电力系统复习题新讲解.docx
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电力系统复习题新讲解
暂态
第1章稳态习题
1.什么是电力系统？
有哪些特点和基本要求？
答：
电力系统是由发电机、变压器、输电线路、用电设备（负荷）组成的网络，它包括通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备。
电力系统的特点是：
电能不能大量储存，发电、供电、用电必须同时完成，过渡过程非常迅速。
对电能质量要求很高，电能质量的优劣，直接影响各行各业。
电力生产的事故，也是其它行业的灾难。
电力系统的基本要求：
①保证可靠地持续供电；②保证良好的电能质量；③保证系统运行的经济性。
2.我国电力系统的现状如何？
答：
①发电装机容量、发电量持续增长。
截止2007年底，全国新增装机容量10,009万千瓦，总量达到71,329万千瓦。
其中，水电新增1,306.5万千瓦，火电新增8,158.35万千瓦。
同时，华能玉环电厂、华电邹县电厂、国电泰州电厂共七台百万千瓦超超临界机组的相继投运，标志着中国已成功掌握世界先进的火力发电技术，电力工业已经开始进入“超超临界”时代。
此外，中国电网建设快速发展，新增220千伏及以上输电线路回路长度4.15万公里，新增220千伏及以上变电设备容量18,848万千伏安。
②电源结构不断调整。
上大压小的举措提高了火电行业平均单机装机容量，增强了行业的总体经济效益，提高了环境效益。
对于新能源的各项政策及规划，将引导降低火电在电力中的占比，增加水电、核电、风电的比例，优化电力结构。
③西电东送和全国联网发展迅速。
我国能源资源和电力负荷分布的不均衡性，决定了“西电东送”是我国的必然选择。
西电东送重点在于输送水电电能。
按照经济性原则，适度建设燃煤电站，实施西电东送。
目前，西电东送已进入全面实施阶段：
贵州到广东500千伏交、直流输变电工程已先后投产运行，向广东送电规模已达1088万千瓦。
三峡到华东、广东±500千伏直流输变电工程先后投产。
蒙西、山西、陕西地区向京津唐电网送电能力逐步增加。
华北与东北、福建与华东、川渝与华中等一批联网工程已经投入运行，2003年跨区交换电量达到862亿千瓦时。
截至2005年7月，除海南外已经初步实现了全国联网，初步实现了跨区域资源的优化配置，区域电网间的电力电量交换更加频繁，交易类型出现了中长期、短期、超短期、可中断交易等多种模式，呈现多样化的良好局面，由于跨区跨省电力交易比较活跃，部分联网输电通道长期保持大功率送电。
西电东送、全国联网工程对调剂电力余缺、缓解电力供应紧张和促进资源优化配置起到重要作用。
④可再生能源发电取得进步：
A.风力发电建设规模逐步扩大。
从“七五”开始建设风电场，到2004年底，内地已建成43个风电场，累计装机1292台，总装机容量达到76.4万千瓦，占全国电力装机的0.17%。
单机容量达到2000千瓦。
B.地热发电得到应用。
到1993年底，西藏地热发电的总装机达到28.13兆瓦，约占全国地热发电装机（包括台湾在内）的94%；年发电量9700万千瓦时，占拉萨电网约20%。
C.太阳能发电开始起步。
至1999年，光伏发电系统累计装机容量超过13兆瓦。
2004年建成容量为1兆瓦的太阳能发电系统，这是目前中国乃至亚洲总装机容量第一的并网光伏发电系统，同时，也是世界上为数不多的兆瓦级大型太阳能光伏发电系统之一。
D.小水电建设取得巨大成绩。
截止到2000年底，全国已建成小水电站4万多座，装机达2485万千瓦，占全国水电装机的32，4％，占世界小水电开发量的40％以上，年发电量800亿千瓦时，占全国水电发电量的36.27%。
⑤结构性矛盾突出，技术升级任重道远：
