2025年电力系统分析期末考试试卷附答案

2025年电力系统分析期末考试试卷附答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.电力系统中，发电机的额定电压通常比同级电网额定电压高（）。A.2.5%B.5%C.10%D.7.5%2.电力系统发生不对称短路时，最严重的负序电流出现在（）短路情况下。A.单相接地B.两相短路C.两相接地D.三相短路3.潮流计算中，PQ节点的待求量是（）。A.有功功率、无功功率B.电压幅值、电压相位角C.有功功率、电压相位角D.无功功率、电压幅值4.电力系统静态稳定是指（）。A.系统受到小干扰后恢复原运行状态的能力B.系统受到大干扰后保持同步运行的能力C.系统频率保持稳定的能力D.系统电压保持稳定的能力5.YNd11接线的变压器，一次侧线电压与二次侧线电压的相位差为（）。A.30°B.60°C.90°D.120°6.电力系统中，最常用的无功补偿设备是（）。A.同步发电机B.电容器C.调相机D.静止无功发生器（SVG）7.电力系统频率的一次调整由（）完成。A.发电机调速器B.发电机励磁调节器C.负荷自动控制D.调度中心指令8.中性点不接地系统发生单相接地故障时，非故障相电压升高为（）。A.线电压B.相电压C.√2倍相电压D.√3倍相电压9.距离保护第Ⅰ段的保护范围通常为被保护线路全长的（）。A.80%-85%B.90%-95%C.70%-75%D.60%-65%10.采用对称分量法分析不对称短路时，正序网络中发电机的电动势为（）。A.0B.正序电动势C.负序电动势D.零序电动势二、判断题（每题1分，共10分。正确填“√”，错误填“×”）1.标幺值的基准值可以任意选择，因此标幺值没有单位。（）2.短路电流计算中，次暂态电抗X''d小于暂态电抗X'd。（）3.电力系统有功功率不足会导致频率下降，无功功率不足会导致电压下降。（）4.静态稳定判据为整步功率系数SPE>0，若SPE≤0则系统失去静态稳定。（）5.变压器的励磁电抗Xm在标幺制中通常可以忽略，因此等值电路可简化为漏阻抗。（）6.电力线路的电导主要由电晕损耗和泄漏损耗决定，正常运行时可近似为0。（）7.电力系统电压调整的主要手段包括改变发电机端电压、调节变压器分接头、投切无功补偿设备。（）8.电力系统频率的二次调整是由发电机的调速器自动完成的，无需人工干预。（）9.中性点直接接地系统发生单相接地故障时，非故障相电压不会升高，因此供电可靠性更高。（）10.不对称短路时，零序电流仅在零序网络闭合的路径中流通，与变压器中性点接地方式无关。（）三、简答题（每题6分，共30分）1.简述电力系统电压等级选择的基本原则。2.说明短路电流计算中“无限大电源”的假设条件及其对计算结果的影响。3.分析电力系统有功功率与频率的关系，并解释一次调整与二次调整的区别。4.什么是电力系统的暂态稳定？提高暂态稳定的主要措施有哪些？5.推导变压器Δ-Y联结时，两侧线电流与相电流的对称分量变换关系。四、计算题（共30分）1.（10分）某110kV辐射型电网接线如图1所示（图中参数均为标幺值，基准容量Sb=100MVA，基准电压Ub=110kV）：发电机G的次暂态电抗X''d=0.2，变压器T的电抗XT=0.15，线路L的电抗XL=0.25，负荷节点D的有功功率PD=0.8（标幺值），无功功率QD=0.6（标幺值）。当节点D发生三相短路时，求：（1）短路点的次暂态电流标幺值；（2）短路冲击电流的有名值（假设冲击系数Ksh=1.8）。2.（10分）某简单电力系统由两台发电机通过双回线路连接，系统参数如下：发电机G1、G2的电抗均为Xg=0.2（标幺值），线路每回电抗Xl=0.3（标幺值），无穷大母线电压为1.0（标幺值）。正常运行时，G1输出有功功率P1=0.8（标幺值），G2输出有功功率P2=0.5（标幺值）。当一回线路发生三相短路故障并瞬间切除后，计算系统的功角特性曲线，并判断系统是否保持暂态稳定（假设故障切除后功角δ=60°）。3.（10分）某35kV降压变压器，额定容量Sn=10MVA，变比35±2×2.5%/10.5kV，空载损耗P0=10kW，短路损耗Pk=60kW，空载电流I0%=1.5，短路电压Uk%=6。求变压器在额定电压下的等值电路参数（电阻、电抗、电导、电纳，标幺值，基准容量Sb=10MVA）。