電力系統(tǒng)自動化考試復(fù)習(xí)試題和答案

《電力系統(tǒng)自動化》課程考試復(fù)習(xí)內(nèi)容?答案

整理：史躍鵬2011.7.17

2011學(xué)年第二學(xué)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(xué)位。

1.請簡述電力系統(tǒng)的主要特點(diǎn)和運(yùn)行的基本要求。

參考書：第?章“電力系統(tǒng)特點(diǎn)和基本要求〃

答：特點(diǎn)：

1、與國民經(jīng)濟(jì)、人民日常生活聯(lián)系嚴(yán)密。

2、系統(tǒng)構(gòu)造龐大復(fù)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(yùn)行的經(jīng)濟(jì)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(jī)械自動化

3、變電站自動化

4、電力系統(tǒng)自切裝置

3.準(zhǔn)同期并列的三要素是什么

參考書：第2章第1節(jié)“二、準(zhǔn)同期并列"中的“準(zhǔn)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)電源的頻率一樣，

3.并列開關(guān)兩側(cè)電壓的相位角一樣。

4.并列操作瞬間如果存在相位差，請分析準(zhǔn)同期井列操作對系統(tǒng)的影響。

參考書：第2章第1節(jié)“二、準(zhǔn)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(shí)，電壓差最大，沖擊電流可以到達(dá)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(shí)，沖劑電流既有有功

分量，也有無功分量，在發(fā)電機(jī)軸上產(chǎn)生沖擊力矩。

5.并列操作瞬間如果存在頻率差，請分析準(zhǔn)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(zhǔn)同期并列"中的“準(zhǔn)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?yàn)轭l率不等產(chǎn)生電壓差，這個(gè)電壓差是變化的，變化值在0-2Um之間。這種瞬時(shí)

值的幅值有規(guī)律地時(shí)大時(shí)小變化的電壓成為拍振電壓。它產(chǎn)生的拍振電流也時(shí)大時(shí)小變

化，有功分量和轉(zhuǎn)子電流作用產(chǎn)生的力矩也時(shí)大時(shí)小變化，使發(fā)電機(jī)振動。頻率差大時(shí)，

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(zhǔn)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(zhǔn)同期并列"中的“準(zhǔn)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：合閘時(shí)產(chǎn)生沖擊電流，為無功性質(zhì)，對發(fā)電機(jī)定子繞組產(chǎn)生作用力。

7.發(fā)電機(jī)準(zhǔn)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(dāng)圖1所示Ts分別為9s和11s時(shí)，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(dāng)Ts=9s時(shí)，壓差條件滿足，頻差條件不滿足；

當(dāng)Ts=lls時(shí)，壓差和頻差條件均滿足。

8.圖2所示兩種頻差情況的Um(恒定越前時(shí)間脈沖)與U&ad(恒定越前相角

脈沖)關(guān)系波形圖，通過對比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(shí)間信號形成；三.頻率差檢測"

答案:圖(a)所示，U&T有效電平出現(xiàn)時(shí)間先于UH，表示儂|<依3,即實(shí)際頻差小于

允許頻差；圖(b)所示，Uiad有效電平出現(xiàn)時(shí)間先于%d，表示依|>3J，即實(shí)際頻差

大于頻差設(shè)定值；圖?所示，*d有效電平出現(xiàn)時(shí)間等于*!，表示同=|%|，即實(shí)

際頻差等于允許頻差；顯然圖(a)、圖⑹所示情況滿足并列操作要求。

9.同步發(fā)電機(jī)勵(lì)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(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)”

答：

1、控制電壓

2、合理分配并聯(lián)發(fā)電機(jī)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(yùn)行條件（1、改善異步電動機(jī)的啟動性能2、為發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行創(chuàng)

造條件3、提高帶時(shí)限繼電保護(hù)動作的可靠性）

5、水輪發(fā)電機(jī)組要求強(qiáng)行減磁

10.簡述同步發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)構(gòu)造及其工作原理和特點(diǎn)畫出其示意圖。

參考書：第3章第3節(jié)“同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)"中的“三、靜止勵(lì)磁系統(tǒng)”

答：工作原理：（如以以下列圖）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁功率取自發(fā)電機(jī)端，經(jīng)過勵(lì)磁變壓器TV降

壓，可控硅整流器VS整流后供應(yīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流通過自動勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制晶

閘管的控制角進(jìn)展控制。

特點(diǎn)：1、構(gòu)造簡單，可靠性高，造價(jià)低，維護(hù)量小。

2、沒有勵(lì)磁機(jī)，縮短了機(jī)組主軸的長度，可減少電廠.土建造價(jià)。

3、直接用可控硅控制轉(zhuǎn)子電壓，可獲得很快的勵(lì)磁電壓響應(yīng)速度，可以近

似地認(rèn)為具有階躍函數(shù)那樣的響應(yīng)速度。

示意圖：

11.簡述同步發(fā)電機(jī)他勵(lì)交流勵(lì)磁系統(tǒng)構(gòu)造及其工作原理和特點(diǎn)畫出其示意圖。

參考書：第3章第3節(jié)“同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)”中的"二、交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)”