A.电源结构有待优化；B.电力生产主要技术指标与国际水平还有一定差距。
3.电力系统有哪些控制？
各种控制的特点是什么？
答：
（1）提高系统稳定的措施由快速励磁、电力系统稳定器（PSS）、电气制动、快关汽机和切机、串联补偿、静止无功补偿（SVC）、超导电磁蓄能和直流调制等。
（2）维持系统频率的措施有低频减负荷、低频降电压、低频自起动、抽水蓄能机组低频抽水改发电、低
频发电机解列、高频切机、高频减出力等。
（3）预防线路过负荷的措施有过负荷切电源、过负荷切负荷等。
●电源：
励磁控制（PSS）、调速控制（汽门、蝶阀）、AGC、电气制动等
●电网：
断路器、HVDC、FACTS、有载调压、无功补偿设备等
●负荷：
DSM（分时电价、峰谷电价）、拉闸限电等
4.现代电力系统的一般特点是什么？
答：
大机组、大电网、高电压
打破垄断，引入竞争，施行商业化运营
电力电子技术应用，FACTS
交流和直流互联系统
大量新型负荷（信息电力）出现
新技术应用
5.潮流计算的概念时什么？
目的是什么？
其数学模型时什么？
计算方法是什么？
有何特点？
（06，07真题）
答：
概念：
是指电力系统在某一个稳态的正常运行方式下，电力网络各节点的电压和功率分布的计算。
目的：
（1）检查电力系统各元件是否过负荷；
（2）检查电力系统各节点的电压是否满足电压质量的要求；
（3）根据对各种运行方式的潮流分布计算，可以正确的选择系统接线方式，合理调整负荷，以保证电力系统安全、可靠地运行，向用户供给高质量的电能；
（4）根据功率分布，可以选择电力系统的电气设备和导线截面积，可以为电力系统继电保护整定计算提供必要的数据等；
（5）为电力系统扩建和规划提供依据；
（6）为调压计算、经济运行计算、短路计算等提供必要的数据。
数学模型为：
潮流计算所用的电力网络系由变压器、输电线路、电容器、电抗器等静止线性元件所构成，并用集中参数表示的串联或并联等值支路来模拟。
普遍采用节点法，公式如下：
或
其展开式分别为：
上四式中
、
、
、
分别为节点导纳矩阵、节点阻抗矩阵及其相应的元素；n为电力系统节点数。
在实际工程中应用的公式为：
或
计算方法主要为：
高斯-塞德尔法；牛顿法；快速解耦法。
计算方法特点：
（1）高斯-塞德尔法：
原理简单，程序设计容易，占用内存省，但是收敛速度慢。
（2）牛顿法：
收敛速度快，具有良好的收敛可靠性，但是所需内存和迭代所需时间较高斯-塞德尔法多。
（3）快速解耦法：
较牛顿法显著较少了内存需量何计算量，缩短了迭代所需的时间，具有良好的收敛可靠性。
6.谈谈电力系统的潮流控制何调整有哪些手段？
（08年真题）
答：
（1）PV节点的无功能率越界何PQ节点的电压越界处理；
（2）带负荷调压变压器抽头的调整；（3）互联系统区域间交换功率控制；（4）负荷静态特性的考虑
第2章稳定性概述
1.什么是电力系统的稳定问题？
什么是功角稳定和电压稳定？
答：
电力系统的稳定问题是当系统在某一正常运行状态下受到某种干扰后，能否经过一定的时间回到原来的运行状态或者过渡到一个新的稳态运行状态的问题。
电压稳定：
电压稳定性，是指正常运行情况下或遭受干扰后电力系统维持所有母线电压在可以接受的稳态值的能力。
运行着的电力系统在遭受干扰后的几秒或几分钟内，系统中一些母线电压可能经历大幅度、持续性的降低，从而使得系统的完整性遭到破坏，功率不能正常地传给用户。
这种情况称为系统电压不稳定。
功角稳定：
指系统中各发电机之间的相对功角失去稳定性的现象。
正常情况下，系统中各发电机以相同速度旋转，机间相对转子角度维持恒定，即处于同步运行状态，从而保证系统中任何节点的电压幅值和频率以及任何线路的传输功率为恒定值。
如果系统在运行过程中受到某种干扰，干扰的影响将通过互联的电力网络传到各发电机节点，并使发电机的输出电功率相应发生改变，结果是使得在扰动瞬间各发电机的机械输入转矩和输出的电磁转矩失去平衡，出现发电机转子不同程度的加速或减速，并导致各发电机之间转子相对角的变化。
