2025電力系統(tǒng)自動化工程師自動化控制知識體系考察試題及答案解析一、單項選擇題（每題2分，共30分）1.以下哪種控制方式不屬于開環(huán)控制？A.程序控制B.按擾動控制C.反饋控制D.前饋控制答案：C解析：開環(huán)控制是指控制裝置與被控對象之間只有順向作用而無反向聯系的控制過程，程序控制、按擾動控制和前饋控制都屬于開環(huán)控制方式。而反饋控制是將系統(tǒng)的輸出信號反饋到輸入端，與輸入信號進行比較，根據比較結果進行控制，屬于閉環(huán)控制方式。2.自動控制系統(tǒng)中，積分環(huán)節(jié)的輸出量與輸入量的（）成正比。A.變化率B.變化量C.幅值D.積分時間答案：B解析：積分環(huán)節(jié)的輸出量是輸入量對時間的積分，即輸出量與輸入量的變化量成正比。積分環(huán)節(jié)的傳遞函數為\(G(s)=\frac{1}{Ts}\)，其中\(zhòng)(T\)為積分時間常數。3.在電力系統(tǒng)自動化中，同步發(fā)電機的自動并列裝置按并列的原理可分為（）。A.自同期并列和準同期并列B.手動并列和自動并列C.相角差并列和頻率差并列D.電壓差并列和頻率差并列答案：A解析：同步發(fā)電機的自動并列裝置按并列的原理可分為自同期并列和準同期并列。自同期并列是將未勵磁的發(fā)電機在轉速接近同步轉速時投入電網，然后再給發(fā)電機加上勵磁電流，使發(fā)電機自動拉入同步；準同期并列是在發(fā)電機并列前，先調節(jié)發(fā)電機的電壓、頻率和相位，使其與電網的電壓、頻率和相位接近相等，然后再將發(fā)電機投入電網。4.電力系統(tǒng)頻率的一次調整是由（）完成的。A.發(fā)電機的調速器B.發(fā)電機的調頻器C.負荷的頻率調節(jié)效應D.A和C答案：D解析：電力系統(tǒng)頻率的一次調整是由發(fā)電機的調速器和負荷的頻率調節(jié)效應共同完成的。當系統(tǒng)負荷發(fā)生變化時，頻率會發(fā)生變化，發(fā)電機的調速器會根據頻率的變化自動調整發(fā)電機的出力，以維持系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定；同時，負荷的功率也會隨著頻率的變化而變化，這種負荷對頻率的調節(jié)作用稱為負荷的頻率調節(jié)效應。5.下列哪種元件不屬于電力系統(tǒng)自動化中的遠動終端設備（RTU）？A.數據采集單元B.數據處理單元C.通信接口單元D.變壓器答案：D解析：遠動終端設備（RTU）主要由數據采集單元、數據處理單元、通信接口單元等組成，用于采集電力系統(tǒng)的運行參數，并將這些參數通過通信通道傳輸到調度中心。變壓器是電力系統(tǒng)中的一次設備，不屬于RTU的組成部分。6.在自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析中，勞斯判據是根據（）來判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。A.特征方程的系數B.系統(tǒng)的傳遞函數C.系統(tǒng)的頻率特性D.系統(tǒng)的階躍響應答案：A解析：勞斯判據是根據系統(tǒng)特征方程的系數來判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。勞斯判據通過構造勞斯表，根據勞斯表第一列元素的符號來判斷系統(tǒng)特征方程的根是否都位于左半s平面，從而確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。7.電力系統(tǒng)自動裝置的基本要求不包括（）。A.可靠性B.快速性C.準確性D.經濟性答案：D解析：電力系統(tǒng)自動裝置的基本要求包括可靠性、快速性和準確性?？煽啃允侵缸詣友b置在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內完成規(guī)定功能的能力；快速性是指自動裝置能夠快速響應系統(tǒng)的變化，及時采取控制措施；準確性是指自動裝置的控制結果能夠滿足系統(tǒng)的要求。經濟性一般不是自動裝置的基本要求。8.以下哪種控制器具有消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的作用？A.P控制器B.PI控制器C.PD控制器D.以上都沒有答案：B解析：P控制器只能成比例地響應輸入信號，不能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；PD控制器是比例微分控制器，主要用于改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，也不能消除穩(wěn)態(tài)誤差；PI控制器是比例積分控制器，積分環(huán)節(jié)的作用是對誤差進行積分，隨著時間的積累，積分項會不斷增大，直到消除穩(wěn)態(tài)誤差。9.在電力系統(tǒng)自動化中，自動重合閘裝置的作用不包括（）。A.