(2025年)电力系统分析考试题含参考答案

(2025年)电力系统分析考试题含参考答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.电力系统标幺值计算中，若基准容量取100MVA，基准电压取110kV，则基准电流为（）。A.0.525kAB.1.05kAC.1.575kAD.2.1kA2.变压器分接头调整对系统电压的影响主要体现在（）。A.改变有功分布B.改变无功分布C.调整节点注入功率D.降低网络损耗3.三相短路电流计算中，若发电机次暂态电抗标幺值为0.15，系统基准容量为100MVA，发电机额定容量为200MVA，则其电抗标幺值归算后为（）。A.0.075B.0.15C.0.3D.0.64.静态稳定判据dP/dδ>0的物理意义是（）。A.功角增大时功率增加，系统可恢复稳定B.功角增大时功率减少，系统不可恢复稳定C.功角减小时功率增加，系统振荡D.功角减小时功率减少，系统失稳5.潮流计算中，PQ节点的已知量是（）。A.有功功率和电压幅值B.有功功率和无功功率C.电压幅值和相角D.无功功率和电压相角6.电力系统发生单相接地短路时，故障相电流为（）。A.正序电流的3倍B.负序电流的3倍C.零序电流的3倍D.正序电流的2倍7.无功补偿设备中，既能发出无功又能吸收无功的是（）。A.并联电容器B.并联电抗器C.静止无功发生器（SVG）D.串联电容器8.发电机功角特性曲线的最大值由（）决定。A.发电机电动势和系统电压幅值B.发电机电抗和线路电抗之和C.A和B共同D.原动机输入功率9.电力系统频率调整中，一次调整依靠（）。A.发电机调速器B.调频器C.负荷自身调节D.备用容量10.变压器零序等值电路与（）无关。A.绕组接线方式B.中性点接地情况C.负载大小D.铁芯结构二、填空题（每空1分，共15分）1.电力系统的基本参量包括______、______、______和频率。2.牛顿-拉夫逊潮流计算的修正方程是______，其收敛的关键在于______。3.短路电流计算中，次暂态电流I''是______时刻的短路电流周期分量有效值，冲击电流i_sh=______I''。4.电压稳定的本质是______平衡，功角稳定的本质是______平衡。5.电力系统无功电源包括______、______、______和静止无功补偿装置。6.发电机的同步电抗X_d反映______，次暂态电抗X''_d反映______。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述牛顿-拉夫逊法与PQ分解法在潮流计算中的主要区别及适用场景。2.比较三相短路与单相接地短路的特点（从故障电流、序分量分布、对系统影响三方面分析）。3.说明电压稳定与功角稳定的联系与区别。4.分析新能源（如风电、光伏）大规模接入对电力系统潮流分布的影响。5.变压器并列运行需满足哪些条件？不满足时可能产生什么后果？四、计算题（共35分）1.（10分）某简单电力系统接线如图1所示（图中参数均为标幺值，基准容量S_B=100MVA，基准电压U_B=110kV）：发电机G电动势E''=1.05∠0°，变压器T电抗X_T=0.1，线路L电抗X_L=0.2，负荷节点D有功P_D=0.8，无功Q_D=0.6。求：（1）节点D的电压标幺值；（2）发电机输出的有功功率和无功功率。2.（10分）某110kV系统发生三相短路，已知系统等值电抗X_S=0.2（标幺值，S_B=100MVA），发电机次暂态电抗X''_d=0.15（以自身容量200MVA为基准），变压器电抗X_T=0.1（S_B=100MVA）。求：（1）归算到S_B=100MVA的总电抗标幺值；（2）次暂态短路电流I''（kA）；（3）冲击电流i_sh（kA）。3.（15分）某220kV母线电压偏低，当前电压为205kV（标幺值0.93），需将电压提升至220kV（标幺值1.0）。已知母线短路容量为500MVA，拟采用并联电容器补偿。求：（1）母线等值电抗X_S（标幺值，S_B=100MVA）；（2）所需补偿的无功容量Q_c（Mvar）；（3）若电容器额定电压为220kV，计算其实际容量（考虑电压偏差影响）。五、综合分析题（20分）某区域电网包含火电机组（G1，容量300MW，X_d''=0.18）、风电场（G2，容量200MW，通过VSC-HVDC接入，等效电抗X_w=0.25）、负荷（P_L=450MW，Q_L=150MVA）及500kV输电线路（X_L=0.12，S_B=100MVA）。近期因负荷增长，系统出现电压波动和功角稳定问题。（1）分析风电场通过VSC-HVDC接入对系统潮流分布的影响；（2）提出改善电压波动的具体措施（至少3种）；（3）若火电机组输出功率P_G1=280MW，系统等值电压U=1.0∠0°，计算其功角δ，并判断静态稳定性（已知E''=1.2∠δ，X_total=0.3）。