2025年電力系統(tǒng)分析考試練習(xí)試題(附答案)一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.電力系統(tǒng)標(biāo)幺值計(jì)算中，若取基準(zhǔn)容量S_B=100MVA，基準(zhǔn)電壓U_B=110kV，則基準(zhǔn)電流I_B為（）A.0.525kAB.0.909kAC.1.56kAD.2.14kA2.變壓器π型等值電路中，勵(lì)磁支路的導(dǎo)納通常（）A.只計(jì)電導(dǎo)B.只計(jì)電納C.電導(dǎo)和電納均不可忽略D.電導(dǎo)可忽略，電納需保留3.牛頓-拉夫遜潮流計(jì)算中，PQ節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)變量是（）A.電壓幅值和相位角B.有功功率和無(wú)功功率C.電壓相位角和無(wú)功功率D.電壓相位角和電壓幅值4.三相短路電流計(jì)算中，若系統(tǒng)各元件的標(biāo)幺電抗為X1=0.2，X2=0.2，X0=0.3，短路點(diǎn)位于發(fā)電機(jī)出口，則短路電流周期分量標(biāo)幺值為（）A.2.5B.3.33C.5.0D.1.675.電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定分析中，整步功率系數(shù)P_S>0表示（）A.系統(tǒng)處于靜態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)B.系統(tǒng)處于靜態(tài)不穩(wěn)定狀態(tài)C.系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)D.與穩(wěn)定性無(wú)關(guān)6.下列哪種設(shè)備不屬于無(wú)功補(bǔ)償裝置（）A.同步調(diào)相機(jī)B.靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG）C.并聯(lián)電抗器D.串聯(lián)電容器7.不對(duì)稱短路中，零序電流存在的條件是（）A.短路點(diǎn)三相阻抗不對(duì)稱B.系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地C.線路存在零序電抗D.發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地8.潮流計(jì)算中，平衡節(jié)點(diǎn)的作用是（）A.提供系統(tǒng)有功功率平衡B.提供系統(tǒng)無(wú)功功率平衡C.確定系統(tǒng)電壓基準(zhǔn)D.以上均正確9.發(fā)電機(jī)功角特性曲線的最大值由（）決定A.發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)B.系統(tǒng)電抗C.發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)和系統(tǒng)電抗的比值D.發(fā)電機(jī)端電壓10.電力系統(tǒng)頻率調(diào)整中，一次調(diào)頻的特點(diǎn)是（）A.有差調(diào)節(jié)，響應(yīng)速度快B.無(wú)差調(diào)節(jié)，響應(yīng)速度慢C.有差調(diào)節(jié)，響應(yīng)速度慢D.無(wú)差調(diào)節(jié)，響應(yīng)速度快二、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述派克變換的物理意義及其在同步發(fā)電機(jī)分析中的作用。2.電力系統(tǒng)有功功率和頻率的關(guān)系與無(wú)功功率和電壓的關(guān)系有何不同？3.請(qǐng)說(shuō)明電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析中“等面積定則”的基本原理。4.比較無(wú)限大電源系統(tǒng)和有限容量電源系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)，短路電流周期分量的變化特性。5.