华电-电力系统博士入学考试必备-历年电力系统分析答案复习过程

1、华北电力大学(北京) 2005 年博士研究生入学考试试题( B)解答下列各题(每题 10 分，共 100 分)1、近几年我国多数地区出现了“电荒”现象，各地不得不采取拉闸限电措施，而10 年前我国的电力还是供大于求，你如何分析这种现象？对电力的规划和发展有何良策？ 答案 1：出现电荒'的原因：在“九五”期间特别是电力供应过剩之后，人们对电力 工业是否应成为先行工业，有了不同的看法和不同的声音，这成为导致 2002 年开始出现较 大范围缺电的重要原因之一。 再加上多年来只高度重视电源， 对电网协调发展有所忽视。 即 既有电源容量不足、又有电网结构薄弱问题，造成了电力短缺。建议措施包括：建

2、立电力安全危机管理机制，确保电网运行安全；进一步加强需求管 理；深化电价改革， 尽快形成分环节电价机制； 完善宏观调控， 深化电力项目审批制度改革， 解决无序建设难题；加强协调，确保电煤供应；合理安排机组检修，提高设备健康水平；协 调好水力调运与发电关系，提高水能利用率等。答案 2：产生电荒'的原因： (1)煤电价格冲突，凸显体制困局； (2) 高耗能行业告诉 增长，使电力供应对经济增长的支撑能力下降；(3)电力投资连年偏低，造成电力供应能力不足； (4)持续高温、干旱和水电不足，增加了随机性缺电；(5) 省间电力壁垒困扰电力供应。建议措施：加快电力建设同时抑制不合理需求；开发和节约并

3、举；加大结构调整力度， 租金产业升级； 西电东送以资源换市场； 发展循环经济， 实行清洁生产；多元化开发电力资 源。2、什么是电力系统的可靠性？有哪些主要的研究内容？ 答案：电力系统可靠性是对电力系统按可接受的质量标准和所需数量不间断地向电力用 户供应电力和电能量之能力的度量。电力系统可靠性包括充裕度和安全性两个方面。充裕度是指电力系统维持连续供给用户总的电力需求和总的电能量的能力，同时考虑 到系统元件的计划停运及合理的期望非计划停运。 充裕度又称静态可靠性， 也就是在静态条 件下，电力系统满足用户对电力和电能量的能力。安全性是指电力系统承受突然发生的扰动，例如突然短路或未预料到的短路或丢失系

4、 统元件现象的能力。 安全性也称动态可靠性， 即在动态条件下电力系统经受住突然扰动， 并 不简短地向用户提供电力和电能量的能力。电力系统规模很大，习惯上将电力系统分成若干子系统，可根据这些子系统的功能特 点分别评估各子系统的可靠性。可分为：(1) 发电系统可靠性：是对统一并网后的全部发电机组按可接受标准及期望数量，满足 电力系统负荷电力和电能量需求之能力的度量。(2) 发输电系统可靠性：是由统一并网后运行的发电系统和输电系统综合组成的发输电 系统按可接受标准和期望数量向供电点供应电力和电能量之能力。 其可靠性包括充裕度和安 全性两方面。(3) 输电系统可靠性：是对从电源点输送电力到供电点按可接

5、受标准及期望数量满足供 电负荷电力和电能量需求之能力的度量。其可靠性包括充裕度和安全性两方面。(4) 配电系统可靠性：是对供电点到用户，包括配电变电所、高低压配电线路及接户线 在内的整个配电系统及设备按可接受标准及期望数量满足供电电力和电能量需求之能力的 度量。（5）发电厂变电所电气主接线可靠性：是对在组成主接线系统的元件（断路器、变压器、 隔离开关、 母线） 可靠性的指标已知和可靠性准则给定的条件下，评估整个主接线系统可靠性准则满足供电电力和电能量需求之能力的度量。电力系统可靠性是通过通过定量的可靠性指标来度量的。 一般可以由故障对电力用户造 成的不良影响的概率、 频率、持续时间、 故障引起

6、的期望电力损失及期望电能量损失等指标 描述，不同的子系统可以有专门的可靠性指标。3、电力系统的潮流计算有哪些常规算法？有哪些扩展算法？答案 1：常规算法有：高斯 -赛德尔法、牛顿 -拉夫逊法、快速解耦法。扩展算法有：保 留非线性潮流算法、最小化潮流算法、最优潮流算法。高斯-赛德尔法 （G_S法）。算法特点： 在系统病态的情况下， 收敛困难； 计算速度缓慢； 程序编制简便灵活。牛顿-拉夫逊法 （N_L 法），其实是非线性方程或非线性方程组的多次线性逼近。算法特点：平方收敛；对初值很敏感，需要其他算法为其提供初值；对函数的平滑性敏感，所处理 的函数越接近线性，收敛性越好；对以节点导纳矩阵为基础的

7、G_S 法呈病态的系统， N_L 法一般都能可靠收敛。快速解耦法 （PQ 分解法）：用两个阶数几乎减半的方程组来代替原方程组，显著减少了内存量和计算量；迭代矩阵为常数阵，只需形成求解一次，大大缩短每次迭代所需时间；迭 代矩阵对称，可形成上下三角存储，减少内存量和计算量；基于以上原因， PQ 法内存所需 量是 N_L 法的 60%，每次迭代所需时间为 N_L 法的 20%；线性收敛，收敛次数多于 N_L 法，但总的计算速度仍能大幅度提高；对于 R/X 过大的病态条件以及线路特别重载的情况 下，可能不收敛，一般适用于 110kv 及以上的电网；由于算法的精确程度取决于e，PQ 分解法的近似处理只影

