電力系統(tǒng)潮流計算與調(diào)控專業(yè)技術(shù)知識競賽試題(附含答案)一、單選題（每題2分，共30分）1.電力系統(tǒng)潮流計算中，PQ節(jié)點的待求量是（）A.節(jié)點電壓大小和相角B.節(jié)點有功功率和無功功率C.節(jié)點電壓大小和無功功率D.節(jié)點有功功率和電壓相角答案：A。在電力系統(tǒng)潮流計算里，PQ節(jié)點給定的是有功功率P和無功功率Q，待求的是節(jié)點電壓大小U和相角δ。2.采用牛頓-拉夫遜法進(jìn)行潮流計算時，修正方程是（）A.線性方程B.非線性方程C.常微分方程D.偏微分方程答案：A。牛頓-拉夫遜法將非線性潮流方程線性化得到修正方程，修正方程是線性方程。3.電力系統(tǒng)中，有功功率主要取決于（）A.電壓大小B.電壓相角C.線路電阻D.線路電抗答案：B。根據(jù)功率傳輸公式，有功功率主要與電壓相角差有關(guān)，無功功率主要與電壓大小有關(guān)。4.以下哪種方法不是潮流計算的常用方法（）A.高斯-賽德爾法B.牛頓-拉夫遜法C.快速解耦法D.蒙特卡羅法答案：D。蒙特卡羅法主要用于概率分析等，高斯-賽德爾法、牛頓-拉夫遜法和快速解耦法是潮流計算的常用方法。5.潮流計算中，平衡節(jié)點的作用是（）A.提供系統(tǒng)的功率平衡B.固定節(jié)點電壓大小和相角C.確定系統(tǒng)的參考相角D.以上都是答案：D。平衡節(jié)點負(fù)責(zé)提供系統(tǒng)的功率平衡，其電壓大小和相角通常是給定的，同時也確定了系統(tǒng)的參考相角。6.當(dāng)系統(tǒng)中無功功率不足時，會導(dǎo)致（）A.電壓降低B.頻率降低C.有功功率損耗減小D.線路電流減小答案：A。無功功率不足會使系統(tǒng)電壓下降，因為無功功率與電壓大小密切相關(guān)。7.快速解耦法潮流計算是在牛頓-拉夫遜法基礎(chǔ)上，考慮了（）A.線路電阻遠(yuǎn)小于電抗B.電壓相角差較小C.以上兩者D.節(jié)點注入功率恒定答案：C。快速解耦法考慮了線路電阻遠(yuǎn)小于電抗以及電壓相角差較小的特點，對牛頓-拉夫遜法進(jìn)行簡化。8.在潮流計算中，變壓器的模型通常采用（）A.π型等值電路B.T型等值電路C.Ⅱ型等值電路D.串聯(lián)等值電路答案：A。在潮流計算中，變壓器一般用π型等值電路來表示。9.電力系統(tǒng)潮流計算的基本約束條件是（）A.功率平衡約束和電壓約束B.電流約束和頻率約束C.功率因數(shù)約束和電壓約束D.有功功率約束和無功功率約束答案：A。潮流計算需要滿足功率平衡約束（有功和無功功率在各節(jié)點和支路的平衡）以及電壓約束（節(jié)點電壓在允許范圍內(nèi)）。10.若某節(jié)點為PV節(jié)點，則該節(jié)點已知的量是（）A.有功功率和無功功率B.有功功率和電壓大小C.電壓大小和相角D.無功功率和電壓相角答案：B。PV節(jié)點給定的是有功功率P和電壓大小U。11.潮流計算中，雅可比矩陣的元素（）A.是常數(shù)B.與節(jié)點電壓有關(guān)C.與線路參數(shù)無關(guān)D.只與節(jié)點注入功率有關(guān)答案：B。雅可比矩陣的元素與節(jié)點電壓有關(guān)，在迭代過程中需要不斷更新。12.電力系統(tǒng)中，無功功率的合理分布主要影響（）A.有功功率損耗B.電壓質(zhì)量C.頻率穩(wěn)定D.發(fā)電機(jī)效率答案：B。無功功率的合理分布主要影響系統(tǒng)的電壓質(zhì)量，保證節(jié)點電壓在合理范圍內(nèi)。13.采用高斯-賽德爾法進(jìn)行潮流計算時，迭代收斂速度（）A.比牛頓-拉夫遜法快B.比快速解耦法快C.相對較慢D.與牛頓-拉夫遜法相同答案：C。高斯-賽德爾法迭代收斂速度相對較慢，尤其是對于大規(guī)模電力系統(tǒng)。14.潮流計算中，節(jié)點導(dǎo)納矩陣是（）A.對稱矩陣B.非對稱矩陣C.稀疏矩陣D.對稱且稀疏矩陣答案：D。節(jié)點導(dǎo)納矩陣是對稱且稀疏的矩陣，利用其稀疏性可以提高潮流計算的效率。15.當(dāng)系統(tǒng)中某條線路發(fā)生故障斷開時，潮流會（）A.重新分布B.保持不變C.全部轉(zhuǎn)移到其他線路D.導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰答案：A。