如这种转子角度的变化过程是随时间衰减的，并能最终恢复到扰动出现前的正常值或达到一个新的稳态值，则认为在这种运行方式和扰动形式下系统是功角稳定的。
如果这种转子角度的变化随时间而加剧，并最终导致发电机间失去同步，则认为系统在该运行方式下对这种扰动形式是功角不稳定的。
2.电力系统送端和受端稳定的特点是什么？
答：
电力系统送端需要功角稳定，受端需要电压稳定。
3.常用的电力系统稳定计算的程序都有哪些？
各有什么特点？
答：
1BPA美国
PowerWorldSimulator美国
2EUROSTAG法国和比利时
3NETOMAC德国西门子公司
4PSCAD/EMTDC
5PSS/E美国
6Matlab
7RTDS实时仿真器
8PSASP中国电科院
4.大停电的影响是什么？
5.什么是电力系统的三道防线？
答：
第一道防线：
继电保护速断
第一道防线是指正常运行方式下的电力系统受到单一故障扰动后，由继电保护装置正确动作迅速切除故障，保持电力系统稳定运行和电网的正常供电。
第二道防线：
切机、快关、电气制动、快速励磁调节等
第二道防线是指正常运行方式下的电力系统受到较严重的故障扰动后，继电保护装置正确动作后，由切除发电机和切除负荷等稳定运行。
第三道防线：
低频减载甩负荷、解列
第三道防线是指电力系统的稳定破坏后,由防止事故扩大的稳定控制施构成第三道防线。
采取解列电网等措施防止系统全部崩溃，保证部分重要用户供电，避免长时间、大面积停电。
6.简述提高电力系统静态稳定和暂态稳定的主要措施有哪些？
答：
提高电力系统静态稳定的主要措施：
采用自动励磁调节装置；采用分裂导线；提高线路的额定电压等级；改善系统结构、减小电气距离；采用串联补偿设备；采用并联补偿设备。
提高电力系统暂态稳定的主要措施：
故障的快速切除和自动重合闸装置的应用；发电机采用快速强行励磁装置；采用电气制动；变压器中性点经小电阻接地；通过快关和切机减小原动机出力；高压直流（HVDC）输电联络线的控制；合理选择系统运行接线。
7.什么是电网可用输电能力（ATC）？
答：
可用传输能力（ATC）的定义：
ATC（AvailableTransferCapability）是输电网传输能力的一种度量标准，它反映出在已成交的传输容量基础上，输电网对市场交易还可提供的最大传输容量。
它随时间的推移、电网结构的变化和断面的不同而改变。
第三章时域仿真
1.什么是电力系统暂态稳定分析的时域仿真法？
答：
电力系统暂态稳定分析的时域仿真法是将电力系统中各元件模型，根据它们之间的拓扑关系形成全系统的数学模型（非线性的微分和代数方程组），然后以稳态工况即潮流解为初值，求扰动下的数值解，即逐步求得系统状态量和代数量随时间的变化曲线，并根据发电机转子摇摆曲线来判别系统在大扰动下能否保持同步运行，即暂态稳定性。
2.时域仿真法都有哪些优点和缺点，它的主要发展方向是说明？
答：
时域仿真法的主要优点：
1直观、信息丰富、可获得各种量随时间变化的曲线；
2可适应各种元件模型及保护控制模型，可适应各种元件非线性及离散操作、适应有几百台机组、几千条线路、几千个母线的大规模系统；
3可采用数值稳定性好，并有良好工程精度的计算方法；
4可采用节点编号优化、稀疏矩阵技术、并行计算技术等方法节省计算机的内存和机时；
5可作为各种物理问题及控制对策的时域分析和校验手段等等。
6是目前暂态稳定分析的主流方法；
时域仿真法的主要缺点：
1逐步积分速度慢、耗费机时；
2可以判断稳定与否，但难以给出稳定裕度，不能定量地描写稳定程度；
3是离线分析的主要方法，不能实现在线安全分析；
4对于大量输出的信息利用率低、效益差；
5对于低频振荡问题的分析，只能给出时域信息，无频域信息，物理透明度差，不利于控制对策的研究等等。
