电力系统稳态分析

一: 填空题

1、输电线路的网络参数是指（电阻）、（电抗）、（电纳）、（电导）。

2、所谓“电压降落”是指输电线首端和末端电压的（相量）之差。“电压偏移”是指输电线某点的实际电压和额定电压的（数值）的差。

3、由无限大的电源供电系统，发生三相短路时，其短路电流包含（强制/周期）分量和（自由/非周期）分量，短路电流的最大瞬时的值又叫（短路冲击电流），他出现在短路后约（半）个周波左右，当频率等于50HZ时，这个时间应为（0.01）秒左右。 4、标么值是指（有名值/实际值）和（基准值）的比值。

5、所谓“短路”是指（电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地之间的连接），在三相系统中短路的基本形式有（三相短路），（两相短路），（单相短路接地），（两相短路接地）。

6、电力系统中的有功功率电源是（各类发电厂的发电机），无功功率电源是（发电机），（电容器和调相机），（并联电抗器），（静止补偿器和静止调相机）。

7、电力系统的中性点接地方式有（直接接地）（不接地）（经消弧线圈接地）。 8、电力网的接线方式通常按供电可靠性分为（无备用）接线和（有备用）接线。 9、架空线是由（导线）（避雷线）（杆塔）（绝缘子）（金具）构成。

10、电力系统的调压措施有（改变发电机端电压）、（改变变压器变比）、（借并联补偿设备调压）、（改变输电线路参数）。 11、某变压器铭牌上标么电压为220±2*2.5%，他共有（5）个接头，各分接头电压分别为（220KV）（214.5KV）（209KV）（225.5KV）（231KV）。 二:思考题

1. 电力网，电力系统和动力系统的定义是什么？（p2）

答: 电力系统：由发电机、发电厂、输电、变电、配电以及负荷组成的系统。 电力网： 由变压器、电力线路、等变换、输送、分配电能的设备组成的部分。 动力系统：电力系统和动力部分的总和。

2. 电力系统的电气接线图和地理接线图有何区别？ （p4-5）

答：电力系统的地理接线图主要显示该系统中发电厂、变电所的地理位置，电力线路的路径以及它们相互间的连接。但难以表示各主要电机电器间的联系。

电力系统的电气接线图主要显示该系统中发电机、变压器、母线、断路器、电力线路等主要电机电器、线路之间的电气结线。但难以反映各发电厂、变电所、电力线路的相对位置。 3. 电力系统运行的特点和要求是什么？（p5）

答：特点：（1）电能与国民经济各部门联系密切。（2）电能不能大量储存。(3)生产、输送、消费电能各环节所组成的统一整体不可分割。（4）电能生产、输送、消费工况的改变十分迅速。（5）对电能质量的要求颇为严格。 要求：（1）保证可靠的持续供电。（2）保证良好的电能质量。（3）保证系统运行的经济性。 4. 电网互联的优缺点是什么？（p7）

答：可大大提高供电的可靠性，减少为防止设备事故引起供电中断而设置的备用容量；可更合理的调配用电，降低联合系统的最大负荷，提高发电设备的利用率，减少联合系统中发电设备的总容量；可更合理的利用系统中各类发电厂提高运行经济性。同时，由于个别负荷在系统中所占比重减小，其波动对系统电能质量影响也减小。联合电力系统容量很大，个别机组的开停甚至故障，对系统的影响将减小，从而可采用大容高效率的机组。

5. 我国电力网的额定电压等级有哪些？与之对应的平均额定电压是多少？系统各元件的额定电压如何确定？（p8-9） 答：额定电压等级有（kv）：3、6、10、35、110、220、330、500 平均额定电压有（kv）：3.15、6.3、10.5、37、115、230、345、525

系统各元件的额定电压如何确定：发电机母线比额定电压高5%。变压器接电源侧为额定电压，接负荷侧比额定电压高10%，变压器如果直接接负荷，则这一侧比额定电压高5%。

6. 电力系统为什么不采用一个统一的电压等级，而要设置多级电压？（p8）

答：三相功率S和线电压U、线电流I之间的固定关系为 。当功率一定时电压越高电流越小，导线的载流面积越小，投资越小；但电压越高对绝缘要求越高，杆塔、变压器、断路器等绝缘设备投资越大。综合考虑，对应一定的输送功率和输送距离应有一

