1、電力系統(tǒng)自動(dòng)化課程考試 復(fù)習(xí)內(nèi)容-答案整理：史躍鵬 2011.7.仃2011學(xué)年第二學(xué)期說明：電氣工程專業(yè)課為：電力電子技術(shù)自動(dòng)控制技術(shù) 電力系統(tǒng)分析，要求平均分大于 75分才能獲得學(xué)位。1 請簡述電力系統(tǒng)的主要特點(diǎn)和運(yùn)行的基本要求。參考書：第1章“電力系統(tǒng)特點(diǎn)和基本要求 ”答：特點(diǎn)：1、與國民經(jīng)濟(jì)、人民日常生活聯(lián)系緊密。2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大復(fù)雜3、各種暫態(tài)過程非常短促4、電能不能大量儲(chǔ)存基本要求：1、保證供電的可靠性2、保證良好的電能質(zhì)量3、保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。2請簡述電力系統(tǒng)自動(dòng)化的主要研究內(nèi)容。參考書：第1章“電力系統(tǒng)自動(dòng)化主要內(nèi)容 ”答：1、電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化2、電廠動(dòng)力機(jī)械自動(dòng)化3、變

2、電站自動(dòng)化4、電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置3準(zhǔn)同期并列的三要素是什么？參考書：第2章第1節(jié)“二、準(zhǔn)同期并列”中的“準(zhǔn)同期并列的理想條件 ”答：1 .并列開關(guān)兩側(cè)的電壓相等，2 .并列開關(guān)兩側(cè)電源的頻率相同，3.并列開關(guān)兩側(cè)電壓的相位角相同。4 并列操作瞬間如果存在相位差，請分析準(zhǔn)同期并列操作對系統(tǒng)的影響。參考書：第2章第1節(jié)“二、準(zhǔn)同期并列”中的“同期并列誤差對并列的影響”的“合 閘相角差對并列的影響”答：出現(xiàn)因相位不等的電壓差， 相位差180度時(shí)，電壓差最大，沖擊電流可以達(dá)到額定 電流的20倍，可能損壞定子繞組端部，相位差在 0-180度之間時(shí)，沖劑電流既有有功 分量，也有無功分量，在發(fā)電機(jī)軸上產(chǎn)生沖擊

3、力矩。5 并列操作瞬間如果存在頻率差，請分析準(zhǔn)同期并列操作對系統(tǒng)的影響。參考書：第2章第1節(jié)“二、準(zhǔn)同期并列”中的“準(zhǔn)同期并列誤差對并列的影響 ”的 “合閘頻率差對并列的影響”答：因?yàn)轭l率不等產(chǎn)生電壓差，這個(gè)電壓差是變化的，變化值在0-2Um之間。這種瞬時(shí)值的幅值有規(guī)律地時(shí)大時(shí)小變化的電壓成為拍振電壓。它產(chǎn)生的拍振電流也時(shí)大時(shí)小變 化，有功分量和轉(zhuǎn)子電流作用產(chǎn)生的力矩也時(shí)大時(shí)小變化，使發(fā)電機(jī)振動(dòng)。頻率差大時(shí)， 無法拉入同步。6并列操作瞬間如果存在電壓幅值差，請分析準(zhǔn)同期并列操作對系統(tǒng)的影響。參考書：第2章第1節(jié)“二、準(zhǔn)同期并列”中的“準(zhǔn)同期并列誤差對并列的影響 ”的 “合閘電壓幅值差對并列的影

4、響 ”答：合閘時(shí)產(chǎn)生沖擊電流，為無功性質(zhì)，對發(fā)電機(jī)定子繞組產(chǎn)生作用力。7已知發(fā)電機(jī)準(zhǔn)同期并列允許壓差為額定電壓的5%,允許頻差為額定頻率的0.2%，當(dāng)圖1所示Ts分別為9s和11s時(shí)，請分析正弦整步電壓波形是否滿足并列操作的壓差和頻差條件。USA圖1正弦整步電壓波形參考書：第2章第2節(jié)“一、脈動(dòng)電壓”答案：當(dāng)Ts= 9s時(shí)，壓差條件滿足，頻差條件不滿足；當(dāng)Ts= 11s時(shí)，壓差和頻差條件均滿足。8 圖2所示兩種頻差情況的Ut.ad （恒定越前時(shí)間脈沖）與 U S.ad（恒定越前相角 脈沖）關(guān)系波形圖，通過比較Ut.ad與U s .ad順序檢查頻差大小，請問哪種頻差情況滿足并列操作的要求，為什么

