2025年電力系統(tǒng)分析專項(xiàng)訓(xùn)練真題試卷（附答案）考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡(jiǎn)述電力系統(tǒng)分析的主要研究內(nèi)容及其在電力系統(tǒng)運(yùn)行和規(guī)劃中的作用。二、某電力系統(tǒng)簡(jiǎn)化單線圖如附圖所示（此處不提供圖，請(qǐng)考生自行繪制或想象），其中各元件參數(shù)如下：*線路AB：長度150km，型號(hào)LGJ-220，電抗0.424Ω/km，電納0.0315S/km。*線路BC：長度100km，型號(hào)LGJ-150，電抗0.429Ω/km，電納0.0311S/km。*發(fā)電機(jī)G1：額定功率300MW，額定電壓10.5kV，額定功率因數(shù)0.8（滯后），額定電壓比10.5/115kV，Xd=1.1p.u.。*發(fā)電機(jī)G2：額定功率200MW，額定電壓6.3kV，額定功率因數(shù)0.85（滯后），額定電壓比6.3/121kV，Xd=1.2p.u.。*變壓器T1：額定容量315MVA，連接組別YNd11，額定電壓比115/11kV，Xp=10%。*變壓器T2：額定容量200MVA，連接組別YNyn0，額定電壓比121/10.5kV，Xp=9%。*負(fù)荷D1：P=100MW，Q=60MVar（滯后）；負(fù)荷D2：P=80MW，Q=48MVar（滯后）。所有電壓均為標(biāo)幺值（以各自額定電壓為基準(zhǔn)）。1.求發(fā)電機(jī)G1和G2的額定功率S1和S2（MVA）。2.計(jì)算線路AB、BC的導(dǎo)納YAB和YBC（S）。3.若系統(tǒng)基準(zhǔn)功率Sbase=100MVA，計(jì)算線路AB、BC的電抗X'AB和X'BC（p.u.）。4.建立該系統(tǒng)的簡(jiǎn)化等值電路圖（忽略線路電阻和變壓器的電阻、導(dǎo)納）。5.若G1、G2均運(yùn)行在額定功率因數(shù)下，試計(jì)算節(jié)點(diǎn)B的電壓VB（p.u.）和線路AB、BC中的功率流動(dòng)（PAB、QAB、PBC、QBC，單位MW/MVar）。（提示：可近似認(rèn)為節(jié)點(diǎn)A電壓為1.0+p.u.）三、解釋什么是電力系統(tǒng)的潮流？進(jìn)行潮流計(jì)算的主要目的是什么？簡(jiǎn)述潮流計(jì)算的分類（按解算方法分）。四、某輻射狀配電線路，始端電壓為10kV（基準(zhǔn)電壓），線路長5km，總阻抗為2.5+j10Ω。末端連接一感性負(fù)載，吸收功率P=50kW，功率因數(shù)cosφ=0.8（滯后）。若要求末端電壓不低于9.5kV，試計(jì)算：1.線路末端電壓U2（kV）。2.線路始端電壓U1（kV）。3.線路始端輸入的有功功率P1（kW）和無功功率Q1（kVar）。五、簡(jiǎn)述短路電流計(jì)算的意義。在三相短路情況下，為什么離電源越近，短路電流越大？簡(jiǎn)述無限大容量電源系統(tǒng)下，計(jì)算不對(duì)稱短路（如單相接地短路）短路電流的基本步驟。六、什么是電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性？它與電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行有何關(guān)系？簡(jiǎn)述影響電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的主要因素。七、簡(jiǎn)述發(fā)電機(jī)功角特性方程的物理意義。什么是靜穩(wěn)定？如何判斷一個(gè)電力系統(tǒng)是否處于靜穩(wěn)定狀態(tài)？（可用等功角曲線圖說明，但無需實(shí)際繪圖）八、電力系統(tǒng)中常用的調(diào)壓措施有哪些？簡(jiǎn)述利用并聯(lián)電容器進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)的原理。九、什么是電力系統(tǒng)的備用容量？按承擔(dān)任務(wù)的不同，備用容量可分為哪幾種？簡(jiǎn)述備用容量的作用。十、某系統(tǒng)發(fā)生B相接地故障，短路點(diǎn)距離發(fā)電機(jī)約5km。已知發(fā)電機(jī)額定電壓為11kV，短路電流周期分量有效值I∞=20kA。試粗略估算短路點(diǎn)處A相的暫態(tài)過電壓和穩(wěn)態(tài)過電壓，并說明其產(chǎn)生原因。試卷答案一、電力系統(tǒng)分析主要研究電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行和故障情況下的運(yùn)行狀態(tài)，分析其各部分的電壓、電流、功率分布，以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性等問題。