電力系統(tǒng)分析試題及參考答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式有多種，其中不包括以下哪種（）A.中性點(diǎn)直接接地B.中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地C.中性點(diǎn)不接地D.中性點(diǎn)經(jīng)電抗器接地答案：D。電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式主要有中性點(diǎn)直接接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地和中性點(diǎn)不接地三種，一般沒有中性點(diǎn)經(jīng)電抗器接地這種典型運(yùn)行方式。2.同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài)電勢$E'$在短路瞬間（）A.增大B.減小C.不變D.不確定答案：C。根據(jù)同步發(fā)電機(jī)的電磁暫態(tài)過程，在短路瞬間，由于磁鏈?zhǔn)睾悖瑫簯B(tài)電勢$E'$保持不變。3.電力系統(tǒng)潮流計算中，P-Q分解法與牛頓-拉夫遜法相比，其（）A.收斂速度快B.計算精度高C.占用內(nèi)存大D.收斂可靠性差答案：A。P-Q分解法是在牛頓-拉夫遜法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，它利用了電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，將有功功率和無功功率的迭代分開進(jìn)行，從而加快了收斂速度，但計算精度相對牛頓-拉夫遜法略低，占用內(nèi)存小，收斂可靠性較好。4.系統(tǒng)發(fā)生三相短路時，短路電流的非周期分量的衰減時間常數(shù)主要取決于（）A.發(fā)電機(jī)的時間常數(shù)B.線路的時間常數(shù)C.變壓器的時間常數(shù)D.系統(tǒng)綜合的$R/X$值答案：D。短路電流非周期分量的衰減時間常數(shù)$\tau=L/R$，其中$L$和$R$是系統(tǒng)綜合的等值電感和電阻，主要取決于系統(tǒng)綜合的$R/X$值。5.以下哪種調(diào)壓方式屬于逆調(diào)壓（）A.高峰負(fù)荷時升高電壓，低谷負(fù)荷時降低電壓B.高峰負(fù)荷時降低電壓，低谷負(fù)荷時升高電壓C.高峰負(fù)荷和低谷負(fù)荷時電壓保持不變D.以上都不是答案：A。逆調(diào)壓是指在高峰負(fù)荷時將電壓中樞點(diǎn)電壓升高至1.05倍額定電壓，低谷負(fù)荷時將電壓降低至額定電壓，以滿足用戶對電壓質(zhì)量的要求。6.電力系統(tǒng)的頻率主要取決于（）A.無功功率平衡B.有功功率平衡C.電壓水平D.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)答案：B。電力系統(tǒng)的頻率主要取決于系統(tǒng)中有功功率的平衡，當(dāng)系統(tǒng)中有功功率過剩時，頻率升高；有功功率不足時，頻率降低。7.架空輸電線路采用分裂導(dǎo)線的主要目的是（）A.減小線路電阻B.增大線路電容C.減小線路電抗D.提高線路絕緣水平答案：C。采用分裂導(dǎo)線可以增大導(dǎo)線的等效半徑，從而減小線路的電抗，提高電力系統(tǒng)的輸送能力和穩(wěn)定性。8.對稱分量法中，正序分量的相序是（）A.A-B-CB.A-C-BC.B-A-CD.以上都不是答案：A。對稱分量法中，正序分量的相序與正常三相系統(tǒng)的相序相同，即A-B-C。9.電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定是指（）A.系統(tǒng)在受到小干擾后，不發(fā)生非周期性失步，自動恢復(fù)到初始運(yùn)行狀態(tài)的能力B.系統(tǒng)在受到大干擾后，不發(fā)生非周期性失步，自動恢復(fù)到初始運(yùn)行狀態(tài)的能力C.系統(tǒng)在受到小干擾后，保持同步運(yùn)行的能力D.系統(tǒng)在受到大干擾后，保持同步運(yùn)行的能力答案：A。電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定是指系統(tǒng)在受到小干擾后，不發(fā)生非周期性失步，自動恢復(fù)到初始運(yùn)行狀態(tài)的能力。10.以下哪種設(shè)備不屬于電力系統(tǒng)的無功電源（）A.同步發(fā)電機(jī)B.同步調(diào)相機(jī)C.電容器D.變壓器答案：D。同步發(fā)電機(jī)、同步調(diào)相機(jī)和電容器都可以作為電力系統(tǒng)的無功電源，而變壓器主要用于改變電壓等級，不產(chǎn)生無功功率。