电气工程师考试冲刺押题卷2025版：电力系统稳定性分析冲刺试题库

电气工程师考试冲刺押题卷2025版：电力系统稳定性分析冲刺试题库考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、单项选择题（每题2分，共20分）1.在电力系统小干扰稳定性分析中，通常采用线性化方法近似描述原系统，其基础是（）。A.功角特性曲线的近似直线段B.发电机励磁特性的线性部分C.系统运行点的局部线性D.网络阻抗的纯阻性2.对于隐极同步发电机，其功角特性方程P=Pmaxsin(δ)中，Pmax代表（）。A.空载额定功率B.额定有功功率C.最大电磁功率D.系统短路功率3.当电力系统发生三相对称故障时，故障点的短路电流（）。A.立即达到最大值B.经历暂态过程后才达到最大值C.不会产生暂态分量D.等于系统额定电流4.提高电力系统暂态稳定性的关键在于（）。A.减小系统总阻抗B.延长发电机转子振荡周期C.快速抑制或消除发电机的功角摇摆D.增大系统无功功率补偿容量5.在电力系统稳定性分析中，采用等值阻抗法简化计算时，主要考虑了（）。A.发电机内部的电磁暂态过程B.输电线路的分布参数影响C.系统故障后的网络拓扑变化D.综合负荷的阻尼特性6.强行励磁装置对暂态稳定性的作用主要体现在（）。A.提高发电机同步转矩B.增大发电机输出有功功率C.提高发电机阻尼系数D.减小发电机励磁时间常数7.所谓电力系统的“失步运行”是指（）。A.系统频率大幅波动B.系统电压严重下降C.并列运行的发电机失去同步D.系统中出现直流分量8.在功角特性分析中，改变发电机同步转矩系数Kt的主要途径是（）。A.调节发电机励磁电压B.改变发电机转子电阻C.调节原动机输入功率D.改变系统等效电抗9.对于无限大容量电源系统，其等值阻抗为零，这意味着（）。A.电源内没有损耗B.电源可以提供无穷大的有功和无功功率C.电源电压恒定不变D.电源不会受到系统故障的影响10.下列哪项措施不属于提高电力系统小干扰稳定性的常规方法？（）A.减小系统线路阻抗B.增大系统运行电压C.采用自动调节励磁系统D.增加系统有功负荷二、填空题（每题2分，共20分）1.电力系统稳定性分析按时间尺度可分为______稳定性、______稳定性和______稳定性。2.在小干扰稳定性分析中，通过计算系统雅可比矩阵的特征值来判断系统的______。3.功角特性曲线的顶点所对应的角度称为______。4.电力系统发生短路故障时，故障点的______通常最先达到最大值。5.提高系统固有阻尼对抑制机电振荡______。6.减小发电机转子时间常数Td0可以______暂态稳定性的持续时间。7.当系统发生不对称故障后，需要采用______原理将其转化为等效的对称故障进行分析。8.电力系统稳定性是指电力系统在受到______作用下，保持或恢复到______的能力。9.在实际电力系统中，负荷通常被视为______或______的功率。10.提高电力系统稳定性的一条重要途径是______，以减少线路传输功率与功角之间的非线性关系。三、简答题（每题5分，共25分）1.简述电力系统小干扰稳定性分析的基本步骤。2.简述提高电力系统暂态稳定性的主要措施及其原理。3.简述电力系统静态稳定性的概念及其影响因素。4.简述短路故障对电力系统稳定性的主要影响。5.简述什么是电力系统的振荡中心及其大致位置。四、计算题（每题10分，共30分）1.某简单电力系统如图所示，系统中各元件参数如下：G1为发电机，Xd'=0.3p.u.，E'f=1.2p.u.；L1为输电线路，Xl=0.4p.u.；G2为无穷大系统，E=1.0p.u.。系统在正常运行时，发电机输出有功功率P=0.8p.u.，功角δ=30°。试计算：（1）发电机与无穷大系统之间的功角特性方程；（2）该运行点的静态稳定功率极限Pmax；（3）若系统发生三相对称短路故障，短路回路总电抗为Xk=0.1p.u.，试计算短路瞬间发电机输出功率P'和功角δ'。2.