5、?圖2兩種頻差情況的Ut.ad與.a關(guān)系波形圖參考書：第2章第3節(jié)“一、整步電壓；二.恒定越前時(shí)間信號(hào)形成；三.頻率差檢測 答案：圖所示，口伽有效電平出現(xiàn)時(shí)間先于Ut.ad，表示忖s引嘰丫，即實(shí)際頻差小于允許頻差；圖（b）所示，Ut.ad有效電平出現(xiàn)時(shí)間先于 U&ad，表示冏s| |國sY，即實(shí)際頻差 大于頻差設(shè)定值；圖（C）所示，口伽有效電平出現(xiàn)時(shí)間等于 Ut.ad，表示冏s =|國sY，即實(shí) 際頻差等于允許頻差；顯然圖（a）、圖（C）所示情況滿足并列操作要求。9同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)調(diào)節(jié)的主要作用有哪些？參考書：第3章第1節(jié)“一、同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)”答：1、控制電壓2、合理分配并

6、聯(lián)發(fā)電機(jī)間的無功功率3、提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性4、 改善電力系統(tǒng)的運(yùn)行條件（1、改善異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能 2、為發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行創(chuàng)造條件3、提高帶時(shí)限繼電保護(hù)動(dòng)作的可靠性）5、水輪發(fā)電機(jī)組要求強(qiáng)行減磁10. 簡述同步發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其工作原理和特點(diǎn)？畫出其示意圖參考書：第3章第3節(jié)“同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)”中的“三、靜止勵(lì)磁系統(tǒng)”答：工作原理：（如下圖）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁功率取自發(fā)電機(jī)端，經(jīng)過勵(lì)磁變壓器TV降壓，可控硅整流器VS整流后供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁。 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流通過自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制晶閘管的 控制角進(jìn)行控制。特點(diǎn)：1、結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，造價(jià)低，維護(hù)量小。2、沒有勵(lì)磁機(jī)，縮短了機(jī)組主軸的長度，可

7、減少電廠土建造價(jià)。3、直接用可控硅控制轉(zhuǎn)子電壓，可獲得很快的勵(lì)磁電壓響應(yīng)速度，可以近 似地認(rèn)為具有階躍函數(shù)那樣的響應(yīng)速度。示意圖：第二節(jié)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)三、靜止勵(lì)磁系統(tǒng)（發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng)）VS起勵(lì)電源圖2-13靜I上勵(lì)磁糸統(tǒng)援纟戈11. 簡述同步發(fā)電機(jī)他勵(lì)交流勵(lì)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其工作原理和特點(diǎn)？畫出其示意參考書：第3章第3節(jié)“同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)”中的“二、交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)”答：工作原理：交流主勵(lì)磁機(jī)與交流副勵(lì)磁機(jī)與發(fā)電機(jī)同軸轉(zhuǎn)動(dòng)。交流副勵(lì)磁機(jī)配有個(gè)自勵(lì)恒壓調(diào)節(jié)器維持其端電壓為恒定值。副勵(lì)磁機(jī)輸出的交流電經(jīng)過可控硅整流變成直流給主勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁。 主勵(lì)磁機(jī)輸出的交流電經(jīng)過不可控硅整流器變成直流，供給

8、發(fā)電機(jī)作為勵(lì)磁電流。特點(diǎn)：1、取消了直流勵(lì)磁機(jī)，不存在換向問題，而交流勵(lì)磁機(jī)的容量可以做的很大， 所以容量不受限制2、交流主勵(lì)和副勵(lì)與發(fā)電機(jī)同軸，自成體系，勵(lì)磁系統(tǒng)不受電網(wǎng)的干擾，可靠性高3、由于晶閘管的控制角變化很快，勵(lì)磁電流可以很快變化，所以為快速勵(lì)磁 系統(tǒng)。4、交流勵(lì)磁機(jī)的時(shí)間常數(shù)大，控制環(huán)節(jié)多，增加了勵(lì)磁系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)。為 解決此問題，勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子采用疊片式結(jié)構(gòu)，也使得輸出的直流波紋減小。5、有轉(zhuǎn)子滑環(huán)和碳刷。6、加長了主機(jī)軸長度。第二節(jié)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)二、交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)（一他勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)_ J L圖2-11 他勵(lì)交流勵(lì)艇機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)原理接線12同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器由哪幾

