《电力系统分析下册》本科期末试卷及答案.pdf

0707 级级 电力系统电力系统 下下 试卷试卷第第 1 1 页页 共共 8 8 页页 诚信应考诚信应考,考试作弊将带来严重后果考试作弊将带来严重后果！ 华南理工大学期末考试华南理工大学期末考试 电力系统电力系统 下下 试卷试卷 注意事项：注意事项：1.1. 考前请将密封线内考前请将密封线内各项各项信息信息填写清楚；填写清楚； 2.2. 所有答案请直接答在试卷上所有答案请直接答在试卷上( (或答题纸上或答题纸上) )； 3 3考试形式：开（考试形式：开（闭闭）卷）卷； 4 4. . 本试卷共本试卷共 4 4 大题，满分大题，满分 100100 分，分， 考试时间考试时间 120120 分钟分钟。 题题 号号 一一 二二 三三 四四 五五 六六 总分总分 得得 分分 评卷人评卷人 一、填空题（每一、填空题（每空空 2 分，共分，共 28 分）分） 1. 波阻抗和传播常数是长线最基本的特征参数，波阻抗决定线路_的能 力，传播常数说明行波_ _的特性。 2. 在电磁环网中，变压器变比不匹配会产生流经变压器的_ _功率。环网潮流 的经济分布（有功损耗最小）是按线段的_ _分布 3. 一个 n 节点的系统，其中有 m 个 PQ 节点，则直角坐标的潮流方程中将包含 _个方程，极坐标的潮流方程中包含_ _个方程。 4. 某地区电网中枢点采用逆调压方式。若该地区在负荷最大时，电压最低点到 中枢点之间的电压损耗为额定电压的 8%，则此时电压最低点的电压为_ _%的线路额定电压。 若该地区在负荷最小时， 电压最高点到中枢点之间的 电压损耗为额定电压的 2%， 则此时电压最高点的电压为_ _%的线路额 定电压。 5. 计算给定时间的能量损耗时，如果负荷曲线未知，可以采用_ _或_ _的 方法计算。调整用户的负荷曲线，_ _高峰负荷和低谷负荷的差值可以降 低能量损耗。 6. 电 厂 的 燃 料 消 耗 特 性 为 2 40 . 30 . 0 0 0 8 GG FPP， 则 当 电 厂 的 出 力 200 G PMW时，发电厂的耗量微增率为_ _。 7. 大干扰下的暂态稳定评估需要求解的发电机运动方程为_ _和_ _ _ 姓名 学号 学院 专业 座位号 ( 密 封 线 内 不 答 题 ) 密封线 0707 级级 电力系统电力系统 下下 试卷试卷第第 2 2 页页 共共 8 8 页页 _。 三、简答题（共三、简答题（共 42 分）分） 1. （5 分）分）PQ 分解法由于采用了一些简化，计算速度是不是一定比牛顿-拉夫 逊法快？为什么？ 2. （5 分）分）对图 1 所示开式网络，A 是供电点，已知各线路(1、2、3)的参数、 各节点的负荷及 A 点的电压，试写出对此系统进行电压和功率分布计算的基 本步骤。 3. （5 分）分）利用下利用下图形解释电力系统频率的一次调整和二次调整过程，并说明 如何通过二次调整实现系统的无差调节。解释时可以在图中另外加线。 4. （6 分）分）某电网应用特征值分析法分析电力系统静态稳定性问题，在某一平 f P O PD(f) PD(f) A B PG(f) PG(f) B B A b c d 1 2 3 图 1 辐射状供电网 0707 级级 电力系统电力系统 下下 试卷试卷第第 3 3 页页 共共 8 8 页页 衡点处存在 5 个特征根为： 106 . 0;05. 0; 41 . 0 5 , 432, 1 jj ，该电网 是否存在静态失稳问题，振荡失稳的模式是周期性的还是非周期性的？周期 性振荡失稳的振荡频率是多少？ 5. （9 分）分）对基于电压偏差的比例式励磁调节器，分析放大倍数对功率极限和 小干扰稳定极限各有什么影响？并简要说明提高稳定极限的措施。 6. （12 分）分）在图示简单电力系统的发电机端接入一个制动电阻 Rb（原理接线 如图 2） ，则发电机的有功电磁功率表达式应如何表达？简要绘图解释制动电 阻如何控制可以增大极限切除角？ tb 测量控 制或继 电保护 Rb 切除 投入 切 除 T1T2 DLV 图 2 发电机电气制动原理图 四、计算题（共四、计算题（共 30 分）分） 1. 某地区全年平均日负荷如下表所示。