2025年電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化考試試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共30分）1.下列關(guān)于電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的描述中，正確的是（）。A.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，非故障相電壓升高至線電壓，允許短時(shí)運(yùn)行B.中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)主要用于110kV及以上電壓等級(jí)C.中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，故障電流較小，對設(shè)備絕緣要求高D.中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)的主要作用是限制短路電流中的零序分量答案：A2.同步發(fā)電機(jī)的次暫態(tài)電抗X''d與暫態(tài)電抗X'd的關(guān)系為（）。A.X''d>X'dB.X''d<X'dC.X''d=X'dD.兩者無固定關(guān)系答案：B3.電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中，PQ節(jié)點(diǎn)的給定參數(shù)是（）。A.有功功率P和無功功率QB.有功功率P和電壓幅值UC.電壓幅值U和相角δD.無功功率Q和電壓相角δ答案：A4.輸電線路的正序電抗與零序電抗的關(guān)系通常為（）。A.正序電抗大于零序電抗B.正序電抗小于零序電抗C.正序電抗等于零序電抗D.關(guān)系不確定答案：B（注：架空線路零序電抗約為正序電抗的2~4倍）5.自動(dòng)重合閘裝置中，“前加速”與“后加速”的主要區(qū)別在于（）。A.前加速在保護(hù)動(dòng)作后重合，后加速在重合于故障時(shí)加速跳閘B.前加速在重合于故障時(shí)加速跳閘，后加速在保護(hù)動(dòng)作前重合C.前加速在保護(hù)啟動(dòng)時(shí)立即重合，后加速在故障切除后重合D.前加速用于單側(cè)電源線路，后加速用于雙側(cè)電源線路答案：A6.電力系統(tǒng)頻率調(diào)整中，一次調(diào)整的特點(diǎn)是（）。A.由發(fā)電機(jī)調(diào)速器自動(dòng)完成，調(diào)整有差B.由調(diào)度中心指令完成，調(diào)整無差C.僅調(diào)整有功功率，不影響頻率D.調(diào)整速度慢，用于長期頻率穩(wěn)定答案：A7.變壓器的短路損耗主要由（）產(chǎn)生。A.鐵芯渦流損耗B.繞組電阻損耗C.漏磁通引起的附加損耗D.勵(lì)磁電流損耗答案：B8.距離保護(hù)中，Ⅰ段保護(hù)的整定原則是（）。A.保護(hù)本線路全長的80%~85%，不考慮與下一級(jí)保護(hù)配合B.保護(hù)本線路全長，與下一級(jí)線路Ⅰ段配合C.作為相鄰線路的后備保護(hù)，與下一級(jí)線路Ⅱ段配合D.保護(hù)范圍延伸至下一級(jí)線路，用于快速切除故障答案：A9.下列不屬于電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償設(shè)備的是（）。A.同步調(diào)相機(jī)B.靜止無功發(fā)生器（SVG）C.并聯(lián)電容器D.串聯(lián)電抗器答案：D10.微電網(wǎng)的“孤島運(yùn)行”模式是指（）。A.微電網(wǎng)與主電網(wǎng)斷開，僅由分布式電源供電B.微電網(wǎng)僅通過一條線路與主電網(wǎng)連接C.微電網(wǎng)內(nèi)所有負(fù)荷由儲(chǔ)能裝置供電D.微電網(wǎng)內(nèi)分布式電源全部退出運(yùn)行答案：A11.發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的主要作用是（）。A.維持發(fā)電機(jī)端電壓恒定，提高系統(tǒng)穩(wěn)定水平B.調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)有功功率，參與一次調(diào)頻C.限制發(fā)電機(jī)短路電流，保護(hù)定子繞組D.監(jiān)測發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警答案：A12.電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析的核心是判斷（）。A.系統(tǒng)在大擾動(dòng)后能否恢復(fù)同步運(yùn)行B.系統(tǒng)在小擾動(dòng)下的電壓穩(wěn)定性C.發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性D.輸電線路的潮流分布是否超過熱穩(wěn)定極限答案：A13.智能變電站中，合并單元（MU）的主要功能是（）。