提高供電可靠性B.提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性C.糾正斷路器的誤跳閘D.增加系統(tǒng)的短路容量答案：D解析：自動重合閘裝置的作用主要有提高供電可靠性、提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性和糾正斷路器的誤跳閘。當線路發(fā)生瞬時性故障時，自動重合閘裝置可以迅速將斷路器重新合閘，恢復供電；在某些情況下，重合閘還可以提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。而增加系統(tǒng)的短路容量不是自動重合閘裝置的作用。10.同步發(fā)電機的自動電壓調節(jié)裝置（AVR）的主要作用是（）。A.調節(jié)發(fā)電機的有功功率B.調節(jié)發(fā)電機的無功功率和端電壓C.調節(jié)發(fā)電機的轉速D.調節(jié)發(fā)電機的頻率答案：B解析：同步發(fā)電機的自動電壓調節(jié)裝置（AVR）主要用于調節(jié)發(fā)電機的無功功率和端電壓。通過調節(jié)發(fā)電機的勵磁電流，AVR可以改變發(fā)電機的無功輸出，從而維持發(fā)電機端電壓的穩(wěn)定。調節(jié)發(fā)電機的有功功率主要通過調速器來實現，調節(jié)發(fā)電機的轉速和頻率也是由調速器完成。11.電力系統(tǒng)自動化中的SCADA系統(tǒng)是指（）。A.數據采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)B.能量管理系統(tǒng)C.自動發(fā)電控制系統(tǒng)D.變電站自動化系統(tǒng)答案：A解析：SCADA系統(tǒng)即數據采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，主要用于采集電力系統(tǒng)的實時運行數據，對電力設備進行監(jiān)視和控制，并將采集到的數據傳輸到調度中心。能量管理系統(tǒng)（EMS）是在SCADA系統(tǒng)基礎上發(fā)展起來的更高級的系統(tǒng)；自動發(fā)電控制系統(tǒng)（AGC）是電力系統(tǒng)頻率和有功功率控制的重要手段；變電站自動化系統(tǒng)是實現變電站運行監(jiān)控和管理的自動化系統(tǒng)。12.以下哪種信號不屬于模擬信號？A.電壓信號B.電流信號C.脈沖信號D.溫度信號答案：C解析：模擬信號是指在時間和幅值上都連續(xù)變化的信號，電壓信號、電流信號和溫度信號通常都是模擬信號。脈沖信號是一種離散的信號，其幅值和時間都是不連續(xù)的，不屬于模擬信號。13.在PID控制器中，微分作用的主要目的是（）。A.消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差B.加快系統(tǒng)的響應速度C.減小系統(tǒng)的超調量D.B和C答案：D解析：PID控制器中，微分作用可以預測誤差的變化趨勢，提前給出控制信號，從而加快系統(tǒng)的響應速度，同時還可以減小系統(tǒng)的超調量。消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差主要是積分作用的功能。14.電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性是指（）。A.系統(tǒng)在受到小干擾后，不發(fā)生非周期性失步，自動恢復到初始運行狀態(tài)的能力B.系統(tǒng)在受到大干擾后，不發(fā)生非周期性失步，自動恢復到初始運行狀態(tài)的能力C.系統(tǒng)在受到小干擾后，保持同步運行的能力D.系統(tǒng)在受到大干擾后，保持同步運行的能力答案：A解析：電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到小干擾后，不發(fā)生非周期性失步，自動恢復到初始運行狀態(tài)的能力。動態(tài)穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到大干擾后，保持同步運行的能力。15.自動控制系統(tǒng)的過渡過程品質指標中，調節(jié)時間反映了系統(tǒng)的（）。A.快速性B.穩(wěn)定性C.準確性D.抗干擾能力答案：A解析：調節(jié)時間是指系統(tǒng)從受到干擾開始到其輸出量進入并一直保持在穩(wěn)態(tài)值的允許誤差帶內所需的時間，它反映了系統(tǒng)響應的快速性。穩(wěn)定性主要通過系統(tǒng)的超調量、振蕩次數等指標來衡量；準確性通常用穩(wěn)態(tài)誤差來表示；抗干擾能力則與系統(tǒng)對干擾的抑制能力有關。二、多項選擇題（每題3分，共15分）1.電力系統(tǒng)自動化的主要內容包括（）。A.發(fā)電自動化B.輸電自動化C.變電自動化D.配電自動化答案：ABCD解析：電力系統(tǒng)自動化涵蓋了發(fā)電、輸電、變電和配電等各個環(huán)節(jié)。