(2025年)電力系統(tǒng)自動(dòng)化習(xí)題及答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪項(xiàng)不屬于能量管理系統(tǒng)（EMS）的核心功能模塊？A.狀態(tài)估計(jì)B.自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）C.負(fù)荷預(yù)測(cè)D.微機(jī)保護(hù)定值計(jì)算答案：D解析：EMS主要包括數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）、AGC、狀態(tài)估計(jì)、調(diào)度計(jì)劃、負(fù)荷預(yù)測(cè)等模塊；微機(jī)保護(hù)定值計(jì)算屬于繼電保護(hù)子系統(tǒng)功能。2.自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）的主要控制目標(biāo)是維持系統(tǒng)的（）。A.電壓穩(wěn)定B.頻率穩(wěn)定C.功角穩(wěn)定D.諧波水平達(dá)標(biāo)答案：B解析：AGC通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組出力，平衡系統(tǒng)有功功率，確保頻率偏差在允許范圍內(nèi)（通常為±0.1Hz）。3.智能變電站中，合并單元（MU）的主要功能是（）。A.實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換B.將一次設(shè)備的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并同步傳輸C.完成保護(hù)邏輯的計(jì)算與出口D.實(shí)現(xiàn)站控層與間隔層的通信答案：B解析：合并單元是智能變電站過(guò)程層關(guān)鍵設(shè)備，負(fù)責(zé)將電流、電壓互感器的模擬量采樣值（SV）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并按IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)同步傳輸至保護(hù)、測(cè)控裝置。4.配電網(wǎng)自動(dòng)化（DAS）中，故障定位的核心依據(jù)是（）。A.線路潮流分布B.開(kāi)關(guān)動(dòng)作信息與FTU上傳的故障電流方向C.負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)D.變電站母線電壓波動(dòng)答案：B解析：通過(guò)饋線終端（FTU）上傳的故障電流方向（正方向/反方向），結(jié)合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系，可快速定位故障區(qū)段（如“故障電流正方向的最后一個(gè)開(kāi)關(guān)與反方向的第一個(gè)開(kāi)關(guān)之間”）。5.新能源高滲透率下，電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的主要變化是（）。A.系統(tǒng)慣性增大B.一次調(diào)頻能力增強(qiáng)C.頻率變化率（RoCoF）加快D.二次調(diào)頻需求降低答案：C解析：新能源（如風(fēng)電、光伏）通過(guò)電力電子逆變器并網(wǎng)，不直接提供旋轉(zhuǎn)慣性，導(dǎo)致系統(tǒng)總慣性減??；當(dāng)發(fā)生功率缺額時(shí)，頻率下降速率（RoCoF）顯著加快，需依賴虛擬慣性控制或儲(chǔ)能補(bǔ)償。6.同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期并列的條件不包括（）。A.電壓幅值差≤5%額定電壓B.頻率差≤0.2HzC.相位差≤10°D.相序一致答案：無(wú)（注：所有選項(xiàng)均為必要條件）解析：準(zhǔn)同期并列需滿足相序一致、電壓幅值差≤5%、頻率差≤0.2Hz（或更嚴(yán)格）、相位差≤10°（或更?。?，否則會(huì)產(chǎn)生沖擊電流損壞發(fā)電機(jī)。7.下列哪種保護(hù)屬于線路縱聯(lián)保護(hù)？A.三段式電流保護(hù)B.距離保護(hù)C.光纖電流差動(dòng)保護(hù)D.零序過(guò)流保護(hù)答案：C解析：縱聯(lián)保護(hù)利用線路兩端電氣量（如電流、功率方向）的比較判斷故障，光纖電流差動(dòng)保護(hù)通過(guò)光纖通道傳輸兩端電流數(shù)據(jù)，屬于典型縱聯(lián)保護(hù)。8.數(shù)字孿生技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用不包括（）。A.設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)仿真B.調(diào)度策略預(yù)演C.歷史故障數(shù)據(jù)存儲(chǔ)D.