2025年電工中級(jí)考試試題：電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析與維護(hù)實(shí)踐考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡答題1.簡述電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的定義及其判斷標(biāo)準(zhǔn)。2.影響電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的主要因素有哪些？請(qǐng)分別說明。3.簡述電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性的概念，并說明如何通過特征值分析判斷系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。4.電壓穩(wěn)定性與暫態(tài)穩(wěn)定性有何區(qū)別？簡述電壓崩潰的基本過程。5.安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)在提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性方面有哪些作用？請(qǐng)列舉幾種典型的安全穩(wěn)定控制措施。6.自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性有哪些影響？7.在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，維持系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本原則是什么？8.簡述電力系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)中，提高電壓穩(wěn)定性的主要措施。9.在進(jìn)行電力系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)，應(yīng)如何考慮系統(tǒng)穩(wěn)定性問題？10.舉例說明如何通過配置備用電源來提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。二、論述題1.試述牛頓-拉夫遜法在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中的應(yīng)用，并分析其優(yōu)缺點(diǎn)。2.闡述電力系統(tǒng)仿真軟件在穩(wěn)定性分析中的作用，并說明建立仿真模型時(shí)需要注意哪些問題。3.結(jié)合實(shí)際，論述電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析與維護(hù)實(shí)踐的重要性。4.分析現(xiàn)代電力系統(tǒng)對(duì)穩(wěn)定性提出的新挑戰(zhàn)，并提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)策略。試卷答案一、簡答題1.答案：電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)在受到大的擾動(dòng)（如短路故障）后，各同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子保持同步運(yùn)行，并在擾動(dòng)消除后恢復(fù)到原始運(yùn)行狀態(tài)或新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力。判斷標(biāo)準(zhǔn)通常是基于功角特性，即判斷擾動(dòng)后功角是否能回到穩(wěn)定區(qū)域或極限區(qū)域，或者通過計(jì)算發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程，判斷其是否有限止在穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)的周期性或非周期性振蕩。解析思路：考察對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定性基本定義和判斷方法的理解。首先回答什么是暫態(tài)穩(wěn)定性（大擾動(dòng)下保持同步的能力），然后說明判斷標(biāo)準(zhǔn)（功角特性或轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程分析）。2.答案：影響電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的主要因素有：系統(tǒng)阻抗（特別是短路阻抗）、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)特性、原動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)特性、系統(tǒng)運(yùn)行方式（特別是運(yùn)行電壓和負(fù)荷水平）、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（線路數(shù)量和連接方式）。解析思路：考察對(duì)影響暫態(tài)穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素的掌握。需要列舉主要因素并簡要說明其影響（如阻抗影響功角特性、勵(lì)磁影響恢復(fù)力矩等）。3.答案：小干擾穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)在受到小的、不規(guī)則的擾動(dòng)時(shí)，能夠恢復(fù)到原始運(yùn)行狀態(tài)或附近穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力。通過特征值分析判斷動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，主要是計(jì)算系統(tǒng)線性化方程的特征值（包括實(shí)部和虛部）。若所有特征值的實(shí)部均為負(fù)，則系統(tǒng)是動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的；若存在正實(shí)部特征值，則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的；若存在零實(shí)部特征值，則系統(tǒng)可能穩(wěn)定，需要進(jìn)一步分析。