2025年電力系統(tǒng)分析習(xí)題庫(kù)及參考答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.電力系統(tǒng)標(biāo)幺值計(jì)算中，若選取基準(zhǔn)容量為100MVA，基準(zhǔn)電壓為110kV，則基準(zhǔn)電流為（）。A.0.525kAB.1.05kAC.1.575kAD.2.1kA答案：A（計(jì)算式：I_B=S_B/(√3U_B)=100/(√3×110)≈0.525kA）2.變壓器的短路損耗主要由（）產(chǎn)生。A.鐵芯渦流損耗B.繞組電阻損耗C.漏磁通引起的附加損耗D.勵(lì)磁電流損耗答案：B（短路損耗近似等于額定電流下繞組的電阻損耗）3.潮流計(jì)算中，PQ節(jié)點(diǎn)的給定變量是（）。A.有功功率P和無(wú)功功率QB.有功功率P和電壓幅值UC.電壓幅值U和相角δD.無(wú)功功率Q和電壓相角δ答案：A（PQ節(jié)點(diǎn)通常為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，給定P、Q，待求U、δ）4.三相短路時(shí)，短路電流的非周期分量衰減取決于（）。A.發(fā)電機(jī)電抗B.系統(tǒng)電阻與電感的比值C.變壓器變比D.線路長(zhǎng)度答案：B（非周期分量衰減時(shí)間常數(shù)T_a=X/ωR，由R、L決定）5.靜態(tài)穩(wěn)定儲(chǔ)備系數(shù)K_p的定義為（）。A.(P_max-P_0)/P_0×100%B.(P_0-P_max)/P_max×100%C.(P_max+P_0)/P_0×100%D.(P_0-P_max)/P_0×100%答案：A（靜態(tài)穩(wěn)定儲(chǔ)備系數(shù)反映系統(tǒng)接近穩(wěn)定極限的程度）6.下列設(shè)備中，屬于無(wú)功電源的是（）。A.同步發(fā)電機(jī)B.輸電線路電抗C.變壓器漏抗D.異步電動(dòng)機(jī)答案：A（同步發(fā)電機(jī)可調(diào)節(jié)勵(lì)磁提供或吸收無(wú)功）7.派克變換的作用是（）。A.將三相變量轉(zhuǎn)換為dq0坐標(biāo)，簡(jiǎn)化交流電機(jī)方程B.計(jì)算電力系統(tǒng)潮流分布C.分析短路電流的周期分量D.評(píng)估電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性答案：A（派克變換通過(guò)坐標(biāo)變換將時(shí)變電感矩陣轉(zhuǎn)換為常數(shù)矩陣）8.新能源高滲透率下，電力系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是（）。A.轉(zhuǎn)動(dòng)慣量降低B.短路容量增大C.潮流分布固定D.電壓波動(dòng)減小答案：A（新能源機(jī)組多通過(guò)逆變器并網(wǎng)，缺乏傳統(tǒng)同步機(jī)的慣性響應(yīng)）9.電力系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地方式下，發(fā)生單相接地故障時(shí)，非故障相電壓（）。A.升高為線電壓B.降低為相電壓C.保持不變D.升高為√2倍相電壓答案：A（中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地時(shí)，非故障相電壓升至線電壓）10.電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的目標(biāo)是（）。A.最小化發(fā)電成本B.最大化系統(tǒng)穩(wěn)定性C.最小化網(wǎng)絡(luò)損耗D.最大化可再生能源占比答案：A（經(jīng)濟(jì)調(diào)度在滿足約束下優(yōu)化發(fā)電成本，兼顧網(wǎng)損時(shí)需綜合考慮）二、簡(jiǎn)答題（每題5分，共40分）1.簡(jiǎn)述電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的主要步驟。答：潮流計(jì)算主要步驟包括：①建立電力網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型（節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣）；②確定節(jié)點(diǎn)類型（PQ、PV、平衡節(jié)點(diǎn)）；③選擇計(jì)算方法（如牛頓-拉夫遜法、PQ分解法）；④迭代求解節(jié)點(diǎn)電壓幅值和相角；⑤根據(jù)電壓計(jì)算各支路功率分布及網(wǎng)損；⑥驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果是否滿足精度要求。2.說(shuō)明變壓器π型等值電路中勵(lì)磁支路的處理方式及其原因。答：變壓器勵(lì)磁支路通常用并聯(lián)導(dǎo)納（Gm-jBm）表示，其中Gm對(duì)應(yīng)鐵芯損耗，Bm對(duì)應(yīng)勵(lì)磁電抗。實(shí)際計(jì)算中，由于變壓器空載電流較?。s為額定電流的1%-3%），為簡(jiǎn)化計(jì)算，常將勵(lì)磁支路省略或僅在計(jì)算精度要求較高時(shí)保留。