二、多項選擇題（每題3分，共15分）1.電力系統(tǒng)的主要組成部分包括（）A.發(fā)電廠B.輸電線路C.變電站D.負(fù)荷答案：ABCD。電力系統(tǒng)由發(fā)電廠、輸電線路、變電站和負(fù)荷等部分組成，它們相互連接，共同完成電能的生產(chǎn)、輸送、分配和消費(fèi)。2.同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性包括（）A.空載特性B.短路特性C.負(fù)載特性D.外特性答案：ABCD。同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性主要有空載特性、短路特性、負(fù)載特性和外特性，這些特性反映了發(fā)電機(jī)在不同運(yùn)行條件下的性能。3.電力系統(tǒng)的調(diào)壓措施有（）A.改變發(fā)電機(jī)端電壓B.改變變壓器變比C.補(bǔ)償無功功率D.改變線路參數(shù)答案：ABCD。電力系統(tǒng)的調(diào)壓措施主要有改變發(fā)電機(jī)端電壓、改變變壓器變比、補(bǔ)償無功功率和改變線路參數(shù)等，通過這些措施可以調(diào)整電壓中樞點(diǎn)的電壓，滿足用戶對電壓質(zhì)量的要求。4.電力系統(tǒng)的短路故障類型有（）A.三相短路B.兩相短路C.兩相接地短路D.單相接地短路答案：ABCD。電力系統(tǒng)的短路故障類型主要有三相短路、兩相短路、兩相接地短路和單相接地短路，其中三相短路是最嚴(yán)重的短路故障。5.電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題包括（）A.靜態(tài)穩(wěn)定B.暫態(tài)穩(wěn)定C.動態(tài)穩(wěn)定D.電壓穩(wěn)定答案：ABC。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題主要包括靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定和動態(tài)穩(wěn)定，電壓穩(wěn)定通常被視為一種特殊的穩(wěn)定性問題，但在本題中不選。三、判斷題（每題2分，共10分）1.電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)直接接地方式適用于110kV及以上的高壓系統(tǒng)。（）答案：√。110kV及以上的高壓系統(tǒng)采用中性點(diǎn)直接接地方式可以降低系統(tǒng)的絕緣水平，減少設(shè)備投資，提高系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。2.同步發(fā)電機(jī)的短路比越大，其靜態(tài)穩(wěn)定性越好。（）答案：√。短路比是同步發(fā)電機(jī)的一個重要參數(shù)，短路比越大，說明發(fā)電機(jī)的直軸同步電抗越小，靜態(tài)穩(wěn)定性越好。3.電力系統(tǒng)的潮流計算是指計算系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)的電壓和功率分布。（）答案：√。電力系統(tǒng)的潮流計算主要是計算系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)的電壓幅值和相角，以及各支路的功率分布，以分析系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。4.系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，短路電流的周期分量是不衰減的。（）答案：√。短路電流的周期分量是由系統(tǒng)的電源電勢和短路回路的阻抗決定的，在短路過程中，只要電源電勢和短路回路的阻抗不變，周期分量就不衰減。5.電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整可以分為一次調(diào)頻、二次調(diào)頻和三次調(diào)頻。（）答案：√。電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整分為一次調(diào)頻、二次調(diào)頻和三次調(diào)頻，一次調(diào)頻是由調(diào)速器自動完成的，二次調(diào)頻是由調(diào)頻器手動或自動完成的，三次調(diào)頻是根據(jù)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的原則進(jìn)行的。四、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述電力系統(tǒng)的基本要求。答：電力系統(tǒng)的基本要求主要包括以下幾個方面：（1）保證可靠的持續(xù)供電。