8、响计算过程，并不影响结果的精度。保留非线性潮流算法。 特点及性能： 采用恒定雅克比矩阵； 修正量总是相对于初始估计 值；对初值敏感；计算速度比 N_L 法快，比 PQ 分解法慢；内存耗量较大。最小化潮流算法： 常规的潮流计算问题归结为求解一个非线性代数方程组， 通过与电力 系统固有物理特性相结合，已经提出了多种求解该方程组的有效算法。但是在实际计算中， 对于一些病态系统， 却往往会出现计算过程的振荡或甚至不收敛的现象。 潮流计算问题在数 学上也可以表示为求解一个由潮流方程构成的函数的最小值问题， 并以此来代替代数方程组 的直接求解。用这种方法计算潮流的一个显著特点是从原理上保证了计算过程永远不

9、会发 散。基于数学规划的潮流计算在内存需要量和计算速度方面都大大逊色于各种常规潮流计算 法。最优潮流算法： 就是当系统的结构参数及负荷情况给定时， 通过控制变量的优选， 所找 到的能满足所指定的约束条件， 并使系统的某一个性能指标或目标函数达到最优时的潮流分 布。最优潮流与基本潮流的不同点： 基本潮流的控制变量是给定的， 而最优潮流中的控制变 量通过优选得到； 最优潮流除了要满足潮流等式约束外， 还必须满足大量的不等式约束条件； 基本潮流计算是求解非线性代数方程组， 而最优潮流是一个非线性规划问题； 基本潮流仅仅 完成计算功能， 而最优潮流可以根据实际需要自动优选控制变量， 具有指导系统进行优

10、化调 整的决策功能。直流潮流法。随即潮流法。三相潮流法。4、电力市场中通常采用可用输电能力（ ATC ）来衡量输电线的有功传输能力，请解释一下什么是 ATC ？Available Transfer Capability答案 1：ATC 是指在现有的输电合同基础上， 实际物理输电网络中剩余的、 可用于商业 使用的传输容量。答案 2：ATC 是在已有的协议基础上， 在实际输电系统中可以用于进一步商业活动的富 余输电能力。数学上， ATC可以表示为线路最大输电能力 TTC 减去输电可靠性裕度 TRM ，减去容量 效益裕度 CBM ，再减去现存输送协议 ETC 。5、用户电力技术( Customer

11、Power )是应用电力电子技术解决用户电能质量问题的一种方 法，请简单说明之。答案： IEEE 对于用户电力技术的描述为：在中压配电网中利用电力电子技术或静止控 制器给对电能质量变化敏感的用户提供一定水平可靠性或质量的电能。用户电力或称定制电力技术是站在供电部门为电力用户提供服务的角度出发，它是根 据用户对供电可靠性或电能质量的要求， 由供电部门采用电力电子技术或静止控制器提高其 供电可靠性和供电质量， 最终提供满足用户需求的电能。 对于特定的用户， 特别是大负荷用 户，如果供电部门能够采用用户电力技术为其供电， 则避免用户自己建立独立的电厂、 备用 的发电设备等， 因而可以大大提高经济性。

12、所以理解用户电力技术，应该从供电可靠性、电 能质量水平以及经济性并站在供电部门的角度来理解。用户电力技术可以使电力用户在供电可靠性和电能质量上得到的益处主要有：(1) 无(或极少有)电力中断。(2) 电压降临的幅度和持续时间在允许范围内。(3) 过电压的幅度和持续时间在允许范围内。(4) 电压谐波含量低。(5) 相间不平衡度小(6) 在允许范围内的负荷波动、非线性和低功率因数对母线电压无明显影响 用户电力技术的核心是能够对供应的电力进行控制、变换， 为用户或负荷提供满足电能质量指标及安全、 经济、 可靠运行等要求的电能。 完成这种控制与变换的关键是各具特色的 电力电子器件及其控制电路。目前已经

13、得到应用的用户电力控制器种类繁多，可以按照各种标准进行分类。按照装 置是否具有变流器可以分为三类： 不含任何电力电子开关的电能质量控制器， 通常是指无 源滤波器等通过机械开关投切的装置， 如利用电机控制的有载调节变压器等； 采用晶闸管 投切或控制的控制器，如常用的晶闸管投切电容器、用于配电系统的 SVC 装置、用于切换 双路电源的固态控制器以及晶闸管投切或控制的稳压器等； 采用变流器的有源滤波器， 包 括并联型有源电力滤波器 (APF) 、用于配电系统的静止补偿器 (DSTATCOM) 、串联补偿的动 态电压调节器 (DVR) ，以及串并联混合的统一电能质量控制器 (UPQC) 等。6、请解释

14、什么是电力系统的低频振荡'？答案 1：电力系统中发电机经输电线并列运行时，在扰动下会发生发电机转子间的相对 摇摆， 并在缺乏阻尼时引起持续振荡， 此时输电线上功率也会发生相应振荡。 由于机组的惯 性时间常数，其振荡频率很低，一般为0.22.5Hz ，故称为低频振荡(又称功率振荡，机电振荡)。答案 2：整个原动机、发电机组的转子，相对与电力系统发生振荡时，其振荡频率通常 在每分钟几个周波至几十个周波范围内。原因：弱阻尼或负阻尼。重负荷、长距离送点、有强励磁的大机组。解决措施：减负荷、 PSS电力系统稳定器(励磁) 、GPSS 调速侧 PSS、其他7、简述高压直流输电( HVDC )系统的