已知某电力系统小干扰稳定性分析的雅可比矩阵的特征值为：-0.02±j0.5,-0.03±j0.6,-0.01。试分析该系统的稳定性。3.某电力系统在正常运行和故障后（假设为远端三相短路）的功角特性曲线分别如图（a）和图（b）所示。图中Pmax1和Pmax2分别为正常运行和故障后的静态稳定功率极限，δcr1和δcr2分别为对应的稳定极限功角。试简述如何利用这两条功角特性曲线分析系统的暂态稳定性，并说明判断依据。五、分析题（共15分）某电力系统在正常运行时，发电机与系统同步，功角δ=0°。系统发生一相接地故障，故障发生后，继电保护动作，切除故障线路。试分析从故障发生到故障切除期间，发电机功角δ的变化过程，并说明影响这一过程的主要因素以及提高系统暂态稳定性的可能措施。试卷答案一、单项选择题1.C2.C3.B4.C5.B6.A7.C8.A9.B10.D二、填空题1.小干扰；暂态；动态2.稳定性3.极值功角4.短路电流5.有利6.延长7.对称分量8.小扰动；运行状态9.阻抗；导纳10.功率分解三、简答题1.解析思路：首先建立系统正常运行和微小扰动下的方程（通常是状态方程或Park方程）；然后在线性化基础上，计算系统运行点处的雅可比矩阵；接着求解该矩阵的特征值；最后根据特征值的实部判断系统稳定性（实部为负，系统稳定；存在正实部特征值，系统不稳定）。2.解析思路：主要措施包括：快速切除故障（缩短故障时间）、强行励磁（提高发电机端电压，增大同步转矩）、快速关断发电机（减小摇摆幅度）、采用自动调节励磁和调速系统（提高阻尼）等。原理都是通过在故障或扰动瞬间，增加系统的恢复力矩、减小发电机的摇摆角度或延长暂态过程时间常数，使发电机能够恢复同步或保持稳定。3.解析思路：静态稳定性是指电力系统在受到小扰动后，能够自动恢复到原始运行状态的能力。主要影响因素包括：系统运行功角δ的大小（越接近稳定极限越小）、系统等效电抗X（越小越稳定）、发电机励磁电压E'f（越高越稳定）、原动机输入功率Pm（越接近Pmax越不稳定）等。4.解析思路：短路故障会导致系统电压大幅下降、网络结构改变、故障点产生巨大的短路电流和电弧，这些都会引起发电机的电磁转矩和功角发生剧烈变化。电压下降会减小同步转矩，而巨大的电磁力矩变化会加速功角摇摆，可能导致发电机失步，从而破坏系统稳定性。5.解析思路：振荡中心是电力系统中一个特殊的点，在该点处，故障前后对称分量电流之和（或电压之和）为零。它大致位于故障点到系统等效阻抗为50%的位置。确定振荡中心有助于简化故障后的系统等值网络，方便进行稳定性计算。四、计算题1.解析思路：（1）根据发电机输出的电磁功率公式P=E'f*U/Xl*sin(δ)，代入已知参数即可。（2）将功角特性方程对δ求导，令其等于零，求得极值功角δm，再将δm代入功角特性方程求得Pmax。（3）故障瞬间，发电机端电压E'f近似不变，线路阻抗变为Xl+Xk，代入电磁功率公式计算P'。然后根据功角特性方程P=Pmax*sin(δ')/sin(δcr)（假设故障前后稳定极限功角近似相同），求得δ'。2.解析思路：分析特征值实部。三个特征值均具有负实部（-0.02,-0.03,-0.01），说明系统所有modes都是稳定的，因此该电力系统在小干扰下是稳定的。3.解析思路：比较正常运行和故障后的静态稳定功率极限Pmax1和Pmax2，以及稳定极限功角δcr1和δcr2。如果故障后的Pmax2显著减小，且δcr2也减小，说明系统暂态稳定性降低。关键在于比较故障后发电机能否在新的功角δcr2下恢复同步。如果故障切除后，功角能回到δcr1或更小，则系统暂态稳定；否则失步。判断依据是故障后功角能否维持在不超出新的稳定极限δcr2的范围内。五、分析题解析思路：故障发生瞬间，由于线路阻抗增大，发电机输出功率P减小（接近P'），而输入功率Pm基本不变，出现功率缺额，导致发电机功角δ开始加速增大。在故障期间，同步转矩减小，阻尼转矩作用，功角δ继续增大，但增速可能变化。故障切除后，线路阻抗恢复，输出功率P恢复到较高水平（但仍小于Pmax1），输入功率