線路故障斷開后，系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，潮流會重新分布以滿足功率平衡和網(wǎng)絡(luò)約束。二、多選題（每題3分，共30分）1.電力系統(tǒng)潮流計算的目的包括（）A.分析系統(tǒng)的運行狀態(tài)B.確定系統(tǒng)的功率分布C.校驗系統(tǒng)的電壓質(zhì)量D.為系統(tǒng)的規(guī)劃和運行提供依據(jù)答案：ABCD。潮流計算可以分析系統(tǒng)運行狀態(tài)，確定功率分布，校驗電壓質(zhì)量，同時為系統(tǒng)規(guī)劃和運行提供重要依據(jù)。2.以下關(guān)于牛頓-拉夫遜法潮流計算的說法正確的有（）A.收斂速度快B.對初值要求較高C.每次迭代需要計算雅可比矩陣D.適用于各種規(guī)模的電力系統(tǒng)答案：ABCD。牛頓-拉夫遜法收斂速度快，但對初值要求較高，每次迭代都要計算雅可比矩陣，適用于各種規(guī)模的電力系統(tǒng)。3.影響電力系統(tǒng)電壓的因素有（）A.無功功率的分布B.有功功率的分布C.線路參數(shù)D.發(fā)電機(jī)的運行狀態(tài)答案：ABCD。無功功率分布、有功功率分布、線路參數(shù)以及發(fā)電機(jī)運行狀態(tài)都會對電力系統(tǒng)電壓產(chǎn)生影響。4.快速解耦法潮流計算的優(yōu)點有（）A.計算速度快B.內(nèi)存需求小C.收斂性好D.對初值要求低答案：ABC?？焖俳怦罘ㄓ嬎闼俣瓤臁?nèi)存需求小、收斂性好，但對初值仍有一定要求。5.電力系統(tǒng)潮流調(diào)控的措施有（）A.調(diào)整發(fā)電機(jī)出力B.投切無功補(bǔ)償裝置C.改變變壓器分接頭位置D.調(diào)整線路參數(shù)答案：ABCD。調(diào)整發(fā)電機(jī)出力可以改變系統(tǒng)的有功和無功分布；投切無功補(bǔ)償裝置能調(diào)節(jié)無功功率；改變變壓器分接頭位置可調(diào)整電壓；調(diào)整線路參數(shù)也會影響潮流分布。6.以下屬于潮流計算中節(jié)點類型的有（）A.PQ節(jié)點B.PV節(jié)點C.平衡節(jié)點D.負(fù)荷節(jié)點答案：ABC。潮流計算中常見的節(jié)點類型有PQ節(jié)點、PV節(jié)點和平衡節(jié)點，負(fù)荷節(jié)點一般屬于PQ節(jié)點。7.節(jié)點導(dǎo)納矩陣的特點包括（）A.對角元素為自導(dǎo)納B.非對角元素為互導(dǎo)納C.對角元素恒為正D.非對角元素恒為負(fù)答案：ABCD。節(jié)點導(dǎo)納矩陣對角元素是自導(dǎo)納，恒為正；非對角元素是互導(dǎo)納，恒為負(fù)。8.潮流計算中可能出現(xiàn)不收斂的情況，其原因可能有（）A.初值選擇不當(dāng)B.系統(tǒng)處于臨界運行狀態(tài)C.網(wǎng)絡(luò)參數(shù)不合理D.迭代方法選擇不合適答案：ABCD。初值選擇不當(dāng)、系統(tǒng)處于臨界運行狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)不合理以及迭代方法選擇不合適都可能導(dǎo)致潮流計算不收斂。9.電力系統(tǒng)無功功率電源有（）A.發(fā)電機(jī)B.調(diào)相機(jī)C.電容器D.靜止無功補(bǔ)償器答案：ABCD。發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)、電容器和靜止無功補(bǔ)償器都可以作為電力系統(tǒng)的無功功率電源。10.采用高斯-賽德爾法進(jìn)行潮流計算時，其迭代公式與（）有關(guān)A.節(jié)點導(dǎo)納矩陣B.節(jié)點注入功率C.節(jié)點電壓初始值D.線路參數(shù)答案：ABCD。高斯-賽德爾法的迭代公式與節(jié)點導(dǎo)納矩陣、節(jié)點注入功率、節(jié)點電壓初始值以及線路參數(shù)都有關(guān)系。三、判斷題（每題1分，共10分）1.電力系統(tǒng)潮流計算只需要考慮有功功率的平衡，不需要考慮無功功率的平衡。（）答案：錯誤。電力系統(tǒng)潮流計算需要同時考慮有功功率和無功功率的平衡。