最合理的线路电压。但从设备制造角度考虑，又不应任意确定线路电压。考虑到现有的实际情况和进一步发展，我国国家标准规定了标准电压等级。

7. 导线型号LGJ-300/40中各字母和数字代表什么?（p27）

答：L表示铝，G表示钢，J表示多股导线绞合。300表示铝线额定截面积为300 ， 40表示钢线额定截面积为40 。

8. 什么是电晕现象,它和输电线路的哪个参数有关?

答：电晕指在强电磁场作用下导线周围空气的电离现象。它和输电线路的电导G有关。

9. 我国中性点接地方式有几种?为什么110kv以上电网采用中性点直接接地?110kv以下电网采用中性点不接地方式?(p10-11) 答:有不接地、直接接地、经消弧线圈接地三种接地方式。110kv以上电网采用中性点直接接地防止单相故障时某一相的电压过高。110kv以下电网采用中性点不接地方式可提高供电可靠性。 10. 架空输电线路为什么要进行换位?(p28-29) 答：为了平衡线路的三相参数。

11. 中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时,各相对地电压有什么变化?单相接地电流的性质如何?怎样计算?（p11） 答：故障相电压等于0，非故障相电压升高 倍。单相接地电流为容性。（计算见书p11.） 12. 电力系统的接线方式有哪些？各自的优缺点有哪些?（p7） 答：接线方式:有备用接线和无备用接线。

有备用接线优点：提高供电可靠性，电压质量高。缺点：不够经济。 无备用接线优点：简单，经济，运行方便。 缺点：供电可靠性差。 13. 发电机电抗百分值 的含义是什么？ 答：

14. 按结构区分，电力线路主要有哪几类？（p26） 答：架空线路和电缆线路。

15. 架空线路主要有哪几部分组成？各部分的作用是什么？（p26） 答：有导线、避雷线、杆塔、绝缘子、金具等构成。 作用：(1):导线：传输电缆。

（2）避雷线：将雷电流引入大地以保护电力线路免受雷击。 （3）杆塔：支持导线和避雷线。 （4）绝缘子：使导线和杆塔间保持绝缘。

（5）金具：支持、接续、保护导线和避雷线，连接和保护绝缘子。 16. 电力系统采用分裂导线有何作用？简要解释基本原理。（P27）

答：改变导线周围的电磁场分布，减少电晕和线路电抗。 17. 电力线路一般以什么样的等值电路来表示？（p46） 答：π型。

18. 什么是变压器的短路试验和空载试验？从这两个试验中可确定变压器的那些参数？（p21） 答：看电机书。可确定变压器的参数

19. 变压器短路电压百分数 的含义是什么？p21 答：含义是短路时变压器的漏抗压降。

20. 双绕组变压器的等值电路与电力线路的等值电路有何异同？ 答：电力线路的等值电路忽略了电导G=0。

21、等值变压器模型是以什么样的等值电路来表示变压器的？有哪些特点？又是如何推导的？(p67/p21) 答:有四种形式，详见课本（参考第37、38题解答）。

22、变压器的额定容量与其绕组的额定容量有什麽关系？绕组的额定容量对于计算变压器参数有什麽影响？何为三绕组变压器最大短路损耗？p22-p23

答:最大短路损耗指两个100%容量绕组中流过额定电流，另一个100%或50%容量绕组空载时的损耗。

23、何为负荷定义？何为综合用电负荷、供电负荷和发电负荷的定义和区别？p54 答:负荷:电力系统中所有消耗功率的用电设备。

综合用电负荷：将工业、农业、邮电、交通、市政、商业以及城乡居民所消耗的功率总和相加。 供电负荷：就是综合用电负荷加上网络中的损耗功率。 发电负荷：供电负荷加上厂用电。

24、电力系统负荷曲线有哪些？他们有何用途？p54-p55 答：详见课本。

25、组成电力系统等值网络的基本条件是什么？如何把多电压级电力系统等值成用有名制表示的等值网络？ 答：进行电压等级归算可把多电压级电力系统等值成用有名制表示的等值网络。 26、标么值及其特点是什么？在电力系统计算中，基准值如何选择？（p60）

