2025年電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.電力系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地的主要目的是（）。A.提高系統(tǒng)電壓水平B.限制單相接地短路電流C.降低短路電流中的諧波分量D.改善系統(tǒng)功率因數(shù)答案：B2.電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中，PQ節(jié)點(diǎn)的已知量是（）。A.有功功率、無(wú)功功率B.有功功率、電壓幅值C.電壓幅值、電壓相位D.無(wú)功功率、電壓相位答案：A3.變壓器分接頭調(diào)整主要用于調(diào)整（）。A.系統(tǒng)頻率B.節(jié)點(diǎn)有功功率C.節(jié)點(diǎn)電壓幅值D.線(xiàn)路潮流分布答案：C4.電力系統(tǒng)三相短路電流計(jì)算時(shí)，通常忽略（）。A.發(fā)電機(jī)次暫態(tài)電抗B.變壓器勵(lì)磁電抗C.線(xiàn)路電阻D.負(fù)荷的影響答案：D5.距離保護(hù)中，阻抗繼電器采用0°接線(xiàn)方式時(shí)，電壓取（）。A.相電壓B.線(xiàn)電壓C.相電壓與零序電壓之和D.線(xiàn)電壓與零序電壓之差答案：B6.自動(dòng)重合閘裝置的主要作用是（）。A.提高系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性B.消除短路點(diǎn)的電弧C.加速斷路器的分閘速度D.降低短路電流水平答案：A7.微電網(wǎng)的“孤網(wǎng)運(yùn)行”模式是指（）。A.僅由儲(chǔ)能裝置供電B.與大電網(wǎng)斷開(kāi)獨(dú)立運(yùn)行C.僅包含分布式電源D.功率因數(shù)保持為1答案：B8.靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG）與傳統(tǒng)電容器補(bǔ)償裝置的主要區(qū)別是（）。A.輸出無(wú)功連續(xù)可調(diào)B.只能發(fā)出感性無(wú)功C.響應(yīng)速度慢D.不需要電力電子器件答案：A9.電力系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）的主要目標(biāo)是（）。A.維持系統(tǒng)頻率恒定B.提高線(xiàn)路輸送容量C.降低網(wǎng)絡(luò)損耗D.優(yōu)化發(fā)電機(jī)有功分配答案：D10.同步發(fā)電機(jī)功角特性曲線(xiàn)的最大值出現(xiàn)在功角δ為（）時(shí)。A.0°B.45°C.90°D.180°答案：C二、填空題（每題2分，共20分）1.我國(guó)110kV電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式通常為_(kāi)_______。答案：直接接地2.電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的基本方程是________。答案：節(jié)點(diǎn)功率平衡方程（或P=UΣUYcosθ，Q=UΣUYsinθ）3.三相短路電流周期分量的有效值由________決定。答案：系統(tǒng)等值阻抗（或次暫態(tài)電抗）4.繼電保護(hù)的四個(gè)基本要求是選擇性、速動(dòng)性、靈敏性和________。答案：可靠性5.自動(dòng)準(zhǔn)同期并列的三個(gè)條件是電壓幅值相等、頻率相等和________。答案：相位相同6.微電網(wǎng)的兩種主要運(yùn)行模式是并網(wǎng)運(yùn)行和________。答案：孤島運(yùn)行7.電力電子變換器在新能源發(fā)電中的主要作用是實(shí)現(xiàn)________。答案：電能形式轉(zhuǎn)換（或交直流變換、功率控制）8.電力系統(tǒng)穩(wěn)定可分為功角穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定和________。答案：頻率穩(wěn)定9.目前大規(guī)模應(yīng)用的新能源發(fā)電形式主要有風(fēng)電和________。答案：光伏發(fā)電10.智能變電站的“三層兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)中，“三層”指過(guò)程層、間隔層和________。答案：站控層三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述電力系統(tǒng)電壓調(diào)整的主要措施。