電力系統(tǒng)自動(dòng)化課程思考題

第一章習(xí)題、思考題1、電力系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展經(jīng)過了那幾個(gè)階段？答：1、單一自動(dòng)化階段；2、綜合自動(dòng)化階段。2、電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及其特征是什么？答：1、正常狀態(tài)，電力系統(tǒng)滿足所有等式與不等式約束條件，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備均有一定備用容量，滿足N-1準(zhǔn)則；2、警戒狀態(tài)，電力系統(tǒng)運(yùn)行的所有等式與不等式約束條件均滿足，仍能向用戶提供合格的電能，不滿足N-1準(zhǔn)則，警戒狀態(tài)下的電能質(zhì)量雖仍合格，但與正常狀態(tài)相比與不合格更接近，電力設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)雖然在允許的上、下限值之內(nèi)，但與正常狀態(tài)相比更接近上限值或下限值。3、緊急狀態(tài)，電力系統(tǒng)的某些不等式約束受到破壞，等式約束條件仍能滿足，系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)組仍能正常運(yùn)行，不切除負(fù)荷。4、系統(tǒng)崩潰，一般情況下，解列成的各個(gè)子系統(tǒng)中等式與不等式約束條件均不能成立。5、恢復(fù)狀態(tài)，在崩潰系統(tǒng)大體穩(wěn)定下來，調(diào)度控制應(yīng)重新并列已解列的機(jī)組，增加并列運(yùn)行機(jī)組的出力，恢復(fù)對(duì)用戶的供電，將已解列的系統(tǒng)重新并列。第二章習(xí)題、思考題1、電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化是如何實(shí)現(xiàn)的？答：1、采集電力系統(tǒng)信息并將其傳送到調(diào)度所；2、對(duì)運(yùn)動(dòng)裝置傳來的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理；3、做出調(diào)度決策；4、將調(diào)度決策送至電力系統(tǒng)區(qū)執(zhí)行；5、人機(jī)聯(lián)系。2、電力系統(tǒng)采用什么調(diào)度方式？答：采用分層調(diào)度控制，我國(guó)電力系統(tǒng)分為五個(gè)級(jí)別：國(guó)家級(jí)（尚未形成）、大區(qū)級(jí)、省級(jí)、地區(qū)級(jí)和縣級(jí)。國(guó)家級(jí)主要掌握全國(guó)發(fā)電量及負(fù)荷，協(xié)調(diào)大區(qū)之間的功率傳輸，了解各大區(qū)電力系統(tǒng)的安全狀況；大區(qū)級(jí)主要維持系統(tǒng)頻率，執(zhí)行水、火電聯(lián)合調(diào)度計(jì)劃和調(diào)峰，保證各大區(qū)電力系統(tǒng)的安全狀況；省級(jí)主要保證省屬電力系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，執(zhí)行自動(dòng)發(fā)電控制，實(shí)行安全分析與控制；地區(qū)級(jí)主要對(duì)地區(qū)電力系統(tǒng)實(shí)行監(jiān)控、分配負(fù)荷、實(shí)行電壓和無功功率的優(yōu)化運(yùn)行；縣級(jí)主要是分配負(fù)荷和控制負(fù)荷。第三章習(xí)題、思考題1、頻率偏離額定值對(duì)用戶有何影響？答：1、電力系統(tǒng)的頻率變化會(huì)引起異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化，有些產(chǎn)品對(duì)加工機(jī)械的轉(zhuǎn)速要求很高，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量；2、電力系統(tǒng)頻率波動(dòng)會(huì)影響某些測(cè)量和控制用的電子設(shè)備的準(zhǔn)確性和性能，頻率過低時(shí)有些設(shè)備甚至無法工作；3、電力系統(tǒng)頻率降低時(shí)將使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率降低，導(dǎo)致其所帶動(dòng)的機(jī)械的轉(zhuǎn)速和出力降低，影響電力用戶設(shè)備的正常運(yùn)行。2、頻率降低較大時(shí)可能對(duì)電力系統(tǒng)造成什么危害？