2025年電力系統(tǒng)分析與供電可靠性試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.電力系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地時，通常采用（）補(bǔ)償方式以限制單相接地故障電流。A.欠補(bǔ)償B.全補(bǔ)償C.過補(bǔ)償D.零補(bǔ)償2.潮流計(jì)算中，PQ節(jié)點(diǎn)的待求量是（）。A.有功功率和無功功率B.電壓幅值和相位角C.有功功率和電壓相位角D.無功功率和電壓幅值3.供電可靠性指標(biāo)中，SAIFI（系統(tǒng)平均停電頻率指數(shù)）的定義是（）。A.總停電時間/總用戶數(shù)B.總停電次數(shù)/總用戶數(shù)C.（用戶停電次數(shù)×用戶數(shù)）之和/總用戶數(shù)D.（用戶停電時間×用戶數(shù)）之和/總用戶數(shù)4.三相短路電流計(jì)算中，若系統(tǒng)電抗標(biāo)幺值為X，基準(zhǔn)容量為Sj，基準(zhǔn)電壓為Uj，則三相短路電流周期分量有效值為（）。A.Sj/(√3UjX)B.√3Uj/(SjX)C.Uj/(√3SjX)D.SjX/(√3Uj)5.提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的根本措施是（）。A.快速切除故障B.采用自動調(diào)節(jié)勵磁裝置C.減少系統(tǒng)電抗D.增加發(fā)電機(jī)有功輸出6.配電網(wǎng)可靠性評估中，“N-1”準(zhǔn)則指的是（）。A.任意一條線路故障斷開后，系統(tǒng)仍能保持穩(wěn)定運(yùn)行B.任意一臺變壓器故障退出后，剩余容量需滿足全部負(fù)荷需求C.任意一條線路故障斷開后，未故障線路不過載且用戶不停電D.任意一臺發(fā)電機(jī)故障退出后，系統(tǒng)頻率保持在允許范圍內(nèi)7.潮流計(jì)算中，PV節(jié)點(diǎn)的無功功率Q需要滿足（）。A.Q≤Qmax且Q≥QminB.Q=Qmax或Q=QminC.Q無約束D.Q由系統(tǒng)潮流自動確定8.瞬時性故障與永久性故障的主要區(qū)別在于（）。A.故障持續(xù)時間B.故障點(diǎn)電弧能否自行熄滅C.故障類型（單相/多相）D.對系統(tǒng)電壓的影響程度9.計(jì)算供電可靠率（ASAI）時，公式中的“用戶有效供電時間”等于（）。A.統(tǒng)計(jì)時間×總用戶數(shù)-總停電時間×用戶數(shù)B.統(tǒng)計(jì)時間×總用戶數(shù)-總停電次數(shù)×用戶數(shù)C.統(tǒng)計(jì)時間-平均停電時間D.統(tǒng)計(jì)時間×（1-平均停電頻率）10.電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析的核心是（）。A.檢查靜態(tài)功角特性曲線B.計(jì)算故障后發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相對運(yùn)動C.評估電壓波動范圍D.分析頻率偏移程度二、判斷題（每題1分，共10分。正確打“√”，錯誤打“×”）1.電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中，平衡節(jié)點(diǎn)的有功功率和電壓幅值是給定的。（）2.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，非故障相電壓升高至線電壓，允許繼續(xù)運(yùn)行1-2小時。（）3.供電可靠性指標(biāo)中，CAIDI（用戶平均停電持續(xù)時間）等于總停電時間除以總停電次數(shù)。（）4.短路電流計(jì)算時，異步電動機(jī)的反饋電流僅在故障初瞬間存在，可忽略不計(jì)。（）5.提高輸電線路的電壓等級可以減少線路電抗，從而提高系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性。（）6.配電網(wǎng)重構(gòu)的主要目的是通過改變開關(guān)狀態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低網(wǎng)損并提高供電可靠性。（）7.