答案：電力系統(tǒng)電壓調(diào)整的主要措施包括：（1）發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)整：通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流改變無(wú)功輸出；（2）變壓器分接頭調(diào)整：改變變壓器變比，調(diào)整負(fù)荷側(cè)電壓；（3）無(wú)功補(bǔ)償裝置投切：如電容器、電抗器、SVG等，補(bǔ)償系統(tǒng)無(wú)功缺額；（4）線(xiàn)路參數(shù)調(diào)整：如串聯(lián)電容器補(bǔ)償，減少線(xiàn)路電抗引起的電壓降落；（5）中樞點(diǎn)電壓控制：采用逆調(diào)壓、順調(diào)壓或恒調(diào)壓方式，維持關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)電壓穩(wěn)定。2.分析變壓器并列運(yùn)行的條件及不滿(mǎn)足時(shí)的后果。答案：并列運(yùn)行條件：（1）額定電壓與變比相同；（2）連接組別相同；（3）短路阻抗標(biāo)幺值相等。若變比不同，會(huì)在變壓器間產(chǎn)生循環(huán)電流，增加損耗；連接組別不同，會(huì)導(dǎo)致二次側(cè)電壓相位差，產(chǎn)生較大環(huán)流損壞設(shè)備；短路阻抗不同，會(huì)使阻抗小的變壓器過(guò)載，阻抗大的欠載，無(wú)法充分利用容量。3.說(shuō)明距離保護(hù)的工作原理及為何需要裝設(shè)方向元件。答案：距離保護(hù)通過(guò)測(cè)量故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的阻抗（反映故障距離）實(shí)現(xiàn)保護(hù)。當(dāng)測(cè)量阻抗小于整定阻抗時(shí)動(dòng)作。方向元件用于判斷故障是否在保護(hù)范圍內(nèi)（正方向），避免反方向故障時(shí)誤動(dòng)。若不裝方向元件，當(dāng)反方向發(fā)生短路時(shí)，測(cè)量阻抗可能小于整定阻抗，導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)作。4.闡述自動(dòng)重合閘與繼電保護(hù)的配合方式及各自特點(diǎn)。答案：配合方式包括：（1）重合閘前加速（前加速）：線(xiàn)路出口處裝設(shè)快速保護(hù)，短路時(shí)無(wú)選擇性動(dòng)作，重合成功后恢復(fù)選擇性；特點(diǎn)是動(dòng)作迅速，適用于不重要線(xiàn)路。（2）重合閘后加速（后加速）：保護(hù)先有選擇性動(dòng)作，重合于永久故障時(shí)加速跳閘；特點(diǎn)是保證第一次動(dòng)作的選擇性，適用于重要線(xiàn)路。5.比較傳統(tǒng)電網(wǎng)與智能電網(wǎng)的主要區(qū)別。答案：傳統(tǒng)電網(wǎng)以單向電力傳輸為主，依賴(lài)人工調(diào)度，設(shè)備間信息交互少，靈活性和抗干擾能力較弱；智能電網(wǎng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)實(shí)現(xiàn)雙向通信，具備自愈能力、需求響應(yīng)、可再生能源兼容等特性，支持分布式電源接入，優(yōu)化資源配置，提高供電可靠性和效率。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.某簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)接線(xiàn)如圖所示（注：此處為文字描述代替圖）：發(fā)電機(jī)G額定容量300MVA，次暫態(tài)電抗X''d=0.15（以自身容量為基準(zhǔn)）；變壓器T額定容量315MVA，變比10.5/220kV，短路電抗Uk%=14；線(xiàn)路L長(zhǎng)度100km，電抗0.4Ω/km，末端接負(fù)荷S=200+j150MVA，220kV母線(xiàn)電壓U=230kV。試計(jì)算：（1）以S_B=100MVA，U_B=220kV為基準(zhǔn)的各元件電抗標(biāo)幺值；（2）負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的實(shí)際電壓（保留兩位小數(shù)）。答案：（1）發(fā)電機(jī)電抗標(biāo)幺值：X_G=X''d(S_B/S_GN)=0.15(100/300)=0.05；變壓器電抗標(biāo)幺值：X_T=Uk%/100(S_B/S_TN)=14/100(100/315)≈0.0444；線(xiàn)路電抗標(biāo)幺值：X_L=0.4×100=40Ω，基準(zhǔn)電抗X_B=U_B2/S_B=2202/100=484Ω，故X_L=40/484≈0.0826；總電抗標(biāo)幺值X=0.05+0.0444+0.0826=0.177。