電力是現(xiàn)代社會不可或缺的能源，可靠的持續(xù)供電是電力系統(tǒng)的首要任務(wù)。要盡量減少停電事故的發(fā)生，提高供電的可靠性，以滿足社會生產(chǎn)和生活的需求。（2）保證良好的電能質(zhì)量。電能質(zhì)量主要包括電壓質(zhì)量、頻率質(zhì)量和波形質(zhì)量。電壓和頻率應(yīng)保持在規(guī)定的范圍內(nèi)，波形應(yīng)盡量接近正弦波，以確保用電設(shè)備的正常運(yùn)行。（3）保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。在滿足供電可靠性和電能質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡量降低電力系統(tǒng)的運(yùn)行成本，提高能源利用效率，合理安排發(fā)電、輸電和配電等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。（4）保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。電力系統(tǒng)涉及大量的電氣設(shè)備和復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，要采取各種措施確保系統(tǒng)的安全，防止發(fā)生電氣事故，保障工作人員和設(shè)備的安全。2.簡述同步發(fā)電機(jī)的并列條件及不滿足并列條件時的危害。答：同步發(fā)電機(jī)的并列條件如下：（1）發(fā)電機(jī)的電壓幅值與電網(wǎng)電壓幅值相等，其差值不應(yīng)超過允許值，一般規(guī)定不超過額定電壓的±5%。（2）發(fā)電機(jī)的電壓相位與電網(wǎng)電壓相位相同，即相角差為零。（3）發(fā)電機(jī)的頻率與電網(wǎng)頻率相等，其差值不應(yīng)超過允許值，一般規(guī)定不超過±0.2-0.5Hz。（4）發(fā)電機(jī)的相序與電網(wǎng)相序一致。如果不滿足并列條件，會帶來以下危害：（1）電壓幅值不相等時，在并列瞬間會產(chǎn)生沖擊電流，這個沖擊電流主要為無功電流，會對發(fā)電機(jī)的定子繞組產(chǎn)生電磁力，可能損壞發(fā)電機(jī)繞組絕緣。（2）電壓相位不同時，并列瞬間會產(chǎn)生很大的沖擊電流，其值可能達(dá)到額定電流的數(shù)倍甚至數(shù)十倍，會使發(fā)電機(jī)受到巨大的電磁力作用，同時引起系統(tǒng)電壓的大幅度波動，影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行。（3）頻率不相等時，發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間會產(chǎn)生拍振電流和拍振功率，使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械振動，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)失去同步，無法正常并入電網(wǎng)。（4）相序不一致時，并列后發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間會形成很大的短路電流，瞬間可能損壞發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)設(shè)備。3.簡述電力系統(tǒng)無功功率平衡的重要性及無功功率補(bǔ)償?shù)姆绞?。答：電力系統(tǒng)無功功率平衡的重要性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）保證電壓質(zhì)量。無功功率的平衡對于維持系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的電壓穩(wěn)定至關(guān)重要。如果無功功率不足，會導(dǎo)致電壓下降，影響用電設(shè)備的正常運(yùn)行；無功功率過剩，則會使電壓升高，可能損壞設(shè)備絕緣。（2）提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。合理的無功功率分布可以提高系統(tǒng)的靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性，減少系統(tǒng)發(fā)生振蕩和失步的可能性。（3）降低電網(wǎng)損耗。無功功率在電網(wǎng)中流動會產(chǎn)生有功損耗，保持無功功率平衡可以減少這種損耗，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率。無功功率補(bǔ)償?shù)姆绞街饕幸韵聨追N：（1）同步發(fā)電機(jī)。