15、概念、特点、和主要应用。答案： 高压直流输电是将三相交流电通过换流站整流编程直流电， 然后通过直流输电线 路送往另一个换流站逆变成三相交流电的输电方式。HVDC 的优点： (1)线路造价低、损耗少； (2)不存在稳定问题(没有电抗) ； (3)可以实 现交流系统非同步联网； (4)调节速度快，运行可靠； (5)限制短路电流； (6) 可方便地进行分 期建设和增容扩建，有利于发挥投资效益HVDC 的缺点： (1) 换流站造价高； (2)换流器消耗的无功多； (3)产生大量的谐波； (4) 换流装置几乎没有过载能力； (5) 缺乏高压直流开关； (6)直流输电利用大地(或海水)为回 路而带来的一些

16、技术问题； (7) 直流输电线路难于引出分支线路，绝大部分只用于端对端送 电。HVDC 应用场合： (1)远距离大容量输电(等价距离) ； (2)非同步联网； (3)海底电缆送 电； (4) 用地下电缆向大城市供电； (5)交流系统互联或配电网增容时，作为限制短路电流的 措施之一； (6)配合新能源的输电。8、等面积定则是判断暂态稳定的基本准则，请简述其内容和物理意义。 答案：9、电力市场条件下，电力生产和运行部门的辅助服务包含哪些主要内容？答案 1：辅助服务是电网的安全稳定运行所必需的， 分为基本辅助服务和有偿辅助服务。 基本辅助服务是电力市场主体应当无偿提供的辅助服务。 有偿辅助服务是电力

17、市场主体在基 本辅助服务之外提供的其它辅助服务。 有偿辅助服务在电力市场建设初期采取补偿机制， 电 力市场健全以后实行竞争机制。辅助服务包括： (1)有功频率控制( AGC )；(2)旋转备用； (3)非旋转备用； (4)替代备用； (5) 无功及电压支持； (6)恢复及黑启动，即调峰、调频、调压、黑启动。答案 2：辅助服务是为保障电力系统安全稳定运行和电力供应质量必不可少的一种服 务，指除正常电能生产外所提供的频率控制、备用容量、无功支持、黑启动等服务。辅助服务是相对于电能生产、 输送和交易的主市场而言的。 目前辅助服务并没有一个公 认的统一定义， 不同的学者对辅助服务的定义和内容的划分有所

18、不同， 现将有关辅助服务的 定义和主要内容总数如下：(一)从输电的角度将辅助服务定义为 : 为完成输电的主要功能将电能从发电厂输 送到用户 , 并保证安全和质量所需要采取的所有辅助措施。认为辅助服务的主要内容有: (1)负荷跟踪与频率控制 ; (2) 旋转备用 ; (3) 运行备用 ; (4) 无功备用和电压控制 ; (5) 发电再计划 (6) 处理能量不；(二 ) 认为辅助服务是指那些为满足输电的可靠性和经济性要求而必须提供的服务, 包括调度、电压和无功功率控制、频率控制、各种系统备用、稳定控制等；(三 ) 从发电侧考虑 , 认为辅助服务是发电厂为保证电力系统安全可靠运行而采取的必 要措施。

19、电厂的辅助服务包括 : (1) 发电厂失去厂用电时机组启动能力 ; (2) 发电机调节特性 系统频率控制 ; (3) 发电机无功能力系统电压控制；(四 ) 也从发电侧角度来考虑 , 认为辅助服务是发电厂为保证电力系统安全可靠运行能 力而采取的必要措施。主要内容有 : (1) 发电厂的频率偏差调整和控制 ; (2) 发电厂的 AGC;(3) 发电厂额外增发无功容量 ; (4) 发电厂提高自启动能力；(五 ) 从运行管理的角度出发 , 把在当日的实时运行中 , 由于一些不可预测和不可控制 的原因 , 如交易的临时变动、负荷的随机波动以及机组的强迫停运等 , 为保证供电质量和可行性而要求有一个有功、

20、无功的实时平衡服务以及其它的运行服务 , 称为辅助服务；(六 ) 提出了辅助服务的定义 : 辅助服务是由控制设备和操作员执行的有关功能,这些功能是发、 控、输、配电用以支持基本的发电容量、 电能供应和电力传输服务。 主要内容有 :( 1) 计划和调度 ; (2) 负荷跟踪 ; (3) 旋转备用 ; (4) 运行备用 ; (5) 能量平衡 ; (6) 替代备用 ; (7) 电 压控制；(七) 认为辅助服务包括 : (1) 有功备用和频率控制 ; (2) 无功备用和电压控制 ; (3) 黑启 动。华北电力大学(北京)2005 年博士研究生入学考试试题( A ) 解答下列各题(每题 10 分，共 1

21、00 分)1. 2003年 8 月 14日，美加部分地区发生了大停电事故，这次事故震动了全世界，请简述 事故的起因是什么？谈谈大停电给我们的教训是什么？答案 1：2. 电力系统可靠性、安全性、和稳定性各有什么含义？简述各自的主要研究内容。答案： 安全和稳定是电力系统正常运行所不可缺少的最基本条件，它们是两个不同的基本概念。安全是指运行中的所有电力设备必须在不超过它们的允许电流、 电压和频率的幅值和时 间限额内运行， 不安全的后果可能导致电力设备的损坏； 而稳定则是指电力系统可以连续向 负荷正常供电的状态。 电力系统稳定运行是指当电力系统受到扰动后， 能自动地回复到原来 的运行状态， 或者凭借控

22、制设备的作用过渡到新的稳定状态运行。 在电网运行中， 必须同时 满足同步运行稳定性、频率稳定性和电压稳定性的三种稳定性要求。3. 通过功率方程说明为什么潮流计算的数学模型是非线性的？应该采用什么样的数学方 法求解？(1)I YUnIiYijU j(i 1,2, ,n) (2)j1(3)(4)(5)Ii Pi jQiiUiPi jQiUinYijU jj1将式(3)代入式 (2)得Ui ei jfi或Ui Uiej iYij Gij jBij将式(5)代入式 (4)得功率方程：Qifi(Gijej Bij fj) ei(Gij fj Bijej )Pi UiU j(Gij cos ij Bij

