2025年電氣自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)考試押題試卷電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行專(zhuān)項(xiàng)強(qiáng)化考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、填空題1.電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析的核心任務(wù)是判斷同步發(fā)電機(jī)在受到擾動(dòng)后，能否恢復(fù)到______或保持同步運(yùn)行的狀態(tài)。2.描述同步發(fā)電機(jī)電磁功率變化的功角特性曲線(xiàn)，其頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的功率為_(kāi)_____功率極限。3.當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)導(dǎo)致功角增大時(shí)，根據(jù)功角特性，發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率會(huì)______（增大/減小/不變），從而產(chǎn)生一個(gè)試圖使功角______（增大/減小/不變）的阻尼轉(zhuǎn)矩。4.靜態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)在受到小擾動(dòng)后，能夠自動(dòng)恢復(fù)到______運(yùn)行狀態(tài)的能力，其判斷依據(jù)是______準(zhǔn)則。5.電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的主要外部擾動(dòng)來(lái)源包括______、負(fù)荷的突變以及______的突然切除。6.強(qiáng)行勵(lì)磁裝置在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)能夠快速提高發(fā)電機(jī)______，增強(qiáng)勵(lì)磁功率，從而有助于維持暫態(tài)穩(wěn)定性。7.汽輪發(fā)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的目的是根據(jù)______的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)______，以穩(wěn)定電力系統(tǒng)的頻率。8.靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）通過(guò)快速調(diào)節(jié)______來(lái)提供可控的感性或容性無(wú)功功率，對(duì)系統(tǒng)電壓和功率振蕩具有______作用。9.柔性直流輸電（VSC-HVDC）系統(tǒng)具有______控制能力，能夠獨(dú)立于交流系統(tǒng)電壓相位進(jìn)行無(wú)功調(diào)節(jié)，對(duì)改善交流系統(tǒng)______穩(wěn)定有積極作用。10.當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障導(dǎo)致部分線(xiàn)路或設(shè)備切除后，系統(tǒng)剩余部分可能會(huì)出現(xiàn)______現(xiàn)象，表現(xiàn)為功角持續(xù)增大，發(fā)電機(jī)失去同步。二、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性的主要區(qū)別。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(shuō)明其影響。3.勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響體現(xiàn)在哪些方面？如何利用勵(lì)磁控制提高暫態(tài)穩(wěn)定性？4.簡(jiǎn)述自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)在維持電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定方面所起的作用及其局限性。5.靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）和靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）在提供系統(tǒng)穩(wěn)定支持方面各有何特點(diǎn)？6.什么是次同步振蕩？簡(jiǎn)要說(shuō)明其產(chǎn)生原因以及對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的危害。三、分析計(jì)算題1.某電力系統(tǒng)簡(jiǎn)化為一臺(tái)同步發(fā)電機(jī)經(jīng)理想雙回線(xiàn)連接到無(wú)窮大系統(tǒng)，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)功角為δ?。當(dāng)其中一回線(xiàn)發(fā)生瞬時(shí)故障（假設(shè)故障期間線(xiàn)路阻抗變?yōu)闊o(wú)窮大）后，功角隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)如圖P1所示（注：此處無(wú)圖，請(qǐng)根據(jù)題意想象典型的功角曲線(xiàn)，如非周期性搖擺曲線(xiàn)）。