電力系統(tǒng)自動化考試復(fù)習(xí)題及答案要點(diǎn)

1、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1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)系緊密。2、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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

2、電站自動化 4、電力系統(tǒng)自動裝置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(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“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，沖擊電流可以達(dá)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(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

3、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

4、：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 已知發(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)Ts9s時(shí)，壓差條件滿足，頻差條件不滿足；當(dāng)Ts11s時(shí)，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(shí)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(shí)

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(shí)間先于ut.ad，表示，即實(shí)際頻差小于允許頻差；圖(b)所示，ut.ad有效電平出現(xiàn)時(shí)間先于u.ad，表示，即實(shí)際頻差大于頻差設(shè)定值；圖(c)所示，u.ad有效電平出現(xiàn)時(shí)間等于ut.ad，表示，即實(shí)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(jī)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(jī)勵磁控制系統(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

6、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)自并勵勵磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(jī)勵磁功率取自發(fā)電機(jī)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(jī)勵磁。發(fā)電機(jī)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(jìn)行控制。 特點(diǎn)：1、結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，造價(jià)低，維護(hù)量小。 2、沒有勵磁機(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

7、。 示意圖：11. 簡述同步發(fā)電機(jī)他勵交流勵磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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)勵磁系統(tǒng)”中的“二、交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)”答：工作原理：交流主勵磁機(jī)與交流副勵磁機(jī)與發(fā)電機(jī)同軸轉(zhuǎn)動。交流副勵磁機(jī)配有一個(gè)自勵恒壓調(diào)節(jié)器維持其端電壓為恒定值。副勵磁機(jī)輸出的交流電經(jīng)過可控硅整流變成直流給主勵磁機(jī)勵磁。主勵磁機(jī)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(jī)作為勵磁電流。 特點(diǎn)：1、取消了直流勵磁機(jī)，不存在換向問題，而交流勵磁機(jī)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(jī)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(jī)的時(shí)間常數(shù)大，控制環(huán)節(jié)多，增加了勵磁系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)。為解決此問題，勵磁機(jī)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(jī)軸長度。12同步發(fā)電機(jī)自動勵磁調(diào)節(jié)器由哪幾個(gè)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(dǎo)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(gè)單元的要求：一、 測量比較單元1、 測量電路應(yīng)該有足夠高的靈敏度，基準(zhǔn)電壓穩(wěn)定，電壓給定電路的調(diào)整范圍必須滿足運(yùn)行要求2、 測量電路應(yīng)該具有

9、優(yōu)良的動態(tài)性能3、 測量電路的輸出電壓應(yīng)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(gè)輸入信號。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、 晶閘管的觸發(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

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(jī)“滅磁”，有哪幾種滅磁方法？并做比較。（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部分知識點(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部分知識點(diǎn)，我就不出此考題。請大家在所拿到的教材中找到相應(yīng)部分并進(jìn)行復(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)“勵磁系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)子磁場的建立和滅磁”答：發(fā)電機(jī)滅磁是將發(fā)電機(jī)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(dá)到消除發(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(jī)感應(yīng)電動勢和勵磁電流關(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IQUG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。若要維持發(fā)電機(jī)端電壓不變，則發(fā)電機(jī)的勵磁電流應(yīng)該如何調(diào)節(jié)？為什么？參考答案：由矢量圖可知：感應(yīng)電動勢和機(jī)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(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)無功功率達(dá)到平衡，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

12、減小勵磁電流，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1節(jié)“同步發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(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)的功率頻率關(guān)系及頻率特性，圖中PL和PL1曲線為負(fù)荷頻率有功功率特性，PG和PG1曲線為發(fā)電機(jī)頻率有功功率特性，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(jī)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(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)劃分為哪幾種？如何劃分？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)備和輸變電設(shè)備又均在規(guī)定的限額內(nèi)運(yùn)行。2、 警戒狀態(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)已經(jīng)下降。3、 緊急狀態(tài)。在正常運(yùn)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(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)生的連鎖反應(yīng)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

14、，借助繼電保護(hù)和自動裝置將故障隔離，使事故停止擴(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。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靈活性增強(qiáng) 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(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)?、電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)、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)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(jìn)行調(diào)制的波形。答：參見課本P115.22簡述電力系統(tǒng)正常運(yùn)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(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？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(jī)發(fā)出的無功功率;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)）;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(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、變壓器的勵磁功率以及網(wǎng)絡(luò)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(dá)式為： （）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： 調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵磁電流調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓；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)；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)；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?/p>

18、方式 2、遠(yuǎn)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(hù)的功能，在消除事故的第一階段繼電保護(hù)動作切除電網(wǎng)故障區(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，諸如線路或設(shè)備過負(fù)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(fù)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(yīng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性被破壞或受到威脅而動作，在預(yù)定解列點(diǎn)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(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生穩(wěn)定性破壞，如電力系統(tǒng)振蕩的時(shí)候，能夠有計(jì)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(yùn)行的兩個(gè)或幾個(gè)部分，可以防止系統(tǒng)長時(shí)間不能拉入同步而造成系統(tǒng)瓦解擴(kuò)大事故，是對電力系統(tǒng)緊急狀態(tài)進(jìn)行控制的有效措施。29什么叫自動低頻減負(fù)荷裝置？其作用是什么？答：自動低頻減負(fù)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(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)有功功率缺額引起頻率下降時(shí)，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(fù)到正常值，這種裝置叫自動低頻減負(fù)荷