23、sin ij)极坐标形式为：i 1,2, , n)ei(Gijej Bij fj)fi (Gij fj Bijej )Qi Ui U j(Gij sin ij Bij cos ij )ji4. 简述保证电力系统安全的三道防线'是什么？答案： 电网运行的三道防线是新的 电力系统安全稳定导则 在现有电网结构还未进行 大的改善条件下，在“ N-1 ”方式下，电力系统受到不同扰动时，要求在发生稳定破坏时， 能够保住主要地区的用电， 充分考虑三相短路等各种历史上出现过的事故几率， 采取加快切 断故障时间 (0.1s)等措施， 减少稳定破坏事故， 从而为保证电网稳定可靠供电而提出的要求， 具体包括

24、：(1) 当电网发生常见的概率高的单一故障时，电力系统应当保持稳定运行，同时保持对 用户的正常供电。 其单一故障包括： 单相瞬时接地故障重合成功； 同级电压的两回及以上线 路，任一回路单相故障重合不成功； 同级电压的两回及以上线路， 任一回路三相故障断开不 重合等。(2) 当电网发生了性质较严重但概率较低的单一故障时，要求电力系统保持稳定运行， 但允许损失部分负荷 (或直接切除某些负荷，或因频率下降而使负荷自然降低) 。其单一故障包括： 单相永久接地故障重合不成功； 母线故障； 同杆并架双回线的异名两相同时发生单相 接地故障重合不成功，双回线三相同时跳开；直流输电线路双极故障等。(3) 当电网

25、发生了性质较罕见的多重故障 (包括单一故障同时继电保护动作不正确等 )时， 电力系统可能不能保持稳定运行， 但必须有预定的措施以尽可能缩小故障影响范围和缩短影 响时间。 包括故障时开关拒动； 故障时继电保护、 自动装置误动或拒动； 自动装置调节失灵； 失去大容量发电厂以及其他偶然因素等。5. 电能质量包含哪些内容？电能质量的指标有什么特点？ 答案：电能质量的定义：导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率偏差， 其内容包括稳态电能质量和暂态电能质量。稳态电能质量：电压偏差、 频率偏差、 三相不平 衡度、 谐波、 电压波动与闪变； 暂态电能质量： 暂时过电压和瞬态过电压、 电压暂升、 暂降

26、、 电压短时中断。(1) 电压偏差：供电电压对标称电压的偏差。 电压偏差问题属于基波无功的范畴， 主要与电能传输的导线线径、 供电距离、 潮流分布、 调压手段、 无功补偿方式及容量、负荷用电特性等因素有关， 是电力系统认识较早、研究较 成熟、控制方式手段较完善的电能质量指标。电压偏差产生的实质是电流流经传输网在其内阻上产生的压降所致。(2) 频率偏差：系统频率的实际值和标称值之差。频率偏差属于有功功率平衡问题，主要与系统有功储备、发电机调速手段有关，也是 电力系统认识较早、 研究较成熟、 控制方式手段较完善的电能质量指标。 在电力系统稳态运 行方式下，虽然全系统电压可以各点均不相同，但频率却基

27、本上相同。(3) 三相不平衡：三相电力系统中三相的不平衡程度，用电压或电流负序分量与正序分 量的方均根值百分比表示。该问题主要由负荷的用电特性决定，也与负荷的平衡策略有关，虽然网络拓扑参数的 不对称也是其中因素之一， 但电网稳态运行情况下影响不大。 一般所说的三相不平衡主要指电压不平衡度，需要时也可分析三相电流不平衡度。(4) 谐波：对周期性交流分量进行傅立叶级数分解，得到频率为基波频率大于1 整数倍的分量。首先，谐波频率是与基波相关的，因此各种暂态现象中的高频谐波分量不属于谐波的 范畴；另外，间谐波、次谐波均不属于目前所说的谐波范畴。(5) 电压波动：电压方均根值一系列的变动或连续的改变。

28、电压波动是一系列电压变化的集合。电压变化不同于电压偏差，它不与电压的额定值 直接比较， 而是电压有效值变化曲线上两个相邻极值的差对于额定值的变化。 另外， 电压波 动不仅以幅度为考核指标，同时要考虑其波动频度。闪变：灯光照度不稳定造成的视感。 闪变是以白炽灯照度变化依据其电压变化的特征来刻画电压波动。闪变是电压波动的 产物，其实质是次谐波作用的结果。(6) 暂时过电压：在给定安装点上持续时间较长的不衰减或若衰减的振荡的过电压。 瞬态过电压：持续时间数毫秒或更短，通常带有强阻尼的振荡或非振荡的一种过电压。 从激发源的位置分析，过电压分为内部过电压和外部过电压。从直接诱因分析，过电压分为工频过电压

29、、谐振过电压、操作过电压、雷电过电压等。(7) 电压暂降 (暂升) ：在电力系统某一点的电压暂时下降(上升 )，经历半个周期到几秒钟的短暂持续期后恢复正常。电压暂降类似于一种功率(主要是无功 )冲击现象，是伴随着系统内某些暂态故障、 或电器设备的暂态运行工况儿发生的， 其过程描述一般采用状态参数以微 分方程表示。电压短时中断：供电电压消失一段时间，一般不超过 1min 。短时中断可认为是 90%100% 幅值的电压暂降。6. 对同步发电机的数学模型进行派克变换的数学和物理意义是什么？数学意义： 通过坐标变换， 将 a,b,c三个绕组的 i,u,经线性变换转换为 d,q,0 坐标系上的量， 从而