9、個(gè)單元電路構(gòu)成？各單元的主要功能要求 是什么？理”參考書：第 3 章 第 4 節(jié)“ 自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器基本原理 ”中的“ 二、半導(dǎo)體勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原答 :構(gòu)成： 1、測量比較單元 2、綜合放大單元 3、移相觸發(fā)單元對個(gè)單元的要求：一、測量比較單元1、測量電路應(yīng)該有足夠高的靈敏度， 基準(zhǔn)電壓穩(wěn)定， 電壓給定電路的調(diào)整范圍必須滿足運(yùn)行要求2、測量電路應(yīng)該具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能3、測量電路的輸出電壓應(yīng)該平穩(wěn)，波紋要小二、綜合放大單元1、要求能線性無關(guān)地綜合、放大各個(gè)輸入信號(hào)。2、有 足夠的運(yùn)算精度和放大系數(shù)，放大系數(shù)可調(diào)整3、響應(yīng)速度要快，時(shí)間常數(shù)要小4、工 作穩(wěn)定、輸出阻抗低。5、輸出電壓范圍滿足移相觸發(fā)單元

10、的要求三、移相觸發(fā)單元1、晶閘管的觸發(fā)脈沖應(yīng)該與奸詐管陽極電壓同步。2、觸發(fā)脈沖移相范圍要符合相應(yīng)可控整流電路的要求3、觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的功率以保證可控硅元件可靠地導(dǎo)通。4、觸發(fā)脈沖的上升前沿要陡。5、觸發(fā)脈沖有足夠的寬度。6、觸發(fā)脈沖與主電路應(yīng)相互隔望7、保證各相可控硅元件的控制角一致。8、 對三相全控橋式整流電路，還要求觸發(fā)脈沖寬度大于60度或者采用雙脈沖觸 發(fā)。13什么叫發(fā)電機(jī) 滅磁”有哪幾種滅磁方法？并做比較。（所學(xué)教材沒有相關(guān) 知識(shí)）我在估計(jì)你們可能采用的教材中沒有找到此部分知識(shí)點(diǎn)，如果屆時(shí)我拿到你們的教材有這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，就可能會(huì)把這道題作為考試題，如果你們的教材中沒有這部分知識(shí)點(diǎn)，我

11、就不出此考題。請大家在所拿到的教材中找到相應(yīng)部分并進(jìn)行復(fù)習(xí)。參考教材：王葵、孫瑩電 力系統(tǒng)自動(dòng)化第 2章第3節(jié)“勵(lì)磁系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)子磁場的建立和滅磁”答：發(fā)電機(jī)滅磁是將發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電源切除再通過一定的方式來消除殘余的磁場從 而達(dá)到消除發(fā)電機(jī)電壓的目的，目前我們國家常用的滅磁方法有三種： 線性電阻 滅磁（目前用得比較多）、非線性滅磁、碳化硅滅磁。14 圖3給出了同步發(fā)電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢和勵(lì)磁電流關(guān)系。（1）請推導(dǎo)發(fā)電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢、機(jī)端電壓以及無功電流之間的關(guān)系；（2）根據(jù)推導(dǎo)結(jié)論畫出發(fā)電機(jī)的Iq-Ug無功調(diào)節(jié)特性；（3）結(jié)合發(fā)電機(jī)無功調(diào)節(jié)特性曲線，請解釋系統(tǒng)無功負(fù)荷減 小時(shí)，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的變化過程。若要

12、維持發(fā)電機(jī)端電壓不變，則發(fā)電機(jī)的勵(lì) 磁電流應(yīng)該如何調(diào)節(jié)？為什么？L圖3.同步發(fā)電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢和勵(lì)磁電流關(guān)系參考答案：由矢量圖可知:L Eq 二Ug j LXdLL(cos G : 1)感應(yīng)電動(dòng)勢Eq和機(jī)端電壓UG的代數(shù)關(guān)系為:Eq C0S g = U G 1 QXd = EqU G 1 QXd由上式可知或:當(dāng)系統(tǒng)無功負(fù)荷減小時(shí)， 發(fā)電機(jī)需要減小無功電流,以使無功負(fù)荷與發(fā)電機(jī)無功功率達(dá)到平衡，由圖可知當(dāng)無功電流減小，機(jī)端電壓升高，由上式可知，如要維持機(jī)端電壓，必須減小 勵(lì)磁電流，即通過減小發(fā)電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢維持機(jī)端電壓的不變。參考書：第3章“第1節(jié)“同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù) ”中的（一）