解析思路：考察對(duì)小干擾穩(wěn)定性和特征值分析方法的理解。首先解釋小干擾穩(wěn)定性的概念，然后說明特征值分析穩(wěn)定性的判據(jù)（實(shí)部符號(hào)）。4.答案：電壓穩(wěn)定性研究的是在持續(xù)小擾動(dòng)下，電力系統(tǒng)電壓水平能否維持在一定范圍內(nèi)的能力，而暫態(tài)穩(wěn)定性研究的是在大擾動(dòng)下系統(tǒng)保持同步運(yùn)行的能力。電壓崩潰是指由于負(fù)荷增長或網(wǎng)絡(luò)變化等原因，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓持續(xù)下降，最終導(dǎo)致大面積停電的破壞性現(xiàn)象。其基本過程通常包括：負(fù)荷電壓靜態(tài)不穩(wěn)定、切負(fù)荷、系統(tǒng)電壓進(jìn)一步下降、更多負(fù)荷切除、電壓持續(xù)低于臨界值，最終導(dǎo)致崩潰。解析思路：考察對(duì)電壓穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性的區(qū)別以及電壓崩潰過程的理解。需要清晰區(qū)分兩種穩(wěn)定性，并描述電壓崩潰的典型階段。5.答案：安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)通過快速檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并在發(fā)生擾動(dòng)時(shí)自動(dòng)采取控制措施（如切除故障線路、調(diào)整發(fā)電機(jī)出力、改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞龋?，以防止系統(tǒng)失穩(wěn)或崩潰，從而提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。典型的安全穩(wěn)定控制措施包括：故障檢測(cè)與切機(jī)、自動(dòng)電壓穩(wěn)定器（AVS）、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)、安全自動(dòng)裝置（如切除部分負(fù)荷、解列系統(tǒng)）等。解析思路：考察對(duì)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)功能和措施的理解。先說明其作用（防止失穩(wěn)/崩潰），再列舉典型措施并簡要說明其功能。6.答案：AGC系統(tǒng)通過調(diào)整發(fā)電機(jī)有功出力，使系統(tǒng)頻率和聯(lián)絡(luò)線功率偏差保持在允許范圍內(nèi)，從而提高系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。其對(duì)穩(wěn)定性的影響主要體現(xiàn)在：AGC的快速調(diào)節(jié)作用有助于抑制故障后的頻率和電壓波動(dòng)，加速系統(tǒng)恢復(fù)；但AGC的頻繁調(diào)節(jié)也可能對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響，需要合理設(shè)計(jì)控制策略。解析思路：考察對(duì)AGC功能和影響的理解。說明AGC如何通過調(diào)節(jié)出力影響頻率和聯(lián)絡(luò)線功率，并分析其對(duì)頻率/電壓波動(dòng)和暫態(tài)穩(wěn)定性的雙重影響。7.答案：故障時(shí)維持系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本原則是：快速切除故障、限制故障影響范圍、盡快恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)行。具體措施包括：快速切除故障元件、通過繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置動(dòng)作隔離故障、利用備用電源和備用設(shè)備迅速恢復(fù)對(duì)失電區(qū)域的供電、調(diào)整運(yùn)行方式維持系統(tǒng)穩(wěn)定等。解析思路：考察對(duì)故障處理原則的掌握。需要概括原則（快速切除、限制影響、恢復(fù)運(yùn)行），并列舉相應(yīng)的具體措施。8.答案：提高電壓穩(wěn)定性的主要措施包括：合理配置無功補(bǔ)償設(shè)備（如電容器、靜止無功補(bǔ)償器SVC、同步調(diào)相機(jī)），進(jìn)行無功電壓聯(lián)合控制，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式（如調(diào)整發(fā)電機(jī)無功出力、改變變壓器分接頭），加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（增加無功功率傳輸通道），采用先進(jìn)的電壓控制技術(shù)等。解析思路：考察對(duì)提高電壓穩(wěn)定性措施的理解。需要列舉多種措施，并說明其作用原理（提供無功、控制電壓、優(yōu)化結(jié)構(gòu)等）。9.答案：在進(jìn)行電力系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)，應(yīng)充分考慮系統(tǒng)穩(wěn)定性問題，通過合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（如增加輸電回路、建設(shè)環(huán)網(wǎng)或網(wǎng)狀網(wǎng)）、選擇合適的設(shè)備參數(shù)（如線路容量、變壓器容量）、預(yù)留足夠的備用容量、采用靈活的交流輸電系統(tǒng)（FACTS）技術(shù)、制定完善的穩(wěn)定性控制策略等，以提高系統(tǒng)在未來運(yùn)行中的穩(wěn)定性和可靠性。解析思路：考察對(duì)規(guī)劃階段如何考慮穩(wěn)定性的理解。需要從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、設(shè)備選型、備用容量、技術(shù)應(yīng)用、控制策略等多個(gè)方面進(jìn)行論述。10.