30、将变系数微分方程转换为常系数微分方程， 大大简化了计算， 并且还可将计算结果通过 逆变换还原到 a,b,c 坐标系上。物理意义： park 变换就是将 ia,ib,ic电流投影，等效到 d,q 轴上，将定子上的电流都等效到直 轴和交轴上去。对于稳态来说，等效之后，iq,id 成为一个常数。实现交 -直流互换，定子与转子绕组的互换，时变与定常的互换，发电机与变压器的互换。7. 简述高压直流输电( HVDC )系统的概念、特点、和主要应用。8. 等面积定则是判断暂态稳定的基本准则，请简述其内容和物理意义。 答案：c（P0 P2 ）dm（P3 P0）d左端为过剩转矩对相对角位移所作的功，等于转子在相

31、对运动中动能的增加，为加速面 积；右端为制动转矩对相对角位移所作的功，等于转子动能的减少，为减速面积。暂态稳定的 “等面积定则 ”必须满足面积 abcd=defg 的条件，转子才能再一次回到同步转 速，功角才不再继续增大。面积 abcd 称为加速面积，面积 defg 称为减速面积。因此，加速 面积与减速面积相等是保持暂态稳定的条件。在同样的切除时间条件下，扰动越大，即 P2 越小，加速面积越大，系统暂态稳定水平 越低。另外正常运行点越高，也会造成加速面积大于减速面积，使系统不能保持暂态稳定。 加速面积 =减速面积的最高正常运行点就是暂态稳定极限。即P0在一定位置时， abcd=defk 

32、9;就是暂态稳定极限。物理意义： 在上图中画出了发电机在正常运行P1、故障 P2 和故障切除 P3 三种状态下的功率特性曲线。假定机械功率 PT 始终保持 P0。图中 a点表示正常运行时发电机的运行点。 发生短路后功率特性立即降为P2，但由于转子的惯性，转子角度不会立即发生变化，其相对于无限大系统母线 U 的角度 0 仍然保持不变。 因此发电机的运行点由 a 点突然变至 b 点， 输出功率显著减少，而原动机机械功率PT 不变， 故产生较大的过剩功率。 故障情况愈严重，P2 功率曲线幅值愈低（三相短路时为零） ，则过剩功率愈大。在过剩转矩的作用下发电机转 子将加速，其相对速度（相对于同步转速）和

33、相对角度 逐渐增大，使运行点由 b 点向 c点移动。如果故障永久存在下去，则始终存在过剩转矩， 发电机将不短加速，最终与无限大 系统失去同步。 实际上， 短路后继电保护转置将迅速动作切除故障线路。 假设在 c 点时将故 障切除， 则发电机的功率特性为 P3，发电机的运行点从 c 点突然变至 e 点（同样由于 不能 突变）。这时发电机的输出功率比原动机的机械功率大，使转子受到制动，转子速度逐渐减 慢。但由于此时的速度已经大于同步转速， 所以相对角度还要继续增大。 假设制动过程延续 到 f 点时转子转速才会到同步转速，则 角不再增大。但是，在 f 点是不能持续运行的，因 为这时机械功率和电磁功率仍

34、不平衡，前者小于后者。转子将继续减速， 开始减小， 运行 点沿功率特性 P3 由 f 点向 e、 k 点转移。在达到 k 点以前转子一直减速，转子速度低于同步 速。在 k 点虽然机械功率与电磁功率平衡， 但由于这时转子速度低于同步转速， 继续减小。 但越过 k 点以后机械功率开始大于电磁功率， 转子又加速， 因而 一直减小到转速恢复同步 转速后又开始增大。此后运行点沿着P3 开始第二次振荡。如果振荡过程中没有任何能量损耗，则第二次 又将增大至 f 点的对应角度 max，以后就一直沿着 P3 往复不已地振荡。实 际上， 振荡过程中总有能量损耗，或者说总存在着阻尼作用，因而振荡逐渐衰减， 发电机最

35、后停留在一个新的运行点 k上运行。 k点即故障切除后功率特性 P3与 PT的交点。如果故障线路切除得比较晚，这时在故障线路切除前转子加速已比较严重，因此当故 障线路切除后， 在到达 f 点时转子转速仍大于同步转速。 甚至在到达 k'时转速还未降至同步 转速，因此 就将越过 k'点对应的角度 k'。而当运行点越过 k'点后，转子又立即承受加速 转矩， 转速又开始升高， 而且加速度愈来愈大， 将不断增大，发电机和无限大系统之间终 将视区同步。9. 电力市场条件下，电力生产和运行部门的辅助服务包含哪些主要内容？（答案见上）10. 请写出你硕士学位论文题目，并简述主要研

36、究内容和贡献。08 年有一道题是关于节能调度的。答案： 2007 年 12 月 20 号，随着贵州省正式启动节能发电调度试点，标志着将对我国 电力市场产生重大影响的节能调度政策的开始付诸实施。 2007 年 8 月，由发展改革委、环 保总局、电监会和能源办联合下发的节能发电调度办法 （试行）规定了不同类型发电的 调度优先级，具体如下：1、无调节能力的可再生能源发电机组； 2、有调节能力的可再生能源发电机组满足环保 要求的垃圾发电机组； 3、核能发电机组； 4、按“以热定电”方式运行的燃煤热电联产机组 和资源综合利用发电机组； 5、天然气、煤气化发电机组； 6、其他燃煤发电机组，包括未带 热负荷