極端天氣下的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估答案：C解析：數(shù)字孿生通過(guò)構(gòu)建物理系統(tǒng)的虛擬鏡像，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)同步、仿真預(yù)測(cè)和優(yōu)化決策；歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)屬于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)功能，非數(shù)字孿生核心。9.分布式光伏接入配電網(wǎng)后，對(duì)繼電保護(hù)的主要影響是（）。A.短路電流增大，保護(hù)范圍擴(kuò)大B.故障電流方向可能反轉(zhuǎn)，傳統(tǒng)三段式保護(hù)失效C.系統(tǒng)零序分量消失，零序保護(hù)退出D.線路負(fù)載率降低，過(guò)負(fù)荷保護(hù)誤動(dòng)答案：B解析：分布式電源（DG）接入后，故障時(shí)可能提供反向短路電流（如光伏逆變器在故障時(shí)注入電流），導(dǎo)致傳統(tǒng)單側(cè)電源保護(hù)（如三段式電流保護(hù)）的動(dòng)作邏輯失效（如本應(yīng)動(dòng)作的保護(hù)可能拒動(dòng)，或相鄰線路保護(hù)誤動(dòng)）。10.變電站自動(dòng)化系統(tǒng)（SAS）的分層結(jié)構(gòu)不包括（）。A.站控層B.間隔層C.過(guò)程層D.通信層答案：D解析：SAS采用“三層兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)，即站控層（監(jiān)控主機(jī)、五防系統(tǒng)）、間隔層（保護(hù)、測(cè)控裝置）、過(guò)程層（一次設(shè)備、合并單元、智能終端），通信層為網(wǎng)絡(luò)連接方式，非獨(dú)立層級(jí)。二、判斷題（每題1分，共10分）1.電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化中，狀態(tài)估計(jì)的主要作用是剔除壞數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)可信度。（）答案：√2.自動(dòng)電壓控制（AVC）通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)無(wú)功出力和變壓器分接頭，維持系統(tǒng)電壓水平。（）答案：√3.智能變電站的“直采直跳”模式指保護(hù)裝置直接采集合并單元數(shù)據(jù)、直接跳開(kāi)智能終端，無(wú)需經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)。（）答案：√4.配電網(wǎng)自動(dòng)化中，故障隔離時(shí)間應(yīng)控制在1分鐘以內(nèi)，恢復(fù)供電時(shí)間應(yīng)控制在30分鐘以內(nèi)。（）答案：√（注：根據(jù)《配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)導(dǎo)則》，故障隔離≤1min，恢復(fù)供電≤30min）5.新能源電站的一次調(diào)頻能力可通過(guò)逆變器的虛擬慣性控制（VIC）實(shí)現(xiàn)，模擬同步發(fā)電機(jī)的慣量響應(yīng)。（）答案：√6.縱聯(lián)保護(hù)需要線路兩端保護(hù)裝置通信，因此當(dāng)通信中斷時(shí)，縱聯(lián)保護(hù)應(yīng)退出運(yùn)行。（）答案：√7.電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制裝置（如PSS）的作用是抑制低頻振蕩，提高系統(tǒng)阻尼。（）答案：√8.微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)，需由儲(chǔ)能或同步發(fā)電機(jī)作為主電源，提供電壓和頻率支撐。（）答案：√9.數(shù)字變電站中，GOOSE（面向通用對(duì)象的變電站事件）報(bào)文用于傳輸開(kāi)關(guān)量信號(hào)（如跳閘、合閘命令），需滿足5ms以內(nèi)的傳輸延遲要求。（）答案：√（注：GOOSE報(bào)文通常要求傳輸延遲≤5ms，確保保護(hù)動(dòng)作快速性）10.電力系統(tǒng)備用容量包括熱備用（旋轉(zhuǎn)備用）和冷備用，其中熱備用是指運(yùn)行中發(fā)電機(jī)可快速增加的出力（如30分鐘內(nèi)可調(diào)用）。（）答案：×（注：熱備用通常指10分鐘內(nèi)可調(diào)用的備用容量，冷備用為30分鐘以上）三、計(jì)算題（每題10分，共30分）1.某區(qū)域電網(wǎng)總負(fù)荷為2000MW，系統(tǒng)頻率特性系數(shù)K=1000MW/Hz（K=K_G+K_L，其中發(fā)電機(jī)調(diào)差系數(shù)對(duì)應(yīng)的K_G=800MW/Hz，負(fù)荷頻率響應(yīng)系數(shù)K_L=200MW/Hz）。