其作用在于確保電力系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，為用戶提供合格的電能；同時(shí)為電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、改造提供理論依據(jù)和技術(shù)支持，優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行方式，提高系統(tǒng)效率和可靠性。二、1.S1=P1/(cosφ*η)=300MW/(0.8*1)=375MVAS2=P2/(cosφ*η)=200MW/(0.85*1)=235.29MVA2.YAB=j*(1/0.424Ω/km)+j*(1/0.0315S/km)=j*(1/0.424+1/0.0315)=j*(2.36+31.75)=j*34.11SYBC=j*(1/0.429Ω/km)+j*(1/0.0311S/km)=j*(1/0.429+1/0.0311)=j*(2.33+32.14)=j*34.47S3.Sbase_AB=Sbase_BC=100MVAX'AB=0.424Ω/km*150km/(100MVA/(1000kV)^2)=0.424*150/(100*10^6/100^2)=0.424*150/100=0.636p.u.X'BC=0.429Ω/km*100km/(100MVA/(1000kV)^2)=0.429*100/(100*10^6/100^2)=0.429*100/100=0.429p.u.4.（略，請(qǐng)考生自行繪制，標(biāo)明節(jié)點(diǎn)、發(fā)電機(jī)G1/G2、變壓器T1/T2、線路AB/BC的標(biāo)幺電抗值）*G1:1.1p.u.(串聯(lián))*T1:0.1p.u.(串聯(lián))*線路AB:0.636p.u.(串聯(lián))*T2:0.09p.u.(串聯(lián))*線路BC:0.429p.u.(串聯(lián))*負(fù)荷D1/D2:可視為阻抗，需根據(jù)P、Q、電壓計(jì)算或假設(shè)（如D1:-j60MVar/(11kV*1p.u.)=-j5.45p.u.，D2:-j4.55p.u.，注意基準(zhǔn)電壓變化）5.（此題計(jì)算較復(fù)雜，為簡(jiǎn)化假設(shè)）*流經(jīng)T2的功率近似為D1+D2，Pline_AB≈Pload_D1+D2=100+80=180MW,Qline_AB≈Qload_D1+D2=60+48=108MVar*T2低壓側(cè)（B側(cè)）電壓Vb=(Pline_AB+jQline_AB)/(-j4.55)=(180-j108)/-j4.55=-24.16+j24.16kV*歸算至高壓側(cè)：Vb_high=Vb*(121/10.5)=(-24.16+j24.16)*11.52=-278.4+j278.4V=392.8∠135°V*VB=Vb_high/115=392.8∠135°/115=3.41∠135°p.u.*PAB≈180MW,QAB≈108MVar*PBC≈Pload_D2=80MW,QBC≈Qload_D2=48MVar**注：此計(jì)算為近似估算，未考慮網(wǎng)絡(luò)損耗及發(fā)電機(jī)實(shí)際輸出功率限制。精確計(jì)算需使用迭代法求解潮流方程。*三、電力系統(tǒng)的潮流是指電力系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)（母線）的電壓大小和相位以及網(wǎng)絡(luò)中各支路（線路、變壓器）的功率流動(dòng)情況。進(jìn)行潮流計(jì)算的主要目的是確定在給定運(yùn)行方式下（發(fā)電機(jī)出力、負(fù)荷水平、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）系統(tǒng)的電壓分布和功率損耗，以判斷系統(tǒng)是否滿足運(yùn)行規(guī)程要求（如電壓在允許范圍內(nèi)、功率流動(dòng)在安全裕度內(nèi)），為系統(tǒng)調(diào)度、控制、規(guī)劃和故障分析提供依據(jù)。潮流計(jì)算的分類（按解算方法分）主要有：迭代法（如高斯-賽德爾法、牛頓-拉夫遜法）和解析法（如直流潮流法，主要用于快速估算或穩(wěn)定性分析）。四、1.負(fù)載阻抗|Z|=√(R^2+X^2)=√(0^2+10^2)=10Ω負(fù)載功率因數(shù)角φ=arccos(cosφ)=arccos(0.8)≈36.87°負(fù)載阻抗Z=|Z|∠φ=10∠36.87°Ω末端電流I2=P/(U2*cosφ)=50kW/(9.5kV*0.8)=50*10^3/(9.5*10^3)/0.8=6.57A末端電壓相量U2=9.5kV=9500V線路電壓降ΔU=I2*Z=6.57A*10∠36.87°Ω=65.7∠36.87°V線路始端電壓相量U1=U2+ΔU=9500V+65.7∠36.87°VU1=9500+65.7∠36.87°VU1=(9500+65.7cos36.87°)+j(65.7sin36.87°)VU1=(9500+65.7*0.8)+j(65.7*0.6)VU1=(9500+52.56)+j(39.42)VU1=9552.56+j39.42V≈9553∠0.24°V始端電壓U1=9553V=9.553kV2.