37、的热电联产机组； 7、燃油发电机组。同类型火力发电机组按照能耗水平由低到高排序， 节能优先； 能耗水平相同时， 按照污 染物排放水平由低到高排序。 机组运行能耗水平近期暂依照设备制造厂商提供的机组能耗参 数排序，逐步过渡到按照实例数值排序。节能调度的提出， 旨在建立一种以能耗及排放水平为基准的发电调度方式， 在发电能源 消耗方面， 最大限度地发挥可再生能源及其他清洁能源的作用， 最大限度减少化石燃料的使 用；其核心是 “改变传统的以平均利用小时数计划为指导的发电量调度方式， 取而代之是在 保证电网安全的前提下， 按照机组能耗水平排序， 能耗低的机组多发电， 能耗高的机组少发 电或不发电，实现电

38、能生产环节的能耗最小化，从而达到节能的目的。 ”节能调度的背景： 1、节能减排是大势所趋。电力行业作为主要能源消耗型行业，节能 减排效益十分显著，理应成为优化调整的对象；2、电力供应相对富余。经过近几年来在电源建设方面投入的增多，全国开始出现电力供应相对富余的态势，为节能调度提供了可能， 同时也是通过政策调控促进发电机组更新换代的良好时机；3、电网建设投入增多。电网建设的投入增多， 使得实施节能调度后电网输电环节的配套投入能够保证， 避免出现在发电侧 节能调度，却因电网受阻无法实施的情况。华北电力大学（北京）2003 年博士研究生入学考试试题（ A ）解答下列各题（每题 10 分，共 100

39、分）1、从安全角度来看，电力系统运行的五种状态是什么？简述每种状态的特点。 正常状态：在正常状态下，电力系统应该满足电力系统的等式约束和不等式约束。 在正常状态下， 电力系统中的总的有功和无功功率出力能和负荷总的有功和无功功率的 需求达到平衡； 电力系统的各母线电压和频率均在正常运行的允许偏移范围内； 各电源设备 和输变电设备均在额定的限额内运行。 在这种状态下， 系统有足够的储备， 即发电及输变电 设备均有足够的备用余量和必要的调节手段， 使系统能承受正常的干扰而不产生影响正常运 行的后果。警戒状态： 电力系统在正常状态下往往可能受到一系列大小不等的干扰，这些干扰的积累效应， 使电力系统总的

40、安全水平逐渐降低而进入警戒状态。 如发电机出力备用减少， 输送 能力降低， 干扰几率增大。在警戒状态下，各种约束条件还是满足的， 但系统的安全储备大 大减少了，对外界干扰的抵抗能力削弱了。在警戒状态时，应及时采取预防性的控制措施， 使系统尽快恢复到正常状态。紧急状态： 电力系统在遭受一个足够严重的干扰后， 运行参数将偏离正常运行状态， 某 些不等式约束条件已不能满足， 电力系统将进入紧急状态。 造成正常运行方式破坏的原因可 能有： 电力系统元件短路，电力系统元件断开，发电机失步等。在紧急状态时电力系统中出 线的主要危急现象有：频率下降，电压下降，线路或变压器断开和过负荷，稳定问题。故障状态：

41、电力系统的部分元件过负荷、 或部分母线电压或系统频率超出允许范围而未 能有效控制的一种失稳状态。恢复状态： 重新建立电力系统正常状态的一系列活动， 这个过程可能包括发电机组的启动、再同步、输电线路重新投运、负荷恢复供电，以及系统中解列部分的重新并网等工作。2、电力系统的可靠性、安全性和稳定性各有什么含义？简述各自的主要研究内容。3、通过功率方程说明为什么潮流计算的数学模型是非线性的？应该采用什么样的数学方 法求解。4、电力系统正常运行时既要保持有功平衡，也要保持无功平衡，试从电源、负荷及管理、 控制方面说明保证有功平衡和无功平衡的主要特点。所谓无功平衡就是指在电网运行的每一个时刻， 电网中各无

42、功电源所发出的无功功率要 等于电网中各个环节上的无功功率损耗和用户所消耗的无功功率之和。 无功功率平衡直接关 系到电网的运行电压水平， 电网的无功功率平衡时维持电网电压水平的首要条件， 电网无功 电源的配置与电网调压措施的实施是一密不可分的整体， 二者相辅相成。 当电网无功电源充 足时，电网运行电压就高，当电网无功电源不足时，电网运行电压就低。无功电源包括同步发电机、同步调相机、电力电容器、并联电抗器、静止补偿器、同步 电动机进相运行、异步电动机同步化、高压电缆和高压输电线的电容等。无功负荷包括变压器、感应电动机、 电抗器、 感应电热设备、 电焊机等所消耗的励磁功 率，再就是电网中各环节的输电

43、线路和变压器串联阻抗支路中电抗上的无功功率损耗。电网的频率特性由电网的有功负荷平衡决定。 电力系统的有功功率和频率调整大体上可 分为一次、 二次、三次调整三种。一次调整： 由发电机调速系统频率静态特性的固有能力而 增减发电机的出力。 二次调整： 通过运行人员手动调整或调度自动化系统自动调整， 增减发 电机组的发电出力。 三次调整：为使有功功率负荷按最优分配即经济负荷分配而进行的调整。电力系统中的有功功率电源是各类发电厂的发电机。 系统电源容量应不小于包括网络损 耗和厂用电在内的系统总发电负荷。系统电源容量大于发电负荷的部分成为系统的备用容 量。系统备用容量可分为热备用和冷备用或负荷备用、 事故

44、备用、 检修备用和国民经济备用 等。电力系统中有功功率的最优分配包括有功功率电源的最优组合和有功功率负荷的最优 分配。负荷的最优分配按照等耗量微增率准则分配。5、电能质量包含那些内容？电能质量的指标有什么特点？6、对同步发电机的数学模型进行派克（ Park）变换的数学和物理意义是什么？7、简述高压直流输电（ HVDC ）系统的概念、特点和主要应用。8、等面积定则是判断暂态稳定的基本准则，请简述其内容和物理意义。9、电力市场条件下，电力生产和运行部门的辅助服务（Auxiliary Service ）包括那些主要内容？10、请写出你硕士学位论文题目，并简述主要研究内容和贡献是什么。中国电力科学研究