對(duì)于多電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)，需將勵(lì)磁支路參數(shù)歸算至同一電壓等級(jí)。3.比較三相短路與單相接地短路的特點(diǎn)。答：三相短路為對(duì)稱短路，三相電流、電壓對(duì)稱，短路電流最大；單相接地短路為不對(duì)稱短路，僅一相接地，非故障相電壓升高，短路電流大小與系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式相關(guān)（中性點(diǎn)直接接地時(shí)短路電流大，不接地時(shí)電流小但非故障相電壓升高）。4.靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定的區(qū)別是什么？答：靜態(tài)穩(wěn)定指系統(tǒng)在小干擾（如負(fù)荷輕微波動(dòng)）下保持同步運(yùn)行的能力，分析方法為小擾動(dòng)線性化；暫態(tài)穩(wěn)定指系統(tǒng)在大干擾（如短路故障、切機(jī)）下經(jīng)過(guò)暫態(tài)過(guò)程后恢復(fù)同步的能力，需通過(guò)非線性微分方程求解動(dòng)態(tài)過(guò)程。5.新能源接入對(duì)電力系統(tǒng)無(wú)功平衡的影響有哪些？答：①新能源機(jī)組（如光伏、風(fēng)電）多通過(guò)逆變器并網(wǎng)，自身無(wú)功調(diào)節(jié)能力有限，需依賴逆變器或額外無(wú)功補(bǔ)償裝置；②高比例新能源可能導(dǎo)致局部無(wú)功不足，引起電壓波動(dòng)；③新能源出力的間歇性導(dǎo)致無(wú)功需求動(dòng)態(tài)變化，增加無(wú)功調(diào)度難度；④傳統(tǒng)同步機(jī)退出可能減少系統(tǒng)固有無(wú)功支撐能力。6.簡(jiǎn)述電力系統(tǒng)頻率調(diào)整的分層控制策略。答：頻率調(diào)整分為三層：①一次調(diào)頻（由發(fā)電機(jī)調(diào)速器自動(dòng)響應(yīng)，針對(duì)秒級(jí)擾動(dòng)，調(diào)整速度快但調(diào)整量有限）；②二次調(diào)頻（由AGC系統(tǒng)控制，針對(duì)分鐘級(jí)擾動(dòng)，恢復(fù)頻率至額定值并實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)調(diào)度）；③三次調(diào)頻（根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)和機(jī)組特性，預(yù)先安排發(fā)電計(jì)劃，優(yōu)化長(zhǎng)期功率平衡）。7.什么是電力系統(tǒng)的“N-1”準(zhǔn)則？其工程意義是什么？答：“N-1”準(zhǔn)則指系統(tǒng)中任意單一元件（如線路、變壓器）故障退出后，剩余系統(tǒng)應(yīng)能保持穩(wěn)定運(yùn)行且不超過(guò)設(shè)備容量限制。工程意義在于確保系統(tǒng)具有基本的冗余性，避免單一故障引發(fā)連鎖跳閘，提高供電可靠性。8.說(shuō)明短路電流計(jì)算中次暫態(tài)電抗X''d的物理意義。答：X''d是發(fā)電機(jī)在短路瞬間（約0-0.01s）的電抗，對(duì)應(yīng)定子繞組與轉(zhuǎn)子阻尼繞組、勵(lì)磁繞組間的電磁耦合最緊的狀態(tài)，數(shù)值最小。次暫態(tài)電抗用于計(jì)算短路電流的初始值（沖擊電流），是短路電流計(jì)算的關(guān)鍵參數(shù)。三、計(jì)算題（每題10分，共40分）1.某110kV單電源輻射網(wǎng)絡(luò)如圖1所示（注：圖中參數(shù)為：電源S=100MVA，X_S=0.15標(biāo)幺值；線路L1：r1=0.2Ω/km，x1=0.4Ω/km，長(zhǎng)度50km；負(fù)荷P=40MW，cosφ=0.85，U=10kV）。試計(jì)算歸算至110kV側(cè)的負(fù)荷阻抗標(biāo)幺值（基準(zhǔn)S_B=100MVA，U_B=110kV）。解：①負(fù)荷有功P=40MW，無(wú)功Q=P×tanφ=40×tan(arccos0.85)=40×0.6197≈24.79Mvar；②負(fù)荷阻抗Z_L=U_N2/(P2+Q2)^0.5=102/(402+24.792)^0.5=100/(47.01)≈2.127Ω（注：此處U_N為負(fù)荷側(cè)額定電壓10kV）；③歸算至110kV側(cè)的阻抗Z_L'=Z_L×(110/10)2=2.127×121≈257.37Ω；④基準(zhǔn)阻抗Z_B=U_B2/S_B=1102/100=121Ω；⑤標(biāo)幺值Z_L=Z_L'/Z_B=257.37/121≈2.127。2.某簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)接線如圖2所示（注：參數(shù)為：發(fā)電機(jī)G：S_N=300MVA，X''d=0.2；變壓器T：S_N=300MVA，Uk%=10；線路L：x=0.4Ω/km，長(zhǎng)度100km，U_N=220kV；基準(zhǔn)S_B=100MVA，U_B=220kV）。