什么是電力系統(tǒng)的電壓崩潰？其主要誘因有哪些？三、計(jì)算題（共40分）（一）潮流計(jì)算（15分）某110kV電力系統(tǒng)接線如圖1所示（注：圖中參數(shù)為歸算至110kV側(cè)的有名值），其中：-線路L1：R=10Ω，X=20Ω，B/2=5×10^-4S-線路L2：R=8Ω，X=16Ω，B/2=4×10^-4S-變壓器T：型號(hào)SFL1-31500/110，變比110/11kV，短路損耗ΔP_k=190kW，短路電壓百分比U_k%=10.5，空載損耗ΔP_0=31kW，空載電流百分比I_0%=0.8-節(jié)點(diǎn)1為平衡節(jié)點(diǎn)，電壓U1=1.05∠0°（標(biāo)幺值，S_B=100MVA，U_B=110kV）-節(jié)點(diǎn)2負(fù)荷：P_L2=25MW，Q_L2=15Mvar-節(jié)點(diǎn)3負(fù)荷：P_L3=18MW，Q_L3=12Mvar要求：1.計(jì)算變壓器T的等值電抗和電納（標(biāo)幺值）；2.畫出該系統(tǒng)的等值電路（標(biāo)幺值）；3.計(jì)算節(jié)點(diǎn)2的初始電壓幅值（忽略電阻影響，采用近似潮流計(jì)算）。（二）短路電流計(jì)算（15分）某電力系統(tǒng)接線如圖2所示（參數(shù)均為標(biāo)幺值，S_B=100MVA）：-發(fā)電機(jī)G：X_d''=0.15，中性點(diǎn)不接地-變壓器T1：X_T1=0.12，YNd11接線，中性點(diǎn)接地-變壓器T2：X_T2=0.10，YNd11接線，中性點(diǎn)接地-線路L：X1=0.08，X0=0.24（零序電抗）-節(jié)點(diǎn)f處發(fā)生單相接地短路（k(1)）要求：1.繪制正序、負(fù)序、零序等值網(wǎng)絡(luò)；2.計(jì)算短路點(diǎn)的正序、負(fù)序、零序電流標(biāo)幺值；3.計(jì)算短路點(diǎn)A相電壓標(biāo)幺值。（三）無(wú)功優(yōu)化（10分）某10kV母線電壓偏移為-5%（額定電壓10kV），系統(tǒng)等值電抗X=0.5Ω（歸算至10kV側(cè)），母線有功負(fù)荷P=5MW，要求將電壓調(diào)整到額定值±2%以內(nèi)。若采用并聯(lián)電容器補(bǔ)償，求所需最小補(bǔ)償容量（忽略電阻影響）。四、綜合分析題（10分）新能源（如風(fēng)電、光伏）大規(guī)模接入對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響日益顯著。請(qǐng)從功角穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定三個(gè)方面分析其影響機(jī)制，并提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。答案一、單項(xiàng)選擇題1.B（I_B=S_B/(√3U_B)=100/(√3×110)=0.525kA？計(jì)算錯(cuò)誤，正確應(yīng)為100/(√3×110)=0.525kA？不，正確計(jì)算：100MVA=100×10^6VA，U_B=110kV=110×10^3V，I_B=S_B/(√3U_B)=100×10^6/(√3×110×10^3)=1000/(√3×110)≈5.248kA？哦，用戶可能取S_B=100MVA，U_B=110kV，基準(zhǔn)電流I_B=S_B/(√3U_B)=100/(√3×110)=0.525kA（單位kA），所以正確選項(xiàng)是A？之前可能記錯(cuò)了。重新計(jì)算：100MVA=100×10^6VA，110kV=110×10^3V，I_B=100×10^6/(√3×110×10^3)=1000/(√3×110)≈5.248kA？這明顯不對(duì)，可能我混淆了基準(zhǔn)值。正確標(biāo)幺值計(jì)算中，基準(zhǔn)電流I_B=S_B/(√3U_B)，當(dāng)S_B=100MVA，U_B=110kV時(shí)，I_B=100/(√3×110)=0.525kA（因?yàn)?00MVA=100,000kVA，所以100,000/(√3×110)=約524.8A=0.525kA），所以第1題正確選項(xiàng)是A？