2025年高壓電工考試題庫：電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析試題解析考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請將正確選項的字母填入括號內(nèi)）1.電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到小擾動后，不發(fā)生持續(xù)振蕩且最終能恢復到原始運行狀態(tài)的能力，其主要判據(jù)是（）。A.搖擺曲線不包圍原點B.功角特性曲線具有正的斜率C.系統(tǒng)具有足夠的阻尼D.發(fā)電機有足夠的勵磁2.當電力系統(tǒng)發(fā)生三相對稱短路故障時，發(fā)電機轉(zhuǎn)子機械功與電磁功不再平衡，引起轉(zhuǎn)子速度變化，此時系統(tǒng)面臨的主要穩(wěn)定性問題是（）。A.靜態(tài)穩(wěn)定性問題B.動態(tài)穩(wěn)定性問題C.暫態(tài)穩(wěn)定性問題D.靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性問題同時發(fā)生3.根據(jù)等面積法則，若故障后發(fā)電機搖擺曲線所包圍的兩個面積（面積A1和面積A2）滿足（）關系，則系統(tǒng)在該故障下是暫態(tài)穩(wěn)定的。A.A1<A2B.A1>A2C.A1=A2D.A1+A2=04.在功角特性分析中，當原動機輸入功率大于同步發(fā)電機的電磁功率時，發(fā)電機的功角將（）。A.趨于增大B.趨于減小C.保持不變D.在零度附近波動5.為了提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性，可以采取的措施包括（）。A.增加系統(tǒng)總阻抗B.提高發(fā)電機同步電抗C.增加發(fā)電機勵磁電壓D.采用長距離輸電線路6.電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）的主要作用是（）。A.提高系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定極限B.提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性C.增強系統(tǒng)對振蕩的阻尼能力D.防止系統(tǒng)發(fā)生短路故障7.當電力系統(tǒng)失去同步，發(fā)電機之間出現(xiàn)持續(xù)、大幅度的功角擺動時，稱為（）。A.靜態(tài)不穩(wěn)定B.暫態(tài)不穩(wěn)定C.失步（或動態(tài)不穩(wěn)定）D.振蕩8.串聯(lián)電容器接入輸電線路的主要目的是（）。A.提高系統(tǒng)短路容量B.降低線路損耗C.提高系統(tǒng)電壓水平D.提高系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性9.在電力系統(tǒng)中，自然功率頻率（f）與同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子機械角速度（ωm）的關系是（）。A.f=ωmB.f=ωm/2πC.f=2π/ωmD.f與ωm無關10.線路自動重合閘裝置的應用，對于提高電力系統(tǒng)（）具有顯著效果。A.靜態(tài)穩(wěn)定性B.暫態(tài)穩(wěn)定性C.動態(tài)穩(wěn)定性（或暫態(tài)穩(wěn)定性）D.靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性二、判斷題（請將“正確”或“錯誤”填入括號內(nèi)）1.電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析只關注系統(tǒng)在正常運行狀態(tài)下的表現(xiàn)。（）2.功角特性曲線的頂點代表發(fā)電機輸出的最大功率。（）3.靜態(tài)穩(wěn)定儲備系數(shù)的值越大，系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性裕度越高。（）4.感應電動機對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒有影響。（）5.快速切除故障可以有效地提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。（）6.系統(tǒng)發(fā)生振蕩時，系統(tǒng)頻率和電壓會持續(xù)、大幅度地變化。（）7.提高系統(tǒng)電壓水平有助于提高靜態(tài)穩(wěn)定性。（）8.特征值分析可以判斷系統(tǒng)是否會發(fā)生低頻振蕩。（）9.電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題主要是由于輸電線路過長引起的。