電力系統(tǒng)計(jì)算與仿真分析-習(xí)題及答案

第一章習(xí)題參考答案

1.1如何建立節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)方程？

參考答案：

（1）計(jì)算機(jī)形成降階關(guān)聯(lián)矩陣A的過程。

對網(wǎng)絡(luò)支路和節(jié)點(diǎn)編號，形成記錄網(wǎng)絡(luò)支路首節(jié)點(diǎn)、末端節(jié)點(diǎn)、支路電阻、支路電抗、

支路電納的文件。確定網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)數(shù)〃，總支路數(shù)瓦降階關(guān)聯(lián)矩陣4為〃行“列，按支

路掃描，對應(yīng)于支路首節(jié)點(diǎn)、末端節(jié)點(diǎn)位置分別在關(guān)聯(lián)矩陣A中填寫1、-1,其他位置填寫

0。

（2）計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)綱矩陣丫的過程。

根據(jù)數(shù)據(jù)文件，形成各支路的導(dǎo)納，并按照支路編號形成原始支路導(dǎo)納陣打，導(dǎo)納矩

陣y等于關(guān)聯(lián)矩陣人原始支路導(dǎo)納陣打及關(guān)聯(lián)矩陣4轉(zhuǎn)置的乘積，即丫=4*九*川\

（3）計(jì)算機(jī)形成節(jié)點(diǎn)注入電流的過程。

設(shè)置初始節(jié)點(diǎn)電壓，節(jié)點(diǎn)注入電流等于節(jié)點(diǎn)注入功宓的共枕除以節(jié)點(diǎn)電壓的共枕，然后

形成節(jié)點(diǎn)注入電流列矢量。

完成上述3不即可形成網(wǎng)絡(luò)方程.

1.2對題圖1.1,節(jié)點(diǎn)和支路編號如圖所示，以節(jié)點(diǎn)⑤為地，寫出形成關(guān)聯(lián)矩陣A的過

程。

⑤

題圖1.1

參考答案：

首先形成描述網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)文件如下表:

支路編號支路首端節(jié)點(diǎn)編號支路末端節(jié)點(diǎn)編號

1①④

2①②

3④③

4①⑤

5②⑤

6③⑤

根據(jù)上表順序，計(jì)算機(jī)依次掃描形成節(jié)-支關(guān)聯(lián)矩陣4

1

11010o-

0-10010

Aa=00-1001

-101000

000-1-1-1

刪除節(jié)一支關(guān)聯(lián)矩陣4a的最后一行即得降階關(guān)聯(lián)矩陣A。

1.3題圖1.1中各支路阻抗如下:zi=j0.2,z2=j0.4,z?=j0.5,Z4=j0.1,Z5=j0.6,Z6;j0.5。

建立以地為參考節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y.

參考答案：

首先形成降階關(guān)聯(lián)矩陣A。

然后形成支路導(dǎo)納所組成的對角矩陣Kb：建立支路原始阻抗矩陣Zb：

j0.2

j0.4

j0.5

j().l

j0.6

j0.5

節(jié)點(diǎn)定導(dǎo)納矩陣Y：

v

Y=AYbA

--17.52.505

,2.5-4.16700

=i

J00-42

502-7

i.4如果去掉題圖i.i中支路3,如何修改節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣丫?

參考答案：

移去網(wǎng)絡(luò)中的一條支珞3,該支路在網(wǎng)絡(luò)的原有節(jié)點(diǎn)④、③之間，其導(dǎo)納為），43=事，節(jié)

點(diǎn)導(dǎo)納矩陣階次不變，與節(jié)點(diǎn)④、③有關(guān)元素的修改如下：

一=k0=T7+j2=-j5

=f+j2=-j2

YY

43=U=%+%=4+%3=0

第二章習(xí)題參考答案

2.1接入DG對潮流計(jì)算結(jié)果有何影響？

參考答案：

接入DG后，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電壓都呈現(xiàn)上升趨勢，網(wǎng)絡(luò)總損耗會(huì)降低。但是隨著DG接入

比例的升高，可能會(huì)出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)電壓越限、網(wǎng)絡(luò)總損耗上升的情況。

2

2.2對于圖2-2所示系統(tǒng)，平衡節(jié)點(diǎn)電壓相角設(shè)定為0。不變，而電壓幅值的給定值由1.05

p.u.變?yōu)閘.Op.u.,問潮流計(jì)算結(jié)果各節(jié)點(diǎn)的電壓幅值和相角將發(fā)生怎樣的變化？

參考答案：

平衡節(jié)點(diǎn)電壓相角設(shè)定為0。不變，而電壓幅值的給定值由1.0pu變?yōu)?.05p.u.,系統(tǒng)

的潮流計(jì)算結(jié)果會(huì)發(fā)生改變，各節(jié)點(diǎn)的電壓幅值和相角都將變化，電壓幅值都將增加，但是

每個(gè)節(jié)點(diǎn)不會(huì)都增加0.05p.u.。

2.3對于圖2-2所示系統(tǒng)，平衡節(jié)點(diǎn)電壓幅值的給定值保持1.05p.u.不變，電壓相角由

原來的0。增加到5。，問潮流計(jì)算結(jié)果各節(jié)點(diǎn)的電壓幅值和相角將發(fā)生怎樣的變化？

參考答案：

平衡節(jié)點(diǎn)電壓幅值的給定值保持1.0p.u.不變，電壓相角由原來的0。增加到5。，潮流計(jì)