答：1、電力系統(tǒng)降低時(shí)，汽輪機(jī)葉片的震動(dòng)會(huì)變大，輕則影響其壽命，重則可能產(chǎn)生裂痕；2、頻率下降到47~48HZ時(shí)，火電廠廠用機(jī)械的出力隨之下降，若不及時(shí)制止，會(huì)引起頻率雪崩，會(huì)造成大面積停電；3、在核電廠中，反應(yīng)堆冷卻介質(zhì)泵對(duì)供電頻率有嚴(yán)格的要求，若頻率降低較大，冷卻介質(zhì)泵即自動(dòng)跳開，使反應(yīng)堆停止運(yùn)行；4、電力系統(tǒng)頻率下降時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)和變壓器的勵(lì)磁電流增加，使異步電動(dòng)機(jī)和變壓器無功損耗增加，引起系統(tǒng)電壓下降；頻率下降還會(huì)引起勵(lì)磁機(jī)出力下降，并使發(fā)電機(jī)電勢(shì)降低，導(dǎo)致全系統(tǒng)電壓降低，可能引起電壓雪崩，造成大面積停電。3、畫出發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)特性（調(diào)差特性）；寫出調(diào)差系數(shù)的兩個(gè)定義式，并證明它們是等價(jià)的。4、發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)失靈區(qū)過大、過?。ɑ蛲耆珱]有）有何影響？答：失靈區(qū)過大，導(dǎo)致誤差功率過大，使機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)品質(zhì)下降；失靈區(qū)過小，或者完全沒有，當(dāng)電力系統(tǒng)頻率發(fā)生微小波動(dòng)時(shí)，調(diào)速器也要?jiǎng)幼?，使調(diào)節(jié)氣閥動(dòng)作過于頻繁，對(duì)機(jī)組本身和電力系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)不利。5、什么叫負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)？其大小和什么因素有關(guān)，用何參數(shù)表示？答:當(dāng)電力系統(tǒng)頻率下降時(shí)，負(fù)荷從系統(tǒng)中吸收的有功功率將下降；系統(tǒng)頻率增加時(shí)，負(fù)荷從系統(tǒng)中吸收的有功功率會(huì)增加，這種現(xiàn)象稱為電力系統(tǒng)負(fù)荷的騙你率調(diào)節(jié)效應(yīng)，簡(jiǎn)稱負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)。其大小用負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)表示，，a1~an分別為頻率的1次方、2次方和n次方成正比的符合功率所占的比例系數(shù)。f為頻率。即負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)與負(fù)荷種類及其所占比例和頻率有關(guān)。6、什么叫做一次調(diào)頻？什么叫做二次調(diào)頻？答：一次調(diào)頻是電力系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組的調(diào)速器在沒有手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)頻裝置參與調(diào)節(jié)的情況下，自動(dòng)調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的輸入功率和負(fù)荷功率變化相平衡來維持電力系統(tǒng)頻率的一種自動(dòng)調(diào)節(jié)。二次調(diào)頻是手動(dòng)或通過自動(dòng)裝置改變調(diào)速器的頻率（或功率）給定值，調(diào)節(jié)進(jìn)入原動(dòng)機(jī)的動(dòng)力元素來維持電力系統(tǒng)頻率的調(diào)節(jié)方法。7、負(fù)荷增量按照其幅度和變化周期通常劃分為哪幾種分量？分別用什么調(diào)頻措施來平衡這些負(fù)荷增量？答：將負(fù)荷分為持續(xù)負(fù)荷，脈動(dòng)負(fù)荷和隨機(jī)負(fù)荷。持續(xù)負(fù)荷分量變化緩慢，變化幅度大，是由工廠的作息制度、人們的生活規(guī)律等造成的，采用三次調(diào)頻措施，即合理分配并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組的有功功率；脈動(dòng)負(fù)荷分量變化周期長(zhǎng)，一般在10s到3min，變化幅度比較大，采用二次調(diào)頻來平衡；隨機(jī)負(fù)荷分量變化周期短，一般在10s以下，變化幅值很小，采用一次調(diào)頻來平衡。8、寫出積差調(diào)頻法的調(diào)頻方程式，說明其主要特點(diǎn)。答：設(shè)系統(tǒng)計(jì)劃外負(fù)荷為,則得可得每臺(tái)調(diào)頻機(jī)組承擔(dān)的計(jì)劃外負(fù)荷為：調(diào)節(jié)過程結(jié)束后，各調(diào)頻機(jī)組按一定比例分擔(dān)了系統(tǒng)外負(fù)荷，使系統(tǒng)有功功率重新平衡，實(shí)現(xiàn)了無差調(diào)節(jié)；這種方法的缺點(diǎn)是頻率的積差信號(hào)滯后于頻率瞬時(shí)值的變化，因此調(diào)節(jié)過程緩慢。