電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時，短路點(diǎn)的零序電流為零。（）8.自動重合閘裝置僅能提高瞬時性故障的供電可靠性，對永久性故障無作用。（）9.靜態(tài)穩(wěn)定性是指系統(tǒng)受到小干擾后恢復(fù)原運(yùn)行狀態(tài)的能力，暫態(tài)穩(wěn)定性是指受到大干擾后的恢復(fù)能力。（）10.計(jì)算系統(tǒng)平均停電頻率（SAIFI）時，用戶數(shù)按故障影響的用戶數(shù)量加權(quán)，而非總用戶數(shù)。（）三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述供電可靠性的主要指標(biāo)及其物理意義（至少列出4個）。2.分析配電網(wǎng)中分布式電源（DG）接入對供電可靠性的影響（從正反兩方面說明）。3.說明電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中PQ分解法的基本原理及其相比牛頓-拉夫遜法的優(yōu)勢。4.列舉提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的5種具體措施，并簡述其作用機(jī)理。5.解釋短路電流計(jì)算中標(biāo)幺值法的基本步驟，并說明其優(yōu)勢。四、計(jì)算題（共30分）1.（8分）某10kV單電源輻射型配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如下：電源點(diǎn)A母線電壓為10.5kV（線電壓），饋線L1長度3km（單位電抗0.35Ω/km，電阻0.2Ω/km），末端接負(fù)荷P=2MW，Q=1Mvar。假設(shè)負(fù)荷功率因數(shù)滯后，忽略線路電容，計(jì)算饋線末端B點(diǎn)的線電壓和有功功率損耗。2.（8分）某35kV系統(tǒng)接線如圖所示（簡化為：發(fā)電機(jī)G通過變壓器T1（容量20MVA，變比35/10.5kV，短路電抗10%）接至母線M，母線M經(jīng)線路L（電抗0.4Ω/km，長度20km）接至母線N，母線N接變壓器T2（容量10MVA，變比35/10kV，短路電抗10%）和負(fù)荷S=8+j6MVA。系統(tǒng)基準(zhǔn)容量Sj=100MVA，基準(zhǔn)電壓Uj=35kV（高壓側(cè)）。計(jì)算母線N發(fā)生三相短路時的短路電流周期分量有效值（標(biāo)幺值和有名值）。3.（7分）某區(qū)域配電網(wǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如下：總用戶數(shù)10000戶，其中8000戶因線路故障停電2次（每次2小時），2000戶因變壓器故障停電1次（3小時）。計(jì)算該系統(tǒng)的SAIFI（系統(tǒng)平均停電頻率指數(shù)）、CAIDI（用戶平均停電持續(xù)時間）和ASAI（供電可靠率，統(tǒng)計(jì)時間按8760小時計(jì)算）。4.（7分）某單機(jī)無窮大系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)額定功率為100MW，電抗Xd=1.0（標(biāo)幺值，基準(zhǔn)功率100MW），無窮大母線電壓為1.0（標(biāo)幺值）。正常運(yùn)行時發(fā)電機(jī)輸出有功P0=0.8（標(biāo)幺值），功角δ0=30°。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生三相短路故障（故障時發(fā)電機(jī)輸出功率降至0），經(jīng)0.1秒切除故障后，發(fā)電機(jī)電抗變?yōu)閄d'=0.3（考慮自動勵磁作用）。假設(shè)機(jī)械功率保持不變，用等面積定則判斷系統(tǒng)是否暫態(tài)穩(wěn)定（需計(jì)算加速面積和減速面積）。答案及解析一、單項(xiàng)選擇題1.C解析：過補(bǔ)償可避免欠補(bǔ)償時可能出現(xiàn)的諧振過電壓，是中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的常用方式。