1、電力系統(tǒng)自動化課程考試復習內(nèi)容-答案 整理：史躍鵬 2011學年第二學期說明：電氣工程專業(yè)課為：電力電子技術(shù)自動控制技術(shù)電力系統(tǒng)分析，要求平均分大于75分才能獲得學位。1 請簡述電力系統(tǒng)的主要特點和運行的基本要求。參考書：第1章“電力系統(tǒng)特點和基本要求”答：特點：1、 與國民經(jīng)濟、人民日常生活聯(lián)系緊密。2、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大復雜3、 各種暫態(tài)過程非常短促4、 電能不能大量儲存基本要求：1、 保證供電的可靠性2、 保證良好的電能質(zhì)量3、 保證系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。 2 請簡述電力系統(tǒng)自動化的主要研究內(nèi)容。參考書：第1章 “電力系統(tǒng)自動化主要內(nèi)容”答：1、電力系統(tǒng)調(diào)度自動化 2、電廠動力機械自動化 3、變

2、電站自動化 4、電力系統(tǒng)自動裝置3 準同期并列的三要素是什么？ 參考書：第2章 第1節(jié)“二、準同期并列”中的“準同期并列的理想條件”答：1 并列開關(guān)兩側(cè)的電壓相等， 2 并列開關(guān)兩側(cè)電源的頻率相同， 3 并列開關(guān)兩側(cè)電壓的相位角相同。4 并列操作瞬間如果存在相位差，請分析準同期并列操作對系統(tǒng)的影響。參考書：第2章 第1節(jié)“二、準同期并列”中的“同期并列誤差對并列的影響”的“合閘相角差對并列的影響”答：出現(xiàn)因相位不等的電壓差，相位差180度時，電壓差最大，沖擊電流可以達到額定電流的20倍，可能損壞定子繞組端部，相位差在0-180度之間時，沖劑電流既有有功分量，也有無功分量，在發(fā)電機軸上產(chǎn)生沖擊力

3、矩。5 并列操作瞬間如果存在頻率差，請分析準同期并列操作對系統(tǒng)的影響。參考書：第2章 第1節(jié)“二、準同期并列”中的“準同期并列誤差對并列的影響”的“合閘頻率差對并列的影響”答：因為頻率不等產(chǎn)生電壓差，這個電壓差是變化的，變化值在0-2Um之間。這種瞬時值的幅值有規(guī)律地時大時小變化的電壓成為拍振電壓。它產(chǎn)生的拍振電流也時大時小變化，有功分量和轉(zhuǎn)子電流作用產(chǎn)生的力矩也時大時小變化，使發(fā)電機振動。頻率差大時，無法拉入同步。6 并列操作瞬間如果存在電壓幅值差，請分析準同期并列操作對系統(tǒng)的影響。 參考書：第2章 第1節(jié)“二、準同期并列”中的“準同期并列誤差對并列的影響”的“合閘電壓幅值差對并列的影響”答

4、：合閘時產(chǎn)生沖擊電流，為無功性質(zhì)，對發(fā)電機定子繞組產(chǎn)生作用力。7 已知發(fā)電機準同期并列允許壓差為額定電壓的5%，允許頻差為額定頻率的0.2%，當圖1所示Ts分別為9s和11s時，請分析正弦整步電壓波形是否滿足并列操作的壓差和頻差條件。 參考書：第2章 第2節(jié)“一、脈動電壓”答案：當Ts9s時，壓差條件滿足，頻差條件不滿足；當Ts11s時，壓差和頻差條件均滿足。8圖2所示兩種頻差情況的Ut.ad（恒定越前時間脈沖）與U.ad（恒定越前相角脈沖）關(guān)系波形圖，通過比較Ut.ad與U.ad順序檢查頻差大小，請問哪種頻差情況滿足并列操作的要求，為什么？參考書：第2章 第3節(jié)“一、整步電壓；二.恒定越前時