（2）負(fù)荷功率標(biāo)幺值S=S/S_B=(200+j150)/100=2+j1.5；負(fù)荷電流標(biāo)幺值I=S/(√3U)，因U=U/U_B=230/220≈1.045，故I=(2-j1.5)/(√3×1.045)≈(2-j1.5)/1.81≈1.105-j0.829（取共軛）；電壓降落ΔU=I×X=(1.105-j0.829)×0.177≈0.195-j0.147；負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓標(biāo)幺值U_L=U-ΔU=1.045-(0.195-j0.147)=0.85+j0.147；實(shí)際電壓U_L=√(0.852+0.1472)×220≈√(0.7225+0.0216)×220≈√0.7441×220≈0.8626×220≈189.77kV。2.某110kV線(xiàn)路長(zhǎng)度80km，正序電抗0.4Ω/km，最大運(yùn)行方式下線(xiàn)路末端三相短路電流周期分量為3kA，最小運(yùn)行方式下末端三相短路電流為2.5kA。線(xiàn)路首端裝設(shè)距離保護(hù)，要求Ⅰ段保護(hù)范圍為線(xiàn)路全長(zhǎng)的80%，Ⅱ段可靠系數(shù)取1.2，Ⅲ段按躲過(guò)最大負(fù)荷電流整定（最大負(fù)荷電流1.2kA，自啟動(dòng)系數(shù)1.5，返回系數(shù)0.85，阻抗角75°）。試計(jì)算：（1）距離Ⅰ段整定阻抗；（2）距離Ⅱ段整定阻抗（取系統(tǒng)最小方式下相鄰線(xiàn)路Ⅰ段阻抗的1.1倍，相鄰線(xiàn)路Ⅰ段阻抗為15Ω）。答案：（1）線(xiàn)路全長(zhǎng)電抗X=0.4×80=32Ω，Ⅰ段保護(hù)范圍80%，故整定阻抗ZⅠset=0.8×32=25.6Ω（二次側(cè)需考慮互感器變比，此處假設(shè)一次側(cè)直接計(jì)算）。（2）Ⅱ段需滿(mǎn)足靈敏度和選擇性。首先計(jì)算本線(xiàn)路末端最小阻抗Z_min=U/(√3I_min)=110×103/(√3×2500)≈25.4Ω；相鄰線(xiàn)路Ⅰ段阻抗15Ω，考慮可靠系數(shù)1.1后為15×1.1=16.5Ω；取兩者較小值并乘以可靠系數(shù)1.2，ZⅡset=min(25.4,16.5)×1.2=16.5×1.2=19.8Ω（需校驗(yàn)本線(xiàn)路末端靈敏度：Ksen=ZⅡset/Z_line=19.8/32≈0.62，若不滿(mǎn)足需調(diào)整，此處假設(shè)滿(mǎn)足）。五、綜合分析題（共10分）論述新能源高滲透率下電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定面臨的挑戰(zhàn)及應(yīng)對(duì)措施。答案：新能源高滲透率（如風(fēng)電、光伏）對(duì)電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定的挑戰(zhàn)主要包括：（1）慣性不足：新能源機(jī)組通過(guò)電力電子變換器并網(wǎng)，不直接提供旋轉(zhuǎn)慣性，系統(tǒng)總慣性下降，頻率波動(dòng)加劇；（2）功率不確定性：新能源出力受天氣影響，預(yù)測(cè)誤差大，導(dǎo)致系統(tǒng)有功平衡難度增加；（3）一次調(diào)頻能力弱：傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)通過(guò)調(diào)速器響應(yīng)頻率變化，而新能源機(jī)組需額外控制策略模擬調(diào)頻特性；（4）低慣量下的頻率崩潰風(fēng)險(xiǎn)：擾動(dòng)后頻率下降速率（ROCOF）加快，可能觸發(fā)保護(hù)裝置誤動(dòng)。應(yīng)對(duì)措施包括：（1）虛擬同步機(jī)（VSG）技術(shù)：通過(guò)控制電力電子變換器模擬同步發(fā)電機(jī)的慣性和阻尼特性，提升系統(tǒng)等效慣性；（2）新能源參與一次調(diào)頻：利用風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)能或光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)，在頻率偏差時(shí)快速調(diào)整有功輸出；（3）儲(chǔ)能系統(tǒng)配置：安裝大容量電池儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等，提供快速有功支撐，平抑新能源波動(dòng)；（4）優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度策略