13、控制電壓”15簡述電力系統(tǒng)的典型調(diào)頻方法及其調(diào)頻方程式。16.圖4給出了電力系統(tǒng)的功率一頻率關(guān)系及頻率特性，圖中Pl和Pli曲線為負(fù)荷頻率-有功功率特性，Pg和Pg1曲線為發(fā)電機(jī)頻率-有功功率特性，a點(diǎn)為初 始穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。假設(shè)系統(tǒng)內(nèi)所有機(jī)組均裝設(shè)調(diào)速器，如果系統(tǒng)中負(fù)荷有功功率減 少 Pl,請簡述系統(tǒng)的頻率調(diào)整過程。圖4.電力系統(tǒng)的功率-頻率關(guān)系及頻率特性參考書第4章第1節(jié)“（三）電力系統(tǒng)的功率一頻率特性參考答案：頻率變化過程：c,發(fā)電機(jī)輸出功率變化過程：Pl宀P“宀Pl2，答案中包括一次調(diào)頻和二次調(diào)頻。17.分別寫出電力系統(tǒng)運(yùn)行的等式約束、不等式約束條件，并說明式中各符號(hào)含 義。答：參考課本

14、P90.18從安全分析與控制的角度可將電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)劃分為哪幾種？如何劃分？ 答：五種：1、正常運(yùn)行狀態(tài)。電力系統(tǒng)總有功和總無功滿足需求，母線電壓頻率在正常范 圍內(nèi)，電源設(shè)備和輸變電設(shè)備又均在規(guī)定的限額內(nèi)運(yùn)行。2、警戒狀態(tài)。電能指標(biāo)，各個(gè)參量雖然在允許的限值之內(nèi)，但是系統(tǒng)的安全系 數(shù)已經(jīng)下降。3、緊急狀態(tài)。在正常運(yùn)行狀態(tài)或者警戒狀態(tài)的情況下，發(fā)生短路故障或者切除 大容量機(jī)組等狀況時(shí)的狀態(tài)。4、系統(tǒng)崩潰。緊急狀態(tài)下，如果處理不當(dāng)，有可能使初始的干擾及其產(chǎn)生的連 鎖反應(yīng)身份嚴(yán)重，使系統(tǒng)失去穩(wěn)定的狀態(tài)。5、恢復(fù)狀態(tài)。系統(tǒng)崩潰后，借助繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置將故障隔離，使事故停止 擴(kuò)大。19什么是電力系統(tǒng)

15、分層調(diào)度控制？現(xiàn)代電力大系統(tǒng)為什么實(shí)行分層調(diào)度控制？ 答：分層調(diào)度控制：大電力系統(tǒng)分為三級調(diào)度，網(wǎng)調(diào)、省調(diào)、地調(diào)。分層控制將 全電力系統(tǒng)的監(jiān)視控制任務(wù)分配給屬于不同層次的調(diào)度中心， 下一層調(diào)度根據(jù)上 一層調(diào)度中心的命令， 結(jié)合本層電力系統(tǒng)的實(shí)際情況， 完成本次的調(diào)度任務(wù)， 同 時(shí)向上層調(diào)度傳遞所需信息。原因： 1、集中調(diào)度控制有明顯的缺點(diǎn)。2 、分層調(diào)度的優(yōu)點(diǎn)：2.1便于協(xié)調(diào)調(diào)度控制2.2便于提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性2.3提高實(shí)時(shí)響應(yīng)速度2.4靈活性增強(qiáng)2.5提高投資效率20.什么是電力系統(tǒng)的能量管理系統(tǒng) EMS EMS與電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化SCAD;系統(tǒng)有什么關(guān)聯(lián)？答：EMS現(xiàn)代電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)除

16、SCADAS本功能和自動(dòng)發(fā)點(diǎn)控制和經(jīng)濟(jì)調(diào)度之外，又增加了許多高級應(yīng)用軟件的新功能，如網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)、 負(fù)荷預(yù)報(bào)、系統(tǒng)安全分析、調(diào)度員在線潮流等，還開發(fā)了調(diào)度管理信息系統(tǒng)和調(diào) 度員仿真培訓(xùn)系統(tǒng)等，由此形成了新一代電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)一一能量管理系統(tǒng)EMSEMS包括了 SCADA 21 請做出分別用數(shù)字調(diào)幅、數(shù)字調(diào)頻、二元絕對調(diào)相和二元相對調(diào)相四種調(diào)制 方法，對數(shù)字信號(hào)10100101進(jìn)行調(diào)制的波形 答：參見課本P115.22. 簡述電力系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)（包括警戒狀態(tài)）的安全控制主要內(nèi)容答：1、滿足用戶供電需要，包括供電數(shù)量和質(zhì)量。2、系統(tǒng)安全性，保證連續(xù)的系統(tǒng)功能3、最小成本4、環(huán)境保