5、間信號形成；三.頻率差檢測”答案：圖(a)所示，u.ad有效電平出現(xiàn)時間先于ut.ad，表示，即實際頻差小于允許頻差；圖(b)所示，ut.ad有效電平出現(xiàn)時間先于u.ad，表示，即實際頻差大于頻差設定值；圖(c)所示，u.ad有效電平出現(xiàn)時間等于ut.ad，表示，即實際頻差等于允許頻差；顯然圖(a)、圖(c)所示情況滿足并列操作要求。9 同步發(fā)電機勵磁自動調(diào)節(jié)的主要作用有哪些？參考書：第3章 第1節(jié)“一、同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務”答：1、 控制電壓2、 合理分配并聯(lián)發(fā)電機間的無功功率3、 提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性4、 改善電力系統(tǒng)的運行條件（1、改善異步電動機的啟動性能2、為發(fā)電機異步運行

6、創(chuàng)造條件3、提高帶時限繼電保護動作的可靠性）5、 水輪發(fā)電機組要求強行減磁10.簡述同步發(fā)電機自并勵勵磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其工作原理和特點？畫出其示意圖。參考書：第3章 第3節(jié)“同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)”中的“三、靜止勵磁系統(tǒng)”答：工作原理：（如下圖）發(fā)電機勵磁功率取自發(fā)電機端，經(jīng)過勵磁變壓器TV降壓，可控硅整流器VS整流后供給發(fā)電機勵磁。發(fā)電機勵磁電流通過自動勵磁調(diào)節(jié)器控制晶閘管的控制角進行控制。 特點：1、結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，造價低，維護量小。 2、沒有勵磁機，縮短了機組主軸的長度，可減少電廠土建造價。 3、直接用可控硅控制轉(zhuǎn)子電壓，可獲得很快的勵磁電壓響應速度，可以近似地認為具有階躍函數(shù)那樣的響應速度

7、。 示意圖：11. 簡述同步發(fā)電機他勵交流勵磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其工作原理和特點？畫出其示意圖。參考書：第3章 第3節(jié)“同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)”中的“二、交流勵磁機勵磁系統(tǒng)”答：工作原理：交流主勵磁機與交流副勵磁機與發(fā)電機同軸轉(zhuǎn)動。交流副勵磁機配有一個自勵恒壓調(diào)節(jié)器維持其端電壓為恒定值。副勵磁機輸出的交流電經(jīng)過可控硅整流變成直流給主勵磁機勵磁。主勵磁機輸出的交流電經(jīng)過不可控硅整流器變成直流，供給發(fā)電機作為勵磁電流。 特點：1、取消了直流勵磁機，不存在換向問題，而交流勵磁機的容量可以做的很大，所以容量不受限制 2、交流主勵和副勵與發(fā)電機同軸，自成體系，勵磁系統(tǒng)不受電網(wǎng)的干擾，可靠性高 3、由于晶閘管的控制角

8、變化很快，勵磁電流可以很快變化，所以為快速勵磁系統(tǒng)。 4、交流勵磁機的時間常數(shù)大，控制環(huán)節(jié)多，增加了勵磁系統(tǒng)的時間常數(shù)。為解決此問題，勵磁機轉(zhuǎn)子采用疊片式結(jié)構(gòu)，也使得輸出的直流波紋減小。 5、有轉(zhuǎn)子滑環(huán)和碳刷。 6、加長了主機軸長度。12同步發(fā)電機自動勵磁調(diào)節(jié)器由哪幾個單元電路構(gòu)成？各單元的主要功能要求是什么？參考書：第3章 第4節(jié)“自動勵磁調(diào)節(jié)器基本原理”中的“二、半導體勵磁調(diào)節(jié)器原理”答:構(gòu)成：1、測量比較單元 2、綜合放大單元 3、移相觸發(fā)單元 對個單元的要求：一、 測量比較單元1、 測量電路應該有足夠高的靈敏度，基準電壓穩(wěn)定，電壓給定電路的調(diào)整范圍必須滿足運行要求2、 測量電路應該具有

