天津大学《电力系统分析(主干课程)》期末考试必备题集

奥鹏期末考核

118002–天津大学《电力系统分析(主干课程)》奥鹏期末考试题库合集

问答题：
（1）同步电机短路的主要特点是什么？
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（2）电力系统潮流计算时节点是如何分类的，具体说明各种节点的作用。
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（3）简述电力系统、电力网和动力系统这几个概念的联系与区别。
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（4）电力系统运行的特点和要求分别是什么？
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要求：（1）保证安全可靠持续供电；（2）保证必要的电能质量；（3）保证电力系统运行的经济性。

（5）什么是短路故障？不对称故障有哪些种类？
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（6）什么情况下可认为电源为无限大功率电源？它的特点是什么？
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（7）出三种提高系统静态稳定的措施。
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（8）电力系统的定义是什么？电力系统、动力系统和电力网有什么区别？
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动力系统不但包括电力系统，还包括发电厂的动力设备，如水电厂的水轮机、水库等等。电力网是电力系统中传输何分配电能的部分。由此可见，动力系统包括电力系统，而电力系统又包括电力网。

（9）我国电力系统的中性点运行方式主要有哪些？各有什么特点？
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（10）为什么必须进行电压调整？电压调整的目标是什么？
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（11）电力系统有功功率的平衡频率有什么影响？系统为什么要设置有功功率备用容量？
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系统设置有功功率备用容量是为了满足频率调整的需要，以便在发电、供电设备发生故障或检修时，以及系统负荷增长后，仍有充足的发电设备容量向用户供电，保证电力系统在额定频率下达到有功平衡。

（12）简述电力系统稳定性几种常见分类及特点？
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（1）按照失稳场景划分, 可分为：
功角稳定性：主要关注发电机能否保持同步运行；
电压稳定性：主要关注扰动发生后系统关键节点电压幅值能否保持合理水平。
负荷稳定性：在远离电源的负荷中心（现代工业负荷以感应电动机为主），当系统出现故障后，能否保持感应电动机平稳运行的问题。
（2）按照受扰大小划分，可分为：
潮流稳定性：指电力系统在运行工况(网络连接方式，负荷分布和发电计划)已知情况下，具有合理潮流解的能力，即 在运行工况已知情况下，系统潮流方程是否有解，若有解系统关键设备的主要运行参数是否处于合理水平。潮流稳定也时常被称为潮流热稳定。
小扰动稳定性：指系统的正常运行情况下，受到微小扰动后能否独立地恢复到原有运行状态的能力。保证小扰动稳定性是电力系统运行中最基本的要求。
暂态稳定性：指在受到较大扰动之后，电力系统中的所有发电机在不失同步的情况下过渡到新的合理的运行状态(也可以是原有运行状态)，并在新的运行状态下稳定运行的能力。暂态稳定性主要研究电力系统出现各种故障后的运行状况，研究的场景较为复杂。

（13）试说明同步发电机转子角是如何定义的？发电机哪些绕组间的互感系数是转子角以为周期的周期函数？发电机哪些绕组间的互感系数是转子角以2为周期的周期函数？那些绕组间的互感系数与转子角无关？
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发电机定子绕组间的互感系数是转子角以为周期的周期函数；
发电机定子绕组与转子绕组间的互感系数是转子角以2为周期的周期函数；
转子绕组间的互感系数与转子角无关。

（14）阐述潮流计算的基本任务与意义。
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（15）试列写极坐标和直角坐标形式的节点功率平衡方程。
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电压用直角坐标表示的节点功率平衡方程。

（16）单机无穷大系统中,在线路首、末端分别发生三相短路故障,故障的切除时间相同。试分析线路电阻的存在,对那处短路更有利于保持系统的暂态稳定性?题图 单机无穷大系统
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（17）试分别列写考虑自动励磁调节器(AVR)作用情况下,与恒定时,发电机随功角变化的功率特性。
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（18）试说明潮流计算中PV、PQ与平衡节点的概念。
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潮流计算中,节点注入有功P和节点电压U为给定量的节点称作PV节点。PV节点的电压相角(或电压的实部或虚部)为潮流计算中的待求变量。
潮流计算中平衡节点的节点电压是给定值,对极坐标形式的节点功率方程,平衡节点的电压幅值一般情况下取作U=1.0,相角取作,对直角坐标形式的节点功率方程,平衡节点的实部和虚部一般分别取作e=1.0和f=0.0。通常以选择容量较大,离负荷中心电气距离较近的发电机节点作平衡节点。平衡节点提供的有功和无功注入除了需要平衡整个电网发电和负荷的不平衡功率,还要平衡整个电网的有功和无功损耗,其值只有在潮流计算后才能确定。

（19）试回答电力系统小扰动稳定性的定义,适用于单机无穷大系统不计及阻尼情况下的小扰动稳定性判据是什么?表述为的复杂电力系统,若其平衡点处的系统的线性化方程为:,其中,,,,,并且已知矩阵的逆矩阵存在,该平衡点处的小扰动稳定性判据是什么?
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(2)单机无穷大系统不计及阻尼小扰动稳定判据:当平衡点对应的时,系统是小扰动稳定的,此时对应着功角特性曲线的左半枝;当时,系统是小扰动不稳定的,此时对应着功角特性曲线的右半枝;而当时,系统处于临界稳定状态。
(3)复杂系统小扰动稳定判据:降阶雅可比矩阵的特征值实部全部小于零,稳定;降阶雅可比矩阵的特征值实部只要有一个大于等于零,不稳定。