2.牛頓-拉夫遜法潮流計算的修正方程是線性方程，因此其求解過程比非線性方程簡單。（）答案：正確。牛頓-拉夫遜法將非線性潮流方程線性化得到修正方程，線性方程的求解相對簡單。3.當(dāng)系統(tǒng)中無功功率過剩時，會導(dǎo)致電壓升高。（）答案：正確。無功功率過剩會使系統(tǒng)電壓升高，與無功功率不足導(dǎo)致電壓降低相對應(yīng)。4.快速解耦法潮流計算在任何情況下都比牛頓-拉夫遜法計算速度快。（）答案：錯誤?？焖俳怦罘ㄔ谝欢l件下（如線路電阻遠(yuǎn)小于電抗、電壓相角差較?。┍扰ｎD-拉夫遜法計算速度快，但并非在任何情況下都如此。5.平衡節(jié)點的有功功率和無功功率都是待求量。（）答案：錯誤。平衡節(jié)點給定電壓大小和相角，其有功功率和無功功率是根據(jù)系統(tǒng)功率平衡計算得出的。6.節(jié)點導(dǎo)納矩陣是滿陣，即矩陣中所有元素都不為零。（）答案：錯誤。節(jié)點導(dǎo)納矩陣是稀疏矩陣，大部分元素為零。7.潮流計算中，只要迭代次數(shù)足夠多，就一定能保證收斂。（）答案：錯誤。如果初值選擇不當(dāng)、系統(tǒng)處于臨界狀態(tài)等，即使迭代次數(shù)很多也可能不收斂。8.調(diào)整變壓器分接頭位置只能調(diào)節(jié)電壓大小，不能影響潮流分布。（）答案：錯誤。調(diào)整變壓器分接頭位置不僅可以調(diào)節(jié)電壓大小，還會影響潮流分布。9.電力系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)是唯一的有功功率電源。（）答案：錯誤。發(fā)電機(jī)是主要的有功功率電源，但還有其他分布式電源等也可以提供有功功率。10.高斯-賽德爾法潮流計算的收斂速度與節(jié)點編號順序無關(guān)。（）答案：錯誤。高斯-賽德爾法潮流計算的收斂速度與節(jié)點編號順序有關(guān)，合理的節(jié)點編號可以提高收斂速度。四、簡答題（每題10分，共20分）1.簡述牛頓-拉夫遜法進(jìn)行潮流計算的基本步驟。答案：-第一步：形成節(jié)點導(dǎo)納矩陣\(Y_{bus}\)。根據(jù)電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)，計算各節(jié)點之間的導(dǎo)納，形成節(jié)點導(dǎo)納矩陣。-第二步：設(shè)定各節(jié)點電壓的初始值。一般可以將各節(jié)點電壓初始值設(shè)為額定電壓，相角初始值設(shè)為0。-第三步：計算功率不平衡量\(\DeltaP_i\)和\(\DeltaQ_i\)。根據(jù)給定的節(jié)點注入功率和當(dāng)前節(jié)點電壓計算各節(jié)點的有功功率不平衡量\(\DeltaP_i=P_{i}^{s}-P_{i}\)和無功功率不平衡量\(\DeltaQ_i=Q_{i}^{s}-Q_{i}\)，其中\(zhòng)(P_{i}^{s}\)、\(Q_{i}^{s}\)是給定的注入功率，\(P_{i}\)、\(Q_{i}\)是根據(jù)當(dāng)前電壓計算得到的功率。-第四步：計算雅可比矩陣\(J\)。雅可比矩陣的元素是功率對電壓大小和相角的偏導(dǎo)數(shù)，根據(jù)當(dāng)前節(jié)點電壓計算雅可比矩陣的各元素。-第五步：求解修正方程\(J\DeltaX=\DeltaW\)。其中\(zhòng)(\DeltaX\)是電壓大小和相角的修正量向量，\(\DeltaW=[\DeltaP_1,\DeltaP_2,\cdots,\DeltaQ_1,\DeltaQ_2,\cdots]^T\)，通過求解該線性方程組得到\(\DeltaX\)。-第六步：更新節(jié)點電壓。根據(jù)得到的修正量\(\DeltaX\)更新節(jié)點電壓大小和相角。-第七步：判斷收斂條件。檢查功率不平衡量\(\DeltaP_i\)和\(\DeltaQ_i\)是否都小于給定的收斂精度，如果滿足則迭代結(jié)束，否則返回第三步繼續(xù)迭代。2.說明電力系統(tǒng)潮流調(diào)控的意義和主要方法。答案：意義：-保證系統(tǒng)安全運行。通過潮流調(diào)控，可以避免某些線路或設(shè)備過載，防止因潮流分布不合理導(dǎo)致的設(shè)備損壞和停電事故，提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。