9、優(yōu)良的動態(tài)性能3、 測量電路的輸出電壓應該平穩(wěn)，波紋要小二、 綜合放大單元1、 要求能線性無關(guān)地綜合、放大各個輸入信號。2、 有足夠的運算精度和放大系數(shù)，放大系數(shù)可調(diào)整3、 響應速度要快，時間常數(shù)要小4、 工作穩(wěn)定、輸出阻抗低。5、 輸出電壓范圍滿足移相觸發(fā)單元的要求三、 移相觸發(fā)單元1、 晶閘管的觸發(fā)脈沖應該與奸詐管陽極電壓同步。2、 觸發(fā)脈沖移相范圍要符合相應可控整流電路的要求3、 觸發(fā)脈沖應有足夠的功率以保證可控硅元件可靠地導通。4、 觸發(fā)脈沖的上升前沿要陡。5、 觸發(fā)脈沖有足夠的寬度。6、 觸發(fā)脈沖與主電路應相互隔望7、 保證各相可控硅元件的控制角一致。8、 對三相全控橋式整流電路，還

10、要求觸發(fā)脈沖寬度大于60度或者采用雙脈沖觸發(fā)。 13什么叫發(fā)電機“滅磁”，有哪幾種滅磁方法？并做比較。（所學教材沒有相關(guān)知識） 我在估計你們可能采用的教材中沒有找到此部分知識點，如果屆時我拿到你們的教材有這個知識點，就可能會把這道題作為考試題，如果你們的教材中沒有這部分知識點，我就不出此考題。請大家在所拿到的教材中找到相應部分并進行復習。參考教材：王葵、孫瑩電力系統(tǒng)自動化第2章第3節(jié)“勵磁系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)子磁場的建立和滅磁”答：發(fā)電機滅磁是將發(fā)電機勵磁電源切除再通過一定的方式來消除殘余的磁場從而達到消除發(fā)電機電壓的目的，目前我們國家常用的滅磁方法有三種：線性電阻滅磁（目前用得比較多）、非線性滅磁、碳

11、化硅滅磁。14圖3給出了同步發(fā)電機感應電動勢和勵磁電流關(guān)系。(1)請推導發(fā)電機感應電動勢、機端電壓以及無功電流之間的關(guān)系；(2)根據(jù)推導結(jié)論畫出發(fā)電機的IQUG無功調(diào)節(jié)特性；(3) 結(jié)合發(fā)電機無功調(diào)節(jié)特性曲線，請解釋系統(tǒng)無功負荷減小時，發(fā)電機機端電壓的變化過程。若要維持發(fā)電機端電壓不變，則發(fā)電機的勵磁電流應該如何調(diào)節(jié)？為什么？參考答案：由矢量圖可知：感應電動勢和機端電壓的代數(shù)關(guān)系為：由上式可知IQUG無功調(diào)節(jié)特性為：UGIQUG 或： IQ當系統(tǒng)無功負荷減小時，發(fā)電機需要減小無功電流，以使無功負荷與發(fā)電機無功功率達到平衡，由圖可知當無功電流減小，機端電壓升高，由上式可知，如要維持機端電壓，必須

12、減小勵磁電流，即通過減小發(fā)電機的感應電動勢維持機端電壓的不變。參考書：第3章“第1節(jié)“同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務”中的（一）控制電壓”15簡述電力系統(tǒng)的典型調(diào)頻方法及其調(diào)頻方程式。16圖4給出了電力系統(tǒng)的功率頻率關(guān)系及頻率特性，圖中PL和PL1曲線為負荷頻率有功功率特性，PG和PG1曲線為發(fā)電機頻率有功功率特性，a點為初始穩(wěn)定運行點。假設系統(tǒng)內(nèi)所有機組均裝設調(diào)速器，如果系統(tǒng)中負荷有功功率減少PL，請簡述系統(tǒng)的頻率調(diào)整過程。參考書第4章第1節(jié)“(三)電力系統(tǒng)的功率頻率特性”參考答案：頻率變化過程：abc，發(fā)電機輸出功率變化過程：PLPL1PL2，答案中包括一次調(diào)頻和二次調(diào)頻。17分別寫出電