若突然發(fā)生300MW的功率缺額，求穩(wěn)態(tài)頻率偏差Δf（忽略二次調(diào)頻）。解：根據(jù)頻率靜態(tài)特性方程：ΔP=-K·ΔfΔf=-ΔP/K=-(-300)/1000=0.3Hz（注：功率缺額ΔP為負(fù)，頻率偏差Δf為負(fù)，即頻率下降0.3Hz）答案：穩(wěn)態(tài)頻率偏差為-0.3Hz（頻率下降0.3Hz）。2.某風(fēng)電場(chǎng)配置100MW雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)（DFIG），其低電壓穿越（LVRT）要求為：當(dāng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌至20%額定電壓時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)需在625ms內(nèi)保持并網(wǎng)，并向系統(tǒng)注入至少10%額定無(wú)功電流。若風(fēng)電場(chǎng)額定電壓為35kV，求此時(shí)需注入的無(wú)功功率（忽略電阻，按純電感計(jì)算）。解：額定電流I_N=P_N/(√3U_N)=100×10^6/(√3×35×10^3)≈1650A注入無(wú)功電流I_Q=10%I_N=165A注入無(wú)功功率Q=√3U×I_Q=√3×(0.2×35×10^3)×165≈√3×7000×165≈2013kvar≈2Mvar答案：需注入至少2Mvar無(wú)功功率。3.某智能變電站過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)采用環(huán)形拓?fù)洌粨Q機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)延遲為2μs/跳，網(wǎng)絡(luò)環(huán)路長(zhǎng)度為4個(gè)交換機(jī)（A→B→C→D→A）。若保護(hù)裝置需在故障后10ms內(nèi)動(dòng)作，計(jì)算環(huán)路中數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲笤试S跳數(shù)（假設(shè)每跳包含1000字節(jié)報(bào)文，傳輸速率1000Mbps，信號(hào)傳播速度為2×10^8m/s，線路長(zhǎng)度每跳500m）。解：總延遲=傳播延遲+轉(zhuǎn)發(fā)延遲+排隊(duì)延遲（忽略排隊(duì)延遲）傳播延遲=線路長(zhǎng)度/(傳播速度)=500m/(2×10^8m/s)=2.5μs/跳報(bào)文傳輸時(shí)間=數(shù)據(jù)長(zhǎng)度/(傳輸速率)=1000×8bit/1000Mbps=8μs/跳單跳總延遲=2.5μs+8μs+2μs=12.5μs設(shè)跳數(shù)為n，則總延遲≤10ms=10000μsn≤10000/12.5=800跳（實(shí)際中環(huán)形網(wǎng)絡(luò)最大跳數(shù)受提供樹(shù)協(xié)議限制，通常不超過(guò)7跳，但本題僅計(jì)算理論值）答案：最大允許跳數(shù)為800跳（注：實(shí)際工程中受網(wǎng)絡(luò)協(xié)議限制，跳數(shù)遠(yuǎn)小于此）。四、簡(jiǎn)答題（每題8分，共32分）1.簡(jiǎn)述智能變電站與傳統(tǒng)變電站的主要區(qū)別。答案：（1）設(shè)備數(shù)字化：傳統(tǒng)變電站采用電磁式互感器+電纜傳輸模擬量，智能變電站采用電子式/光學(xué)互感器+合并單元傳輸數(shù)字量（SV報(bào)文）；（2）通信網(wǎng)絡(luò)化：傳統(tǒng)變電站保護(hù)、測(cè)控裝置通過(guò)硬接線連接，智能變電站通過(guò)GOOSE、SV網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息共享；（3）功能集成化：智能變電站實(shí)現(xiàn)保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量、監(jiān)控功能集成（如保護(hù)測(cè)控一體化裝置）；（4）狀態(tài)可視化：通過(guò)智能終端采集設(shè)備狀態(tài)（如斷路器分合閘次數(shù)、SF6壓力），支持狀態(tài)檢修；（5）標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化：遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)不同廠家設(shè)備互操作。2.分析高比例新能源接入對(duì)電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化的挑戰(zhàn)及應(yīng)對(duì)措施。