試計(jì)算f點(diǎn)三相短路時(shí)的次暫態(tài)短路電流標(biāo)幺值及有名值。解：①發(fā)電機(jī)電抗標(biāo)幺值X_G=X''d×(S_B/S_N)=0.2×(100/300)=0.0667；②變壓器電抗標(biāo)幺值X_T=Uk%×S_B/(100×S_N)=10×100/(100×300)=0.0333；③線路電抗有名值X_L=0.4×100=40Ω，標(biāo)幺值X_L=X_L×S_B/U_B2=40×100/2202≈0.0826；④總電抗X_total=0.0667+0.0333+0.0826≈0.1826；⑤次暫態(tài)短路電流標(biāo)幺值I''=1/X_total≈5.476；⑥基準(zhǔn)電流I_B=S_B/(√3U_B)=100/(√3×220)≈0.262kA；⑦有名值I''=I''×I_B≈5.476×0.262≈1.435kA。3.兩機(jī)系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)1的功角特性為P1=1.2sinδ，發(fā)電機(jī)2的功角特性為P2=1.5sin(180°-δ)，系統(tǒng)總負(fù)荷P_L=1.8。試求靜態(tài)穩(wěn)定極限及儲(chǔ)備系數(shù)K_p（δ為兩機(jī)功角差）。解：①系統(tǒng)總功率平衡：P1+P2=P_L，即1.2sinδ+1.5sin(180°-δ)=1.8；②因sin(180°-δ)=sinδ，故方程化簡(jiǎn)為(1.2+1.5)sinδ=1.8→2.7sinδ=1.8→sinδ=2/3→δ≈41.81°；③靜態(tài)穩(wěn)定極限為功角特性的最大值，即P1_max=1.2，P2_max=1.5，系統(tǒng)總穩(wěn)定極限P_max=P1_max+P2_max=2.7；④儲(chǔ)備系數(shù)K_p=(P_max-P_L)/P_L×100%=(2.7-1.8)/1.8×100%=50%。4.某10kV母線接有兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的電容器組，單組容量Q_C=1000kvar，電抗率k=5%（抑制5次諧波）。系統(tǒng)背景諧波中5次諧波電壓含有率為3%，試計(jì)算電容器組對(duì)5次諧波的等效電抗，并判斷是否會(huì)發(fā)生諧波放大。解：①電容器基波容抗X_C=U_N2/Q_C=102/1=100Ω（Q_C=1000kvar=1Mvar）；②5次諧波時(shí)，容抗X_C5=X_C/5=100/5=20Ω；③電抗器5次諧波電抗X_L5=k×X_C×5=0.05×100×5=25Ω（注：電抗率k=X_L/X_C基波，故X_L=kX_C，5次諧波時(shí)X_L5=5X_L=5kX_C）；④并聯(lián)等效電抗X_eq5=(X_L5×(-X_C5))/(X_L5-X_C5)=(25×(-20))/(25-20)=-100Ω（負(fù)號(hào)表示容性）；⑤系統(tǒng)5次諧波阻抗Z_s5=U_s5/(I_s5)，假設(shè)系統(tǒng)阻抗呈感性，若X_eq5的容性與系統(tǒng)感性阻抗諧振，則可能放大諧波。本題中X_eq5=-100Ω（容性），若系統(tǒng)5次諧波阻抗為感性且接近100Ω，則發(fā)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波放大。因此需校核系統(tǒng)阻抗，若系統(tǒng)5次諧波電抗X_s5≈100Ω，則會(huì)放大；否則不會(huì)。四、綜合分析題（20分）新能源高滲透率下，電力系統(tǒng)面臨的主要穩(wěn)定問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施。答：新能源高滲透率下，電力系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題主要體現(xiàn)在以下方面：1.頻率穩(wěn)定：新能源機(jī)組（如光伏、風(fēng)電）通過(guò)逆變器并網(wǎng)，缺乏傳統(tǒng)同步機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，系統(tǒng)總慣量下降，頻率波動(dòng)加劇。小擾動(dòng)下頻率變化率（ROCOF）增大，大擾動(dòng)下可能因頻率偏差超出保護(hù)閾值導(dǎo)致大規(guī)模脫網(wǎng)。2.電壓穩(wěn)定：新能源出力的間歇性（如光伏受光照、風(fēng)電受風(fēng)速影響）導(dǎo)致無(wú)功需求動(dòng)態(tài)變化，局部地區(qū)可能出現(xiàn)電壓越限；逆變器的無(wú)功調(diào)節(jié)能力有限，且高比例電力電子設(shè)備可能引發(fā)寬頻振蕩（如次/超同步振蕩）。3.功角穩(wěn)定：傳統(tǒng)同步機(jī)占比降低，系統(tǒng)阻尼特性改變，可能導(dǎo)致弱阻尼振蕩模式，甚至失去同步。應(yīng)對(duì)措施包括：①提升新能源機(jī)組的虛擬慣量控制：通過(guò)逆變器控制策略模擬同步機(jī)的慣性響應(yīng)（如虛擬同步機(jī)技術(shù)VSG），增加系統(tǒng)等效慣量；②配置儲(chǔ)