13、力系統(tǒng)運行的等式約束、不等式約束條件，并說明式中各符號含義。答：參考課本P90.18從安全分析與控制的角度可將電力系統(tǒng)運行狀態(tài)劃分為哪幾種？如何劃分？答：五種：1、 正常運行狀態(tài)。電力系統(tǒng)總有功和總無功滿足需求，母線電壓頻率在正常范圍內(nèi)，電源設備和輸變電設備又均在規(guī)定的限額內(nèi)運行。2、 警戒狀態(tài)。電能指標，各個參量雖然在允許的限值之內(nèi)，但是系統(tǒng)的安全系數(shù)已經(jīng)下降。3、 緊急狀態(tài)。在正常運行狀態(tài)或者警戒狀態(tài)的情況下，發(fā)生短路故障或者切除大容量機組等狀況時的狀態(tài)。4、 系統(tǒng)崩潰。緊急狀態(tài)下，如果處理不當，有可能使初始的干擾及其產(chǎn)生的連鎖反應身份嚴重，使系統(tǒng)失去穩(wěn)定的狀態(tài)。5、 恢復狀態(tài)。系統(tǒng)崩潰后

14、，借助繼電保護和自動裝置將故障隔離，使事故停止擴大。19什么是電力系統(tǒng)分層調(diào)度控制？現(xiàn)代電力大系統(tǒng)為什么實行分層調(diào)度控制？答：分層調(diào)度控制：大電力系統(tǒng)分為三級調(diào)度，網(wǎng)調(diào)、省調(diào)、地調(diào)。分層控制將全電力系統(tǒng)的監(jiān)視控制任務分配給屬于不同層次的調(diào)度中心，下一層調(diào)度根據(jù)上一層調(diào)度中心的命令，結(jié)合本層電力系統(tǒng)的實際情況，完成本次的調(diào)度任務，同時向上層調(diào)度傳遞所需信息。原因：1、集中調(diào)度控制有明顯的缺點。 2、分層調(diào)度的優(yōu)點： 2.1便于協(xié)調(diào)調(diào)度控制 2.2便于提高系統(tǒng)運行的可靠性 2.3提高實時響應速度 2.4靈活性增強 2.5提高投資效率20什么是電力系統(tǒng)的能量管理系統(tǒng)EMS，EMS與電網(wǎng)調(diào)度自動化SC

15、ADA系統(tǒng)有什么關(guān)聯(lián)？答：EMS：現(xiàn)代電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)除SCADA基本功能和自動發(fā)點控制和經(jīng)濟調(diào)度之外，又增加了許多高級應用軟件的新功能，如網(wǎng)絡拓撲、電力系統(tǒng)狀態(tài)估計、負荷預報、系統(tǒng)安全分析、調(diào)度員在線潮流等，還開發(fā)了調(diào)度管理信息系統(tǒng)和調(diào)度員仿真培訓系統(tǒng)等，由此形成了新一代電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)能量管理系統(tǒng)EMS。EMS包括了SCADA。21請做出分別用數(shù)字調(diào)幅、數(shù)字調(diào)頻、二元絕對調(diào)相和二元相對調(diào)相四種調(diào)制方法，對數(shù)字信號10100101進行調(diào)制的波形。答：參見課本P115.22簡述電力系統(tǒng)正常運行狀態(tài)（包括警戒狀態(tài)）的安全控制主要內(nèi)容。答：1、 滿足用戶供電需要，包括供電數(shù)量和質(zhì)量。2、 系統(tǒng)