發(fā)電自動化包括發(fā)電機的自動并列、自動電壓調節(jié)、自動發(fā)電控制等；輸電自動化涉及輸電線路的監(jiān)測、保護和控制等；變電自動化實現變電站的運行監(jiān)控和管理；配電自動化則提高配電網的供電可靠性和運行效率。2.以下哪些屬于自動控制系統(tǒng)的基本組成部分？A.被控對象B.測量元件C.控制器D.執(zhí)行機構答案：ABCD解析：自動控制系統(tǒng)一般由被控對象、測量元件、控制器和執(zhí)行機構組成。被控對象是需要控制的設備或過程；測量元件用于測量被控對象的輸出量；控制器根據測量元件的反饋信號和給定值進行比較和運算，產生控制信號；執(zhí)行機構則根據控制器的輸出信號對被控對象進行控制。3.電力系統(tǒng)頻率調節(jié)的方法有（）。A.一次調頻B.二次調頻C.三次調頻D.四次調頻答案：ABC解析：電力系統(tǒng)頻率調節(jié)方法主要有一次調頻、二次調頻和三次調頻。一次調頻由發(fā)電機的調速器和負荷的頻率調節(jié)效應自動完成；二次調頻通過發(fā)電機的調頻器實現，由調度中心根據系統(tǒng)頻率偏差指令部分發(fā)電機調整出力；三次調頻是按最優(yōu)化準則分配發(fā)電負荷，實現經濟調度。目前沒有四次調頻的說法。4.自動重合閘裝置按重合閘次數可分為（）。A.一次重合閘B.二次重合閘C.三次重合閘D.多次重合閘答案：AD解析：自動重合閘裝置按重合閘次數可分為一次重合閘和多次重合閘。一次重合閘是指線路故障跳閘后，只進行一次重合閘操作；多次重合閘則可以進行多次重合閘嘗試。5.電力系統(tǒng)自動化中的通信方式有（）。A.電力線載波通信B.光纖通信C.微波通信D.衛(wèi)星通信答案：ABCD解析：在電力系統(tǒng)自動化中，常用的通信方式包括電力線載波通信、光纖通信、微波通信和衛(wèi)星通信。電力線載波通信利用電力線路作為傳輸媒介；光纖通信具有傳輸容量大、抗干擾能力強等優(yōu)點；微波通信適用于遠距離、大容量的通信；衛(wèi)星通信可以實現全球范圍內的通信覆蓋。三、判斷題（每題2分，共10分）1.開環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點是結構簡單、成本低，但抗干擾能力差。（）答案：正確解析：開環(huán)控制系統(tǒng)沒有反饋環(huán)節(jié)，結構相對簡單，成本較低。但由于它不能根據系統(tǒng)的輸出情況進行調整，所以抗干擾能力較差，當系統(tǒng)受到干擾時，輸出可能會偏離預期值。2.電力系統(tǒng)的頻率和有功功率是密切相關的，頻率的變化反映了系統(tǒng)有功功率的不平衡。（）答案：正確解析：在電力系統(tǒng)中，頻率和有功功率之間存在著緊密的聯系。當系統(tǒng)的有功功率不平衡時，即發(fā)電功率和負荷功率不相等，會導致系統(tǒng)頻率發(fā)生變化。如果發(fā)電功率小于負荷功率，頻率會下降；反之，頻率會上升。3.同步發(fā)電機的自動并列裝置在并列過程中，只要滿足電壓幅值相等的條件就可以進行并列。（）答案：錯誤解析：同步發(fā)電機的自動并列裝置在并列過程中，需要同時滿足電壓幅值相等、頻率相等和相位相同三個條件，才能進行并列。如果只滿足電壓幅值相等，而頻率和相位不滿足要求，并列時會產生很大的沖擊電流，對發(fā)電機和電力系統(tǒng)造成損害。4.自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到干擾后，能夠保持平衡狀態(tài)的能力。（）答案：錯誤解析：自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到干擾后，經過一段時間的過渡過程，能夠恢復到原來的平衡狀態(tài)或趨于一個新的平衡狀態(tài)的能力，而不是簡單地保持平衡狀態(tài)。5.電力系統(tǒng)自動化中的遠動通信是指將調度中心的控制命令傳輸到變電站和發(fā)電廠的過程。（）答案：錯誤解析：電力系統(tǒng)自動化中的遠動通信是指調度中心與變電站、發(fā)電廠之間進行數據傳輸和信息交換的過程，不僅包括調度中心向變電站和發(fā)電廠發(fā)送控制命令，還包括變電站和發(fā)電廠向調度中心上傳實時運行數據。四、簡答題（每題10分，共20分）1.簡述PID控制器的原理和各部分的作用。PID控制器是一種常用的反饋控制算法，其輸出控制信號\(u(t)\)是由比例（P）、積分（I）和微分（D）三部分組成，公式為\(u(t)=K_pe(t)+K_i\int_{0}^{t}e(\tau)d\tau+K_d\frac{de(t)}{dt}\)，其中\(zhòng)(e(t)\)是設定值與實際輸出值的誤差，\(K_p\)、\(K_i\)、\(K_d\)分別是比例系數、積分系數和微分系數。比例部分（P）：比例作用的輸出與誤差成正比，即\(u_p(t)=K_pe(t)\)。比例控制器能夠快速響應誤差，誤差越大，控制作用越強，從而加快系統(tǒng)的響應速度。