9、某系統(tǒng)有兩臺(tái)發(fā)電機(jī)，P1e=100MW,δ1*=0.04,P2e=50MW,δ2*=0.05,當(dāng)f=50Hz時(shí)，P1=80MW,P2=30MW。（１）畫出兩機(jī)組的調(diào)差特性。（２）當(dāng)負(fù)荷功率為１２０ＭＷ時(shí)系統(tǒng)頻率為多少？?jī)蓹C(jī)組出力各多少？（３）當(dāng)負(fù)荷功率分別為１２０ＭＷ和１５０ＭＷ，只靠一號(hào)機(jī)二次調(diào)頻能否使頻率恢復(fù)到５０ＨＺ。為什么？第四章習(xí)題、思考題1、電力系統(tǒng)電壓波動(dòng)的主要原因是什么？為什么要控制電力系統(tǒng)的電壓？通常有哪些調(diào)整電壓的措施？答：電力系統(tǒng)中無功電源發(fā)出的無功功率不等于電力系統(tǒng)負(fù)荷在額定電壓時(shí)所需消耗的無功功率時(shí)，電力系統(tǒng)就會(huì)偏離額定電壓運(yùn)行，造成電壓的波動(dòng)。電壓偏移對(duì)電力用戶的影響：異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與端電壓的平方成正比，電壓過低時(shí)，可使電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)能力下降，使帶重載啟動(dòng)電機(jī)無法啟動(dòng)；電壓過低還會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)電流顯著增加，是繞組溫度上升，加速絕緣老化，甚至使電動(dòng)機(jī)燒毀；電壓下降，會(huì)是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，將影響工業(yè)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量；電爐的有功功率與電壓的平方成正比，煉鋼廠中的電爐會(huì)因電壓降低而增加冶煉時(shí)間，影響產(chǎn)量；電壓過低時(shí)，照明設(shè)備的發(fā)光率和亮度會(huì)大幅度下降；電壓過高將使電氣絕緣受損；電壓增大，使電動(dòng)機(jī)等鐵芯飽和程度增加，鐵芯損耗增大，溫升增加，壽命縮短；沖擊負(fù)荷會(huì)引起電壓突然下降和恢復(fù)，引起電壓閃變，對(duì)沖擊負(fù)荷附近的用戶會(huì)產(chǎn)生不利的影響。電壓偏移對(duì)電力系統(tǒng)的影響：電廠的廠用機(jī)械由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電壓降低會(huì)是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降，出力減少，從而影響廠用機(jī)械的出力下降，危及電力系統(tǒng)安全運(yùn)行；由于電力系統(tǒng)無功功率的嚴(yán)重缺失造成的電壓過于低下，有可能引起電壓崩潰，造成大量電動(dòng)機(jī)自動(dòng)切除，發(fā)電機(jī)失步，導(dǎo)致系統(tǒng)解列或大面積停電。調(diào)節(jié)電壓的措施：（1）調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流以改變發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓VG；（2）改變變壓器的變比k1、k2；（3）改變功率分布P+jQ（主要是Q），使電壓損耗△V變化；利用并聯(lián)補(bǔ)償裝置調(diào)壓；（4）改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)R+jX（主要是X），改變電壓損耗△V；線路串聯(lián)電容改變系統(tǒng)參數(shù)。2、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是什么？答：1、控制電壓，發(fā)電機(jī)單機(jī)帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流可以改變發(fā)電機(jī)電壓，發(fā)電機(jī)接入無窮大系統(tǒng)時(shí)，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流不會(huì)再引起發(fā)電機(jī)電壓的變化，只改變無功功率的輸出量；2、合理分配并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)組間的無功功率，當(dāng)發(fā)電機(jī)的電壓為定值時(shí)，當(dāng)勵(lì)磁電流增加，發(fā)電機(jī)發(fā)出的無功功率增加，當(dāng)勵(lì)磁電流減小時(shí)，無功功率減少，控制發(fā)電機(jī)發(fā)出無功功率的大小就要控制發(fā)電機(jī)外特性曲線的位置；3、調(diào)高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，包括靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定；4、改善電力系統(tǒng)的運(yùn)行條件，包括改善異步電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)條件，為同步發(fā)電機(jī)同步運(yùn)行提供條件，提高繼電保護(hù)裝置工作的正確性；5、防止水輪發(fā)電機(jī)過電壓，設(shè)置強(qiáng)行減磁裝置。