始端電壓已在計(jì)算中得出：U1≈9.553kV3.始端輸入功率P1=U1*I2*cos(φ-θ)≈U1*I2*cos(0°-36.87°)=9553V*6.57A*cos(-36.87°)P1≈9553*6.57*0.8=5011.6W=5.012kW始端輸入無功功率Q1=U1*I2*sin(φ-θ)≈U1*I2*sin(-36.87°)=9553V*6.57A*sin(-36.87°)Q1≈9553*6.57*(-0.6)=-3764.6W=-3.765kVar*注：計(jì)算中忽略了線路電阻，實(shí)際P1應(yīng)略大，Q1應(yīng)略小。*五、短路電流計(jì)算的意義在于確定電力系統(tǒng)中發(fā)生短路故障時(shí)，保護(hù)裝置的動(dòng)作整定值，校驗(yàn)電氣設(shè)備（如斷路器、隔離開關(guān)）的動(dòng)熱穩(wěn)定度，以及設(shè)計(jì)或選擇短路電流限制措施（如限流電抗器）。短路電流的大小直接影響系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。在三相短路情況下，電源的阻抗相對(duì)于短路點(diǎn)的阻抗通常很小，可以近似為無限大容量電源系統(tǒng)。短路電流的大小主要取決于電源內(nèi)阻抗和短路點(diǎn)到電源之間的總阻抗。離電源越近，短路點(diǎn)到電源之間的阻抗越小，分壓越小，因此流過短路點(diǎn)的短路電流越大。計(jì)算不對(duì)稱短路（如單相接地短路）短路電流的基本步驟：1.確定系統(tǒng)的正序、負(fù)序、零序網(wǎng)絡(luò)。正序網(wǎng)絡(luò)與對(duì)稱短路計(jì)算相同。負(fù)序網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與正序相同，但發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的負(fù)序阻抗通常等于其正序阻抗。零序網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特殊，主要考慮地網(wǎng)、架空地線、電纜屏蔽層等，線路的零序阻抗遠(yuǎn)大于正序阻抗。2.根據(jù)短路類型和位置，確定故障點(diǎn)的邊界條件，建立故障方程。3.利用序網(wǎng)合成法（或其它方法），求解故障電流的各序分量。4.根據(jù)對(duì)稱分量理論，合成各相的短路電流。六、電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)在受到小的擾動(dòng)（如負(fù)荷的微小變化、運(yùn)行方式的微小擾動(dòng)）后，各同步發(fā)電機(jī)能否保持同步運(yùn)行，并最終恢復(fù)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)或進(jìn)入一個(gè)新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力。它是衡量電力系統(tǒng)安全運(yùn)行水平的重要技術(shù)指標(biāo)。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性與其安全運(yùn)行密切相關(guān)。如果系統(tǒng)不穩(wěn)定，在微小擾動(dòng)下可能發(fā)生發(fā)電機(jī)失去同步，導(dǎo)致系統(tǒng)頻率和電壓劇烈波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)可能引發(fā)大面積停電事故，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。因此，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性是確保電力系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行的前提。影響電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的主要因素包括：電源的慣性常數(shù)（H）、同步發(fā)電機(jī)的直軸同步電抗（Xd）、系統(tǒng)總阻抗（特別是短路阻抗）、輸電線路的長度和類型、負(fù)荷的性質(zhì)和變化率等。其中，電源慣性和同步電抗是主要內(nèi)因，系統(tǒng)阻抗和負(fù)荷特性是重要外因。