（）10.只要系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定裕度滿足要求，暫態(tài)穩(wěn)定性就一定有保障。（）三、簡答題1.簡述功角穩(wěn)定性的物理意義。當系統(tǒng)發(fā)生小擾動時，穩(wěn)定運行狀態(tài)和非穩(wěn)定運行狀態(tài)有何區(qū)別？2.什么是電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性？與靜態(tài)穩(wěn)定性相比，其分析的重點是什么？3.列舉三種提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的措施，并簡述其基本原理。4.簡述電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩時，系統(tǒng)會出現(xiàn)哪些現(xiàn)象？如何判斷系統(tǒng)是否發(fā)生振蕩？5.什么是電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）？它主要解決電力系統(tǒng)中的什么問題？四、計算題1.某電力系統(tǒng)簡化為一臺同步發(fā)電機通過一條輸電線路連接到無窮大系統(tǒng)。正常運行時，發(fā)電機輸出的電磁功率Pe=Pm=1.0pu。系統(tǒng)發(fā)生三相對稱短路時，等效電抗為Xd'=0.2pu。若短路被切除的時間為0.1秒，試利用等面積法則判斷該系統(tǒng)在此故障下是否暫態(tài)穩(wěn)定？（提示：可假設功角初始角為0，短路后功角特性斜率為-1pu/deg）2.已知某系統(tǒng)在正常運行和故障后（線路斷開）的功角特性分別為：*正常運行：Pe=1.0sinδ*故障后：Pe=0.8sinδ*線路恢復后：Pe=1.2sinδ其中δ為發(fā)電機功角（弧度）。試計算：a.系統(tǒng)正常運行時的功角δ1和靜態(tài)穩(wěn)定儲備系數(shù)Ks。b.若故障期間功角從δ1增大到δ2，利用等面積法則確定δ2的值（近似值）。c.線路恢復后，系統(tǒng)能否回到原來的運行點（δ1）？若不能，新的穩(wěn)定運行功角δ3是多少？五、分析題1.假設某高壓輸電系統(tǒng)在正常運行時是穩(wěn)定的，但在某時刻輸電線路發(fā)生單相接地故障。請分析此故障對系統(tǒng)穩(wěn)定性的可能影響，并說明為提高系統(tǒng)在此類故障下的暫態(tài)穩(wěn)定性，可以采取哪些措施？請闡述這些措施的基本原理。2.隨著電力系統(tǒng)中可再生能源（如風電、光伏）比例的增加，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來了哪些新的挑戰(zhàn)？請結(jié)合穩(wěn)定性分析的基本概念，簡述應對這些挑戰(zhàn)可能的技術途徑。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.B4.A5.C6.C7.C8.D9.B10.B二、判斷題1.錯誤2.正確3.正確4.錯誤5.正確6.正確7.正確8.正確9.錯誤10.錯誤三、簡答題1.解析思路：功角穩(wěn)定性分析基于發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程。物理意義是：在受到小擾動時，發(fā)電機組能否恢復到原始同步運行狀態(tài)。穩(wěn)定運行狀態(tài)下，功角δ變化后，電磁功率Pem的增大（或減?。┶厔菽苁沟棉D(zhuǎn)子減速（或加速），使功角回到原點附近；非穩(wěn)定運行狀態(tài)則相反，擾動后Pem的變化趨勢導致功角進一步偏離原點，最終導致失步。核心在于功角特性曲線的形狀和原動機功率Pm的位置。靜態(tài)穩(wěn)定判據(jù)是dPem/dδ<0（在Pm處）。2.解析思路：暫態(tài)穩(wěn)定性關注的是在較大擾動（如短路故障）下，系統(tǒng)是否能在經(jīng)歷短暫的搖擺后恢復同步運行。分析重點在于故障發(fā)生、清除及切除后，發(fā)電機轉(zhuǎn)子能否在有限的搖擺角度內(nèi)重新拉入同步。主要工具是搖擺曲線法和等面積法則。等面積法則通過比較故障前后功角特性曲線與功角軸所圍面積的大小，判斷轉(zhuǎn)子機械能能否在電磁能作用下維持同步。3.解析思路：提高靜態(tài)穩(wěn)定性的措施核心是增加功角特性曲線的斜率（使其更平坦）或提高靜態(tài)穩(wěn)定儲備。主要措施包括：①提高發(fā)電機勵磁，增大功角特性頂點功率Pmax；②串聯(lián)電容器補償（CapacitorCompensation），降低線路電抗X，使功角特性更平坦；③采用自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)（AVR），動態(tài)跟蹤負載變化，維持端電壓穩(wěn)定，從而穩(wěn)定功角特性；④采用同步調(diào)相機或靜止無功補償器（SVC/STATCOM）提供無功支持。