3、勵(lì)磁控制系統(tǒng)的強(qiáng)勵(lì)能力用哪些參數(shù)衡量？答：強(qiáng)勵(lì)是指發(fā)電機(jī)電壓下降過多時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)快速的將勵(lì)磁電流和電壓升到頂值的一種運(yùn)行行為，強(qiáng)勵(lì)指標(biāo)包括勵(lì)磁頂值電壓、勵(lì)磁系統(tǒng)允許強(qiáng)制時(shí)間和勵(lì)磁系統(tǒng)標(biāo)稱電壓。4、勵(lì)磁系統(tǒng)的功率電源（勵(lì)磁電源）有哪些種類？答：一、直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)：自勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，它勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)；二、交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)：它勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)靜止整流勵(lì)磁系統(tǒng)，自勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)靜止硅整流勵(lì)磁系統(tǒng)，交流勵(lì)磁機(jī)旋轉(zhuǎn)整流勵(lì)磁系統(tǒng)（無刷勵(lì)磁）；三、靜止勵(lì)磁系統(tǒng)：自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，自復(fù)勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)。5、畫出比例式可控硅勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本結(jié)構(gòu)框圖；簡(jiǎn)述各單元的作用；舉例說明機(jī)端電壓變化時(shí)各單元輸出的變化趨勢(shì)。答：電壓比較單元：把發(fā)電機(jī)電壓變換為與其成正比的直流電壓，與給定電壓進(jìn)行比較；綜合放大單元：綜合放大各種勵(lì)磁控制信號(hào)，改善勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，輸出移相單元所需的輸入電壓；可控硅整流單元：將交流電壓整流成直流電壓向發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組或勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組供給可控制的勵(lì)磁電流；移相觸發(fā)單元：依據(jù)綜合放大后的電壓Uk的值確定可控硅整流單元晶閘管的觸發(fā)角的大??；調(diào)差單元：使發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行和合理分配并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間的無功負(fù)荷。當(dāng)機(jī)端電壓UG增加時(shí)，則IG增加，UG’增加，Ub增加，Uk增加，a增加，ILL減少，IL減少，阻止發(fā)電機(jī)電壓上升；反之同理。6、參照書中page153圖4-23,寫出ub=f(Uc,Rw)的解析式，并畫出相應(yīng)的特性曲線。若在ab兩端跨接一個(gè)電阻R3，且R3＝R2＝R1，則ub=f(Uc,Rw)的解析式和特性曲線有何變化？這種變化對(duì)性能有何影響？7、根據(jù)AVR各基本單元的靜態(tài)工作特性，用作圖法畫出AVR的靜態(tài)工作特性。8、改變AVR中的電壓給定電位器Rw的阻值，將使發(fā)電機(jī)電壓調(diào)差特性怎樣變化？這種變化對(duì)機(jī)組運(yùn)行有何影響？答：RW增加，Uab下降，Ub下降，9、電壓調(diào)差系數(shù)對(duì)機(jī)組運(yùn)行有何影響？對(duì)調(diào)差單元有何要求？某調(diào)差電路接線為:試分析其是否符合要求？是正調(diào)差還是負(fù)調(diào)差？怎樣改變其調(diào)差極性（正、負(fù)）和大??？