-提高電壓質(zhì)量。合理調(diào)控潮流可以使各節(jié)點電壓保持在允許的范圍內(nèi)，滿足用戶對電能質(zhì)量的要求，保證用電設(shè)備的正常運行。-降低功率損耗。優(yōu)化潮流分布可以減少系統(tǒng)的有功功率損耗，提高電力系統(tǒng)的運行效率，降低運行成本。-適應(yīng)系統(tǒng)運行方式變化。當(dāng)電力系統(tǒng)的發(fā)電、負(fù)荷或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，潮流調(diào)控可以使系統(tǒng)快速調(diào)整到新的穩(wěn)定運行狀態(tài)。主要方法：-調(diào)整發(fā)電機(jī)出力。通過改變發(fā)電機(jī)的有功和無功功率輸出，可以改變系統(tǒng)的功率分布和潮流走向。例如，增加某臺發(fā)電機(jī)的有功出力，可以使該發(fā)電機(jī)附近的潮流增加。-投切無功補(bǔ)償裝置。如電容器、電抗器等，通過投切這些裝置可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的無功功率分布，從而改善電壓質(zhì)量和降低功率損耗。當(dāng)系統(tǒng)無功不足時，投入電容器；當(dāng)無功過剩時，投入電抗器。-改變變壓器分接頭位置。變壓器分接頭位置的改變可以調(diào)整變壓器兩側(cè)的電壓比，從而影響潮流分布和節(jié)點電壓。例如，升高變壓器高壓側(cè)分接頭位置可以提高低壓側(cè)電壓。-調(diào)整線路參數(shù)。通過改變線路的串聯(lián)電容、并聯(lián)電抗等參數(shù)，可以改變線路的阻抗，進(jìn)而影響潮流分布。但這種方法實施起來相對復(fù)雜，一般較少采用。五、計算題（每題10分，共10分）已知一個簡單電力系統(tǒng)有三個節(jié)點，節(jié)點1為平衡節(jié)點，電壓\(U_1=1.05\angle0^{\circ}\)；節(jié)點2為PQ節(jié)點，注入有功功率\(P_2=-0.5\)（負(fù)號表示負(fù)荷），注入無功功率\(Q_2=-0.3\)；節(jié)點3為PQ節(jié)點，注入有功功率\(P_3=-0.4\)，注入無功功率\(Q_3=-0.2\)。節(jié)點導(dǎo)納矩陣為：\[Y_{bus}=\begin{bmatrix}-j10&j5&j5\\j5&-j10&j5\\j5&j5&-j10\end{bmatrix}\]采用高斯-賽德爾法進(jìn)行潮流計算，設(shè)初始電壓\(U_2^{(0)}=U_3^{(0)}=1.0\angle0^{\circ}\)，求第一次迭代后節(jié)點2的電壓。答案：首先，根據(jù)高斯-賽德爾法的迭代公式：對于PQ節(jié)點\(i\)，有\(zhòng)[U_{i}^{(k+1)}=\frac{1}{Y_{ii}}\left(\frac{P_{i}^{s}-jQ_{i}^{s}}{\overline{U_{i}^{(k)}}}-\sum_{j=1,j\neqi}^{n}Y_{ij}U_{j}^{(k+1)}\right)\]對于節(jié)點2，\(P_2=-0.5\)，\(Q_2=-0.3\)，\(Y_{22}=-j10\)，\(Y_{21}=j5\)，\(Y_{23}=j5\)第一次迭代時，\(U_1=1.05\angle0^{\circ}\)，\(U_2^{(0)}=1.0\angle0^{\circ}\)，\(U_3^{(0)}=1.0\angle0^{\circ}\)先計算\(\frac{P_{2}^{s}-jQ_{2}^{s}}{\overline{U_{2}^{(0)}}}\)：\(\overline{U_{2}^{(0)}}=1.0\angle0^{\circ}\)，\(P_{2}^{s}-jQ_{2}^{s}=-0.5+j0.3\)\(\frac{P_{2}^{s}-jQ_{2}^{s}}{\overline{U_{2}^{(0)}}}=-0.5+j0.3\)再計算\(\sum_{j=1,j\neq2}^{3}Y_{2j}U_{j}^{(k+1)}\)，在第一次迭代時，\(U_1\)已知，\(U_3\)用初始值\(Y_{21}U_{1}+Y_{23}U_{3}^{(0)}=j5