2025年注冊(cè)電氣工程師考試電力系統(tǒng)分析專項(xiàng)訓(xùn)練電力系統(tǒng)穩(wěn)定性與運(yùn)行考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、1.簡述電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析的意義。2.什么是功角？在功角特性分析中，功角指的是哪個(gè)角度？3.根據(jù)等面積法則，說明簡單電力系統(tǒng)在故障后保持暫態(tài)穩(wěn)定的條件。二、4.在分析電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性時(shí)，為什么通常采用線性化方法？其基本步驟是什么？5.定義小干擾穩(wěn)定性分析中的阻尼比和自然頻率，并說明它們對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。6.判斷一個(gè)電力系統(tǒng)在小干擾下是否穩(wěn)定，通常依據(jù)什么判據(jù)？三、7.簡述電力系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下需要滿足哪些主要的穩(wěn)定性要求。8.說明電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要影響有哪些？9.動(dòng)態(tài)穩(wěn)定儲(chǔ)備系數(shù)是如何定義的？其值的大小對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行意味著什么？四、10.試分析自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響。11.在電力系統(tǒng)中，同步調(diào)相機(jī)（SVC）和靜止無功補(bǔ)償器（STATCOM）在提高系統(tǒng)穩(wěn)定性方面各自有哪些作用？12.串聯(lián)補(bǔ)償裝置（如串聯(lián)電容器）接入電力系統(tǒng)后，對(duì)系統(tǒng)功角特性和暫態(tài)穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生哪些影響？五、13.簡述電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）的基本原理及其主要作用。14.為什么說勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（AVR）的參數(shù)對(duì)電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性有重要影響？請(qǐng)簡述其影響方式。15.在分析復(fù)雜電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性時(shí)，如果采用計(jì)算機(jī)計(jì)算方法，需要建立哪些數(shù)學(xué)模型？請(qǐng)列舉主要的元件模型。六、16.假設(shè)某簡單電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行和單相接地故障后（故障清除），其等值電路的功角特性分別為：Pm1=1.0sinδ和Pm2=0.8sinδ。若系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)功角δ1=30°，試大致判斷該系統(tǒng)在單相接地故障后是否滿足暫態(tài)穩(wěn)定條件（無需具體計(jì)算，說明判斷依據(jù)即可）。17.描述提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的主要措施，并說明其中一種措施的基本原理。18.分析短路故障清除時(shí)間對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響，并解釋為什么快速切除故障對(duì)于維持系統(tǒng)穩(wěn)定至關(guān)重要。試卷答案一、1.電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析是研究電力系統(tǒng)在遭受擾動(dòng)（如短路故障、投切負(fù)荷或發(fā)電機(jī)等）后，能否經(jīng)過短暫的振蕩過程后恢復(fù)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)或同步運(yùn)行狀態(tài)的能力。其目的是確定系統(tǒng)承受擾動(dòng)的能力，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供依據(jù)，防止系統(tǒng)崩潰。2.功角是指同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間相對(duì)的角度。在功角特性分析中，通常指運(yùn)行發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角與系統(tǒng)等效電壓源相角之間的夾角（δ）。3.