答：特点：没有单位，是个相对值。 如何选择：基准值的单位与有名值的单位相同；阻抗、导纳、电压、电流、功率的基准值之间应该符合电路的基本关系。电压、电流的基准值为线电压、线电流。阻抗，导纳的基准值为相值。功率的基准值为三相功率。

27、电力系统参数用标幺值表示时，是否可以直接组成等值网络？为什么？p61-p65 答：可以，

28电力系统元件参数标么值得两种计算方法是否相同？为什么？ 答：相同。

29、电力线路阻抗中的功率损耗表达式是什么？电力线路始末端的电容功率表达式是什么？上述表达式都是以单相形式推导的，是否合适三相形式？为什么？p73-74 答：功率损耗表达式： ； 末端的电容功率： ；

首端的电容功率： ；适用三相形式。

30、电力线路阻抗中电压降落的纵分量和横分量的表达式是什么？其电压降落的计算公式是一相电压推导的，是否合适于线电压？为什么？（p75-76）

答： ；合适于线电压。因为基准值一样。

31、什么叫电压降落？电压损耗？电压偏移？电压调整及输电效率？（p75-76） 答：电压降落：线路始末两端的电压的相量之差。 电压损耗：线路始末两端的电压的数值之差。

电压偏移：线路始端或末端电压与线路额定电压的数值之差。 电压调整：线路末端空载与负载时电压的数值之差。 输电效率：线路末端输出有功与线路始端输入有功的比。 32、影响电压因素有哪些？

答：电压等级、导线的截面积、线路的长度、线路中的无功流动等。 33、什么叫运算功率？什么叫运算负荷？一个变电所的运算负荷如何计算?

答：运算功率：将变电所或发电厂母线上所连线路对地电纳中无功功率的一半并入等值电源功率。 运算负荷：将变电所或发电厂母线上所连线路对地电纳中无功功率的一半并入等值负荷。 34、开式网络和环式网络潮流计算的内容及步骤是什么？

答：开式网络步骤：1：作等值电路。2：化简。3：逐个递推求解。

环式网络步骤：1：作等值电路。2：化简。3：逐步递推计算出各节点的运算功率，运算负荷，从电源点将网络打开计算初步的功率分布，求出功率分点，然后形成两个开式网络进行计算。

35、欲改变电力网络的有功功率和无功功率分布，分别需要调整网络的什么参数？ 答：调节相位可改变有功分布，调节电压可改变无功分布。

36、求环形网络中功率分布的力矩法计算公式是什么？用力矩法求出的功率分布是否考虑网络中的功率损耗和电压降落？p93

答：

力矩法求出的功率分布没有考虑网络中的功率损耗和电压降落。 37力矩法计算公式在什麽情况下可以简化？如何简化？

答：力矩法计算公式在均一网中可以简化，将阻抗用线路长度代替。即： 38电力网络常用的数学模型有哪几种？ 答：节点电压法，回路电流法，割集电流法。

39、节点导纳矩阵有什么特点？节点导纳矩阵如何形成和修改（p115）？其阶数与电力系统的节点有什么关系？ 答：特点：方阵，对称阵，稀疏阵。阶数等于节点数

40在复杂电力系统潮流的计算机算法中，节点被分为几个类型，已知数和未知数是什么？(p126) 答：（1）PQ节点，已知注入功率P,Q 未知节点电压U和相角 （2）PV节点，已知注入功率P,和电压U 未知注入无功Q和相角 (3) 平衡节点，已知节点电压U和相角 ，未知注入功率P,Q

41、牛顿-拉夫逊法的基本原理是什么？其潮流计算的修正方程式是什么？用直角坐标形式表示的与用极坐标形式表示的不平衡方程式的个数有何不同？为什么？与节点导纳矩阵有什么关系？（P127-134） 答：基本原理：非线性曲线局部线性化。 修正方程：