A.實(shí)現(xiàn)數(shù)字量采樣值的同步傳輸B.完成保護(hù)邏輯運(yùn)算C.控制斷路器分合閘D.監(jiān)測一次設(shè)備狀態(tài)答案：A14.高壓直流輸電（HVDC）的主要優(yōu)點(diǎn)是（）。A.不存在同步問題，適合長距離大容量輸電B.線路造價(jià)低，無需換流站C.可直接向交流負(fù)荷供電，無需逆變D.能有效抑制次同步諧振答案：A15.電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的目標(biāo)是（）。A.在滿足約束條件下，使系統(tǒng)總發(fā)電成本最低B.最大化可再生能源發(fā)電量C.保持系統(tǒng)頻率嚴(yán)格恒定D.最小化輸電線路損耗答案：A二、填空題（每空1分，共20分）1.電力系統(tǒng)的基本組成包括發(fā)電、輸電、（配電）和用電環(huán)節(jié)。2.同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性包括空載特性、短路特性、（負(fù)載特性）和調(diào)整特性。3.輸電線路的參數(shù)包括電阻、電抗、（電導(dǎo)）和電納。4.電力系統(tǒng)頻率的額定值為（50Hz）（我國標(biāo)準(zhǔn)）。5.變壓器的連接組別反映了高低壓繞組的（相位關(guān)系），常用時(shí)鐘法表示。6.距離保護(hù)的測量元件是（阻抗繼電器），用于判斷故障點(diǎn)距離。7.自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）的主要任務(wù)是維持系統(tǒng)頻率和（聯(lián)絡(luò)線功率）在計(jì)劃值。8.電力系統(tǒng)短路故障中，（三相短路）的短路電流最大，對系統(tǒng)影響最嚴(yán)重。9.微電網(wǎng)的控制模式包括主從控制、（對等控制）和分層控制。10.發(fā)電機(jī)的功角δ是（勵(lì)磁電動(dòng)勢）與端電壓之間的相位差。11.高壓斷路器的主要參數(shù)包括額定電壓、額定電流、（額定開斷電流）和額定關(guān)合電流。12.電力系統(tǒng)無功平衡的關(guān)鍵是保證（電壓質(zhì)量），避免電壓崩潰。13.繼電保護(hù)的“四性”要求是選擇性、速動(dòng)性、（靈敏性）和可靠性。14.新能源發(fā)電的主要類型包括風(fēng)力發(fā)電、（光伏發(fā)電）和生物質(zhì)能發(fā)電。15.電力系統(tǒng)穩(wěn)定可分為功角穩(wěn)定、（電壓穩(wěn)定）和頻率穩(wěn)定三大類。16.變壓器的勵(lì)磁涌流是由于（鐵芯飽和）引起的，其幅值可達(dá)額定電流的6~8倍。17.靜止無功補(bǔ)償器（SVC）的常見類型有晶閘管控制電抗器（TCR）和（晶閘管投切電容器）（TSC）。18.電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化的“四遙”功能是遙測、遙信、（遙控）和遙調(diào)。19.直流輸電的換流站中，（整流器）將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。20.電力系統(tǒng)的黑啟動(dòng)是指系統(tǒng)全停后，利用（自備電源）或小容量機(jī)組逐步恢復(fù)主網(wǎng)供電的過程。三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的定義及其主要影響因素。答：電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定是指系統(tǒng)在受到大擾動(dòng)（如短路故障、大容量機(jī)組跳閘、大負(fù)荷突變等）后，各同步發(fā)電機(jī)能否保持同步運(yùn)行，并過渡到新的穩(wěn)定狀態(tài)或恢復(fù)到原來穩(wěn)定狀態(tài)的能力。主要影響因素包括：（1）擾動(dòng)的類型和嚴(yán)重程度（如三相短路比單相短路更嚴(yán)重）；（2）系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)（如網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系強(qiáng)度、發(fā)電機(jī)電抗大?。?；（3）發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)和調(diào)速器特性（強(qiáng)勵(lì)磁可提高暫態(tài)穩(wěn)定性）；（4）故障切除時(shí)間（快速切除故障能顯著改善暫態(tài)穩(wěn)定）；（5）負(fù)荷特性（動(dòng)態(tài)負(fù)荷對暫態(tài)穩(wěn)定有重要影響）。2.說明自動(dòng)重合閘（ARC）在電力系統(tǒng)中的作用及對其基本要求。答：作用：（1）提高供電可靠性，尤其對于瞬時(shí)性故障（如雷擊閃絡(luò)），重合閘可快速恢復(fù)供電；（2）提高系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，減少因瞬時(shí)故障導(dǎo)致的線路跳閘對系統(tǒng)的沖擊；（3）糾正斷路器誤跳閘（如保護(hù)誤動(dòng)或人員誤操作）?