4.解析思路：振蕩是系統(tǒng)受到擾動后出現(xiàn)的持續(xù)功角擺動現(xiàn)象。表現(xiàn)為系統(tǒng)頻率和（或）電壓圍繞同步值周期性波動。判斷方法：①觀察相量圖或節(jié)點電壓相量軌跡，看是否存在持續(xù)旋轉(zhuǎn)的相角差；②監(jiān)測系統(tǒng)頻率變化，看是否存在持續(xù)擺動；③利用數(shù)字仿真計算系統(tǒng)特征值，低頻阻尼相關的特征值若具有負實部，則系統(tǒng)可能存在阻尼振蕩，若實部接近零則可能失去阻尼。5.解析思路：PSS是電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PowerSystemStabilizer）的簡稱，是一種電力電子裝置，安裝在發(fā)電機勵磁系統(tǒng)中。其作用是檢測發(fā)電機功角擺動或頻率偏差，并產(chǎn)生附加的勵磁信號，快速抑制系統(tǒng)振蕩，提高系統(tǒng)（特別是暫態(tài)和動態(tài)）穩(wěn)定性的阻尼能力。它解決了傳統(tǒng)AVR主要關注電壓調(diào)節(jié)而難以有效抑制功角振蕩的問題。四、計算題1.解析思路：等面積法則應用。正常功角特性為Pe=Pmsinδ，故障后為Pe=Pm'sinδ，其中Pm'<Pm。切除故障后恢復為Pe=Pmsinδ。假設功角初始角為δ(0)=0，故障后搖擺到最大角度δm'，再返回到δ(0)=0時功角為δm。根據(jù)等面積法則，故障前后搖擺曲線與功角軸所圍面積應相等，即∫(0toδm')[Pm-Pm'sinδ]dδ=∫(0toδm)[Pmsinδ]dδ。計算兩面積，若δm'存在且為有限值，則系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定；若δm'趨于無窮大，則系統(tǒng)暫態(tài)不穩(wěn)定。本題中，Pm=1pu,Pm'=0.8pu。左面積=[Pmδ-Pm'cosδ]from0toδm'=Pmδm'-Pm'cosδm'+Pm'。右面積=[Pm(1-cosδ)]from0toδm=Pm(1-cosδm')。令兩面積相等：Pmδm'-Pm'cosδm'+Pm'=Pm(1-cosδm')。代入Pm=1,Pm'=0.8，得δm'-0.8cosδm'+0.8=1-cosδm'。即δm'-0.8cosδm'+0.8-1+cosδm'=0?；喌忙膍'-0.8cosδm'-0.2+cosδm'=0。即δm'+0.2cosδm'-0.2=0。由于δm'和cosδm'都在[0,π]范圍內(nèi)，可嘗試數(shù)值解或近似解。令f(δm')=δm'+0.2cosδm'-0.2?？稍囁悝膍'=0.2弧度≈11.5度，f(0.2)≈0.2+0.2*0.9808-0.2≈0.196>0。試算δm'=0.3弧度≈17.1度，f(0.3)≈0.3+0.2*0.9563-0.2≈0.291>0。試算δm'=0.4弧度≈22.8度，f(0.4)≈0.4+0.2*0.9211-0.2≈0.384>0。試算δm'=0.5弧度≈28.6度，f(0.5)≈0.5+0.2*0.8776-0.2≈0.475>0。試算δm'=0.6弧度≈34.4度，f(0.6)≈0.6+0.2*0.8253-0.2≈0.545>0。試算δm'=0.7弧度≈40.1度，f(0.7)≈0.7+0.2*0.7539-0.2≈0.608>0。試算δm'=0.8弧度≈45.8度，f(0.8)≈0.8+0.2*0.6967-0.2≈0.693>0。試算δm'=0.9弧度≈50.8度，f(0.9)≈0.9+0.2*0.6216-0.2≈0.743>0。試算δm'=1.0弧度≈57.3度，f(1.0)≈1.0+0.2*0.5403-0.2≈0.880>0。試算δm'=1.1弧度≈63.4度，f(1.1)≈1.1+0.2*0.4536-0.2≈0.907>0。試算δm'=1.2弧度≈69.5度，f(1.2)≈1.2+0.2*0.3624-0.2≈0.925>0。試算δm'=1.3弧度≈75.5度，f(1.3)≈1.3+0.2*0.2675-0.2≈0.935>0。試算δm'=1.4弧度≈81.4度，f(1.4)≈1.4+0.2*0.1690-0.2≈0.938>0。試算δm'=1.5弧度≈87.4度，f(1.5)≈1.5+0.2*0.0698-0.2≈0.940>0。試算δm'=1.6弧度≈93.3度，f(1.6)≈1.6+0.2*(-0.0362)-0.2≈0.928>0。試算δm'=1.7弧度≈99.2度，f(1.7)≈1.7+0.2*(-0.1411)-0.2≈0.878<0。試算δm'=1.65弧度，f(1.65)≈1.65+0.2*(-0.0833)-0.2≈0.903>0。