16、安全性，保證連續(xù)的系統(tǒng)功能3、 最小成本4、 環(huán)境保護5、 節(jié)約燃料和其他資源23什么是電力系統(tǒng)靜態(tài)和動態(tài)安全分析，其目的是什么？答：目的：提高系統(tǒng)安全性。24為維持電力系統(tǒng)的無功功率平衡，可以從哪些方面采取措施？答：發(fā)電機發(fā)出的無功功率;系統(tǒng)無功補償設備（調(diào)相機，并聯(lián)電容器，靜止補償器和靜止調(diào)相機）;110kV及以上電壓架空線路及各級電壓電纜的充電功率;從電力網(wǎng)外可能輸人的無功功率。25圖5為電力系統(tǒng)電壓控制原理圖，請推導負荷端電壓UB的表達式，并根據(jù)推導結(jié)論，說明調(diào)節(jié)UB的控制方式有那些，并列舉實現(xiàn)這些控制方式的裝置。答：當略去輸電線路的充電功率、變壓器的勵磁功率以及網(wǎng)絡中的功率損耗，變壓

17、器參數(shù)已歸算到高壓側(cè)，則用戶端電壓表達式為： （）由上述表達式可知：可以采取如下方式控制和調(diào)整用戶端電壓UB。具體包括： 調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流調(diào)節(jié)發(fā)電機機端電壓；通過調(diào)節(jié)變壓器的分接抽頭以改變變比來實現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)；通過并聯(lián)電抗器或靜止無功補償器，以及發(fā)電機的無功率或同步調(diào)相機、同步電動機等調(diào)節(jié)系統(tǒng)的無功功率分布以實現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)；通過調(diào)節(jié)串聯(lián)電容器以改變線路中的電抗參數(shù)，以實現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)。26簡述配電網(wǎng)饋線自動化的主要功能。它有哪兩種實現(xiàn)方式？答:主要功能：1、配電線路負荷監(jiān)測 2、實時調(diào)整、變更配電系統(tǒng)的運行方式3配電線路出現(xiàn)故障時，將故障區(qū)段隔離，減少停電的區(qū)域和持續(xù)時間。 實現(xiàn)方式：1、當?shù)乜刂?/p>

18、方式 2、遠方控制方式 27安全自動裝置在電力系統(tǒng)中起什么作用？從功能上分有哪幾大類？答：作用：延伸繼電保護的功能，在消除事故的第一階段繼電保護動作切除電網(wǎng)故障區(qū)段之后，自動擔負起消除事故的第二階段任務，即消除電網(wǎng)設備切除引起的不良后果，諸如線路或設備過負荷、系統(tǒng)解列、頻率下、電壓下降等。功能上分：1用于緊急狀態(tài)的穩(wěn)定控制 2用于恢復狀態(tài)的安全穩(wěn)定控制 28簡述電力系統(tǒng)自動解列裝置及其作用。答：自動解列裝置是一種反應電力系統(tǒng)穩(wěn)定性被破壞或受到威脅而動作，在預定解列點將系統(tǒng)解列，防止系統(tǒng)崩潰或出現(xiàn)大面積停電，以提高電力系統(tǒng)安全性的自動裝置。作用：當電力系統(tǒng)發(fā)生穩(wěn)定性破壞，如電力系統(tǒng)振蕩的時候，能夠有計劃地將系統(tǒng)迅速而合理地解列為功率盡可能平衡且各自保持同步運行的兩個或幾個部分，可以防止系統(tǒng)長時間不能拉入同步而造成系統(tǒng)瓦解擴大事故，是對電力系統(tǒng)緊急狀態(tài)進行控制的有效措施。29什么叫自動低頻減負荷裝置？其作用是什么？答：自動低頻減負荷裝置：為了提高供電質(zhì)量，保證重要用戶供電的可靠性，當系統(tǒng)出現(xiàn)有功功率缺額引起頻率下降時，根據(jù)頻率下降的程度，自動斷開一部分不重要的用戶，阻止頻率下降，以使頻率迅速恢復到正常值，這種裝置叫自動低頻減負荷