；疽螅海?）動(dòng)作迅速，一般重合閘時(shí)間為0.5~1.5秒；（2）只能重合一次（防止多次重合于永久性故障，擴(kuò)大損壞）；（3）與繼電保護(hù)配合（如后加速保護(hù)在重合于故障時(shí)快速跳閘）；（4）在雙側(cè)電源線路上需考慮同期問題（如檢查線路無壓或同期后重合）。3.對比分析電力系統(tǒng)中無功補(bǔ)償?shù)膬煞N主要方式：集中補(bǔ)償與分散補(bǔ)償。答：集中補(bǔ)償是將無功補(bǔ)償裝置安裝在變電站或發(fā)電廠母線上，主要用于提高主網(wǎng)電壓水平和降低輸電線路損耗；分散補(bǔ)償則將裝置安裝在配電線路末端或用戶側(cè)（如低壓電容器），用于就地平衡無功，減少配電網(wǎng)絡(luò)損耗。集中補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是裝置容量大、便于管理，缺點(diǎn)是對末端電壓支撐不足；分散補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是降低低壓網(wǎng)絡(luò)損耗、改善用戶電壓質(zhì)量，缺點(diǎn)是裝置分散、維護(hù)成本高。實(shí)際應(yīng)用中需結(jié)合兩者，形成“分層分區(qū)、就地平衡”的無功補(bǔ)償策略。4.簡述智能變電站與傳統(tǒng)變電站的主要區(qū)別。答：（1）設(shè)備數(shù)字化：智能變電站采用電子式互感器（ECT/EVT）和合并單元（MU），實(shí)現(xiàn)電流、電壓的數(shù)字量采樣（如IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)），傳統(tǒng)變電站使用電磁式互感器，輸出模擬量；（2）通信網(wǎng)絡(luò)化：智能變電站通過光纖網(wǎng)絡(luò)（過程層、間隔層、站控層）實(shí)現(xiàn)設(shè)備間信息共享，傳統(tǒng)變電站依賴硬接線傳輸信號(hào)；（3）功能集成化：智能變電站的保護(hù)、測控、計(jì)量功能集成于同一裝置（如合并單元與智能終端集成），傳統(tǒng)變電站各功能獨(dú)立；（4）狀態(tài)可視化：智能變電站通過在線監(jiān)測技術(shù)（如變壓器油色譜、斷路器機(jī)械特性監(jiān)測）實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)可視化，傳統(tǒng)變電站依賴定期檢修；（5）互操作性：智能變電站遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備間可互操作，傳統(tǒng)變電站設(shè)備協(xié)議不統(tǒng)一。5.分析新能源（如風(fēng)電、光伏）大規(guī)模接入對電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定的影響及應(yīng)對措施。答：影響：（1）新能源出力具有間歇性和波動(dòng)性（如風(fēng)電受風(fēng)速、光伏受光照影響），導(dǎo)致系統(tǒng)凈負(fù)荷（負(fù)荷-新能源出力）波動(dòng)加劇，頻率調(diào)節(jié)需求增大；（2）新能源機(jī)組多通過電力電子變換器并網(wǎng)，無旋轉(zhuǎn)慣量，無法提供傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的慣性響應(yīng)，系統(tǒng)等效慣性降低，頻率變化率（ROCOF）增大；（3）新能源高滲透率下，傳統(tǒng)同步機(jī)組占比減少，一次調(diào)頻和二次調(diào)頻容量不足，頻率偏差可能超出允許范圍。應(yīng)對措施：（1）配置儲(chǔ)能裝置（如鋰電池、抽水蓄能），平滑新能源出力波動(dòng)，提供慣性支撐；（2）推動(dòng)新能源機(jī)組參與調(diào)頻（如虛擬同步機(jī)技術(shù)，模擬同步發(fā)電機(jī)的慣性和阻尼特性）；（3）優(yōu)化傳統(tǒng)機(jī)組運(yùn)行方式，預(yù)留更多調(diào)頻備用容量；（4）加強(qiáng)需求側(cè)響應(yīng)（DSR），通過負(fù)荷調(diào)節(jié)參與頻率控制；（5）完善電力系統(tǒng)頻率控制策略（如分區(qū)調(diào)頻、多時(shí)間尺度協(xié)調(diào)控制）。四、計(jì)算題（每題15分，共30分）1.某110kV輻射型網(wǎng)絡(luò)如圖1所示（注：圖中參數(shù)為標(biāo)幺值，基準(zhǔn)容量S_B=100MVA，基準(zhǔn)電壓U_B=110kV）。已知：發(fā)電機(jī)G的次暫態(tài)電抗X''d=0.15（標(biāo)幺值），變壓器T的電抗X_T=0.10（標(biāo)幺值），線路L的電抗X_L=0.25（標(biāo)幺值），負(fù)荷節(jié)點(diǎn)D的三相短路容量為200MVA。