试画出负荷持续曲线图，并计算全年的 耗电量 W 与最大负荷利用小时数 Tmax（5 分）分） 。 时间 0:00-7:00 7:00-18:00 18:00-22:00 22:00-24:00 负荷（MW） 2.8 3.5 5 3.0 2. 一条 35kV 的线路，全线路阻抗为（10+j12），输送功率为（6+j4）MVA。 线路的首端电压为 36kV， 欲使线路末端电压不低于 34kV, 试确定串联补偿所 需的容抗（5 分）分） 。 0707 级级 电力系统电力系统 下下 试卷试卷第第 4 4 页页 共共 8 8 页页 3. 如图 3 所示简单电力系统，各元件参数（已化为统一基准下的标幺值）如下： 发电机（G） ：1 . 0 d X ，0.6 q X ，0.2 d X ； 变压器： 1 . 0 21 TT XX ； 输电线路（每回线） ： 5 . 0 L X ； 稳态运行点： 0 . 1V ，9 . 0cos, 0 . 1 00 P 1）分别计算稳态运行状态下发电机内电势 q E 、 q E 和 E ，并分别写出用以上 电势描述的的发电机有功电磁功率的表达式（10 分）分） ； 2） 若系统首端发生三相金属性短路，求保证系统暂态稳定性的极限切除角 （发 电机采用 E 恒定和机械功率恒定模型） （10 分）分） 。 图 3 单机无穷大系统 0707 级级 电力系统电力系统 下下 试卷试卷第第 5 5 页页 共共 8 8 页页 一、填空题（每空一、填空题（每空 2 分，共分，共 28 分）分） 8. _传输功率_ _沿线衰减和相位变化_ 9. _循环_ _电阻反比_分 10. _2(n-1)_ _n-1+m_ 11. _97_%_98_% 12. _最大负荷损耗时间法_或_等值功率法_ _减小 _ 13. _0.3016_。 14. _转子运动方程_和_功率特性方程_ 三、简答题（共三、简答题（共 42 分）分） 7. （5 分）分）PQ 分解法由于采用了一些简化，计算速度是不是一定比牛顿-拉夫 逊法快？为什么？ 不一定。 PO 分解法的简化减小了每次迭代的计算量， 但是迭代次数可能会增 加， 具体是否比牛顿-拉夫逊法快取决于实际系统的情况。 在 35kV 及以下电压等 级的电压网中，线路的 r/x 比值较大，在迭代计算中可能出现不收敛的情况。 8. （5 分）分）对图 1 所示开式网络，A 是供电点，已知各线路(1、2、3)的参数、 各节点的负荷及 A 点的电压，试写出对此系统进行电压和功率分布计算的基 本步骤。 1） 假设各负荷节点电压为额定电压， 2） 根据各负荷节点电压及负荷，计算各支路 1、2、 3 的功率损耗， 3） 节点 b 的负荷加上支路 2、3 的功率损耗得到支 路 2、3 的首端功率，进而得到支路 1 的末端功 率 4） 支路 1 的末端功率加上支路 1 的功率损耗， 得到 支路 1 的首段功率 5） 根据节点 A 的给定电压和支路 1 的首段功率， 可以计算支路 1 的电压降落， 得到节点 B 的电压， 进而根据节点 B 的电压及支路 2、 3 的首端功率计 算支路 2、3 的电压降落，得到 cd 节点的电压。 6） 返回步骤 2，重复计算。 9. （5 分） 利用下分） 利用下图形解释电力系统频率的一次调整 和二次调整过程， 并说明如何通过二次调整实现系 统的无差调节。解释时可以在图中另外加线。 Pg(f)为系统频率特性曲线，Pd(f)为负荷的频率特性曲 线，原始的运行 d 点为其交点 A。系统负荷增加后，负荷曲线到了 Pd(f)，还未 进行二次调整时，运行点移到 B 点，系统频率下降。在同步器的作用下，系统 静态特性上升到 Pg(f),运行点到 B，此时为有差调节。如果二次调整使得静态 特性上升到 Pg(f),运行点到 B，则可实现无差调节。 10. （6 分）分）某电网应用特征值分析法分析电力系统静态稳定性问题，在某一平 衡点处存在 5 个特征根为： 106 . 0;05. 0; 41 . 0 5 , 432, 1 jj ，该电网 是否存在静态失稳问题，振荡失稳的模式是周期性的还是非周期性的？周期 性振荡失稳的振荡频率是多少？ A b c d 1 2 3 图 1 辐射状供电网 f P O PD(f) PD(f) A B PG(f) PG(f) B PG(f) B 0707 级级 电力系统电力系统 下下 试卷试卷第第 6 6 页页 共共 8 8 页页 1、2、3实部大于 0，所以系统存在静态失稳问题，1、2为周期性振荡失稳， 振荡频率为 2 4 。 11. （9 分）分）对基于电压偏差的比例式励磁调节器，分析放大倍数对功率极限和 小干扰稳定极限各有什么影响？并简要说明提高稳定极限的措施。 答： 0 4 d TL VVEq X X SKSa Gq ，如果没有调节器，即 KV=0，则稳定条件变为 SEq0。 装设了调节器后， 在运行功角 90o的一段范围内， 虽然 SEq0， 因此只要 Kv 足够大，仍然有可能使上式得到满足。所以，装设调节器后，运行 角可以大于 90o，从而扩大了系统稳定运行的范围。调节器的放大系数整定值越 大，维持发电机端电压的能力就越强，输电系统的功率极限也越大。 提高电力系统的功率极限，提高发电机的电势 E，减小系统电抗 X，稳定系 统电压 V，抑制自发振荡，提高系统阻尼。 12. （12 分）分）在图示简单电力系统的发电机端接入一个制动电阻 Rb（原理接线 如图 2） ，则发电机的有功电磁功率表达式应如何表达？简要绘图解释制动电 阻如何控制可以增大极限切除角？ 答：答： T P 1 P 3 P 2 P a b c d e f r i P 0 max c r m P b g h 如图所示，发电机正常运行在平衡点 a。短路瞬间，工作点变到短路时 的功率特性 P2上的点 b，发电机加速，功角增大。到点 c 切除故障线路，发 电机工作点变到切除线路后的功率特性 P3上的点 d。 显然， 如果不采取措施， 可能的减速面积 Aefri将小于加速面积 Aabcde， 系统将失去暂态稳定。 如果在故 障切除后接着投入电气制动，发电机工作点将由点 f 变到投入电气制动后的 功率特性 Pm上的点 g。发电机在第一个摇摆周期的最大摇摆角 max，将由面 积 Aabcde+Aefghi=0 所对应的点 h 确定。此刻，发电机转速恢复到同步速度。 0707 级级 电力系统电力系统 下下 试卷试卷第第 7 7 页页 共共 8 8 页页 tb 测量控 制或继 电保护 Rb 切除 投入 切 除 T1T2 DLV 图 2 发电机电气制动原理图 四、计算题（共四、计算题（共 30 分）分） 4. 某地区全年平均日负荷如下表所示。试画出负荷持续曲线图，并计算全年的 耗电量 W 与最大负荷利用小时数 Tmax（5 分）分） 。 时间 0:00-7:00 7:00-18:00 18:00-22:00 22:00-24:00 负荷（MW） 2.8 3.5 5 3.0 W=(7*2.8+2*3.0+11*3.5+4*5)*365=36164.5 MWh Tmax=30696.5/5=6832.8 h 5. 一条 35kV 的线路，全线路阻抗为（10+j12），输送功率为（6+j4）MVA。 线路的首端电压为 36kV， 欲使线路末端电压不低于 34kV, 试确定串联补偿所 需的容抗（5 分）分） 。 补偿前线路的电压损耗为： 6 104 12 36 V =3, 补偿后要求的电压损耗为36 342VcV 补偿所需的容抗为 36 32 9 4 Xc 0707 级级 电力系统电力系统 下下 试卷试卷第第 8 8 页页 共共 8 8 页页 6. 如图 3 所示简单电力系统，各元件参数（已化为统一基准下的标幺值）如下： 发电机（G） ：1 . 0 d X ，0.6 q X ，0.2 d X ； 变压器： 1 . 0 21 TT XX ； 输电线路（每回线） ： 5 . 0 L X ； 稳态运行点： 0 . 1V ，9 . 0cos, 0 . 1 00 P 1）分别计算稳态运行状态下发电机内电势 q E 、 q E 和 E ，并分别写出用以上 电势描述的的发电机有功电磁功率的表达式（10 分）分） ； 2） 若系统首端发生三相金属性短路， 求保证系统暂态稳定性的极限切除角 （发 电机采用 E 恒定和机械功率恒定模型） （10 分） 。分） 。 图 3 单机无穷大系统 1) 0 0 cosV P I 0 s i n 2 0 2 0 )cos()sin(IXIXVE qqQ 0 0 0