它的主要发展方向是：
2对于如励磁和调速等控制系统，采用用户自定义的模块化子系统模型；
3加入电磁暂态模型，适应越来越多的电力电子设备的计算；
4研究提高计算速度的硬件和软件方法；
5采用数字＋模拟的混合仿真方式；
6进行模型参数的实时测定，以提高计算结果的准确度；
7改善人机界面，提高数据库的通用性；
8加强对输出结果的分析功能；
9适应中长期稳定分析；
10考虑概率因素的暂态稳定分析；
11与直接法结合的新方法；
12研究与模式识别法、人工神经网络法等非模型方法的结合。
3.稳定分析的数学模型是什么性质的数学模型？
分别包括系统中哪些部分的模型？
答：
稳定分析的数学模型是微分性质和代数性质的数学模型的结合。
1微分方程的构成：
–发电机磁链及电压方程
–发电机转子运动方程
–励磁系统方程
–原动机及调速系统方程
–动态负荷模型
2代数方程的构成：
–网络方程
–发电机稳态电压方程
–静态负荷模型
问题：
电力系统暂态稳定分析的数学模型有何特点？
一般有哪些求解算法？
电力系统暂态稳定分析的数学模型包括系统中元件的微分方程了电网络部分的代数方程，通过系统数学模型的建立既能求解状态量又能求解代数量。
电力系统暂态稳定分析的求解算法可以分为时域仿真法和直接法。
时域仿真即对数学方程进行数值积分逐步求得系统的状态量和代数量随时间变化的曲线，直接法通过对系统暂态能量函数的设计和对稳定判据的计算来分析系统的暂态稳定性。
4.小扰动和大扰动稳定在分析方法上各有哪些特点？
答：
小扰动稳定特点：
小扰动稳定（弱非线性）是采用泰勒级数展开直接线性化方法求解。
大扰动稳定特点：
大扰动稳定（强非线性）是采用分段线性化方法，如：
分段积分法、改进欧拉法、龙格-库塔法等。
5.用时域仿真法进行暂态稳定分析时的主要步骤是什么？
答：
主要步骤是：
潮流计算；建立数学模型；确定解算方法；结果分析
６．等面积定则的物理本质是什么？
为什么说它是判断暂态稳定的基本准则？
答：
机组在加速或减速过程中所储存的或消耗的动能，应等于转子轴上过剩转矩所做的功，即：
机组所储存或消耗的动能即为功率特性图上过剩的功率
对
积分所得的面积，从图上可知，机组加速过程中储存的动能为：
机组在减速过程中消耗的动能为：
若达到f点时，
角不再增加，说明机组在加速过程中储存的动能等于减速过程中消耗的动能，即
等面积定则实质上是依据能量守恒定律得来的。
第四章直接法
1.怎样用直接法判断单机无穷大系统的稳定性？
答：
动能：
初始动能（切除时刻）：
势能：
初始总能量：
临界能量：
2.直接法分析稳定有何特点？
答：
直接法的物理本质是等面积定则，也就是能量守恒；
能量函数及临界能量的确定是直接法的关键，有了它们也就知道了稳定情况；
直接法没有给出形成能量函数的一般规律；
多机系统的临界能量不唯一；
稳定的定义是能量函数的一阶导数小于零，实际判断稳定是根据初始能量和临界能量之差？
3.直接法对稳定的评价结果怎样？
答：
4.应用Lyapunov（李雅普诺夫）直接法判断电力系统稳定性的判据是什么？
（06年试题）
答：
Lyapunov第一法（线性系统的稳定判据）：
线性系统（包括线性化的非线性系统）特征方程的特征根：
（1）全部具有负的实部，则实际系统是稳定的；
（2）只要有一个实部为正的特征根，则系统是不稳定的；
（3）即使只有一个实部为0，其余都具有负的实部，那么实际系统就不能靠线性化的数学模型来判断其稳定性。
Lyapunov第二法（非线性系统的稳定判据（亦适用线性系统））：
对于非线性系统
其中
为状态空间向量。
如果存在一个正定的标量函数
它的全微分是负定的，则该系统在平衡点
是稳定的。
5.说明Lyapunov直接法分析暂态稳定的概念和原理。
（07年真题）
答：
原理见上题答案。