算結(jié)果各節(jié)點(diǎn)的電壓幅值不變，各節(jié)點(diǎn)的相角增加到5。0

第三章習(xí)題參考答案

3.1請說明計(jì)算機(jī)分析對稱故障和不對稱故障的一般流程。

參考答案：

（1）對稱故障

1）輸入網(wǎng)絡(luò)中相美元件和負(fù)荷數(shù)據(jù)；

2）形成節(jié)點(diǎn)阻抗矩隴；

3）選擇故障點(diǎn)；

4）確定短路前瞬間正常運(yùn)行狀態(tài)下故障點(diǎn)的電壓；

5）根據(jù)式（3-4）計(jì)算短路電流；

6）計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中非故障節(jié)點(diǎn)電壓；

7）計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中支路電流。

（2）不對稱故障

1）輸入網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)元件和負(fù)荷數(shù)據(jù)；

2）形成各序網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣；

3）選擇故障點(diǎn)和故障類型；

4）確定正序網(wǎng)絡(luò)中故障口的開路電壓（對于不對稱短路故障，該值為短路前瞬間正常

運(yùn)行狀態(tài)下故障點(diǎn)的電壓；對于斷線故障，該值為故障口開路時(shí)節(jié)點(diǎn)f、F的電壓差）；

5）確定各序網(wǎng)絡(luò)的等值阻抗；

6）計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中故障口短路電流；

7）計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)各序電壓；

8）計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中支路電流和節(jié)點(diǎn)電壓。

3.2對于圖3-7所示系統(tǒng)，若變壓器T-2的聯(lián)接組別改為YNdll（Yo/A-11）,問不同類

型短路計(jì)算將發(fā)生怎樣的變化？

參考答案：對于三相斯、兩相短路，變壓器T-2的聯(lián)接組別改為YNdll不

影響計(jì)算。對于不對稱接地短路和斷線計(jì)算，變壓器T-2的聯(lián)接組別改為YNdU（Yo/A-11）

時(shí)影響零序網(wǎng)，影響計(jì)算結(jié)果。

3.3對于圖3-12所示系統(tǒng)，若去掉負(fù)荷LD-1和LD-2,再利用計(jì)算機(jī)計(jì)算f點(diǎn)發(fā)生單相

斷線、兩相斷線故障電流。

參考答案：對于空載系統(tǒng)，不需要計(jì)算斷線故障。

3

第四章習(xí)題參考答案

4.1請說明基于Simulink進(jìn)行電力系統(tǒng)故障仿真的一般流程。

參考答案：確定電力系統(tǒng)組成元件及連接方式：分析元件模型以及相關(guān)參數(shù)；啟動(dòng)

Simulink命令后，建立仿真模塊窗口；在Simulink提供的模塊庫中選擇元件模塊以及其他

相關(guān)模塊，設(shè)置模塊的參數(shù)，選擇故障類型，在仿真模塊窗口中用戶可以創(chuàng)建自己需要的

Simulink故障仿真系統(tǒng)；設(shè)置合適仿真算法和仿真時(shí)間，對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，并得到相關(guān)結(jié)論。

4.2如何構(gòu)建基于Simulink的仿真系統(tǒng)？

參考答案：在啟動(dòng)Simulink命令后，建立一個(gè)空的模塊窗口（例如unliUed）；然后利用

Simulink提供的模塊庫，在SimuHnk提供的模塊庫瀏覽器中找到所需模塊，并加入到“untitled”

窗口中，雙擊窗口中模塊，打開模塊的參數(shù)設(shè)置對話框，改變模型的參數(shù)；然后按照電氣接

線圖對各個(gè)元件進(jìn)行連接，設(shè)置合適仿真算法和仿真時(shí)間，創(chuàng)建用戶需要的電力系統(tǒng)故障仿

真系統(tǒng)，對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試；最后可以通過示波器等輸出裝置觀察所需物理量的變化情況和數(shù)

值大小，并得到相關(guān)結(jié)論，

4.3根據(jù)仿真結(jié)果分析無限人功率電源三相短路暫態(tài)過程與同步發(fā)電機(jī)三相短路暫態(tài)過

程有何不同？

參考答案：無限大功率電源發(fā)生三相短路時(shí)，短路電流周期分量不衰減；同步發(fā)電機(jī)發(fā)