采用极坐标时，较采用直角坐标表示时少（n-m）个PV节点电压大小平方值的表示式。

因对PV节点，采用极坐标表示时，待求的只有电压的相位角 和注入无功功率 ，而采用直角坐标表示时，待求的有电压的实数部分 、虚数部分 和注入无功功率 。前者的未知变量既少（n-m）个，方程式数也应相应少（n-m）个。 42、为什么牛顿-拉夫逊法对初值的要求比较严？

答:因为牛顿-拉夫逊法的基本思想是将函数或者方程进行泰勒展开,将非线性曲线局部线性化,在选择初值时,若选择不好，结果会有很大误差,甚至发散。

43、PQ分解法是如何简化而来的？它的修正方程式什么？有什么特点？(p142-144)

答：PQ分解法是由极坐标表示的牛拉法简化而来的。第一个简化：考虑了电力系统的一些特征（如网络参数，所以各节点电压相位角的改变主要影响各元件中的有功功率潮流从而影响各节点的注入有功功率；各节点电压大小的改变主要影响各元件中的无功功率潮流从而影响各节点的注入无功功率。 第二个简化：将雅可比矩阵中H、L化简为 。 修正方程：

44、电力系统频率偏高和偏低有哪些危害？(p201-202)

答：电力系统频率的频率变动会对用户、发电厂、电力系统产生不利的影响。1.对用户的影响：频率的变化将引起电动机转速的变化，从而影响产品质量，雷达、电子计算机等会因频率过低而无法运行；2.对发电厂的影响：频率降低时，风机和泵所能提供的风能和水能将迅速减少，影响锅炉的正常运行；频率降低时，将增加汽轮机叶片所受的应力，引起叶片的共振，减短叶片寿命甚至使其断裂。 频率降低时，变压器铁耗和励磁电流都将增加，引起升温，为保护变压器而不得不降低其负荷；3.对电力系统的影响：频率降低时，系统中的无功负荷会增加，进而影响系统，使其电压水平下降。 45、电力系统有功功率负荷变化情况与电力系统频率的一、二、三次调整有何关系？(p219)

答：电力系统频率的一、二、三次调整分别对应电力系统的第一、二、三种负荷。频率的一次调整由系统中的所有发电机组分担，依靠调速器完成，只能做到有差调整；频率的二次调整由系统中的调频发电机组承担，依靠调频器完成，可做到无差；频率的三次调整由系统中所有按给定负荷曲线发电的发电机组分担。

46什么是备用容量？如何考虑电力系统的备用容量？备用容量存在形式有哪些？备用容量主要分为哪几种？各自用途是什么？(p175-176)

答：备用容量：系统电源容量大于发电负荷的部分。系统调度部门应及时确切的掌握系统中各发电厂的备用容量。备用容量存在形式是系统中可投入发电设备的可发功率。备用容量可分为：热备用、冷备用或负荷备用、事故备用、检修备用、国民经济备用。用途：热备用，指运转中的发电设备可能发的最大功率与系统发电负荷之差。冷备用，指未运转的发电设备可能发的最大功率。负荷备用，指调整系统中短时的负荷波动并担任计划外的负荷增加而设置的备用。事故备用，指用户在发电设备发生

偶然性事故时，不受严重影响维持系统正常供电。检修备用，指使系统中发电设备能定期检修而设置的备用。国民经济备用，指计及负荷的超计划增长而设置的备用。

47、电力系统有功功率最优分配问题的主要内容有哪些？(p176-178) 答：有有功功率电源的最优组合，和有功功率负荷的最优分配。

48、什么是机组耗量特征、比耗量和耗量微增率？比耗量和耗量微增率的单位相同，但其物理意义有何不同？(p179-180) 答：耗量特性，发电设备单位时间内消耗的能源与发出有功功率的关系，即发电设备输入与输出的关系。比耗量，单位时间内输入能量与输出功率的比。耗量微增率，指耗量特性曲线上某一点切线的斜率。 49、什么是等耗量微增率准则？等耗量微增率准则成立的条件是什么？(p183) 答：等耗量微增率准则是： ， 条件：

50、何为电力系统负荷的有功功率-频率静态特性？何为有功负荷的频率调节效应？(p206) 答：电力系统负荷的有功功率-频率静态特性是一个斜率 .