概念：
系统能否稳定将决定于状态空间内点xs、xc、xcr三者之间的相对位置。
如果知道在怎样的相对位置情况下系统是稳定的，那么只需要计算xs、xc、xcr然后便可以直接进行稳定性判断，而无需再对tc时刻以后系统的暂态过程进行计算。
以上便是直接法分析暂态稳定的基本思想。
寻求点xs、xc、xcr三者相对位置与稳定性之间的关系，实质上属于李雅普诺夫直接法所需要解决的问题。
状态空间点xs—故障后稳态运行情况下各个状态变量的取值；状态空间点xc–故障切除瞬间系统状态变量的取值；tc—故障切除时间；xcr—临界切除时间所对应的系统状态变量。
6.说明Lyapunov直接法分析暂态稳定的概念和原理。
（07年试题）
答：
概念：
对于一个自由的动态系统，若系统的总能量V（V（x）>0，x为状态空间向量）随时间的变化率恒为负，则系统总能量不断减小，直至最终达到一个最小值，即平衡状态，则此系统是稳定的。
反之，若V随时间的变化率不为负，则系统能量将不断增大，则此系统是不稳定的。
原理：
同上题的稳定判据。
第五章直接法
（2）
1.直接法对稳定的分析有何应用？
其发展方向是什么？
答：
应用：
稳定度的灵敏度分析；动稳定极限计算；失稳判断；启动失稳紧急自动控制；大系统暂稳分析；电压稳定分析；对时域仿真结果进行分析。
方向：
完善数学模型；适应各种扰动；完善算法，改进速度和精度；与其它方法结合，优势互补，如专家系统等；扩展直接法的应用。
第六章小扰动稳定与低频振荡
1.什么是低频振荡？
简单说明低频振荡的频率是多少。
答：
整个原动机、发电机组的转子，相对于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、长距离送电、有强励磁的大机组。
低频振荡频率：
0.15~2Hz
2.综述抑制低频振荡的主要措施。
答：
减负荷。
PSS电力系统稳定器（励磁）
GPSS调速侧PSS
其它
[励磁系统对低频振荡的作用:
PSS对第一摆不好，对后续摆有效
自动调节励磁是提高静态稳定的首选措施，对第一摆好，对第2摆不好，产生负阻尼。
阻尼力矩包括机械阻尼和电气阻尼两种
参考倪以信p264]
3.你认为PMU的应用前景如何？
答：
1运行监视（动态）
●功角测量
●PMU能实时第将低频振荡的频率求出来
2仿真的校验
采集或计算实验时的数据，和仿真作对比
3在第三道防线中的应用
目前对PMU在稳控方面的研究主要应用在第三道防线
4应用于广域保护
广域保护－－WideAreaProtection
实际上是从国外借鉴过来的概念，国外所作的实际上就是稳定控制，国内可能会有新的研究方向
第七章次同步谐阵和扭振
1.何谓次同步谐阵和扭振？
两种不同类型的振荡为什么会产生共振？
（06年真题）
答：
次同步谐阵：
电磁振荡与机械振荡共振，“机电扭振互作用”（electromechanicaltorsionalinteraction），电
气系统中的LC谐振在一定条件下会激发发电机的轴系扭振，降低了大轴的疲劳寿命，从而造成了大
轴的扭振破坏。
扭振：
汽轮发电机组的转子很长，形成由多个质量体通过“弹簧”连接的转子模型，各部分质量体所受到的转矩方向、大小各不相同，相互之间发生的扭转振荡叫扭振。
1是一种机械振荡。
2常见的扭振频率为22.4Hz、29.6Hz和52.7Hz等。
产生共振原因：
扭振（机械振荡）在定子中产生同样频率的电流和磁场；次同步谐阵（电磁振荡）形成的同频率的流会对转子产生同频率的转矩。
2这两者的频率互补时，就会产生共振。
3形成机械能和电磁能之间的振荡交换。
问题：
为什么说“扭振”和“次同步谐振”会产生机电共振？
扭振是指大型汽轮发电机组转子在受到扰动时，其运动方式等效为弹性连接的集中多质量块弹性轴系间相互扭转的机械振荡，这种振荡以多个低于工频的自然扭振频率存在。