同步發(fā)電機(jī)不僅可以發(fā)出有功功率，還可以通過調(diào)節(jié)勵磁電流來發(fā)出或吸收無功功率，是電力系統(tǒng)中重要的無功電源之一。（2）同步調(diào)相機(jī)。同步調(diào)相機(jī)實(shí)質(zhì)上是一臺空載運(yùn)行的同步電動機(jī)，它可以根據(jù)系統(tǒng)的需要調(diào)節(jié)勵磁電流，發(fā)出或吸收無功功率，起到無功補(bǔ)償?shù)淖饔?。?）并聯(lián)電容器。并聯(lián)電容器是一種常用的無功補(bǔ)償設(shè)備，它可以直接接入電網(wǎng)，向系統(tǒng)提供容性無功功率，具有投資少、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。（4）靜止無功補(bǔ)償器（SVC）。SVC是一種動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，它可以快速跟蹤系統(tǒng)無功功率的變化，自動調(diào)節(jié)無功輸出，提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性和動態(tài)性能。（5）靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）。STATCOM是一種更為先進(jìn)的無功補(bǔ)償裝置，它利用電力電子技術(shù)，能夠更快速、更精確地調(diào)節(jié)無功功率，具有更好的補(bǔ)償效果和動態(tài)響應(yīng)特性。五、計算題（共25分）某簡單電力系統(tǒng)如圖所示，已知發(fā)電機(jī)$G$的額定容量$S_{GN}=30MVA$，額定電壓$U_{GN}=10.5kV$，$X_dpvjnpd=1.0$（標(biāo)幺值，以發(fā)電機(jī)額定值為基準(zhǔn)）；變壓器$T$的額定容量$S_{TN}=31.5MVA$，變比$k=10.5/115$，$U_{k}\%=10.5$；線路$L$的長度$l=100km$，每公里電抗$x_{1}=0.4\Omega/km$。系統(tǒng)中負(fù)荷$P_{L}=20MW$，$Q_{L}=15Mvar$，母線3的電壓$U_{3}=110kV$。取，$S_{B}=30MVA$，$U_{B1}=10.5kV$，$U_{B2}=115kV$，試求：（1）各元件的標(biāo)幺值參數(shù)；（2）計算母線1的電壓標(biāo)幺值和實(shí)際值。解：（1）計算各元件的標(biāo)幺值參數(shù)-發(fā)電機(jī)$G$：已知發(fā)電機(jī)以自身額定值為基準(zhǔn)的$X_tjpjptx=1.0$，由于本題選取$S_{B}=30MVA$，$U_{B1}=10.5kV$與發(fā)電機(jī)額定值相同，所以發(fā)電機(jī)的電抗標(biāo)幺值$X_{G}=X_zndplhb=1.0$-變壓器$T$：變壓器的電抗標(biāo)幺值計算公式為$X_{T}=\frac{U_{k}\%}{100}\times\frac{S_{B}}{S_{TN}}$將$U_{k}\%=10.5$，$S_{B}=30MVA$，$S_{TN}=31.5MVA$代入可得：$X_{T}=\frac{10.5}{100}\times\frac{30}{31.5}=0.1$-線路$L$：線路的實(shí)際電抗$X_{L}=x_{1}l=0.4\times100=40\Omega$線路電抗標(biāo)幺值計算公式為$X_{L}=\frac{X_{L}}{Z_{B2}}$，其中$Z_{B2}=\frac{U_{B2}^{2}}{S_{B}}$$Z_{B2}=\frac{115^{2}}{30}\approx440.83\Omega$$X_{L}=\frac{40}{440.83}\approx0.091$（2）計算母線1的電壓標(biāo)幺值和實(shí)際值-首先計算負(fù)荷的標(biāo)幺值：$P_{L}=\frac{P_{L}}{S_{B}}=\frac{20}{30}=\frac{2}{3}$$Q_{L}=\frac{Q_{L}}{S_{B}}=\frac{15}{30}=0.5$母線3的電壓標(biāo)幺值$U_{3}=\frac{U_{3}}{U_{B2}}=\frac{110}{115}\approx0.957$-計算從母線3到母線1的電壓降落：$\DeltaU_{}=\frac{P_{L}X_{L}+Q_{L}X_{L}}{U_{3}}=\frac{\frac{2}{3}\times0.091+0.5\times0.091}{0.957}=\frac{(\frac{2}{3}+0.5)\times0.091}{0.957}\approx\frac{(0.667+0.5)\times0.091}{0.957}=\frac{1.167\times0.091}{0.957}\appr