2025年电力系统分析测试卷

2025年电力系统分析测试卷考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、1.简述电力系统由哪些主要部分组成，并说明各部分的基本功能。2.什么是电力系统的运行方式？常见的运行方式有哪些？3.解释下列术语：额定电压、标幺值、功率因数、最大负荷、最小负荷。二、4.一台单相变压器，额定电压为220/110kV，额定容量为100kVA。试求其变比、额定阻抗的标幺值（假设基准电压为220kV）。5.一条长度为100km的110kV架空线路，单位长度参数为：R₀=0.41Ω/km，X₀=0.314Ω/km，B₀=2.68×10⁻⁶S/km。试计算该线路的阻抗（Z₀）和导纳（Y₀）。6.在电力系统中，理想变压器与实际变压器在模型上有何主要区别？这种区别对潮流计算有何影响？三、7.简述节点电压方程（用admittancematrix表示）的物理意义。8.什么是潮流计算？简述牛顿-拉夫逊法与P-Q分解法在原理上的主要区别。9.影响电力系统潮流分布的主要因素有哪些？四、10.某节点P的电压为115kV（∠0°），其注入功率为80MW（滞后功率因数0.8），系统频率为50Hz。试计算该节点的复功率S。11.简述电力系统中电压调整的必要性和主要方法。12.在进行电压调整时，为什么有时需要使用串联电抗器？其接入对系统电压和功率传输有何影响？五、13.什么是电力系统的网络拓扑？关联矩阵如何描述网络拓扑结构？14.简述对称三相短路故障的特点。为什么对称短路电流通常远大于不对称短路电流？15.什么是短路电流的冲击系数？它的大小对继电保护整定有何影响？六、16.解释功角稳定性的基本概念。什么是静稳定性和暂态稳定性？17.影响电力系统功角稳定性的主要因素有哪些？如何提高系统的稳定性？18.简述同步发电机在小扰动下保持稳定运行的条件（根据功角特性分析）。七、19.什么是电力系统的经济运行？其基本目标是什么？20.在电力系统规划中，为什么要进行网络拓扑分析？21.简述电力系统运行可靠性（可用性）的基本概念。试卷答案一、1.电力系统主要由发电机、变压器、输电线路、配电线路、用户负荷以及调压设备、保护装置和控制系统等组成。发电机产生电能；变压器用于改变电压等级，实现电能传输和分配；输电线路和配电线路用于传输和分配电能；用户负荷消耗电能；调压设备用于维持电压水平；保护装置用于故障时切除故障元件，保证系统安全；控制系统用于监视、控制和优化系统运行。2.电力系统运行方式是指电力系统在某一时刻的运行状态和方式，包括发电功率、负荷水平、运行电压、频率、网络结构等。常见的运行方式有正常方式、事故后方式、紧急方式、特殊运行方式（如单机运行、环网运行）等。3.额定电压：设备在额定工作条件下设计的运行电压。标幺值：实际值与基准值的比值，用于简化计算。功率因数：有功功率与视在功率的比值，反映电能利用效率。最大负荷：电力系统或用户在一段时间内出现的最高负荷。最小负荷：电力系统或用户在一段时间内出现的最低负荷。二、4.变比k=220/110=2。基准电压SBase=220kV。额定阻抗标幺值Z₁ᵥ=(220kV/110kV)²*(100kVA/100kVA)=4。5.阻抗Z₀=R₀+jX₀=0.41Ω/km+j0.314Ω/km=(0.41+j0.314)Ω/km。导纳Y₀=jB₀=j2.68×10⁻⁶S/km。6.实际变压器模型考虑了电阻、漏抗、励磁支路等参数，而理想变压器模型假设无损耗、无漏磁、无励磁电流。实际变压器参数对电压降和功率损耗有影响，因此在潮流计算中必须使用实际参数模型。三、7.节点电压方程描述了网络中所有节点的电压与注入该节点的电流（或功率）之间的关系。