17、護(hù)5、節(jié)約燃料和其他資源23. 什么是電力系統(tǒng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)安全分析，其目的是什么?T電力系統(tǒng)安全分析就是應(yīng)用預(yù)想事故分析的方法來 預(yù)見知道系統(tǒng)是否存在隱患，即處于不安全正常狀 態(tài)、采取相應(yīng)的措施使之恢復(fù)到安全正常狀態(tài)。靜態(tài)安全分析：用來判斷在發(fā)生預(yù)想事故后系統(tǒng)是 否會(huì)發(fā)生過負(fù)荷或電壓越限等.答:暫態(tài)安全分析：判斷系統(tǒng)是否會(huì)失穩(wěn)。目的：提高系統(tǒng)安全性。24. 為維持電力系統(tǒng)的無功功率平衡，可以從哪些方面采取措施？答:發(fā)電機(jī)發(fā)出的無功功率；系統(tǒng)無功補(bǔ)償設(shè)備（調(diào)相機(jī)，并聯(lián)電容器，靜止補(bǔ)償器和靜止調(diào)相機(jī)）：110kV及以上電壓架空線路及各級電壓電纜的充電功率；從電力網(wǎng)外可能 輸人的無功功率。25. 圖5

18、為電力系統(tǒng)電壓控制原理圖，請推導(dǎo)負(fù)荷端電壓Ub的表達(dá)式，并根據(jù)推導(dǎo)結(jié)論，說明調(diào)節(jié)Ub的控制方式有那些，并列舉實(shí)現(xiàn)這些控制方式的裝置。Ug1：KiK2: 1 Ub+ R+jX f P+jQ圖5.電力系統(tǒng)電壓控制原理圖答：當(dāng)略去輸電線路的充電功率、變壓器的勵(lì)磁功率以及網(wǎng)絡(luò)中的功率損耗，變壓器參數(shù)已歸算到高壓側(cè)，則用戶端電壓表達(dá)式為：PR +QXUb = (UgKi - AU)/ =(UgKi)/K2( Un 二 UgKJu N由上述表達(dá)式可知：可以采取如下方式控制和調(diào)整用戶端電壓Ub。具體包括： 調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓；通過調(diào)節(jié)變壓器的分接抽頭以改變變比來實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)；通過并聯(lián)電抗

19、器或靜止無功補(bǔ)償器，以及發(fā)電機(jī)的無功率或同步調(diào) 相機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)等調(diào)節(jié)系統(tǒng)的無功功率分布以實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)；通過調(diào)節(jié)串聯(lián)電容器 以改變線路中的電抗參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)。26簡述配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化的主要功能。它有哪兩種實(shí)現(xiàn)方式？答：主要功能：1、配電線路負(fù)荷監(jiān)測2、實(shí)時(shí)調(diào)整、變更配電系統(tǒng)的運(yùn)行方式3配電線路出現(xiàn)故障時(shí)，將故障區(qū)段隔離，減少停電的區(qū)域和持續(xù)時(shí)間。 實(shí)現(xiàn)方式：1、當(dāng)?shù)乜刂品绞?、遠(yuǎn)方控制方式27. 安全自動(dòng)裝置在電力系統(tǒng)中起什么作用？從功能上分有哪幾大類？答：作用：延伸繼電保護(hù)的功能，在消除事故的第一階段一一繼電保護(hù)動(dòng)作切除 電網(wǎng)故障區(qū)段之后，自動(dòng)擔(dān)負(fù)起消除事故的第二階段任務(wù)， 即消除電網(wǎng)設(shè)備切除 引起的不良后果，諸如線路或設(shè)備過負(fù)荷、系統(tǒng)解列、頻率下、電壓下降等。功能上分：1用于緊急狀態(tài)的穩(wěn)定控制2用于恢復(fù)狀態(tài)的安全穩(wěn)定控制28. 簡述電力系統(tǒng)自動(dòng)解列裝置及其作用。