試算δm'=1.68弧度，f(1.68)≈1.68+0.2*(-0.1119)-0.2≈0.895>0。試算δm'=1.69弧度，f(1.69)≈1.69+0.2*(-0.1241)-0.2≈0.892<0。δm'在1.68和1.69之間。搖擺周期約2s，搖擺時間0.1s內(nèi)搖擺角度約0.1*50/2=2.5度=0.0436弧度。若δm'≈1.68弧度，搖擺角度遠大于0.0436弧度，系統(tǒng)暫態(tài)不穩(wěn)定。若假設故障期間功角從0增加到δm'，搖擺時間0.1s內(nèi)功角增量約0.0436弧度。若δm'≈0.1弧度，則搖擺角度約0.1*50/2=2.5度=0.0436弧度，系統(tǒng)可能暫態(tài)穩(wěn)定。綜合考慮，更可能是δm'接近0.1弧度，系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定。2.解析思路：a.正常運行時，Pe=Pm=1.0sinδ。在Pm處，δ=0。靜態(tài)穩(wěn)定裕度Ms=(Pmax-Pm)/Pm=(1.0-1.0)/1.0=0。靜態(tài)儲備系數(shù)Ks=Ms+1=0+1=1。b.故障后，Pe=0.8sinδ。功角特性斜率dPe/dδ=0.8cosδ。正常運行點δ1=0。故障后，假設功角為δ2。故障期間功角從0增大到δ2。根據(jù)等面積法則，故障前后面積相等。左面積=∫(0toδ2)[Pm-Pm'sinδ]dδ=[Pmδ-Pm'cosδ]from0toδ2=Pmδ2-Pm'cosδ2+Pm'。右面積=∫(0toδ2)[Pmsinδ]dδ=[Pm(1-cosδ)]from0toδ2=Pm(1-cosδ2)。令兩面積相等：Pmδ2-Pm'cosδ2+Pm'=Pm(1-cosδ2)。代入Pm=1,Pm'=0.8，得δ2-0.8cosδ2+0.8=1-cosδ2。即δ2-0.8cosδ2-0.2+cosδ2=0。化簡得δ2+0.2cosδ2-0.2=0。令f(δ2)=δ2+0.2cosδ2-0.2。試算δ2=0.2弧度≈11.5度，f(0.2)≈0.2+0.2*0.9808-0.2≈0.196>0。試算δ2=0.3弧度≈17.1度，f(0.3)≈0.3+0.2*0.9563-0.2≈0.291>0。試算δ2=0.4弧度≈22.8度，f(0.4)≈0.4+0.2*0.9211-0.2≈0.384>0。試算δ2=0.5弧度≈28.6度，f(0.5)≈0.5+0.2*0.8776-0.2≈0.475>0。試算δ2=0.6弧度≈34.4度，f(0.6)≈0.6+0.2*0.8253-0.2≈0.545>0。試算δ2=0.7弧度≈40.1度，f(0.7)≈0.7+0.2*0.7539-0.2≈0.608>0。試算δ2=0.8弧度≈45.8度，f(0.8)≈0.8+0.2*0.6967-0.2≈0.693>0。試算δ2=0.9弧度≈50.8度，f(0.9)≈0.9+0.2*0.6216-0.2≈0.743>0。試算δ2=1.0弧度≈57.3度，f(1.0)≈1.0+0.2*0.5403-0.2≈0.880>0。試算δ2=1.1弧度≈63.4度，f(1.1)≈1.1+0.2*0.4536-0.2≈0.907>0。試算δ2=1.2弧度≈69.5度，f(1.2)≈1.2+0.2*0.3624-0.2≈0.925>0。試算δ2=1.3弧度≈75.5度，f(1.3)≈1.3+0.2*0.2675-0.2≈0.935>0。試算δ2=1.4弧度≈81.4度，f(1.4)≈1.4+0.2*0.1690-0.2≈0.938>0。試算δ2=1.5弧度≈87.4度，f(1.5)≈1.5+0.2*0.0698-0.2≈0.940>0。試算δ2=1.6弧度≈93.3度，f(1.6)≈1.6+0.2*(-0.0362)-0.2≈0.928>0。試算δ2=1.7弧度≈99.2度，f(1.7)≈1.7+0.2*(-0.1411)-0.2≈0.878<0。δ2在1.6和1.7之間。取δ2≈1.65弧度。c.線路恢復后，Pe=1.2sinδ。系統(tǒng)需要達到新的平衡點。在δ3處，Pe(恢復)=Pm(恢復)=1.0。即1.2sinδ3=1.0。解得sinδ3=1.0/1.2≈0.8333。δ3=arcsin(0.8333)≈56.5度≈0.989弧度。比較δ3(≈0.989rad)和δ1(0rad)。δ3≠δ1，系統(tǒng)不能回到原來的運行點。原運行點在δ=0時，Pem=1.0pu。δ3=0.989rad時，Pem=1.2sin(0.989)≈1.2*0.8333≈1.0pu。在δ3處，Pem=1.0pu，與Pm相等，系統(tǒng)達到新的平衡點，但功角δ3≠δ1。五、分析題1.解析思路：*影響分析：單相接地故障屬于不對稱故障，會引發(fā)接地相電流增大、非接地相電壓升高、系統(tǒng)出現(xiàn)零序電流和電壓、故障點出現(xiàn)間歇性弧光過電壓等。雖然故障相被短接，但故障點附近發(fā)電機與系統(tǒng)之間的電氣連接被破壞，電磁功率傳輸受阻。同時，不對稱故障可能導