参考答案一、单项选择题1.A2.B3.A4.A5.B6.C7.C8.C9.A10.C二、填空题1.电压、电流、功率；2.JΔx=-Δf，初始值选择；3.0时刻，1.8×√2；4.无功功率，有功功率；5.发电机、同步调相机、电容器；6.对称稳态运行时的电抗，突然短路时的暂态电抗。三、简答题1.区别：牛顿-拉夫逊法雅可比矩阵为满阵，计算精度高但计算量大；PQ分解法利用电力系统R<<X的特性，将雅可比矩阵近似为对角阵，简化计算，速度快但精度略低。适用场景：牛顿法用于对精度要求高的复杂系统；PQ分解法用于大规模系统的快速计算。2.三相短路：对称故障，仅含正序分量，故障电流大，对系统冲击强；单相接地短路：不对称故障，含正、负、零序分量，故障电流可能小于三相短路（中性点直接接地系统除外），但会引起非故障相电压升高，影响设备绝缘。3.联系：均属于系统稳定问题，电压失稳可能引发功角失稳，反之亦然。区别：电压稳定关注无功平衡和节点电压维持能力；功角稳定关注发电机间同步运行能力，核心是有功功率平衡。4.影响：新能源出力具有间歇性和随机性，导致注入节点的有功功率波动，改变潮流分布；逆变器控制特性使其无功输出灵活，可能局部改善电压，但高比例接入会降低系统惯量，增加潮流分布的不确定性；远距离输送时需考虑输电通道的潮流转移，可能引发线路过载。5.条件：变比相同、连接组别相同、阻抗电压标幺值相同。后果：变比不同会产生环流；连接组别不同会导致很大环流（甚至烧毁变压器）；阻抗电压不同会使负载分配不均，阻抗小的变压器过载。四、计算题1.（1）节点D的等效电抗X=X_T+X_L=0.3，负荷功率S_D=0.8+j0.6，其导纳Y_D=S_D/U_D²（设U_D=U∠θ）。潮流方程：E''-U_D=I(X_T+X_L)，I=S_D/U_D=(0.8-j0.6)/U_D。代入得：1.05-U=[(0.8-j0.6)/U]0.3。忽略电阻，近似有功平衡：P=E''U/Xsinδ=0.8，假设δ很小，sinδ≈δ，则U≈1.05X/(0.8)=1.050.3/0.8≈0.393（错误，正确方法应为迭代计算）。正确步骤：设U_D=1.0，计算I=(0.8-j0.6)/1.0=0.8-j0.6，电压降落ΔU=IX=(0.8-j0.6)0.3=0.24-j0.18，E''=U_D+ΔU=1.0+0.24-j0.18=1.24-j0.18（与给定E''=1.05∠0°不符），需迭代。最终解得U_D≈0.92∠-5.7°（标幺值约0.92）。（2）发电机输出功率S_G=E''(E''-U_D)/X=1.05(1.05-0.92∠5.7°)/0.3≈1.05(0.13+j0.09)/0.3≈0.455+j0.315，即P_G≈0.455×100=45.5MW（错误，标幺值功率直接为S_G=P_G+jQ_G=(E''²-E''U_Dcosδ)/X+j(E''U_Dsinδ)/X，正确计算得P_G≈0.8+ΔP_L=0.8+(0.8²+0.6²)0.3/1.0²≈0.8+0.3=1.1（标幺值），即110MW，Q_G≈0.6+(0.8²+0.6²)0.3/1.0²=0.6+0.3=0.9（标幺值），即90Mvar。2.（1）发电机电抗归算：X''_d=0.15×(100/200)=0.075，总电抗X=0.075+0.1+0.2=0.375（标幺值）。（2）次暂态电流I''=1/X=1/0.375≈2.667（标幺值），基准电流I_B=S_B/(√3U_B)=100/(√3×110)≈0.525kA，故I''=2.667×0.525≈1.40kA。（3）冲击电流i_sh=1.8×√2×I''≈2.55×1.40≈3.57kA。3.（1）短路容量S_sc=500MVA，标幺值S_sc=500/100=5，等值电抗X_S=1/S_sc=0.2（标幺值）。（2）电压偏差ΔU%=(1.0-0.93)/1.0=7%，补偿容量Q_c=ΔU%×S_sc=0.07×500=35Mvar（或用公式Q_c=(U1²-U0²)/(X_SU_B²)×S_B，代入得Q_c=(1.0²-0.93²)/0.2×100≈(1-0.8649)/0.2×100≈0.1351/0.2×100≈67.55Mvar，此处需明确公式，正确应为Q_c=ΔU×S_sc/U_N，ΔU=220-205=15kV，U_N=220kV，Q_c=15/220×500≈34.09Mvar，约34Mvar）。（3）实际容量Q_c实际=Q_c×(U_N/U实际)²=34×(220/205)²≈34×1.16≈39.44Mvar。五、综合分析题（1）VSC-HVDC可独立控制有功和无功，风电场通过其接入时，有功功率可灵活输送，减少对交流系统潮流分布的依赖；无功功率可根据需要调节，改善接入点电压；但换流器的功率损耗会增加局部网络的有功损耗，可能改变附近线路的潮流方向。（2）措施：①在负荷中心加装SVG，