生三相短路時(shí)，短路電流包括基頻周期分量、二倍頻分量以及非周期分量，周期分量是衰減

的。

第五章習(xí)題參考答案

5.1請通過仿真分析判斷，如果改變部分節(jié)點(diǎn)負(fù)荷，潮流分布是否會(huì)改變？

參考答案：改變部分節(jié)點(diǎn)負(fù)荷，潮流分布會(huì)改變。

5.2基于仿真分析判斷，如果改變部分節(jié)點(diǎn)負(fù)荷，故障電流是否會(huì)改變？

參考答案：改變部分節(jié)點(diǎn)負(fù)荷，故障電流不一定會(huì)改變。一般情況下，負(fù)荷對短路電流

的影響可以忽略不計(jì)；但是當(dāng)短路點(diǎn)附近有大容量的電動(dòng)機(jī)時(shí)，需要計(jì)及其對短路的影響。

5.3基于仿真模型，請嘗試分析多點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)暫態(tài)過程。

參考答案：請參考本章5.3節(jié)內(nèi)容，可以設(shè)置兩個(gè)或兩個(gè)以上不同母線同時(shí)發(fā)生不對稱

故障，例如一處發(fā)生不對稱短路、另一處發(fā)生斷線故障。

第六章習(xí)題參考答案

應(yīng)用MATPOWER軟件并利用各種方法（牛頓拉夫遜法等）實(shí)現(xiàn)本教材第2章圖2-2

所示的4節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的潮流計(jì)算（要求有潮流計(jì)算方法選擇的設(shè)置語句、程序（修改部分的程

序即可）等），對各種計(jì)算方法所得結(jié)果進(jìn)行對比分析（計(jì)算時(shí)間、迭代次數(shù)等）。

參考答案：

根據(jù)教材第2章圖2-2所示的4節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和節(jié)點(diǎn)參數(shù)，對6.3實(shí)例程序中的矩陣

參數(shù)進(jìn)行修改，包括節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)、發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)和支路數(shù)據(jù)，具體步驟如下：

（1）修改bus矩陣中的busi.type.Pd.Qd.Vm數(shù)據(jù):

4

（2）修改gen矩陣中的bus,Pg,Qg,Vg數(shù)據(jù)：

（3）修改branch矩陣中的fbus,thus,r,x.b.ratio數(shù)據(jù)。

然后根據(jù)下圖所示規(guī)則，設(shè)定不同潮流計(jì)算方法的語句，得到牛頓法和高斯?賽德爾法

的潮流計(jì)算結(jié)果，并對結(jié)果進(jìn)行對比分析。

序號變量名默認(rèn)值選項(xiàng)描述

潮流算法

1-Newton'smethod牛頓法

1PF_ALG12-Fast-Decoupled(XBversion)快速解耦算法(XB)

3—Fast-Decoupled(BXversion)快速解耦算法(BX)

4-GaussSeidel高斯一賽德爾法

第七章習(xí)題參考答案

應(yīng)用PowerWorkl軟件，建立本教材第2章圖2-2斤示的4節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的單線圖；并應(yīng)用

該軟件進(jìn)行潮流計(jì)算、短珞電流計(jì)算（可選擇若干條可否支路開段情況進(jìn)行計(jì)算），要求有

分析結(jié)果。

參考答案：

（1）新建實(shí)例

從文件欄選取“新建實(shí)例''項(xiàng)，創(chuàng)建一個(gè)新的實(shí)例文件。

（2）添加元件

在“編輯模式”下，在繪圖欄下的“網(wǎng)絡(luò)''下拉菜單中分別選擇并添加節(jié)點(diǎn)模型、發(fā)電機(jī)模

型、線路模型、負(fù)荷模型、變壓器模型、并聯(lián)補(bǔ)償器模型，并按照教材第2章圖2-2所示的

4節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)元件參數(shù)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。

（3）潮流計(jì)算

單擊“運(yùn)行模式”，進(jìn)行潮流運(yùn)行調(diào)試。從菜單欄選擇“工具”>“求解”，可以選擇不同的

潮流計(jì)算方法，然后點(diǎn)擊?鍵，則開始按已設(shè)置好的參數(shù)運(yùn)行潮流圖，點(diǎn)擊?履，即

停止潮流計(jì)算。在“工具”菜單欄下單擊“實(shí)例信息”，或者單擊“實(shí)例信息”菜單欄下的

“潮流列表”，顯示潮流計(jì)算結(jié)果。

（4）短路電流計(jì)算

在“運(yùn)行模式”下，從菜單欄選擇“工具”>“短珞計(jì)算”，設(shè)置短路類型（包括單相

接地短路、相間短路、三相對稱短路、兩相接地短路），單擊“計(jì)算”，得到短路計(jì)算結(jié)果,

并對結(jié)果進(jìn)行分析。

第八章習(xí)題參考答案

8.1寫出應(yīng)用ETAP軟件，進(jìn)行電力系統(tǒng)潮流分析的流程。

參考答案：

1）在編輯模式下，編輯單線圖。

2）雙擊單線圖的元件圖標(biāo)，打開元件編輯器，即可錄入元件的相關(guān)參數(shù)。

3）單擊模式工具欄上“潮流分析”按鈕，進(jìn)入潮流分析模式。在分析案例工具欄中單

擊分析案例并訪問潮流分析案例編輯器，新建分析案例。

4）單擊“潮流分析工具欄”潮流分析按鈕，進(jìn)行相應(yīng)的潮流分析。

5）杳看潮