（20）电流分布系数与转移电抗的定义及相互关系。
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（21）试比较牛顿潮流算法与快速解耦潮流算法的优缺点。
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就收敛特性比较:由于和矩阵在迭代过程中保持不变,在数学上属于“等斜率的伪牛顿”法,因此快速解耦法将从牛顿法的平方收敛特性退化为线性收敛特性。即快速解耦法收敛所需的迭代次数要比牛顿法多,但由于每次迭代所需的时间远比牛顿法少,所以总的计算速度仍有大幅度的提高。
快速解耦法采取的一系列简化,只影响迭代过程,不影响潮流计算结果的精度,两种算法判断收敛的条件是基本一致的。
当电网中存在串联电阻相对于串联电抗表较大的元件时,快速解耦法往往存在收敛困难的问题。
最后需要指出的是快速解耦法可以采用和牛顿法相同的电网及节点注入输入文件,相同的“平直电压”启动计算初值。

（22）电力系统运行中常用的变量约束条件有哪些?
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2)所有的电源节点的有功功率和无功功率必须满足条件及
3)某些节点之间电压的相位差应满足这是为了保证系统运行的稳定性。

（23）试用数学公式表示系统有功最佳经济分配的等微增率准则,并对其合理性进行物理解释。
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等微增率准则:机组间有功功率获得最佳经济分配的必要条件是,各机组的煤耗微增率相等。
微增率准则解释:煤耗微增率是机组增加(或减少)单位出力时所增加(或减少)的燃料消耗量。
如果机组i的煤耗微增率小于机组j,即:;
若;则有
机组i增加的燃料消耗量小于机组j减少的燃料消耗量,于是这种调节方式可以使全系统的燃料消耗量减少。因此为了降低系统燃料消耗量,除非其中的一个机组已到达上限或下限,应该继续增加机组i的出力并减少机组j的出力,直至它们的煤耗微增率相等为止。

（24）试写出式(3-25)电力系统最优潮流的数学模型中的等式约束,并对其中一般要考虑的5种不等式约束进行复述。
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(3-22)
最优潮流的数学模型中一般要考虑的不等式约束有以下5种:
(1)有功电源出力的上下限约束;
(2)可调无功电源出力的上下限约束;
(3)带负荷调压变压器变比的调整范围约束;
(4)节点电压模值的上下限约束;
(5)输电线路或变压器等元件中通过的最大电流或视在功率约束。

（25）试分别叙述式(4-2)中,定子绕组的自感系数,定子绕组间的互感系数,定子绕组与转子绕组间的互感系数,转子绕组的自感系数,转子绕组间的互感系数的特征,并说明哪些自感系数和互感系数与转子角有关,哪些自感系数和互感系数与转子角无关。
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定子绕组的自感系数是在常量的基础上叠加了一个幅度为的二倍角的余弦三角函数,由于,因而定子绕组的自感系数恒为正值。
定子绕组间的互感系数是在常量()上叠加了一个幅度为的二倍角的三角函数,由于,因此定子绕组间的互感系数恒为负值。
定子绕组与转子绕组间的互感系数以励磁绕组为例表达式为:,因而定子绕组与转子绕组间的互感系数为幅度为常量角的三角函数。
转子各绕组的自感和彼此间的互感系数皆为常量。考虑到f、D绕组与g、Q绕组轴线彼此垂直,因而它们彼此间的互感为零。

（26）试写出任意一种形式的发电机转子运动方程,并解释式中各变量的物理意义及单位,解释发电机额定惯性时间常数的物理意义。
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其中:定义为发电机的惯性时间常数,单位为s。同步转速
为在同步参考系下的电角度,单位为rad,为发电机转子轴受到的不平衡转矩的标幺值。
2)额定惯性时间常数的物理意义:当发电机空载运行时,若发电机转子轴
受到一个额定转矩的持续推动,转子轴从静止状态加速到额定转速所需时间,数值上等于。

（27）比较牛顿潮流算法与快速解耦潮流算法的优缺点。
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就收敛特性比较:由于和矩阵在迭代过程中保持不变,在数学上属于“等斜率的伪牛顿”法,因此快速解耦法将从牛顿法的平方收敛特性退化为线性收敛特性。即快速解耦法收敛所需的迭代次数要比牛顿法多,但由于每次迭代所需的时间远比牛顿法少,所以总的计算速度仍有大幅度的提高。
快速解耦法采取的一系列简化,只影响迭代过程,不影响潮流计算结果的精度,两种算法判断收敛的条件是基本一致的。
当电网中存在串联电阻相对于串联电抗表较大的元件时,快速解耦法往往存在收敛困难的问题。
最后需要指出的是快速解耦法可以采用和牛顿法相同的电网及节点注入输入文件,相同的“平直电压”启动计算初值。

（28）试说明节点导纳矩阵的特点及其元素的物理意义。
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(1)节点导纳矩阵是n阶复系数方矩阵,是非奇异矩阵。
(2)实际电力网络的节点导纳矩阵是非常稀疏的对称复系数矩阵。
节点导纳矩阵元素的物理意义为:当电力网络除k节点其余节点皆接地情况下,节点i注入电流相量同施加于节点k的电压之比。