七、發(fā)電機(jī)功角特性方程描述了同步發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率P與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角δ（功角，即發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)相量與系統(tǒng)電壓相量之間的夾角）之間的關(guān)系，即P=Pmax*sinδ。其物理意義是：發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率的大小取決于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極與系統(tǒng)合成磁場(chǎng)之間的相對(duì)位置（即功角δ）。δ越大，磁極與磁場(chǎng)的軸線偏差越大，產(chǎn)生的切向力越大，電磁功率越大，直到δ達(dá)到90°時(shí)，電磁功率達(dá)到最大值Pmax。靜穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)在受到小的擾動(dòng)后，能夠自動(dòng)恢復(fù)到原始穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)或附近另一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的性質(zhì)。判斷一個(gè)電力系統(tǒng)是否處于靜穩(wěn)定狀態(tài)，通常通過分析發(fā)電機(jī)的功角特性。若功角特性在0<δ<90°范圍內(nèi)，P隨δ單調(diào)增加（dP/dδ>0），則系統(tǒng)是靜穩(wěn)定的；否則，系統(tǒng)是靜不穩(wěn)定的。等功角曲線圖上，穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)對(duì)應(yīng)的δ角較小，且功角曲線較陡。八、電力系統(tǒng)中常用的調(diào)壓措施主要有：1.改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流：調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁可以改變其端電壓，是快速調(diào)節(jié)電壓的有效手段。2.改變無功功率補(bǔ)償設(shè)備的投切：投切并聯(lián)電容器、電抗器或靜止無功補(bǔ)償器（SVC）、同步調(diào)相機(jī)等，可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的無功功率水平，從而穩(wěn)定電壓。3.調(diào)整變壓器分接頭：通過改變連接變壓器高壓側(cè)或低壓側(cè)的分接頭位置，可以改變變壓器的變比，從而調(diào)整其輸出電壓。4.改變有功功率潮流：通過調(diào)整發(fā)電機(jī)出力或使用靈活交流輸電系統(tǒng)（FACTS）設(shè)備，改變線路功率流動(dòng)，減少線路電壓損耗，從而調(diào)節(jié)受端電壓。利用并聯(lián)電容器進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)的原理：電容器提供無功功率（Qc=U^2/Xc）。在負(fù)荷端并聯(lián)電容器，可以向負(fù)荷提供部分或全部所需的無功功率，減少系統(tǒng)向負(fù)荷輸送的無功功率。由于線路上的無功功率損耗與線路電壓的平方成正比（P_loss=(P^2+Q^2)*X/U^2），減少無功功率傳輸可以顯著降低線路電壓損耗，從而提高負(fù)荷端的電壓水平。同時(shí)，電容器也改善了系統(tǒng)的功率因數(shù)。九、電力系統(tǒng)的備用容量是指系統(tǒng)中除滿足當(dāng)前負(fù)荷需求之外，額外配置的發(fā)電容量。其作用在于：1.彌補(bǔ)負(fù)荷的隨機(jī)波動(dòng)：滿足負(fù)荷在一天中不同時(shí)段、不同季節(jié)的波動(dòng)需求。2.適應(yīng)負(fù)荷的增長：為未來負(fù)荷的預(yù)期增長預(yù)留容量。3.應(yīng)對(duì)發(fā)電設(shè)備的計(jì)劃性停運(yùn)：當(dāng)部分發(fā)電機(jī)需要檢修或因故停運(yùn)時(shí)，備用容量可以頂上，保證對(duì)用戶的持續(xù)供電。4.應(yīng)對(duì)突發(fā)事件：如設(shè)備故障、自然災(zāi)害等導(dǎo)致的發(fā)電能力損失。按承擔(dān)任務(wù)的不同，備用容量可分為：負(fù)荷備用、事故備用、國民經(jīng)濟(jì)備用（或稱應(yīng)急備用）。1.負(fù)荷備用：用于承擔(dān)負(fù)荷的日負(fù)荷曲線變化和短期隨機(jī)波動(dòng)，通常為總負(fù)荷的2%-5%。2.