其物理意义是基于基尔霍夫电流定律（KCL）和欧姆定律，表达了节点注入电流由节点电压与相邻节点电压之差以及连接支路的导纳决定的。8.潮流计算是确定电力系统中各节点电压幅值和相角以及各支路功率流动的计算。牛顿-拉夫逊法是一种迭代法，通过构建修正方程矩阵，直接求解节点电压，收敛速度较快，适用于复杂系统，但需要存储雅可比矩阵。P-Q分解法是牛顿-拉夫逊法的简化形式，将P-Q节点分解为P-Q节点和P-V节点，分别进行迭代，减少了雅可比矩阵的规模和计算量，适用于网络规模较大且P-Q节点较多的情况。9.主要因素包括：电源（发电机出力）大小和位置、负荷（大小、类型、位置）分布、网络结构（线路参数、拓扑连接）、运行方式（是否考虑无功补偿设备）等。四、10.S=P+jQ=80MW+j(80MW/0.8)*tan(acos(0.8))=80MW+j60MW=(80+j60)MW。11.电压调整是为了满足用户对电压质量的要求，保证用电设备的正常运行。主要方法包括：使用调压变压器（改变分接头）、并联电容器或调相机（提供无功功率）、使用静止无功补偿器（SVC）或同步调相机（动态调节无功）、改变线路参数（如使用串联电抗器）等。12.串联电抗器接入线路可以限制线路的短路电流，提高系统稳定性，限制电压突变（如断路器合闸时），改善系统功率传输能力（如限制次同步/同步振荡）。接入电抗器会降低线路末端电压，增加线路电压损耗。五、13.电力系统的网络拓扑是指系统中发电机、变压器、线路等元件的连接方式。关联矩阵是一个用于描述网络拓扑结构的方阵，其行对应节点，列对应支路，元素通常为+1、-1或0，表示支路与节点的连接关系以及电流方向。14.对称三相短路是指三相线路同时发生金属性短路。其特点是三相电流、电压、故障点功率均对称，故障电流（主要是短路电流）幅值较大，但系统三相平衡，对保护装置和设备冲击较大。不对称短路（如单相接地、两相接地、两相短路）由于三相不平衡，故障电流计算复杂，但通常幅值小于对称短路电流。15.短路电流的冲击系数kᵥ是指短路电流冲击值iᵥ与稳态短路电流I∞的比值。它反映了短路电流在暂态过程中非周期分量衰减的速度。冲击系数越大，说明非周期分量衰减越慢，冲击电流越大，对电气设备的动稳定性和继电保护整定有重要影响。六、16.功角稳定性是指电力系统在受到小扰动后，同步发电机保持同步运行，功角（发电机转子之间相对角度）保持在允许范围内恢复到稳定值的能力。静稳定性是指系统在扰动消失后能恢复到原始平衡状态的能力。暂态稳定性是指系统在受到较大扰动（如短路故障）后，在失去同步前能保持暂态平衡状态，并在故障消除或切除后能恢复同步运行的能力。17.主要影响因素包括：电源（特别是同步发电机的阻尼绕组和励磁系统特性）、负荷（特别是负荷的阻尼特性、类型）、系统电压水平、网络结构（特别是连接紧密程度、线路阻抗）、系统运行方式（负荷水平、电压水平）等。提高稳定性的方法包括：采用快速励磁系统、增加线路阻尼（如采用串联电容补偿或线路阻尼器）、采用同步调相机或SVC提供阻尼无功、改善网络结构（加强电网联络）、合理降低运行电压水平等。18.基于功角特性分析，同步发电机在小扰动下能保持稳定运行的条件是：功角特性曲线在运行点处具有负的导数（dP/dδ<0）。这意味着当功角发生微小增大时，电磁功率Pem对功角的导数为负，产生的制动转矩大于原动机转矩，使功角减小，回到稳定运行点。七、19.电力系统的经济运行是指在一定技术约束条件下，通过优化发电机组合出力或调整运行方式，使整个系统的总运行成本（主要是发电燃料成本和运行维护成本）最小，或在满足运行约束的前提下使经济效益最高。20.在电力系统规划中，进行网络拓扑分析是为了了解现有或拟建电网的结构、连接方式、设备状况等，为电网新建、扩建、改造方案的选择