当电气系统的LC发生谐振时，汽轮机转子的机械振荡与电气部分的功率谐振通过发电机电磁场的耦合而相互作用。
当转子机械振荡的自然扭振频率与电气LC谐振的频率互补时（即二者之和为工频）整个系统的振荡表现为负阻尼，因此构成了机械部分与电气部分间振荡的相互激励而形成系统的共振。
第八章HVDC
1.请说明HVDC的主要技术优势和缺点是什么？
答：
技术优势：
没有稳定问题，可以提高互联系统的稳定水平；
1可以作为大系统互联的分割点；
2能实现多目标控制，如定电压控制、定功率控制、定电流控制等，而且相应速度快；
3输电线电压分布平稳，没有无功问题，没有充电功率，不需要电抗器补偿；
4可以联系两个不同频率的系统；
5输送相同功率时，线路造价低；
6线路有功损耗小；
7适合长距离输电；
8适宜海底电缆输电；
9能限制系统的短路电流；
10调节速度快，运行可靠；
11两端输电方式易于扩建。
缺点：
1换流站造价较高；
2换流器运行时消耗无功较多；
3可控硅元件过载能力差；
4整流设备是谐波源；
5无直流断路器；
6对大地和海水回路中的金属物体有腐蚀作用；
7只能实现两端直流，无多端直流；
8接地技术复杂；
9在绝缘方面比交流要求高。
2.说明HVDC主要有哪些应用？
（06年真题）
答：
远距离大功率送电；
1海底电缆送电；
2交流系统间的非同步联络；
3互联大系统限制短路电流的措施；
4向大城市高密度负荷中心供电；
5提高互联系统的稳定水平；
6适合一些新能源发电。
3.两端直流输电系统主要分为几种类型？
答：
单极：
一线一地制；两线制
双极：
两线一地制；两线制；三线制
4.什么是整流器的触发角控制？
第九章FACTS
1.FACTS技术的定义是什么？
答：
●定义一：
FACTS是利用电力半导体构成的移相变压器、调压器及串联补偿电容器等电力电子装置，通过改变线路阻抗和节点电压相角以实现对交流潮流的有力控制。
（1986，Hingorani）
●定义二：
FACTS是可控硅构成的移相器、静止无功补偿器、动态制动电阻、可控串联补偿器、有载调压变压器、故障电流限制器等装置的总称。
（1988，Hingorani）
●定义三：
FACTS的内容进一步扩大为包含除高压直流输电（HVDC）以外的所有应用在输电环节的电力电子装置的总和。
（1994，Hingorani）
●定义四：
为提高系统的可控性和功率输送能力，FACTS引入了电力电子装置或其它静态控制装置以后的交流电力系统。
（1995，IEEE）
2.FACTS装置主要有哪些类型？
答：
并联型：
●静止无功补偿器（SVC，StaticVarCompensator）
●先进的静止无功发生器（ASVG，AdvancedStaticVarGenerator）
●有载调压变压器控制器（LTC，Load-TapChanger）
●可控硅控制的制动电阻（TCBR，ThyristorControlledBarringResistor）
●电池储能系统（BESS，BatteryEnergyStorageSystems）
●超导储能系统（SMES，SuperconductingMagneticEnergyStorage）
串联型：
●可控硅控制的串联电容器（TCSC，ThyristorControlledSeriesCompensator）
●可控硅投切的串联电容器（TSSC，ThyristorSwitchedSeriesCompensator）
●可控硅控制的移相变压器（TCPST，ThyristorControlledPhaseShiftingTransformer）
●静止同步串联补偿器（SSSC，StaticSynchronousSeriesCompe
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