。

算法特点：

平方收敛；对初值很敏感，需要其他算法为其提供初值；对函数的平滑性敏感，所处理的函数越接近线性，收敛性越好；对以节点导纳矩阵为基础的G_S法呈病态的系统，N_L法一般都能可靠收敛。

快速解耦法（PQ分解法）：

用两个阶数几乎减半的方程组来代替原方程组，显著减少了内存量和计算量；迭代矩阵为常数阵，只需形成求解一次，大大缩短每次迭代所需时间；迭代矩阵对称，可形成上下三角存储，减少内存量和计算量；基于以上原因，PQ法内存所需量是N_L法的60%，每次迭代所需时间为N_L法的20%；线性收敛，收敛次数多于N_L法，但总的计算速度仍能大幅度提高；对于R/X过大的病态条件以及线路特别重载的情况下，可能不收敛，一般适用于110kv及以上的电网；由于算法的精确程度取决于e，PQ分解法的近似处理只影响计算过程，并不影响结果的精度。

保留非线性潮流算法。

特点及性能：

采用恒定雅克比矩阵；修正量总是相对于初始估计值；对初值敏感；计算速度比N_L法快，比PQ分解法慢；内存耗量较大。

最小化潮流算法：

常规的潮流计算问题归结为求解一个非线性代数方程组，通过与电力系统固有物理特性相结合，已经提出了多种求解该方程组的有效算法。

但是在实际计算中，对于一些病态系统，却往往会出现计算过程的振荡或甚至不收敛的现象。

潮流计算问题在数学上也可以表示为求解一个由潮流方程构成的函数的最小值问题，并以此来代替代数方程组的直接求解。

用这种方法计算潮流的一个显著特点是从原理上保证了计算过程永远不会发散。

基于数学规划的潮流计算在内存需要量和计算速度方面都大大逊色于各种常规潮流计算法。

最优潮流算法：

就是当系统的结构参数及负荷情况给定时，通过控制变量的优选，所找到的能满足所指定的约束条件，并使系统的某一个性能指标或目标函数达到最优时的潮流分布。

最优潮流与基本潮流的不同点：

基本潮流的控制变量是给定的，而最优潮流中的控制变量通过优选得到；最优潮流除了要满足潮流等式约束外，还必须满足大量的不等式约束条件；基本潮流计算是求解非线性代数方程组，而最优潮流是一个非线性规划问题；基本潮流仅仅完成计算功能，而最优潮流可以根据实际需要自动优选控制变量，具有指导系统进行优化调整的决策功能。

直流潮流法。

随即潮流法。

三相潮流法。

4、电力市场中通常采用可用输电能力（ATC）来衡量输电线的有功传输能力，请解释一下什么是ATC？

AvailableTransferCapability

答案1：

ATC是指在现有的输电合同基础上，实际物理输电网络中剩余的、可用于商业使用的传输容量。

答案2：

ATC是在已有的协议基础上，在实际输电系统中可以用于进一步商业活动的富余输电能力。

数学上，ATC可以表示为线路最大输电能力TTC减去输电可靠性裕度TRM，减去容量效益裕度CBM，再减去现存输送协议ETC。

5、用户电力技术（CustomerPower）是应用电力电子技术解决用户电能质量问题的一种方法，请简单说明之。

答案：

IEEE对于用户电力技术的描述为：

在中压配电网中利用电力电子技术或静止控制器给对电能质量变化敏感的用户提供一定水平可靠性或质量的电能。

用户电力或称定制电力技术是站在供电部门为电力用户提供服务的角度出发，它是根据用户对供电可靠性或电能质量的要求，由供电部门采用电力电子技术或静止控制器提高其供电可靠性和供电质量，最终提供满足用户需求的电能。