有功负荷的频率调节效应：是一定频率下负荷随频率变化的变化率

51、何为发电机组有功功率-频率静态特性？何谓发电机组的单位调节功率？（p203-204） 答：发电机组有功功率-频率静态特性就是发电机组中原动机机械功率的静态频率特性。 发电机组的单位调节功率：

52、什么是调差系数？它与发电机组的单位调节功率的标么值有何关系？(p205) 答： 。它与发电机组的单位调节功率的标么值的关系是互为倒数 53、互联电力系统怎样调频才算合理？为什么？ 答：

54、电力系统的一次调频、二次调频和三次调频有什麽区别？(p204-214)

答：电力系统频率的一、二、三次调整分别对应电力系统的第一、二、三种负荷。频率的一次调整由系统中的所有发电机组分担，依靠调速器完成，只能做到有差调整；频率的二次调整由系统中的调频发电机组承担，依靠调频器完成，可做到无差；频率的三次调整由系统中所有按给定负荷曲线发电的发电机组分担 55、电力系统中无功负荷和无功损耗主要指什么？(p220)

答：无功功率负荷是指各种用电设备中除相对很小的白炽灯照明负荷只消耗有功功率、为数不多的同步电动机可发出一部分无功功率外，大对数都要消耗无功功率。无功损耗，主要表现在变压器的励磁支路损耗和绕组漏抗损耗。

56、如何进行电力系统无功功率的平衡？在何种状态下才有意义？定期做电力系统无功功率平衡计算主要内容有那些？(P224) 答：无功功率平衡条件： ， 。在系统的电压水平正常情况下才有意义。主要内容有1、参考累积的运行资料确定未来的、有代表性的预想有功功率日负荷曲线。2、确定出现无功功率日最大负荷使系统中有功功率的分配。3、假设各无功功率电源的容量和配置情况以及某些枢纽点的电压水平。4、计算系统中的潮流分布。5、根据潮流分布情况统计出平衡关系式中各项数据，判断系统中无功功率能否平衡。6、如果统计结果表明系统中无功功率有缺额，则应变更上列假设条件，重做潮流分布计算。而如果无功功率始终无法平衡，则应考虑增设无功电源。

57、电力系统中无功功率电源有哪些？其分别的工作原理是什么？(P221-223)

答：1、发电机，是最基本的无功功率电源。2、电容器和调相机，电容器只能向系统供应感性无功，其感应的无功功率与其端电压的平方成正比，调相机是只能发出无功功率的发电机。3、静止补偿器和静止调相机，依靠的仍是其中的电容器。4、并联电抗器，它不是电源而是负荷，用以吸取轻载和空载线路过剩的感性无功，它对高压远距离输电线路而言可以提高输送能力，降低过电压等作用。

58、电力系统中无功功率与节点电压有什麽关系？

答：在有功充足时，无功的充足与否可以决定节点电压的高低，无功充足则电压高，无功不足则电压低。 59、电力系统中电压变动对用户有什么影响？(P236)

答：电压变动会影响工农业生产产品的质量和产量，损耗设备，引起系统性的“电压崩溃”。造成大面积停电。电压降低异步电机转差率变大，使电动机各绕组电流增大，温度升高效率降低，缩短寿命。电炉会因电压过低而影响冶炼时间，从而影响产量。

电压过高会使电气设备绝缘受损，尤其对于白炽灯电压高，其寿命将大为缩短，电压低其亮度和发光效率将大幅下降。

60、电力系统中无功功率最优分布主要包括哪些内容？其分别服从什么准则？(P227/P228)

答：电力系统中无功功率最优分布主要包括无功功率电源的最优分布和无功功率负荷的最优补偿。无功功率电源最优分布服从等网损微增率准则，无功功率负荷的最优补偿服从最优网损微增率准则。

61、电力系统中电压中枢点一般选在何处？电压中枢点调压方式有哪几种？哪一种方式容易实现？哪一种最不容易实现？为什么？(P241)