之前選項(xiàng)B是0.909kA，可能是10kV基準(zhǔn)的情況。這里需要糾正，正確計(jì)算應(yīng)為0.525kA，所以第1題答案A。更正：經(jīng)重新計(jì)算，I_B=S_B/(√3U_B)=100/(√3×110)=0.525kA，故第1題正確選項(xiàng)為A。（注：原思考中存在計(jì)算錯(cuò)誤，現(xiàn)修正答案如下，確保準(zhǔn)確性）1.A2.D3.C4.A（三相短路電流周期分量標(biāo)幺值為1/(X1)=1/0.2=5？不，若X1=0.2是總電抗，則I=1/X1=5，所以第4題正確選項(xiàng)應(yīng)為C？需要重新確認(rèn)。三相短路時(shí)，周期分量標(biāo)幺值I=1/(X1Σ)，若X1=0.2（總電抗），則I=5，故第4題正確選項(xiàng)C。）（再次修正，確保答案正確）正確答案：1.A（I_B=100/(√3×110)=0.525kA）2.D（變壓器勵(lì)磁支路電導(dǎo)可忽略，電納需保留）3.C（PQ節(jié)點(diǎn)狀態(tài)變量為電壓相位角δ和無(wú)功功率Q？不，PQ節(jié)點(diǎn)給定P、Q，待求δ和U，所以狀態(tài)變量是δ和U的幅值？原題選項(xiàng)中C是“電壓相位角和無(wú)功功率”錯(cuò)誤，正確應(yīng)為電壓相位角和電壓幅值，即選項(xiàng)D？需要核對(duì)潮流計(jì)算基本概念。PQ節(jié)點(diǎn)給定P、Q，待求δ和|U|，所以狀態(tài)變量是δ和|U|，對(duì)應(yīng)選項(xiàng)D。原題第3題選項(xiàng)可能設(shè)置錯(cuò)誤，正確選項(xiàng)應(yīng)為D。）（因用戶要求內(nèi)容質(zhì)量高，需確保答案絕對(duì)正確，現(xiàn)重新梳理所有選擇題答案）1.A（I_B=S_B/(√3U_B)=100/(√3×110)=0.525kA）2.D（變壓器勵(lì)磁支路電導(dǎo)（對(duì)應(yīng)鐵損）通常很小可忽略，電納（對(duì)應(yīng)勵(lì)磁電流）需保留）3.D（PQ節(jié)點(diǎn)給定P、Q，待求電壓相位角δ和幅值|U|）4.C（三相短路周期分量標(biāo)幺值I=1/X1Σ=1/0.2=5）5.A（P_S>0表示系統(tǒng)受小擾動(dòng)后能恢復(fù)原運(yùn)行點(diǎn)，靜態(tài)穩(wěn)定）6.D（串聯(lián)電容器主要用于補(bǔ)償線路電抗，提高輸電能力，屬于有功調(diào)整設(shè)備；并聯(lián)電抗器是無(wú)功補(bǔ)償）7.B（零序電流存在需系統(tǒng)中性點(diǎn)接地形成通路）8.D（平衡節(jié)點(diǎn)提供有功、無(wú)功平衡并確定電壓基準(zhǔn)）9.C（功角特性最大值P_max=E_U/XΣ，由電動(dòng)勢(shì)和系統(tǒng)電抗決定）10.A（一次調(diào)頻由調(diào)速器自動(dòng)調(diào)節(jié)，有差調(diào)節(jié)，響應(yīng)快）二、簡(jiǎn)答題1.派克變換的物理意義是將三相靜止坐標(biāo)系下的發(fā)電機(jī)方程轉(zhuǎn)換為dq0旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的方程，通過(guò)消除定子繞組間的互感時(shí)變項(xiàng)，簡(jiǎn)化同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。其作用包括：①將變系數(shù)微分方程轉(zhuǎn)換為常系數(shù)方程，便于分析；②分離直軸（d軸）和交軸（q軸）電磁關(guān)系，突出電機(jī)的機(jī)電耦合特性；③為發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)特性（如暫態(tài)、次暫態(tài)過(guò)程）分析提供統(tǒng)一的數(shù)學(xué)工具。2.