根據(jù)等面積法則，若故障后功角特性曲線的最大功率（Pm2）小于正常運(yùn)行的最大功率（Pm1），且故障持續(xù)時(shí)間Δt滿足(1/2)*[Pm1*(δmax1-δ1)-Pm2*(δmax2-δ2)]=0（其中δ1為正常運(yùn)行功角，δmax1為對(duì)應(yīng)Pm1的功角，δ2為故障后最大功率對(duì)應(yīng)的功角，δmax2為對(duì)應(yīng)Pm2的功角），即故障后掃過的面積等于或小于正常情況下掃過的面積，則系統(tǒng)在故障后能夠保持暫態(tài)穩(wěn)定。二、4.由于電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行方程是非線性的，直接分析小干擾穩(wěn)定性非常復(fù)雜。線性化方法通過在系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)附近將非線性方程進(jìn)行泰勒級(jí)數(shù)展開并保留一階項(xiàng)，得到線性化的狀態(tài)方程和輸出方程，從而簡化了穩(wěn)定性分析，可以使用成熟的線性系統(tǒng)理論（如特征值分析）進(jìn)行研究?；静襟E包括：選擇合適的運(yùn)行點(diǎn)、建立系統(tǒng)線性化動(dòng)態(tài)模型、求解特征值及其對(duì)應(yīng)的特征向量、根據(jù)特征值的實(shí)部判斷穩(wěn)定性。5.阻尼比（δ）是描述系統(tǒng)小干擾振蕩衰減特性的指標(biāo)，定義為系統(tǒng)振蕩能量耗散率與最大可能振蕩能量的比值，或振蕩能量耗散率與平均能量耗散率的比值。自然頻率（ωn）是系統(tǒng)小干擾振蕩的固有頻率。阻尼比越大，振蕩衰減越快，系統(tǒng)越穩(wěn)定；阻尼比小于零，系統(tǒng)會(huì)發(fā)散振蕩而失穩(wěn)。自然頻率越高，振蕩周期越短。6.通常依據(jù)系統(tǒng)所有同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程線性化后的特征值來判斷。具體判據(jù)是：所有特征值的實(shí)部必須為負(fù)數(shù)，即所有特征值均位于復(fù)平面左半平面。若存在正實(shí)部特征值或純虛部特征值（且沒有對(duì)應(yīng)的阻尼比大于零的負(fù)實(shí)部特征值對(duì)），則系統(tǒng)在小干擾下不穩(wěn)定。三、7.電力系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下需要滿足的主要穩(wěn)定性要求包括：保證系統(tǒng)在正常負(fù)荷變化和小的擾動(dòng)下，能夠保持同步運(yùn)行，頻率和電壓在允許范圍內(nèi)波動(dòng)；具備一定的靜態(tài)穩(wěn)定儲(chǔ)備，以應(yīng)對(duì)負(fù)荷增長或網(wǎng)絡(luò)變化；系統(tǒng)各部分之間應(yīng)能承受一定的聯(lián)絡(luò)線功率變化。8.電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，靠近故障點(diǎn)的電壓會(huì)顯著下降，導(dǎo)致與故障點(diǎn)連接的發(fā)電機(jī)出力減小甚至被切除；短路電流的急劇增大會(huì)對(duì)設(shè)備造成損害，并可能引起設(shè)備發(fā)熱、保護(hù)動(dòng)作等；故障會(huì)改變系統(tǒng)的功率分布和功角關(guān)系，可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)功角失步，引發(fā)暫態(tài)或動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性問題。9.動(dòng)態(tài)穩(wěn)定儲(chǔ)備系數(shù)（Kd）通常定義為（Pm_max-P）/P，其中Pm_max為系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定極限功率或暫態(tài)穩(wěn)定極限功率，P為系統(tǒng)當(dāng)前的有功功率。其值越大，表示系統(tǒng)偏離穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的程度越深，但仍有能力恢復(fù)穩(wěn)定，運(yùn)行的安全性越高。一般要求動(dòng)態(tài)穩(wěn)定儲(chǔ)備系數(shù)在15%-20%以上。四、10.自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）系統(tǒng)能夠根據(jù)頻率和聯(lián)絡(luò)線功率偏差，快速調(diào)整發(fā)電機(jī)的有功出力，有助于在擾動(dòng)后快速恢復(fù)系統(tǒng)頻率和電壓到額定值，并維持電網(wǎng)間的功率平衡。通過快速調(diào)節(jié)有功功率，AGC可以減小擾動(dòng)對(duì)發(fā)電機(jī)功角的影響，抑制功角振蕩，從而提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。11.同步調(diào)相機(jī)（SVC）通過調(diào)節(jié)其發(fā)出的感性或容性無功功率，可以快速支撐系統(tǒng)電壓，限制電壓跌落，從而提高系統(tǒng)在故障后的電壓穩(wěn)定性，并有助于維持發(fā)電機(jī)功角穩(wěn)定。