請(qǐng)分析該系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性是否滿(mǎn)足要求，并簡(jiǎn)要說(shuō)明理由。（提示：可考慮用等面積法則或功角特性進(jìn)行分析）。2.一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)額定功率為100MW，額定電壓為11kV，采用比例-積分-微分（PID）型勵(lì)磁系統(tǒng)。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，功角特性峰值功率為150MW。假設(shè)發(fā)生一個(gè)階躍性的三相短路故障，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)輸出功率驟降至50MW。若該勵(lì)磁系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)時(shí)間常數(shù)τ<0xE1><0xB5><0xA3>為0.5s，強(qiáng)勵(lì)電壓上升時(shí)間為0.1s，強(qiáng)勵(lì)頂值為額定電壓的1.8倍。請(qǐng)定性分析強(qiáng)勵(lì)作用對(duì)恢復(fù)暫態(tài)穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)。3.某系統(tǒng)接入一個(gè)SVC裝置，其額定無(wú)功補(bǔ)償容量為300Mvar。系統(tǒng)在正常運(yùn)行和發(fā)生故障前后，母線(xiàn)電壓分別為1.0p.u.、0.9p.u.和0.95p.u.。請(qǐng)分析該SVC裝置在此過(guò)程中是如何幫助維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定和抑制功率振蕩的（定性分析）。4.一個(gè)包含兩臺(tái)同步發(fā)電機(jī)（G1和G2）的簡(jiǎn)單系統(tǒng)，通過(guò)一條輸電線(xiàn)路互聯(lián)。G1側(cè)采用常規(guī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，G2側(cè)采用基于電壓敏感的勵(lì)磁控制器。在系統(tǒng)受到一個(gè)小的擾動(dòng)后，分析兩種勵(lì)磁控制策略對(duì)系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性的可能影響差異。5.設(shè)想一個(gè)包含風(fēng)電場(chǎng)和同步發(fā)電機(jī)的電力系統(tǒng)。在風(fēng)電出力隨機(jī)波動(dòng)的情況下，簡(jiǎn)述風(fēng)電場(chǎng)接入可能對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行（特別是頻率穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定）帶來(lái)的挑戰(zhàn)，并提出可能的應(yīng)對(duì)措施。---試卷答案一、填空題1.原始平衡點(diǎn)或同步運(yùn)行狀態(tài)2.靜態(tài)或最大3.減小/減小4.原始平衡點(diǎn)/功率平衡5.大型發(fā)電機(jī)/輸電線(xiàn)路6.勵(lì)磁電壓/提高勵(lì)磁功率7.負(fù)荷功率/轉(zhuǎn)速（或同步轉(zhuǎn)速）8.無(wú)功功率/抑制9.獨(dú)立無(wú)功/諧波10.失步/失去同步二、簡(jiǎn)答題1.解析思路:區(qū)分小干擾穩(wěn)定性（關(guān)注系統(tǒng)對(duì)微小擾動(dòng)恢復(fù)能力，功角幾乎不變）和暫態(tài)穩(wěn)定性（關(guān)注系統(tǒng)對(duì)較大擾動(dòng)后能否恢復(fù)同步運(yùn)行的能力，功角可能大幅擺動(dòng)）。小干擾穩(wěn)定關(guān)注功角特性在原平衡點(diǎn)的斜率（正斜率表示不穩(wěn)定），暫態(tài)穩(wěn)定關(guān)注系統(tǒng)在擾動(dòng)后的搖擺過(guò)程是否能收斂。2.解析思路:影響因素可從系統(tǒng)元件特性和參數(shù)入手。主要因素包括：①發(fā)電機(jī)和同步調(diào)相機(jī)本身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J；②發(fā)電機(jī)阻尼繞組提供的阻尼轉(zhuǎn)矩D；③勵(lì)磁系統(tǒng)的響應(yīng)速度和強(qiáng)勵(lì)能力；④調(diào)速系統(tǒng)的響應(yīng)速度；⑤輸電線(xiàn)路的長(zhǎng)度、電抗X；⑥并聯(lián)系統(tǒng)的強(qiáng)聯(lián)系程度（如對(duì)地電壓、其他線(xiàn)路聯(lián)系）。分析時(shí)需說(shuō)明每個(gè)因素如何影響功率恢復(fù)過(guò)程或功角搖擺特性。3.解析思路:勵(lì)磁控制主要通過(guò)改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓，進(jìn)而影響發(fā)電機(jī)內(nèi)功率角（功角）特性曲線(xiàn)的位置和形狀，或提供額外的阻尼功率。提高勵(lì)磁可以增加故障后瞬間的勵(lì)磁功率，產(chǎn)生有利于恢復(fù)同步的力矩；快速的勵(lì)磁響應(yīng)可以提供阻尼，抑制功角擺動(dòng)；強(qiáng)勵(lì)則能有效提升暫態(tài)穩(wěn)定極限。需結(jié)合功角特性圖解釋其作用機(jī)制。4.