答：工作原理：交流主勵(lì)磁機(jī)與交流副勵(lì)磁機(jī)與發(fā)電機(jī)同軸轉(zhuǎn)動。交流副勵(lì)磁機(jī)配有一

個(gè)自勵(lì)恒壓調(diào)節(jié)器維持其端電壓為恒定值。副勵(lì)磁機(jī)輸出的交流電經(jīng)過可控硅整流變成

直流給主勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁，主勵(lì)磁機(jī)輸出的交流電經(jīng)過不可控硅整流器變成直流，供應(yīng)發(fā)電

2、有足夠的運(yùn)算精度和放大系數(shù)，放大系數(shù)可調(diào)整

3、響應(yīng)速度要快，時(shí)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、品閘管的觸發(fā)脈沖應(yīng)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(yīng)可控整流電路的要求

3、觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的功率以保證可控硅元件可靠地導(dǎo)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(yīng)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(jī)“滅磁〃，有哪幾種滅磁方法并做對比。（所學(xué)教材沒有相關(guān)知

識）

我在估計(jì)你們可能采用的教材中沒有找到此局部知識點(diǎn)，如果屆時(shí)我拿到你們的教材有這個(gè)

知識點(diǎn)，就可能會把這道題作為考試題，如果你們的教材中沒有這局部知識點(diǎn)，我就不出此

考題。請大家在所拿到的教材中找到相應(yīng)局部并進(jìn)展復(fù)習(xí)。參考教材：王葵、孫瑩《電力系

統(tǒng)自動化》第2章第3節(jié)“勵(lì)磁系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)子磁場的建設(shè)和滅磁"

答：發(fā)電機(jī)火磁是將發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電源切除再通過一定的方式來消除剩余的磁場從

而到達(dá)消除發(fā)電機(jī)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（目前用得對比多）、非線性滅磁、碳化硅滅磁。

14.圖3給出了同步發(fā)電機(jī)感應(yīng)電動勢和勵(lì)磁電流關(guān)系。（1）請推導(dǎo)發(fā)電機(jī)感應(yīng)

電動勢、機(jī)端電壓以及無功電流之間的關(guān)系；（2）根據(jù)推導(dǎo)結(jié)論畫出發(fā)電機(jī)的IQ

一UG無功調(diào)節(jié)特性；（3）結(jié)合發(fā)電機(jī)無功調(diào)節(jié)特性曲線，請解釋系統(tǒng)無功負(fù)荷減

小時(shí)，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的變化過程。假設(shè)要維持發(fā)電機(jī)端電壓不變，則發(fā)電機(jī)的

勵(lì)磁電流應(yīng)該若何調(diào)節(jié)為什么

參考答案：由矢量圖可知：

感應(yīng)電動勢與和機(jī)端電壓）G的代數(shù)關(guān)系為:

由上式可知IQ-Uc無功調(diào)節(jié)特性為:

當(dāng)系統(tǒng)無功負(fù)荷減小時(shí)，發(fā)電機(jī)需要減小無功電流，以使無功負(fù)荷與發(fā)電機(jī)無功功率到達(dá)平

衡，由圖可知當(dāng)無功電流減小，機(jī)端電壓升高，由上式可知，如要維持機(jī)端電壓，必須減小

勵(lì)磁電流，即通過減小發(fā)電機(jī)的感應(yīng)電動勢維持機(jī)端電壓的不變。

參考書：第3章“第I節(jié)”同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)"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)的功率一頻率關(guān)系及頻密特性，圖中PL和PLI曲線為負(fù)

荷頻率一有功功率特性，PG和PGI曲線為發(fā)電機(jī)頻率一有功功率特性，a點(diǎn)為初

始穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。假設(shè)系統(tǒng)內(nèi)所有機(jī)組均裝設(shè)調(diào)速器，如果系統(tǒng)中負(fù)荷有功功率減

少APL,請簡述系統(tǒng)的頻率調(diào)整過程。

參考書第4章第I節(jié)”（三）電力系統(tǒng)的功率一頻率特性〃

參考答案：頻率變化過程：a-b-c,發(fā)電機(jī)輸出功率變化過程：PL-P□-PL2,答案中包括

一次調(diào)頻和二次調(diào)頻。

17.分別寫出電力系統(tǒng)運(yùn)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(yùn)行狀態(tài)劃分為哪兒種若何劃分