靜止無功補(bǔ)償器（STATCOM）具有響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)范圍寬、諧波含量低等優(yōu)點(diǎn)，同樣可以通過快速調(diào)節(jié)無功功率來穩(wěn)定電壓、抑制電壓波動(dòng)和次同步/超同步振蕩，對(duì)提高電力系統(tǒng)暫態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性有顯著作用。12.串聯(lián)補(bǔ)償裝置（如串聯(lián)電容器）通過在其接入的輸電線路中注入感性無功功率，可以提高線路的等效電抗，從而提高系統(tǒng)的功率傳輸能力（靜態(tài)穩(wěn)定極限）和暫態(tài)穩(wěn)定性極限。它還能改變線路的功角特性形狀，可能增加暫態(tài)穩(wěn)定裕度。但不當(dāng)?shù)难a(bǔ)償度也可能引發(fā)次同步共振（SSR）或超同步共振（USSR）等穩(wěn)定性問題，需要仔細(xì)設(shè)計(jì)和控制。五、13.電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）是一種附加在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)上的控制器，其基本原理是檢測(cè)發(fā)電機(jī)軸系的功角擺動(dòng)或頻率偏差，并產(chǎn)生一個(gè)附加的阻尼信號(hào)，疊加到勵(lì)磁電壓上。這個(gè)附加信號(hào)旨在提供一個(gè)負(fù)阻尼力矩，來抑制發(fā)電機(jī)之間的相對(duì)功角振蕩，增加系統(tǒng)阻尼比，從而提高系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性，尤其是在弱聯(lián)網(wǎng)或長距離輸電系統(tǒng)中。14.勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（AVR）通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電壓來控制發(fā)電機(jī)輸出的無功功率和電壓。其參數(shù)（如電壓響應(yīng)時(shí)間、電壓限制水平、下垂特性參數(shù)等）直接影響發(fā)電機(jī)在故障后的電壓響應(yīng)速度和幅度。合理的AVR參數(shù)可以加快電壓恢復(fù)，有助于維持功角穩(wěn)定；不合適的參數(shù)（如響應(yīng)過快或過慢）可能加劇功角振蕩，甚至導(dǎo)致失穩(wěn)。15.在分析復(fù)雜電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性時(shí)，采用計(jì)算機(jī)計(jì)算方法需要建立描述系統(tǒng)中各元件動(dòng)態(tài)行為的數(shù)學(xué)模型。主要的元件模型包括：發(fā)電機(jī)模型（考慮勵(lì)磁系統(tǒng)、原動(dòng)機(jī)擾動(dòng)等，如Park方程）、變壓器模型（考慮飽和、勵(lì)磁支路等）、輸電線路模型（考慮分布參數(shù)、串聯(lián)/并聯(lián)補(bǔ)償?shù)龋绂行突騎型等效電路）、負(fù)荷模型（考慮靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，如PQ模型、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型等）、以及各種控制器模型（如AVR、PSS、SVC/STATCOM等）。六、16.判斷依據(jù)：正常運(yùn)行時(shí)Pm1=1.0sinδ，δ1=30°，則Pm1=0.5MW。單相接地故障后Pm2=0.8sinδ。要判斷暫態(tài)穩(wěn)定，需要比較故障后最大功率Pm2_max（對(duì)應(yīng)δ2=90°時(shí)，Pm2=0.8MW）是否大于正常運(yùn)行時(shí)的功率Pm1（0.5MW），以及故障后能否回到Pm2≥P的功角范圍內(nèi)。如果Pm2_max(0.8MW)>Pm1(0.5MW)，且系統(tǒng)在故障清除后，功角δ從故障后的某個(gè)值（大于90°）能回到小于90°且滿足Pm2≥P的范圍，則系統(tǒng)可能暫態(tài)穩(wěn)定。大致判斷：由于Pm2_max(0.8MW)>Pm1(0.5MW)，且故障后功角可能超過90°，若能在此后恢復(fù)到δ滿足Pm2≥0.5MW（對(duì)應(yīng)δ≈31.8°或158.2°）的范圍內(nèi)，則傾向于認(rèn)為系統(tǒng)滿足暫態(tài)穩(wěn)定條件。17.提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的主要措施包括：快速切除故障（縮短故障持續(xù)時(shí)間）、采用自動(dòng)重合閘裝置（對(duì)單相接地等故障）、提高系統(tǒng)電壓水平（增加發(fā)電機(jī)勵(lì)磁、使用串聯(lián)補(bǔ)償）、減少系統(tǒng)傳輸功率（使用解列裝置）、采用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）、采用靜止無功補(bǔ)償器（SVC/STATCOM）等。其中一種措施的基本原理是：通過快速切除故障點(diǎn)，減少故障對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的影響；通過自動(dòng)重合閘，給予系統(tǒng)恢復(fù)同步的機(jī)會(huì)；通過提高電壓水平或采用串聯(lián)補(bǔ)償，增加