2.B解析：PQ節(jié)點(diǎn)給定P、Q，待求U幅值和相位角；PV節(jié)點(diǎn)給定P、U幅值，待求Q和相位角；平衡節(jié)點(diǎn)給定U幅值和相位角，待求P、Q。3.C解析：SAIFI=（Σ用戶停電次數(shù)×用戶數(shù)）/總用戶數(shù)，單位次/戶。4.A解析：三相短路電流周期分量有效值I''=Sj/(√3UjX)，其中X為短路點(diǎn)總電抗標(biāo)幺值。5.C解析：減少系統(tǒng)電抗（如采用分裂導(dǎo)線、串聯(lián)電容補(bǔ)償）可增大功率極限Pmax=EU/X，直接提高靜態(tài)穩(wěn)定性。6.C解析：“N-1”準(zhǔn)則要求任意單一元件故障后，系統(tǒng)不出現(xiàn)用戶停電且設(shè)備不過載。7.A解析：PV節(jié)點(diǎn)的無功功率需在發(fā)電機(jī)允許的Qmin和Qmax范圍內(nèi)，超出則轉(zhuǎn)為PQ節(jié)點(diǎn)。8.B解析：瞬時性故障（如雷擊）電弧可自行熄滅，重合閘成功；永久性故障（如斷線）電弧持續(xù)，重合閘失敗。9.A解析：用戶有效供電時間=統(tǒng)計(jì)時間×總用戶數(shù)-Σ（用戶停電時間×用戶數(shù)），ASAI=有效供電時間/（統(tǒng)計(jì)時間×總用戶數(shù)）。10.B解析：暫態(tài)穩(wěn)定性分析的核心是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在大干擾下的相對運(yùn)動（功角δ隨時間的變化）。二、判斷題1.×解析：平衡節(jié)點(diǎn)給定電壓幅值和相位角，待求有功和無功功率。2.√解析：中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地時，非故障相電壓升至線電壓（√3倍相電壓），允許短時運(yùn)行。3.√解析：CAIDI=總停電時間/總停電次數(shù)，單位小時/次。4.√解析：異步電動機(jī)反饋電流衰減快（約0.1秒內(nèi)），短路電流計(jì)算中通常忽略。5.√解析：提高電壓等級可降低線路電抗標(biāo)幺值（X=X×Sj/Uj2），從而提高功率極限。6.√解析：配電網(wǎng)重構(gòu)通過調(diào)整聯(lián)絡(luò)開關(guān)和分段開關(guān)狀態(tài)，優(yōu)化潮流分布，降低網(wǎng)損并減少故障影響范圍。7.√解析：三相短路為對稱故障，零序網(wǎng)絡(luò)無電流（零序電流僅存在于不對稱故障）。8.×解析：重合閘對瞬時性故障可恢復(fù)供電（提高可靠性），對永久性故障雖重合失敗，但可快速隔離故障（減少停電范圍）。9.√解析：靜態(tài)穩(wěn)定性針對小干擾（如負(fù)荷波動），暫態(tài)穩(wěn)定性針對大干擾（如短路故障）。10.×解析：SAIFI計(jì)算時，用戶數(shù)按總用戶數(shù)分母，分子為各次故障影響的用戶數(shù)之和。三、簡答題1.主要指標(biāo)及意義：（1）供電可靠率（ASAI）：用戶有效供電時間與總統(tǒng)計(jì)時間的比值，反映整體供電連續(xù)性；（2）系統(tǒng)平均停電頻率（SAIFI）：用戶年均停電次數(shù)，反映故障發(fā)生的頻繁程度；（3）系統(tǒng)平均停電持續(xù)時間（SAIDI）：用戶年均停電時間，反映故障對用戶的總體影響；（4）用戶平均停電持續(xù)時間（CAIDI）：每次停電的平均持續(xù)時間，反映故障修復(fù)效率；（5）平均供電可用率（ASUI）：與ASAI類似，側(cè)重設(shè)備可用時間與總時間的比值。2.DG接入的影響：正面：①DG可作為備用電源，故障時孤島運(yùn)行維持部分負(fù)荷供電（如光伏+儲能）；②分散電源減少長距離輸電依賴，降低主網(wǎng)故障影響；③優(yōu)化潮流分布，減少線路過載風(fēng)險。負(fù)面：①DG出力間歇性（如風(fēng)電、光伏）可能導(dǎo)致電壓波動，增加保護(hù)配合難度；②孤島運(yùn)行時若與主網(wǎng)解列，需快速切換控制模式，否則可能引發(fā)失穩(wěn)；③多DG接入可能導(dǎo)致短路電流增大，超過原有設(shè)備開斷容量。3.PQ分解法原理及優(yōu)勢：原理：基于高壓電網(wǎng)R<<X的特點(diǎn)，將潮流方程分解為有功-相位角（ΔP-Δδ）和無功-電壓幅值（ΔQ-ΔU）兩個獨(dú)立的線性方程組，迭代求解。