对于特定的用户，特别是大负荷用户，如果供电部门能够采用用户电力技术为其供电，则避免用户自己建立独立的电厂、备用的发电设备等，因而可以大大提高经济性。

所以理解用户电力技术，应该从供电可靠性、电能质量水平以及经济性并站在供电部门的角度来理解。

用户电力技术可以使电力用户在供电可靠性和电能质量上得到的益处主要有：

（1）无（或极少有）电力中断。

（2）电压降临的幅度和持续时间在允许范围内。

（3）过电压的幅度和持续时间在允许范围内。

（4）电压谐波含量低。

（5）相间不平衡度小

（6）在允许范围内的负荷波动、非线性和低功率因数对母线电压无明显影响

用户电力技术的核心是能够对供应的电力进行控制、变换，为用户或负荷提供满足电能质量指标及安全、经济、可靠运行等要求的电能。

完成这种控制与变换的关键是各具特色的电力电子器件及其控制电路。

目前已经得到应用的用户电力控制器种类繁多，可以按照各种标准进行分类。

按照装置是否具有变流器可以分为三类：

①不含任何电力电子开关的电能质量控制器，通常是指无源滤波器等通过机械开关投切的装置，如利用电机控制的有载调节变压器等；②采用晶闸管投切或控制的控制器，如常用的晶闸管投切电容器、用于配电系统的SVC装置、用于切换双路电源的固态控制器以及晶闸管投切或控制的稳压器等；③采用变流器的有源滤波器，包括并联型有源电力滤波器（APF）、用于配电系统的静止补偿器（DSTATCOM）、串联补偿的动态电压调节器（DVR），以及串并联混合的统一电能质量控制器（UPQC）等。

6、请解释什么是电力系统的‘低频振荡’？

答案1：

电力系统中发电机经输电线并列运行时，在扰动下会发生发电机转子间的相对摇摆，并在缺乏阻尼时引起持续振荡，此时输电线上功率也会发生相应振荡。

由于机组的惯性时间常数，其振荡频率很低，一般为0.2~2.5Hz，故称为低频振荡（又称功率振荡，机电振荡）。

答案2：

整个原动机、发电机组的转子，相对与电力系统发生振荡时，其振荡频率通常在每分钟几个周波至几十个周波范围内。

原因：

弱阻尼或负阻尼。

重负荷、长距离送点、有强励磁的大机组。

解决措施：

减负荷、PSS电力系统稳定器（励磁）、GPSS调速侧PSS、其他

7、简述高压直流输电（HVDC）系统的概念、特点、和主要应用。

答案：

高压直流输电是将三相交流电通过换流站整流编程直流电，然后通过直流输电线路送往另一个换流站逆变成三相交流电的输电方式。

HVDC的优点：

（1）线路造价低、损耗少；

（2）不存在稳定问题（没有电抗）；（3）可以实现交流系统非同步联网；（4）调节速度快，运行可靠；（5）限制短路电流；（6）可方便地进行分期建设和增容扩建，有利于发挥投资效益

HVDC的缺点：

（1）换流站造价高；

（2）换流器消耗的无功多；（3）产生大量的谐波；（4）换流装置几乎没有过载能力；（5）缺乏高压直流开关；（6）直流输电利用大地（或海水）为回路而带来的一些技术问题；（7）直流输电线路难于引出分支线路，绝大部分只用于端对端送电。

HVDC应用场合：

（1）远距离大容量输电（等价距离）；

（2）非同步联网；（3）海底电缆送电；（4）用地下电缆向大城市供电；（5）交流系统互联或配电网增容时，作为限制短路电流的措施之一；（6）配合新能源的输电。

8、等面积定则是判断暂态稳定的基本准则，请简述其内容和物理意义。

答案：

9、电力市场条件下，电力生产和运行部门的辅助服务包含哪些主要内容？

答案1：

辅助服务是电网的安全稳定运行所必需的，分为基本辅助服务和有偿辅助服务。

基本辅助服务是电力市场主体应当无偿提供的辅助服务。

有偿辅助服务是电力市场主体在基本辅助服务之外提供的其它辅助服务。

有偿辅助服务在电力市场建设初期采取补偿机制，电力市场健全以后实行竞争机制。

辅助服务包括：

（1）有功频率控制（AGC）；

（2）旋转备用；（3）非旋转备用；（4）替代备用；（5）无功及电压支持；（6）恢复及黑启动，即调峰、调频、调压、黑启动。

答案2：

辅助服务是为保障电力系统安全稳定运行和电力供应质量必不可少的一种服务，指除正常电能生产外所提供的频率控制、备用容量、无功支持、黑启动等服务。

辅助服务是相对于电能生产、输送和交易的主市场而言的。

目前辅助服务并没有一个公认的统一定义，不同的学者对辅助服务的定义和内容的划分有所不同，现将有关辅助服务的定义和主要内容总数如下：

（一）