45、院2004 年博士研究生入学考试试题1、2003 年 8 月 14 日，美加部分地区发生了大停电事故，这次事故震动了全世界，请简述 事故的起因是什么？谈谈大停电给我们的教训是什么？答案 1：起因： 2003 年 8 月 14号下午， 美国俄亥俄州克利夫兰市郊外一条过热的电线下 垂到一棵树上， 引发了一系列激烈的连锁反应， 导致了北美有史以来最大规模的停电。 据负 责美加大面积停电事故调查的北美电力可靠性委员会披露了大停电的一些情况： 这次事故的 原因可能是电压变化、输电线故障和发电厂停电等问题共同造成的。教训：电网结构要合理；具备合适的可靠的继电保护和安全自动装置；无功电源和电压 控制； 防止

46、负荷大量转移引起的恶性连锁反应； 建立好最后一道防线， 防止长时间大面积停 电和对最重要用户的破坏性停电。答案 2：教训： (1) 控制适当的电网规模； (2) 对陈旧的电网的改善：加强日常维护；保证 足够的备用容量；发展分散配置电网；开发分散式电源； (3)研发新的自动控制技术； (4) 提 高运行人员素质； (5) 加强管制，采用统一分层管理，促进信息协调；(6)加强经济、政策的引导作用； (7)建立紧急事故防御体系。结论：改革和发展与安全应当是并行不悖、相辅相成的，电力系统体制改革的推进不是 以牺牲电力系统安全、 可靠性为代价， 相反，改革和发展的目的之一就是要实现更高的安全、 可靠性这

47、一目标。 同时电力系统的安全也是电力改革能否顺利进行的重要条件和成功与否的 重要标志。在电力市场化的今天，在电力改革的过渡时期会给电力可靠性带来一定的风险。 面对众多的重大事故， 在今后的发展过程中必须认识到电力系统的改革和发展必须高度重视 安全问题。2、高斯 -赛德尔迭代法和牛顿拉夫逊迭代法是常规的潮流计算方法，请介绍一下最优潮流 (OPF)算法的原理及其应用。3、简述电力系统中主要有那些控制？并简单介绍其控制原理，你认为那种控制是最完美的？答案 1：励磁控制、调速控制、 AGC 控制、有载调压变压器分接头控制、无功补偿装 置自动投切、直流输电控制、 FACTS 控制、自动重合闸、开关投切、

48、汽门和蝶阀控制、低 周减载等。4、写出 dp0 坐标下的同步发电机的磁链方程和电压方程，简述派克(Park)变换在同步发电机建模及分析中的作用是什么？5、暂态稳定分析的基本数学模型是什么？简述等面积定则的原理及其在暂态稳定分析中的 应用。相分量法和序分量法的特点，以及相互间的区别与联系 相分量法是客观存在的。 因此相分量法能够准确反映出电力网络的所有实际问题， 故障 处理方法直观实用。 由于相坐标空间里元件参数存在耦合问题， 相分量计算方法的计算量比 较大，同时复杂的耦合关系也使得相分量法在网络处理上不同于单相的情况， 比采用单相网 络的分析计算技术要困难的多。 方便的系统运行描述和准确的系统

49、参数仿真是相分量法最大 的优势。序分量是相分量经过数学变换得到的， 序分量法通过坐标变换使在相坐标空间存在三相 耦合关系的对称元件在序分量坐标空间得到解耦， 在完全由对称元件组成的系统中， 耦合的 三相网络可以等效成三个独立的序分量对称网络， 在网络分析方面与三个单相网络相同， 可 以使用单相网络分析的方法进行处理，并且能够大幅度简化计算。序分量法因为模型简单、 算法组织性强和计算速度快而得到了更广泛的认同， 在更多的实用化的电力系统分析计算软 件包中得到了应用。对称分量法为代表的序分量法可以十分方便地通过序网连接方式的改变来仿真单一不 对称简单故障， 但是对于任意复杂故障， 序网的边界条件不

50、易实现， 同序网的连接方式随故 障的不同而变化， 不利于程序的实现。 相分量法能够轻松的处理任意的复杂故障， 程序实现 也极其方便。 对于一些不对称的情况和不对称的元件， 序分量坐标空间的解耦失效， 从而不 能实现序网的分离。 序分量法的应用因此遭到严重影响， 即使简单故障的分析也不能采用序 分量法计算。 在这种情况下， 相分量法就表现出明显的优势， 它可以直接计算不对称元件组 成的系统，无需做任何处理。2009 年博士研究生入学考试试题1 谈谈电力系统的潮流控制和调整有哪些手段？ 辐射形网络中的潮流是不加控制也无法控制的， 它们完全取决于各负荷节点的负荷； 环 形网络中，环式网络的潮流，如不

51、采取附加措施，就按阻抗分布，因而也是无法控制的；两 端供电网络的潮流虽可借调整两端电源的功率或电压适当控制， 但由于两端电源容量有一定 限制，而电压调整的范围又要服从对电压质量的要求， 调整幅度都不可能大。 但从保证安全、 优质、经济供电的要求出发，网络中的潮流往往需要控制。调整控制潮流的手段主要有三，即串联电容、串联电抗、附加串联加压器。 串联电容的作用显然是以其容抗抵偿线路的感抗。 将其串联在环式网络中阻抗相对过大 的线段上，可起转移其它重载上流通功率的作用。串联电抗的作用与串联电容相反， 主要在限流。 将其串联在重载线段上可避免该线段过 载。但由于其对电压质量和系统运行的稳定性有不良影响