解析思路:調(diào)速系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)輸入功率（如汽門(mén)開(kāi)度）來(lái)改變發(fā)電機(jī)的輸出機(jī)械功率，以平衡負(fù)荷變化引起的功率缺額或盈余，從而維持頻率穩(wěn)定。其作用是快速響應(yīng)負(fù)荷變化，減小頻率偏差。局限性在于：①調(diào)節(jié)速度相對(duì)較慢；②存在調(diào)節(jié)范圍限制（如最小/最大開(kāi)度）；③對(duì)于大型擾動(dòng)或持續(xù)不平衡可能無(wú)法完全補(bǔ)償，導(dǎo)致頻率持續(xù)偏離。5.解析思路:SVC通過(guò)可控硅快速調(diào)節(jié)無(wú)功，響應(yīng)速度快，可用于阻尼功率振蕩、維持電壓穩(wěn)定。STATCOM（VSC）基于GTO/IGBT等電力電子器件，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立快速控制有功和無(wú)功，諧波含量低，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性更好，不僅能提供電壓支撐，還能在直流側(cè)實(shí)現(xiàn)能量?jī)?chǔ)存和交換，對(duì)次同步/超同步振蕩抑制等新型穩(wěn)定問(wèn)題有更好的效果。SVC是STATCOM的早期技術(shù)形式，STATCOM性能更優(yōu)越。6.解析思路:次同步振蕩是指系統(tǒng)電壓的次同步諧波分量與系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的同步轉(zhuǎn)速之間存在共振關(guān)系，導(dǎo)致系統(tǒng)次同步旋轉(zhuǎn)部件（如異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、某些類(lèi)型的風(fēng)電機(jī)組）產(chǎn)生損耗和轉(zhuǎn)速變化，最終可能導(dǎo)致設(shè)備損壞或系統(tǒng)失步。產(chǎn)生原因通常與系統(tǒng)長(zhǎng)距離輸電線(xiàn)路的參數(shù)（特別是電容和電感）以及系統(tǒng)非線(xiàn)性元件（如大型整流器、變頻器負(fù)載或某些類(lèi)型的SVC/STATCOM）相互作用有關(guān)。三、分析計(jì)算題1.解析思路:分析暫態(tài)穩(wěn)定性需判斷功角搖擺曲線(xiàn)是否最終收斂于穩(wěn)定平衡點(diǎn)或同步運(yùn)行狀態(tài)。如果曲線(xiàn)呈周期性波動(dòng)并圍繞平衡點(diǎn)，則為穩(wěn)定；如果功角持續(xù)增大直至失步（功角達(dá)到180°+），則為不穩(wěn)定；如果功角持續(xù)減小直至趨于0°，也可能代表穩(wěn)定（異步運(yùn)行）。結(jié)合等面積法則：若搖擺過(guò)程中最大功角對(duì)應(yīng)的功大于擾動(dòng)前功角對(duì)應(yīng)的功，則系統(tǒng)具有正的功角面積，系統(tǒng)不穩(wěn)定；反之，若小于等于，則系統(tǒng)穩(wěn)定。分析時(shí)需根據(jù)假設(shè)的曲線(xiàn)形態(tài)或描述進(jìn)行判斷。2.解析思路:分析強(qiáng)勵(lì)貢獻(xiàn)需考慮強(qiáng)勵(lì)提升的勵(lì)磁功率對(duì)功角特性的影響。故障瞬間，輸出功率從P?降至P_fault=50MW，功角特性峰值功率P_max=150MW。若無(wú)強(qiáng)勵(lì)，系統(tǒng)恢復(fù)能力有限。強(qiáng)勵(lì)快速提升電壓（U'>U?），導(dǎo)致功角特性曲線(xiàn)向上平移，新的峰值功率P_max'>150MW。這使得在功角擺動(dòng)過(guò)程中，系統(tǒng)總能獲得更大的恢復(fù)功率，產(chǎn)生更強(qiáng)的恢復(fù)力矩，從而可能使功角擺動(dòng)收斂，提高暫態(tài)穩(wěn)定性。計(jì)算題要求定性分析，故不需精確數(shù)值計(jì)算，但需清晰闡述強(qiáng)勵(lì)機(jī)制及其對(duì)恢復(fù)過(guò)程的作用。3.解析思路:分析SVC作用需結(jié)合電壓變化過(guò)程。正常運(yùn)行電壓1.0p.u.，故障時(shí)降至0.9p.u.，表明系統(tǒng)存在電壓跌落。SVC在檢測(cè)到電壓下降后，會(huì)自動(dòng)增加感性無(wú)功輸出（或減少容性無(wú)功輸出），補(bǔ)償系統(tǒng)缺乏的無(wú)功，從而提升母線(xiàn)電壓至0.95p.u.，有助于恢復(fù)電壓穩(wěn)定。同時(shí)，SVC提供的快速無(wú)功支撐可以增強(qiáng)系統(tǒng)的整體穩(wěn)定儲(chǔ)備，抑制因電壓波動(dòng)引起的功率振蕩，從而間接支持系統(tǒng)穩(wěn)定。4.解析思路:分析勵(lì)磁控制策略差異需對(duì)比兩種控制方式對(duì)功角特性阻尼特性的影響。常規(guī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器通常以穩(wěn)定功角和限制電壓為主要目標(biāo)，其阻尼作用相對(duì)較弱或具有滯后性?；陔妷好舾械膭?lì)磁控制器則能更快地響應(yīng)電壓變化（特別是負(fù)序電壓分量），產(chǎn)生額外的阻尼功率，有助于抑制系統(tǒng)振蕩。因此，在受到小干擾時(shí)，采用基于電壓敏感勵(lì)磁控制器的G2側(cè)，其系統(tǒng)阻尼可能更強(qiáng)，小干擾穩(wěn)定性可能更好。5.解析思路:分析風(fēng)電挑戰(zhàn)需從波動(dòng)性和間歇性入手。風(fēng)電出力隨機(jī)波動(dòng)（頻率、幅值）和不可預(yù)測(cè)性，導(dǎo)致：①負(fù)荷功率（Pd）與發(fā)電功率（Pw）難以精確匹配，增加頻率調(diào)