五、综合分析题（10分）随着新能源（如风电、光伏）大规模接入电力系统，分析其对电力系统运行特性的影响，需从电压稳定性、频率调节、暂态稳定、继电保护配置四个方面展开论述。答案一、单项选择题1.B2.C3.B4.A5.A6.B7.A8.D9.A10.B二、判断题1.×（基准值需按电压等级统一选择）2.√3.√4.√5.√6.√7.√8.×（二次调整需人工或自动发电控制AGC干预）9.×（中性点直接接地系统供电可靠性较低，因单相接地需跳闸）10.×（零序电流流通与变压器中性点接地方式直接相关）三、简答题1.基本原则：①满足用电设备额定电压要求（电网额定电压与用电设备额定电压匹配）；②减少变电层次，降低网络损耗；③考虑未来发展，预留电压等级升级空间；④与发电机、变压器等设备制造标准协调；⑤适应电力传输距离（高压远距离，低压近距离）。2.假设条件：电源容量无限大（内阻抗为0），端电压恒定，频率恒定。影响：简化计算，忽略电源内部暂态过程，短路电流仅由系统阻抗决定；实际中适用于电源容量远大于短路容量的场景，计算结果偏保守（短路电流偏大）。3.关系：有功功率平衡决定频率，有功不足则频率下降，有功过剩则频率上升。一次调整：由发电机调速器自动响应频率偏差，调整原动机输入功率，属于有差调节，只能部分恢复频率；二次调整：通过调频器或AGC系统手动/自动调整发电机出力，实现无差调节，完全恢复频率。4.暂态稳定：系统受到大干扰（如短路、断线）后，各发电机保持同步运行的能力。提高措施：快速切除故障、采用自动重合闸、强励装置提高励磁、制动电阻消耗过剩功率、发电机快速关气门、增加系统联系（如双回线路）。5.对于Δ-Y联结变压器，Δ侧线电流等于相电流，Y侧线电流等于√3倍相电流且相位差30°。对称分量变换中，Δ侧正序电流经变压器后，Y侧正序电流相位超前30°，负序电流相位滞后30°，零序电流在Δ侧流通但Y侧无零序输出（因Y侧中性点不接地时零序电流无法流出）。四、计算题1.（1）短路回路总电抗X∑=X''d+XT+XL=0.2+0.15+0.25=0.6（标幺值）次暂态电流标幺值I''=1/X∑=1/0.6≈1.667（标幺值）（2）基准电流Ib=Sb/(√3×Ub)=100/(√3×110)≈0.525kA冲击电流有名值ish=Ksh×√2×I''×Ib=1.8×1.414×1.667×0.525≈2.74kA2.正常运行时，双回线路电抗X=Xl//Xl=0.3/2=0.15，系统总电抗X∑=Xg+X+Xg=0.2+0.15+0.2=0.55功角特性P=V×E/X∑×sinδ（假设E=1.0，V=1.0），则Pmax=1×1/0.55≈1.818（标幺值）故障切除后，单回线路电抗X'=0.3，总电抗X∑'=0.2+0.3+0.2=0.7，Pmax'=1×1/0.7≈1.429（标幺值）故障前运行功角δ0=arcsin(P/Pmax)=arcsin((0.8+0.5)/1.818)=arcsin(1.3/1.818)≈45°故障切除后，剩余动能需由减速面积补偿。若δ=60°时，减速面积是否大于加速面积？加速面积=∫(δ0到δc)(P0-P故障)dδ（假设故障时P故障=0），减速面积=∫(δc到δmax)(P恢复-P0)dδ计算得δmax=arcsin(P0/Pmax')=arcsin(1.3/1.429)≈65°，δc=60°<δmax，故系统保持暂态稳定。3.电阻R=Pk×Sb/(1000×Sn²)=60×10/(1000×10²)=0.006（标幺值）电抗X=Uk%×Sb/(100×Sn)=6×10/(100×10)=0.06（标幺值）电导G=P0×Sb/(1000×Sn²)=10×10/(1000×10²)=0.001（标幺值）电纳B=I0%×Sb/(100×Sn)=1.5×10/(100×10)=0.0015（标幺值）五、综合分析题1.电压稳定性：新能源出力间歇性（如风电受风速、光伏受光照影响）导致电压波动；逆变器控制的电源缺乏传统同步发电机的电压支撑能力，弱电网下易引发电压振荡；需增加动态无功补偿（如SVG）维持电压稳定。2.频率调节：新能源多通过电力电子设备并网，无转动惯量，无法提供惯性响应；系统总惯量下降，频率波动加剧；需通过虚拟同步机（VSG）技术模拟惯性，或配置储