優(yōu)勢：①迭代次數(shù)少（每次迭代僅需兩次前代、兩次回代）；②計(jì)算速度快（系數(shù)矩陣為常數(shù)，無需每次迭代重新形成）；③收斂性好（適用于高壓電網(wǎng)）；④內(nèi)存占用低（系數(shù)矩陣稀疏且對稱）。4.提高暫態(tài)穩(wěn)定性的措施：（1）快速切除故障：減少發(fā)電機(jī)加速時間（縮短加速面積）；（2）自動重合閘：恢復(fù)故障線路，增大減速面積；（3）強(qiáng)行勵磁：提高發(fā)電機(jī)電動勢E，增大故障后及故障切除后的電磁功率；（4）電氣制動：故障時投入制動電阻消耗發(fā)電機(jī)有功，減少加速能量；（5）變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地：增大零序電流，快速啟動保護(hù)切除故障；（6）發(fā)電機(jī)快關(guān)氣門：故障時快速減少機(jī)械功率輸入，降低加速速度。5.標(biāo)幺值法步驟及優(yōu)勢：步驟：①選擇基準(zhǔn)容量Sj和基準(zhǔn)電壓Uj（通常取額定電壓）；②計(jì)算各元件電抗、電阻的標(biāo)幺值（X=X×Sj/Uj2，R=R×Sj/Uj2）；③繪制標(biāo)幺值等效網(wǎng)絡(luò)，化簡求短路點(diǎn)總電抗XΣ；④計(jì)算短路電流標(biāo)幺值I=1/XΣ，有名值I=I×Ij（Ij=Sj/(√3Uj)）。優(yōu)勢：①消除電壓等級差異，簡化多電壓等級系統(tǒng)計(jì)算；②標(biāo)幺值無量綱，計(jì)算過程統(tǒng)一；③便于比較不同容量設(shè)備的參數(shù)大小。四、計(jì)算題1.解：線路參數(shù)：R=0.2×3=0.6Ω，X=0.35×3=1.05Ω；負(fù)荷功率：S=P+jQ=2+j1MVA，線電壓U1=10.5kV（首端），相電壓U1φ=10.5/√3≈6.062kV；負(fù)荷電流I=S/(√3U1)=(22+12)^0.5/(√3×10.5)≈2.236/(18.187)≈0.123kA；電壓降落ΔUφ=(PR+QX)/U1φ=(2×0.6+1×1.05)/(6.062)=(1.2+1.05)/6.062≈0.371kV；末端相電壓U2φ=U1φ-ΔUφ≈6.062-0.371≈5.691kV；末端線電壓U2=√3×5.691≈9.85kV；有功損耗ΔP=3I2R=3×(0.123)^2×0.6≈3×0.0151×0.6≈0.0272MW=27.2kW。2.解：基準(zhǔn)值：Sj=100MVA，Uj=35kV（高壓側(cè)），Ij=Sj/(√3Uj)=100/(√3×35)≈1.65kA；變壓器T1電抗標(biāo)幺值X1=(Uk%/100)×(Sj/ST1)=0.1×(100/20)=0.5；線路L電抗X=0.4×20=8Ω，標(biāo)幺值X2=X×Sj/Uj2=8×100/(352)≈8×100/1225≈0.653；變壓器T2電抗標(biāo)幺值X3=0.1×(100/10)=1.0；總電抗XΣ=X1+X2+X3=0.5+0.653+1.0=2.153；短路電流標(biāo)幺值I=1/XΣ≈0.464；有名值I=I×Ij≈0.464×1.65≈0.766kA。3.解：總停電次數(shù)=8000×2+2000×1=18000次；總停電時間=8000×2×2+2000×1×3=32000+6000=38000小時；SAIFI=總停電次數(shù)/總用戶數(shù)=18000/10000=1.8次/戶；CAIDI=總停電時間/總停電次數(shù)=38000/18000≈2.11小時/次；有效供電時間=8760×10000-38000=87600000-38000=87562000小時；ASAI=有效供電時間/(8760×10000)=87562000/87600000≈0.999566（即99.9566%）。4.解：正常運(yùn)行時，電磁功率Pe0=P0=0.8，功角δ0=30°；故障時Pe1=0，機(jī)械功率Pm=Pe0=0.8，加速功率Pa=Pm-Pe1=0.8；加速面積A1=∫(δ0到δc)Padδ=0.8×(δc-δ0)（δc為故障切除時的功角）；故障切除時間t=0.1秒，轉(zhuǎn)子角加速度α=(Pa×ω0)/H（H為慣性時間常數(shù)，假設(shè)H=5s，ω0=314rad/s），