有功功率與頻率的關(guān)系：系統(tǒng)頻率由有功功率平衡決定，有功缺額會(huì)導(dǎo)致頻率下降，具有全局一致性（同一系統(tǒng)頻率相同）；頻率調(diào)整主要通過(guò)發(fā)電機(jī)調(diào)速器（一次調(diào)頻）和調(diào)頻器（二次調(diào)頻）實(shí)現(xiàn)，屬于有差/無(wú)差調(diào)節(jié)。無(wú)功功率與電壓的關(guān)系：電壓由無(wú)功功率平衡決定，無(wú)功缺額會(huì)導(dǎo)致電壓下降，具有局部性（不同節(jié)點(diǎn)電壓可能不同）；電壓調(diào)整主要通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備（如電容器、SVG）、變壓器分接頭調(diào)節(jié)等實(shí)現(xiàn)，需考慮節(jié)點(diǎn)電壓的分層分區(qū)控制。3.等面積定則基本原理：在暫態(tài)穩(wěn)定分析中，當(dāng)系統(tǒng)受到大擾動(dòng)（如短路）時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出電磁功率P_e與機(jī)械功率P_m出現(xiàn)不平衡，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子加速或減速。加速面積（P_m-P_e在加速期間的積分）等于減速面積（P_e'-P_m在減速期間的積分）時(shí)，轉(zhuǎn)子速度回到同步轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)保持暫態(tài)穩(wěn)定；若加速面積大于減速面積，轉(zhuǎn)子持續(xù)加速，系統(tǒng)失穩(wěn)。4.無(wú)限大電源系統(tǒng)短路時(shí)，電源電壓幅值和頻率恒定，短路電流周期分量幅值不變（不衰減）；有限容量電源系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)電抗（如次暫態(tài)電抗X_d''）會(huì)隨時(shí)間變化（因轉(zhuǎn)子繞組電流衰減），導(dǎo)致短路電流周期分量幅值逐漸減?。ㄋp至穩(wěn)態(tài)值）。5.電壓崩潰是指電力系統(tǒng)在無(wú)功功率持續(xù)缺額的情況下，局部節(jié)點(diǎn)電壓持續(xù)下降且無(wú)法恢復(fù)，最終導(dǎo)致大面積停電的現(xiàn)象。主要誘因包括：①重載線路無(wú)功傳輸能力不足；②無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備容量不足或退出運(yùn)行；③發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行深度過(guò)大；④故障導(dǎo)致無(wú)功支撐節(jié)點(diǎn)失去（如發(fā)電機(jī)跳閘）；⑤負(fù)荷特性（如電動(dòng)機(jī)負(fù)荷）的電壓正反饋效應(yīng)（電壓下降導(dǎo)致無(wú)功需求增加）。三、計(jì)算題（一）潮流計(jì)算1.變壓器等值參數(shù)計(jì)算（S_B=100MVA，U_B=110kV）：-短路電抗X_T=U_k%×S_B/(100×S_N)=10.5×100/(100×31.5)=0.333標(biāo)幺值-勵(lì)磁電納B_T=I_0%×S_B/(100×U_B2)=0.8×100/(100×1102)=6.61×10^-5S（有名值），標(biāo)幺值B_T=B_T×U_B2/S_B=6.61×10^-5×(110×10^3)2/(100×10^6)=6.61×10^-5×12100/100=0.008標(biāo)幺值（注：更準(zhǔn)確計(jì)算：I_0%=0.8%，則勵(lì)磁電流I_0=0.8%×S_N/(√3U_N)=0.008×31.5×10^6/(√3×110×10^3)=1.31A，勵(lì)磁電納B=I_0/(U_N)=1.31/(110×10^3)=1.19×10^-5S（高壓側(cè)），標(biāo)幺值B=B×U_B2/S_B=1.19×10^-5×(110×10^3)2/(100×10^6)=1.19×10^-5×12100/100=0.00144標(biāo)幺值，可能題目簡(jiǎn)化取B_T≈0.0015）2.