但比例作用不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，因為當系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)時，誤差不為零，比例輸出為一個固定值，無法進一步減小誤差。積分部分（I）：積分作用的輸出是誤差對時間的積分，即\(u_i(t)=K_i\int_{0}^{t}e(\tau)d\tau\)。積分作用可以消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，只要存在誤差，積分項就會不斷積累，直到誤差為零。但積分作用會使系統(tǒng)的響應速度變慢，因為積分項的積累需要時間，可能會導致系統(tǒng)出現超調。微分部分（D）：微分作用的輸出與誤差的變化率成正比，即\(u_d(t)=K_d\frac{de(t)}{dt}\)。微分作用可以預測誤差的變化趨勢，提前給出控制信號，從而加快系統(tǒng)的響應速度，減小系統(tǒng)的超調量。但微分作用對噪聲比較敏感，如果誤差信號中存在噪聲，微分作用會放大噪聲的影響。2.說明電力系統(tǒng)自動發(fā)電控制（AGC）的基本原理和作用。自動發(fā)電控制（AGC）是電力系統(tǒng)頻率和有功功率控制的重要手段，其基本原理是根據系統(tǒng)頻率和聯絡線功率的偏差，自動調整發(fā)電機的有功出力，以維持系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定和聯絡線功率的計劃值?；驹恚篈GC系統(tǒng)通過實時監(jiān)測系統(tǒng)頻率和聯絡線功率，將實際值與設定值進行比較，得到頻率偏差\(\Deltaf\)和聯絡線功率偏差\(\DeltaP_{tie}\)。根據這兩個偏差，AGC系統(tǒng)計算出需要調整的發(fā)電功率\(\DeltaP_{AGC}\)，并將控制信號發(fā)送到參與AGC調節(jié)的發(fā)電機，調整其有功出力。具體的控制算法通常采用等微增率準則，即按照各發(fā)電機的微增率相等的原則分配發(fā)電功率，以實現系統(tǒng)的經濟運行。作用：維持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定：當系統(tǒng)負荷發(fā)生變化時，AGC系統(tǒng)及時調整發(fā)電機的出力，使發(fā)電功率與負荷功率相平衡，從而維持系統(tǒng)頻率在允許的范圍內。控制聯絡線功率：對于互聯電力系統(tǒng)，AGC系統(tǒng)可以控制各區(qū)域之間的聯絡線功率，保證聯絡線功率按照計劃值運行，實現區(qū)域間的功率交換和協(xié)調運行。實現經濟調度：AGC系統(tǒng)根據等微增率準則分配發(fā)電功率，使系統(tǒng)在滿足負荷需求的前提下，發(fā)電成本最低，提高電力系統(tǒng)的運行經濟性。五、計算題（每題12.5分，共25分）1.已知一個簡單的自動控制系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數為\(G(s)=\frac{10}{s(s+2)}\)，試求：（1）系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數；（2）判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。解：（1）設系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數為\(\Phi(s)\)，對于單位負反饋系統(tǒng)，閉環(huán)傳遞函數的計算公式為\(\Phi(s)=\frac{G(s)}{1+G(s)}\)。已知\(G(s)=\frac{10}{s(s+2)}=\frac{10}{s^2+2s}\)，則\(1+G(s)=1+\frac{10}{s^2+2s}=\frac{s^2+2s+10}{s^2+2s}\)。所以\(\Phi(s)=\frac{G(s)}{1+G(s)}=\frac{\frac{10}{s^2+2s}}{\frac{s^2+2s+10}{s^2+2s}}=\frac{10}{s^2+2s+10}\)。（2）判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性可以通過特征方程來進行。閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程為\(s^2+2s+10=0\)。對于一元二次方程\(ax^2+bx+c=0\)（這里\(a=1\)，\(b=2\)，\(c=10\)），其判別式\(\Delta=b^24ac=2^24\times1\times10=440=36\lt0\)。根據二階系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據，當\(a\gt0\)，\(b\gt0\)，\(c\gt0\)時，二階系統(tǒng)是穩(wěn)