答：一般选择下列母线作为中枢点，1、大型发电厂的高压母线（高压母线有多回出线时）。2、枢纽变电所的二次母线。3、有大量地方性负荷的发电厂母线。电压中枢点调压方式有1、逆调压。2、顺调压。3、常调压。顺调压最易实现，逆调压最不容易实现。

62、电力系统电压调整的基本原理是什么？当电力系统无功功率不足时，是否可以通过改变变压器的变比调压？为什么？ 答：原理是常常在电力系统中选择一些有代表性的点作为电压中枢点，运行人员监视中枢点电压将中枢点电压控制调整在允许的电压偏移范围，只要中枢点的电压质量满足要求，其他各点的电压质量基本上满足要求。当电力系统无功功率不足时不可以通过改变变压器的变比调压，因为这种调压方式只改变了系统的无功功率的流动，并没有产生新的无功，即使这一处的无功得到了补充，会在其他地方更加缺少无功。

63、电压系统常见的调压措施有哪些? (四种,见填空十)

答：有四种，1、改变发电机端电压2、改变变压器的变比3、借并联补偿设备调压4、改变输电线路参数。 64、有载调压变压器与普通变压器有什麽区别？在什么情况下宜采用有载调压变压器？(P243)

答：区别是，有载变压器不仅可在有载情况下更改分接头，而且调节范围比较大，这是普通变压器没有的功能。一般如果系统中无功功率充足，凡采用普通变压器不能满足调压的场合如长线路供电、负荷变动很大系统间联络线两端的变压器以及某些发电厂的变压器，均可采用有载调压变压器

66、并联电容器补偿和串联电容器补偿有什么特点？其在电力系统中使用情况如何？(P245) 答：并联电容器补偿是对系统进行无功补偿，串联电容器补偿是改变了线路的参数。

电压过高会使电气设备绝缘受损，尤其对于白炽灯电压高，其寿命将大为缩短，电压低其亮度和发光效率将大幅下降。

60、电力系统中无功功率最优分布主要包括哪些内容？其分别服从什么准则？(P227/P228)

答：电力系统中无功功率最优分布主要包括无功功率电源的最优分布和无功功率负荷的最优补偿。无功功率电源最优分布服从等网损微增率准则，无功功率负荷的最优补偿服从最优网损微增率准则。

61、电力系统中电压中枢点一般选在何处？电压中枢点调压方式有哪几种？哪一种方式容易实现？哪一种最不容易实现？为什么？(P241)

答：一般选择下列母线作为中枢点，1、大型发电厂的高压母线（高压母线有多回出线时）。2、枢纽变电所的二次母线。3、有大量地方性负荷的发电厂母线。电压中枢点调压方式有1、逆调压。2、顺调压。3、常调压。顺调压最易实现，逆调压最不容易实现。

62、电力系统电压调整的基本原理是什么？当电力系统无功功率不足时，是否可以通过改变变压器的变比调压？为什么？ 答：原理是常常在电力系统中选择一些有代表性的点作为电压中枢点，运行人员监视中枢点电压将中枢点电压控制调整在允许的电压偏移范围，只要中枢点的电压质量满足要求，其他各点的电压质量基本上满足要求。当电力系统无功功率不足时不可以通过改变变压器的变比调压，因为这种调压方式只改变了系统的无功功率的流动，并没有产生新的无功，即使这一处的无功得到了补充，会在其他地方更加缺少无功。

63、电压系统常见的调压措施有哪些? (四种,见填空十)

答：有四种，1、改变发电机端电压2、改变变压器的变比3、借并联补偿设备调压4、改变输电线路参数。 64、有载调压变压器与普通变压器有什麽区别？在什么情况下宜采用有载调压变压器？(P243)

答：区别是，有载变压器不仅可在有载情况下更改分接头，而且调节范围比较大，这是普通变压器没有的功能。一般如果系统中无功功率充足，凡采用普通变压器不能满足调压的场合如长线路供电、负荷变动很大系统间联络线两端的变压器以及某些发电厂的变压器，均可采用有载调压变压器

66、并联电容器补偿和串联电容器补偿有什么特点？其在电力系统中使用情况如何？(P245) 答：并联电容器补偿是对系统进行无功补偿，串联电容器补偿是改变了线路的参数。

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