等值電路：節(jié)點(diǎn)1（平衡節(jié)點(diǎn)）通過(guò)線路L1（R=10/((110)^2/100)=10×100/12100≈0.0826標(biāo)幺值，X=20×100/12100≈0.1653標(biāo)幺值，B/2=5×10^-4×(110)^2/100=5×10^-4×12100/100=0.0605標(biāo)幺值）連接節(jié)點(diǎn)2；節(jié)點(diǎn)2通過(guò)線路L2（R=8×100/12100≈0.0661標(biāo)幺值，X=16×100/12100≈0.1322標(biāo)幺值，B/2=4×10^-4×12100/100=0.0484標(biāo)幺值）連接節(jié)點(diǎn)3；節(jié)點(diǎn)3通過(guò)變壓器T（X_T=0.333標(biāo)幺值，B_T=0.0015標(biāo)幺值）連接低壓側(cè)（本題可忽略低壓負(fù)荷，僅考慮高壓側(cè)）。3.近似潮流計(jì)算（忽略電阻，U≈1.0）：節(jié)點(diǎn)2注入功率S2=-(P_L2+jQ_L2)/S_B=-(25+j15)/100=-0.25-j0.15標(biāo)幺值線路L1的充電功率ΔQ1=U12×(B/2)=1.052×0.0605≈0.067標(biāo)幺值（容性，發(fā)出無(wú)功）節(jié)點(diǎn)2的實(shí)際注入無(wú)功Q2=-0.15+0.067=-0.083標(biāo)幺值電壓幅值U2≈U1-(P2×X1)/(U1)=1.05-(0.25×0.1653)/1.05≈1.05-0.039≈1.011標(biāo)幺值（111.2kV）（二）短路電流計(jì)算1.序網(wǎng)絡(luò)繪制：-正序網(wǎng)絡(luò)：發(fā)電機(jī)G（X_d''=0.15）→T1（0.12）→線路L（X1=0.08）→T2（0.10）→短路點(diǎn)f，總正序電抗X1Σ=0.15+0.12+0.08+0.10=0.45-負(fù)序網(wǎng)絡(luò)：發(fā)電機(jī)負(fù)序電抗X2=X_d''=0.15（近似），其余元件負(fù)序電抗同正序，總負(fù)序電抗X2Σ=0.15+0.12+0.08+0.10=0.45-零序網(wǎng)絡(luò)：發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)不接地，零序電抗無(wú)窮大（斷開）；T1中性點(diǎn)接地，零序電抗X0_T1=X_T1=0.12（YNd接線，三角形側(cè)零序不通）；線路L零序電抗X0=0.24；T2中性點(diǎn)接地，X0_T2=X_T2=0.10；總零序電抗X0Σ=0.12+0.24+0.10=0.462.單相接地短路電流：邊界條件：I_a=I_a1+I_a2+I_a0=0（錯(cuò)誤，單相接地時(shí)I_a≠0，正確邊界條件為I_a1=I_a2=I_a0=I_f/3，U_a=U_a1+U_a2+U_a0=0）序電流I_a1=I_a2=I_a0=E/(X1Σ+X2Σ+X0Σ)=1/(0.45+0.45+0.46)=1/1.36≈0.735標(biāo)幺值短路點(diǎn)電流I_f=3I_a1=3×0.735≈2.205標(biāo)幺值3.短路點(diǎn)A相電壓：U_a=U_a1+U_a2+U_a0=E-I_a1X1Σ-I_a2X2Σ-I_a0X0Σ=1-0.735×0.45-0.735×0.45-0.735×0.46=1-0.735×(0.45+0.45+0.46)=1-0.735×1.36≈1-1.0=0（符合單相接地時(shí)故障相電壓為0的特性）（三）無(wú)功優(yōu)化計(jì)算電壓偏移ΔU%=(U-UN)/UN×100=-5%，目標(biāo)電壓U'≥0.98UN系統(tǒng)等值電抗X=0.5Ω，P=5MW=5×10^6W，UN=10kV=10×10^3V補(bǔ)償前電壓U=UN×(1-0.05)=9.5kV補(bǔ)償后需U'≥9.8kV根據(jù)電壓調(diào)整公式：U'=UN-(P×X-Q×X)/UN（忽略電阻，Q為補(bǔ)償容量，感性為正，容性為負(fù)）補(bǔ)償后無(wú)功Q_c（容性，取負(fù)），則：9.8×10^3=10×10^3-(5×10^6×0.5-(-Q_c)×0.5)/(10×10^3)整理得：-200=(2.5×10^