答案：通過配置備用電源提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的例子包括：在關(guān)鍵負(fù)荷區(qū)域配置快速響應(yīng)的柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源，可以在主電源故障時(shí)快速提供有功和無功功率，維持電壓和頻率穩(wěn)定，為系統(tǒng)恢復(fù)爭取時(shí)間；在發(fā)電廠配置快速啟動(dòng)的備用機(jī)組，可以在主機(jī)組故障時(shí)迅速頂替其出力，防止頻率和電壓大幅波動(dòng)導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)。解析思路：考察對(duì)備用電源作用的理解。需要給出具體的例子，并說明備用電源如何在故障時(shí)發(fā)揮作用以維持穩(wěn)定性（提供功/無功，維持頻率/電壓）。二、論述題1.答案：牛頓-拉夫遜法是一種用于求解電力系統(tǒng)潮流分布的迭代數(shù)值方法。其基本原理是將非線性潮流方程線性化，通過迭代計(jì)算逐步逼近真實(shí)潮流解。該方法將系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)分為平衡節(jié)點(diǎn)和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)（或發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)），在平衡節(jié)點(diǎn)處設(shè)定電壓幅值和相角，然后對(duì)每個(gè)非平衡節(jié)點(diǎn)，根據(jù)功率平衡方程，應(yīng)用牛頓-拉夫遜迭代公式求解該節(jié)點(diǎn)的電壓幅值和相角。優(yōu)點(diǎn)是收斂速度較快，適用于求解大型復(fù)雜系統(tǒng)潮流，是電力系統(tǒng)分析中最常用的方法之一。缺點(diǎn)是可能不收斂、對(duì)起始值的選取較敏感、不能直接判斷系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性（需要結(jié)合雅可比矩陣的導(dǎo)納陣進(jìn)行分析）。解析思路：考察對(duì)牛頓-拉夫遜法原理、優(yōu)缺點(diǎn)的掌握。需要闡述其基本思想（線性化、迭代求解）、適用范圍，并清晰分析其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。2.答案：電力系統(tǒng)仿真軟件（如PSCAD、MATLAB/Simulink）在穩(wěn)定性分析中扮演著重要角色，可以模擬電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為，研究系統(tǒng)在不同擾動(dòng)下的響應(yīng)特性。其作用包括：建立系統(tǒng)模型，模擬各種電氣設(shè)備和控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性；進(jìn)行穩(wěn)定性仿真，分析系統(tǒng)在故障、負(fù)荷變化等擾動(dòng)下的暫態(tài)/動(dòng)態(tài)/電壓穩(wěn)定性；測(cè)試控制策略，評(píng)估新控制裝置或控制策略的有效性；進(jìn)行培訓(xùn)教育，幫助人員理解系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為。建立仿真模型時(shí)需要注意：模型精度的選擇（需要權(quán)衡計(jì)算時(shí)間和精度）、元件參數(shù)的準(zhǔn)確性（特別是動(dòng)態(tài)參數(shù)）、控制系統(tǒng)的精確建模、計(jì)算算法的選擇（如龍格-庫塔法）等。解析思路：考察對(duì)仿真軟件作用和建模注意事項(xiàng)的理解。需要說明仿真軟件能做什么（建模、仿真、測(cè)試、培訓(xùn)），并列舉建立模型時(shí)需要注意的關(guān)鍵點(diǎn)。3.答案：電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析與維護(hù)實(shí)踐至關(guān)重要。理論上，穩(wěn)定性分析幫助我們理解系統(tǒng)在擾動(dòng)下的行為，識(shí)別潛在的穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)，為系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行提供依據(jù)。實(shí)踐中，通過穩(wěn)定性維護(hù)措施（如配置安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)、優(yōu)化運(yùn)行方式、快速故障處理），可以有效防止系統(tǒng)失穩(wěn)和崩潰，保障電力供應(yīng)的連續(xù)性和可靠性，避免造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。例如，通過合理的穩(wěn)定性控制，可以在故障后快速限制頻率和電壓的波動(dòng)，保護(hù)發(fā)電設(shè)備和用戶設(shè)備，為系統(tǒng)恢復(fù)創(chuàng)造條件。因此，穩(wěn)定性分析與維護(hù)是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的核心環(huán)節(jié)。解析思路：考察對(duì)穩(wěn)定性分析與維護(hù)實(shí)踐重要性的論述能力。需要從理論指導(dǎo)和實(shí)踐保障兩個(gè)層面進(jìn)行闡述，并結(jié)合實(shí)例說明其重要性。4.答案：現(xiàn)代電力系統(tǒng)對(duì)穩(wěn)定性提出了新的挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在：大規(guī)?？稍偕茉矗ㄌ貏e是風(fēng)能、光伏）的接入，由于其波動(dòng)性和間歇性，給系統(tǒng)頻率和電壓穩(wěn)定性帶來挑戰(zhàn)；電力電子設(shè)備的廣泛使用（如變頻器、靜止同步補(bǔ)償器VSC），改變了系統(tǒng)的阻抗特性和動(dòng)態(tài)行為，增加了穩(wěn)定性分析的復(fù)雜性；電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜化、解環(huán)化趨勢(shì)，可能導(dǎo)致故障后功率轉(zhuǎn)移能力下降，穩(wěn)定性裕度降低；系統(tǒng)運(yùn)行方式多樣化，contingency（擾動(dòng)）選擇范圍更廣，對(duì)穩(wěn)定性控制提出了更高要求。應(yīng)對(duì)策略包