答：電壓調(diào)差系數(shù)是大于0時(shí)，稱為正調(diào)差，調(diào)節(jié)特性向下傾斜，表示發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓隨無功電流的增大而下降；電壓調(diào)差系數(shù)是小于0時(shí)，稱為負(fù)調(diào)差，調(diào)節(jié)特性曲線向上翹，表示發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓隨無功電流的增加而增加；電壓調(diào)差系數(shù)為0時(shí)，稱為無差調(diào)節(jié)，表示發(fā)電機(jī)組機(jī)端電壓不隨無功電流變化，保持恒定值。要求：1、輸出線電壓對(duì)稱；2、反應(yīng)機(jī)端電壓和無功負(fù)荷的變化；3、對(duì)有功功率不敏感。符合要求，屬于負(fù)調(diào)差，將式中的“—”號(hào)改為“+”號(hào)即可變?yōu)檎{(diào)差。改變R的大小可改變電壓調(diào)差系數(shù)的大小。第六章習(xí)題、思考題1、準(zhǔn)同期并列與自同期并列方法有何不同？對(duì)它們的共同要求是什么？?jī)煞N方法各有何特點(diǎn)？?jī)煞N方法適用場(chǎng)合有何差別？答：準(zhǔn)同期并列：發(fā)電機(jī)在并列之前加勵(lì)磁，當(dāng)發(fā)電機(jī)頻率，電壓相角，電壓大小與并列點(diǎn)系統(tǒng)側(cè)對(duì)應(yīng)，滿足并列條件時(shí)，將發(fā)電機(jī)斷路器合閘，完成并列操作；自同期并列：將未勵(lì)磁，接近同步轉(zhuǎn)速的發(fā)電機(jī)投入系統(tǒng)，并同時(shí)給發(fā)電機(jī)加上勵(lì)磁，在原動(dòng)機(jī)力矩，同步力矩等作用下把發(fā)電機(jī)拖入同步，完成并列操作。共同要求：1、沖擊電流不超過允許值，且應(yīng)盡量??；2、并列后應(yīng)迅速進(jìn)入同步運(yùn)行。特點(diǎn)：準(zhǔn)同期并列：沖擊電流小，進(jìn)入同步快，操作復(fù)雜，并列時(shí)間長(zhǎng)；自同期并列：操作簡(jiǎn)單，并列迅速，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，沖擊電流大，對(duì)電力系統(tǒng)的擾動(dòng)大，不僅會(huì)引起頻率振蕩，而且會(huì)造成并列機(jī)組附近電壓瞬時(shí)下降。適應(yīng)場(chǎng)合：準(zhǔn)同期并列：系統(tǒng)并列和發(fā)電機(jī)并列；自同期并列：電力系統(tǒng)故障，頻率降低時(shí)用于發(fā)電機(jī)組的快速啟動(dòng)。2、準(zhǔn)同期并列的理想條件是什么？為什么說理想條件在實(shí)用中難以實(shí)現(xiàn)？答：準(zhǔn)同期并列的理想條件是斷路器兩側(cè)的電壓幅值相等、頻率相同和相角一致。誤差原因：1、電力系統(tǒng)設(shè)備存在誤差，例如測(cè)量斷路器兩側(cè)電壓時(shí)測(cè)量值存在誤差，則讓電壓幅值完全相等無法實(shí)現(xiàn)；2、斷路器合閘需要一定時(shí)間，包括斷路器合閘控制電路的動(dòng)作時(shí)間和斷路器動(dòng)作合閘時(shí)間，則會(huì)存在一定的時(shí)間上下波動(dòng)，無法保證兩側(cè)的物理量一致時(shí)恰好合閘；3、讀取數(shù)據(jù)存在誤差等。3、試說明電壓差、相角差、頻率差分別不為零時(shí)對(duì)并列操作有何影響？答：只存在電壓差時(shí)，并列機(jī)組會(huì)產(chǎn)生無功沖擊電流；只存在相角差時(shí)，并列機(jī)組產(chǎn)生的沖擊電流主要是有功電流，則在并列后發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間存在能量交換；只存在頻率差時(shí)，若頻差不太大，則機(jī)組往往經(jīng)過一個(gè)或幾個(gè)振蕩周期后被拉入同步；若頻差過大，機(jī)組有可能失去穩(wěn)定。4、給定待并機(jī)組沖擊電流允許值（有效值）后，電壓差、相角差、頻率差的允許值應(yīng)如何計(jì)算？答：5、恒定越前時(shí)間整定值應(yīng)如何計(jì)算？答：恒定越前時(shí)間等于發(fā)電機(jī)斷路器標(biāo)稱合閘時(shí)間th，包括斷路器的合閘控制電路動(dòng)作時(shí)間tc加上斷路器合閘動(dòng)作時(shí)間。即。6、試證明恒定越前時(shí)間與電壓差、頻率差無關(guān)。答：7、試說明ZZQ—5滑差檢測(cè)的原理。答：1、選定一個(gè)角度，令，則是一個(gè)定值；2、檢測(cè)發(fā)電機(jī)電壓以滑差角頻率相對(duì)系統(tǒng)電壓轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)走過角度所用的時(shí)間，為則，有說明：若，則；若，則；若，則即就將檢測(cè)發(fā)電機(jī)電壓和系統(tǒng)電壓之間滑差角頻率大于、等于或小于整定值的問題，轉(zhuǎn)化為比較走過給定角所用時(shí)間小于、等于或大于恒定越前時(shí)間