答：五種：

1、正常運(yùn)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(shè)備和瑜變電設(shè)備又均在規(guī)定的限額內(nèi)運(yùn)行。

2、戒備狀態(tài)。電能指標(biāo)，各個(gè)參量雖然在允許的限值之內(nèi)，但是系統(tǒng)的安全系

數(shù)己經(jīng)下降。

3、緊急狀態(tài)。在正常運(yùn)行狀態(tài)或者戒備狀態(tài)的情況下，發(fā)生短路故障或者切除

大容量機(jī)組等狀況時(shí)的狀態(tài)。

4、系統(tǒng)崩潰。緊急狀態(tài)下，如果處理不當(dāng)，有可能使初始的干擾及其產(chǎn)生的連

鎖反響身份嚴(yán)重，使系統(tǒng)失去穩(wěn)定的狀態(tài)。

5、恢復(fù)狀態(tài)。系統(tǒng)崩潰后，借助繼電保護(hù)和自動裝置將故障隔離，使事故停頓

擴(kuò)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(shí)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(wù)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(shí)際情況，完成本次的調(diào)度任務(wù)，同

時(shí)向上層調(diào)度傳遞所需信息c

原因：1、集中調(diào)度控制有明顯的缺點(diǎn)。

2、分層調(diào)度的優(yōu)點(diǎn)：

2.1便于協(xié)調(diào)調(diào)度控制

2.2便于提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性

2.3提高實(shí)時(shí)響應(yīng)速度

2.4靈活性增況

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SCADA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(diǎn)控制和經(jīng)濟(jì)

調(diào)度之外，又增加了許多高級應(yīng)用軟件的新功能，如網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹㈦娏ο到y(tǒng)狀態(tài)估

沖、負(fù)荷預(yù)報(bào)、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(xùn)系統(tǒng)等，由此形成了新一代電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)一一能量管理

系統(tǒng)EMSo

EMS包括了SCADAo

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(jìn)展調(diào)制的波形。

答：參見課本PI15.

22.簡述電力系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)（包括戒備狀態(tài)I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)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(hù)

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

:電力系統(tǒng)安全分析就是應(yīng)用預(yù)想事故分析的方法來

預(yù)見知道系統(tǒng)是否存在隱患，即處于不安全正常狀

態(tài)，采取相應(yīng)的措施使之恢復(fù)到安全正常狀態(tài)。

?靜態(tài)安全分析：用來判斷在發(fā)生預(yù)想事故后系統(tǒng)是

否會發(fā)生過負(fù)荷或電壓越限等，

/-暫態(tài)安全分析：判斷系統(tǒng)是否會失穩(wěn)。

答：I

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：①發(fā)電機(jī)發(fā)出的無功功率;②系統(tǒng)無功補(bǔ)償設(shè)備（調(diào)相機(jī)，并聯(lián)電容器，靜止補(bǔ)償器和

靜止調(diào)相機(jī)）及以上電壓架空線路及各級電壓電纜的充電功率;④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(dǎo)負(fù)荷端電壓UB的表達(dá)式，并根據(jù)

推導(dǎo)結(jié)論，說明調(diào)節(jié)UB的控制方式有那些,并列舉實(shí)現(xiàn)這些控制方式的裝置。

答：當(dāng)略去輸電線路的充電功率、變壓器的勵(lì)磁功率以及網(wǎng)絡(luò)中的功率損耗，變壓器參數(shù)已

歸算到高壓側(cè)，則用戶端電壓表達(dá)式為：

力=勺=（七&PR：QX）R（UN=）

由上述表達(dá)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：

①調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓：②通過調(diào)節(jié)變壓器的分接抽頭以改變變比

來實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)；③通過并聯(lián)電抗器或靜止無功補(bǔ)償器，以及發(fā)電機(jī)的無功率或同步調(diào)

相機(jī)、同步電動機(jī)等調(diào)節(jié)系統(tǒng)的無功功率分布以實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)；④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(shí)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(shí)現(xiàn)方式

答:主要功能：1、配電線路負(fù)荷監(jiān)測2、實(shí)時(shí)調(diào)整、變更配電系統(tǒng)的運(yùn)行方式

3配電線路出現(xiàn)故障時(shí)，將故障區(qū)段隔離，減少停電的區(qū)域和持續(xù)時(shí)間。

實(shí)現(xiàn)方式：1、當(dāng)?shù)乜刂品绞?、遠(yuǎn)方控制方式

27.安仝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(hù)的功能，在消除事故的第一階段一一繼電保護(hù)動作切除

電網(wǎng)故隙區(qū)段之后，自動擔(dān)負(fù)起消除事故的第二階段任務(wù)，即消除電網(wǎng)設(shè)備切除

引起的不良后果