答案：挑戰(zhàn)：（1）出力不確定性：風(fēng)電、光伏受氣象影響，預(yù)測(cè)誤差大，調(diào)度計(jì)劃需頻繁調(diào)整；（2）慣性與調(diào)頻能力下降：逆變器并網(wǎng)不提供旋轉(zhuǎn)慣性，頻率波動(dòng)加??；（3）潮流雙向流動(dòng)：分布式電源接入配電網(wǎng)，傳統(tǒng)單電源輻射狀網(wǎng)絡(luò)變?yōu)槎嚯娫淳W(wǎng)絡(luò)，潮流計(jì)算復(fù)雜度增加；（4）無(wú)功支撐不足：新能源逆變器無(wú)功調(diào)節(jié)能力有限，電壓控制難度增大。應(yīng)對(duì)措施：（1）提升預(yù)測(cè)精度：采用AI+數(shù)值天氣預(yù)報(bào)（NWP）的多時(shí)間尺度預(yù)測(cè)技術(shù)；（2）增強(qiáng)靈活調(diào)節(jié)資源：配置儲(chǔ)能、可調(diào)節(jié)負(fù)荷（如虛擬電廠）參與AGC；（3）優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌和茝V主動(dòng)配電網(wǎng)（ADN），實(shí)現(xiàn)潮流優(yōu)化控制；（4）完善控制策略：開(kāi)發(fā)新能源參與一次調(diào)頻（虛擬慣性）、二次調(diào)頻的控制算法，提升逆變器的無(wú)功電壓支撐能力。3.配電網(wǎng)自動(dòng)化的故障處理流程包括哪些步驟？答案：（1）故障檢測(cè)：通過(guò)FTU、DTU采集開(kāi)關(guān)電流、電壓數(shù)據(jù)，判斷是否發(fā)生故障（如過(guò)流、零序過(guò)流）；（2）故障定位：根據(jù)故障電流方向（正方向/反方向）和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌_定故障區(qū)段（如“故障電流正方向的最后一個(gè)開(kāi)關(guān)與反方向的第一個(gè)開(kāi)關(guān)之間”）；（3）故障隔離：通過(guò)遠(yuǎn)方或就地命令跳開(kāi)故障區(qū)段兩側(cè)的開(kāi)關(guān)，將故障區(qū)段與系統(tǒng)隔離；（4）恢復(fù)供電：通過(guò)合聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，將非故障失電區(qū)段轉(zhuǎn)由相鄰電源供電（負(fù)荷轉(zhuǎn)供）；（5）信息上報(bào)：將故障處理結(jié)果（時(shí)間、位置、隔離開(kāi)關(guān)）上傳至主站，提供故障報(bào)告。4.數(shù)字孿生技術(shù)在電力系統(tǒng)自動(dòng)化中的典型應(yīng)用場(chǎng)景有哪些？答案：（1）設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)：構(gòu)建變壓器、發(fā)電機(jī)等設(shè)備的數(shù)字孿生體，實(shí)時(shí)同步溫度、振動(dòng)等物理量，預(yù)測(cè)故障隱患；（2）調(diào)度策略預(yù)演：在虛擬電網(wǎng)中模擬極端工況（如大負(fù)荷、新能源脫網(wǎng)），驗(yàn)證調(diào)度方案的可行性；（3）事故反演分析：復(fù)現(xiàn)歷史故障場(chǎng)景，分析保護(hù)動(dòng)作行為，優(yōu)化定值設(shè)置；（4）新能源消納評(píng)估：結(jié)合氣象預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，模擬不同滲透率下的功率平衡情況，優(yōu)化新能源并網(wǎng)容量；（5）培訓(xùn)仿真：為運(yùn)行人員提供沉浸式操作環(huán)境（如智能變電站倒閘操作、故障處理），提升應(yīng)急能力。五、案例分析題（8分）某地區(qū)電網(wǎng)接入30%容量的光伏電站（總裝機(jī)500MW），某日正午因云層遮擋導(dǎo)致光伏出力從400MW驟降至100MW（功率缺額300MW），系統(tǒng)頻率從50Hz下降至49.7Hz（Δf=-0.3Hz），AGC動(dòng)作后3分鐘內(nèi)恢復(fù)至50Hz。問(wèn)題：（1）分析頻率下降的主要原因；（2）說(shuō)明AGC的調(diào)節(jié)過(guò)程；（3）提出提升系統(tǒng)頻率響應(yīng)能力的改進(jìn)措施。答案：（1）頻率下降原因：光伏出力驟降導(dǎo)致有功功率缺額（300MW），系統(tǒng)慣性不足（新能源占比高，旋轉(zhuǎn)慣量?。?，一次調(diào)頻（發(fā)電機(jī)調(diào)速器自動(dòng)響應(yīng)）未能完全補(bǔ)償功率缺額，導(dǎo)致頻率下降。（2）AGC調(diào)節(jié)過(guò)程：調(diào)度主站通過(guò)SCADA系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到頻率偏差（Δf=-0.3Hz），根據(jù)各機(jī)組的調(diào)節(jié)速率和可用容量，向具備調(diào)節(jié)能力的火電機(jī)組/儲(chǔ)能下發(fā)增出力指令；機(jī)組接令