52、，这一手段未曾推广。附加串联加压器的作用在于产生一环流或强制循环功率， 使强制循环功率与自然分布功 率的叠加可达到理想值。在电力电子技术获得长足发展之前， 控制潮流的手段相当贫乏。 除串联电抗由于其原理 上的缺陷， 未能考虑之外， 串联电容也未能作为控制潮流的手段在电力系统中使用。 原因在 于为控制潮流而改变串联电容的容抗需投切电容器组， 而频繁的投切相应的开关电器必然伴 随着机械磨损，即使不引发事故，也将要求开关电器经常维修。电力电子技术的迅速发展， 为潮流控制提供了若干种可供选择的新方案。 这些主要用于 潮流控制的设施都是所谓 “灵活交流输电系统”的组成部分。 所谓灵活交流输电系统， 是指

53、 以晶闸管置换传统交流输电系统中各种机械式调节器和开关后所呈现的新系统。 在这种系统 中，网络的潮流更易于控制， 线路的输送能力可大幅度提高。 属于灵活交流输电系统范畴的 用于控制潮流的设施有：可控串联电容(TCSC) 、可控移相器、统一潮流控制器 (UPFC)、静止同步串联补偿器 (SSSC)等。2 谈谈电力系统生产的特点及对电力系统的基本要求是什么？电力生产的特点：(1) 电能与国民经济各个部门之间的关系都很密切。由于电能与其他能量之间转换方便，宜于大量生产、集中管理、远距输送、自动控制，使用电能较其他能量有显著优点，各部门 都广泛使用电能。(2) 电能不能大量储存。电能的生产、输送和消费

54、实际上是同时进行的，即发电设备任 何时刻生产的电能必须等于该时刻用电设备消费与输送中损耗电能之和， 而且这一数值还随 时间不断变化。(3) 生产、输送、消费电能各个环节所组成的统一整体不可分割。由于电能不能大量储 存，必须保持生产、输送、消费流程的连续性，由这些环节组成的统一整体电力系统， 是不可分割的。(4) 电能生产、输送、消费工况的改变十分迅速。发电机、变压器、电力线路、用电设 备的投入或退出都在一瞬间完成，且电能从一处输送至另一处所需的时间以10-310-6s 计，所以电能生产、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。电压的大小、频率偏离要求值过多或波形因谐波污

55、染 严重而不能保持正弦时，都可能导致产生废品、损坏设备，甚至大面积停电。因此，对电压 大小、频率的偏移以及谐波分量都有一定限额。对电力系统运行的基本要求：(1) 保证可靠地持续供电供电的中断将使生产停顿、 生活混乱， 甚至危及人身和设备安全， 形成十分严重的后果。 停电给国民经济造成的损失远远超过电力系统本身的损失。 因此电力系统运行手电要满足可 靠、持续供电的要求。(2) 保证良好的电能质量 电能质量包括电压质量、 频率质量和波形质量三个方面。 给定的允许电压偏移为额定值 的± 5%，给定的允许频率偏移为± 0.20.5Hz 等。波形质量则以畸变率是否超过给定值来衡 量。

56、对电压和频率的保证，必须做到大量增加系统中有功、无功电源， 充分发挥现有电源的 作用，合理调配用电、节约用电，不断提高系统的自动化程度等。(3) 保证系统运行的经济性电能生产的规模很大， 消耗的一次能源在国民经济一次能源总消耗中占的比重约为1/3，而且电能在变换、输送、 分配时的损耗绝对值也相当可观。因此， 降低每生产一度电所消耗 的能源和降低变换、输送、分配时的损耗，有极重要的意义。3 广域同步相量测量 (WAMS) 是近来电力系统发展起来的新技术， 请说明这项技术今后 在电力系统运行和控制方面可能有哪些应用？4 谈谈你对节能发电调度的理解5 今年年初我国南方遭遇了一场罕见的低温雨雪冰冻灾害

57、，电力系统因之受损严重。谈 谈你对这场灾害的认识， 你认为此次雪灾暴露了电力方面哪些问题？以后应加强哪方面的工 作以预防此类灾害？(1) 电力规划的优化问题中国作为发展中国家， 面对长期存在的电力瓶颈制约， 在电力发展上一直存在着注重外 延发展和发电能力建设的指导思想，由此也形成了电力系统长期存在的“重发轻供不管用” 的传统观念。从 2003 年至 2007 年电网和电源累计投资情况看，我国电网与电源的投资比 重约为 33:67 ，而世界主要发达国家约为60:40，我国电网投资滞后于电源投资。由于不够重视电网投资， 电网之间的连接相当薄弱， 抗风险能力较差。 因此要从国家安全和能源安全 的战略

58、高度， 重新确立我国电力规划和电力建设的指导思想。 其要点是电力规划必须坚持电 网与电源统筹规划、合理布局、协调发展的原则，以受端系统为核心，以用户利益为根本， 完善电源结构，强化配网建设，实现合理的电网结构。(2) 电网结构的合理确定问题 电力系统多年来的关注重点往往放在大型电站、电源基地、长距离输电线路建设和 220kV 及以上主网建设上，对规划、建设合理的电网结构，特别是规划建设合理的受端系 统明显重视不够，投入不足，欠账甚多。a. 合理电网结构的重心应放在受端系统 根据电力系统安全稳定导则，合理的电网结构必须“满足电网分层和分区的原则” 。在 此原则下，电网分区运行，互为备用；电源分层接入，布局合理。电网合理分区、电源分层 接入都应该体现以受端系统为核心。 因为受端系统是整个电力系统最重要的组成部分，是实现合理电网结构的关