計(jì)算：（1）系統(tǒng)對節(jié)點(diǎn)D的等值電抗標(biāo)幺值；（2）節(jié)點(diǎn)D發(fā)生三相短路時(shí)的次暫態(tài)電流標(biāo)幺值和有名值；（3）短路沖擊電流有名值（沖擊系數(shù)K_sh=1.8）。解：（1）等值電抗計(jì)算：負(fù)荷節(jié)點(diǎn)D的短路容量S_k=200MVA，其等值電抗標(biāo)幺值X_D=S_B/S_k=100/200=0.5。系統(tǒng)至D點(diǎn)的等值電抗為各元件電抗之和（串聯(lián)）：X_Σ=X''d+X_T+X_L+X_D=0.15+0.10+0.25+0.5=1.0（2）次暫態(tài)電流標(biāo)幺值I''=1/X_Σ=1/1.0=1.0基準(zhǔn)電流I_B=S_B/(√3U_B)=100/(√3×110)≈0.524kA次暫態(tài)電流有名值I''=I''×I_B=1.0×0.524≈0.524kA（3）沖擊電流I_sh=K_sh×√2×I''=1.8×1.414×0.524≈1.336kA2.某35kV雙繞組變壓器，額定容量S_N=10MVA，額定電壓35kV/10kV，空載損耗P_0=10kW，短路損耗P_k=60kW，空載電流I_0%=1.5%，短路電壓U_k%=6%。計(jì)算：（1）變壓器的電抗X_T（歸算到高壓側(cè)，有名值）；（2）變壓器的電阻R_T（歸算到高壓側(cè)，有名值）；（3）變壓器在額定負(fù)載（cosφ=0.8滯后）下的有功功率損耗。解：（1）電抗計(jì)算：U_k%=6%，歸算到高壓側(cè)的電抗X_T=(U_k%/100)×(U_N^2/S_N)=(6/100)×(35^2/10)=(0.06)×(1225/10)=7.35Ω（2）電阻計(jì)算：短路損耗P_k=60kW，歸算到高壓側(cè)的電阻R_T=(P_k×U_N^2)/(1000×S_N^2)=(60×35^2)/(1000×10^2)=(60×1225)/(1000×100)=73500/100000=0.735Ω（3）額定負(fù)載下的有功損耗：空載損耗P_0=10kW，負(fù)載損耗（短路損耗）P_k=60kW（額定電流時(shí)），總有功損耗ΔP=P_0+P_k=10+60=70kW五、綜合分析題（每題15分，共30分）1.隨著“雙碳”目標(biāo)推進(jìn)，高比例可再生能源接入成為電力系統(tǒng)發(fā)展趨勢。請分析其對電力系統(tǒng)運(yùn)行控制帶來的挑戰(zhàn)，并提出相應(yīng)的技術(shù)應(yīng)對策略。答：挑戰(zhàn)：（1）電源結(jié)構(gòu)變化：傳統(tǒng)同步機(jī)組占比下降，系統(tǒng)慣性和調(diào)頻能力減弱，頻率穩(wěn)定問題突出；（2）出力不確定性：風(fēng)電、光伏受氣象條件影響，功率預(yù)測誤差大，電網(wǎng)調(diào)度難度增加；（3）電壓波動(dòng)：分布式電源（如光伏）接入配電網(wǎng)，可能導(dǎo)致電壓越限（如反向功率流動(dòng)引起的電壓升高）；（4）設(shè)備適應(yīng)性不足：現(xiàn)有保護(hù)裝置（如過流保護(hù)）因短路電流特性變化（電力電子接口提供的短路電流小且無交流分量）可能失效；（5）電網(wǎng)形態(tài)演變：微電網(wǎng)、多能互補(bǔ)系統(tǒng)等新型主體增多，傳統(tǒng)集中式控制模式難以適應(yīng)。應(yīng)對策略：（1）提升系統(tǒng)靈活性：發(fā)展抽水蓄能、電化學(xué)儲(chǔ)能等靈活調(diào)節(jié)資源，推廣“新能源+儲(chǔ)能”模式；（2）增強(qiáng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同控制：通過虛擬電廠（VPP）聚合分布式資源，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷側(cè)響應(yīng)（DSR）參與調(diào)峰調(diào)頻；（3）改進(jìn)保護(hù)與控制技術(shù)：研發(fā)適應(yīng)電力電子化電網(wǎng)的保護(hù)裝置（如基于行波的快速保護(hù)），推廣廣域同步測量系統(tǒng)（WAMS）提升動(dòng)態(tài)感知能力；（4）優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)：加強(qiáng)主網(wǎng)建設(shè)（如特高壓輸電）提升跨區(qū)互濟(jì)能力，構(gòu)建“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)+靈活配電網(wǎng)”架構(gòu)；（5）完善市場機(jī)制：建立容量市場、輔助服務(wù)市場，激勵(lì)靈活性資源投資，引導(dǎo)新能源主動(dòng)參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)。2.智能電網(wǎng)是未來電力系統(tǒng)的發(fā)展方向，其核心特征包括信息化、自