电力系统分析思考题与习题及答案

1、电力系统分析思考题与习题 第27页 共27页第1章思考题与习题1-1动力系统、电力系统和电力网的基本组成形式如何？1-2电力系统的接线方式有几种？何谓开式网络？何谓闭式网络？1-3简述电力系统运行特点和要求。1-4如何评价电能质量，电能质量的三个指标是什么？各有怎样要求？1-5为什么要规定电力系统的电压等级？简述主要电压等级。1-6电力系统的各个元件（设备）的额定电压如何确定？举例说明。1-7电力系统的负荷曲线有几种？什么是年持续负荷曲线和最大负荷利用小时数？1-8某一负荷的年持续负荷曲线如图1-11所示，试求最大负荷利用小时数。图1-11 题1-8的年持续负荷曲线1-9试确定图1-12所示的

2、电力系统中发电机和变压器的额定电压（图中标示电力系统的额定电压）。图1-12题1-9电力系统接线图1-10试求图1-12中各变压器的额定变比，当变压器T1运行于抽头，T2运行于主抽头，T3运行于抽头时，各变压器的实际变比是多少？1-11某电力系统的典型日负荷曲线如图1-13所示，试计算日平均负荷和负荷率。图1-13题1-11的日负荷曲线第2章思考题与习题2-1 架空输电线路的电阻、电抗、电纳和电导是如何计算的，影响电抗的参数的主要因素是什么？2-1 架空线路采用分裂导线有哪些优点？电力线路一般采用什么样的等效电路表示？2-3 何谓自然功率？2-4 双绕组和三绕组变压器一般以什么样等值电路表示？

3、2-5 对于升压型和降压型的变压器，如果所给出的其他原始数据均相同，它们的参数相同吗？为什么？2-7 什么称为变压器的额定变比、实际变比、平均额定电压变比，在归算中如何应用？2-8 何谓有名值？何谓标幺制？标幺制有什么优缺点？基准值如何选取？2-9 电力系统等值电路的元件参数计算时，何谓精确计算法？何谓近似计算法？它们分别用在怎样的场合？2-10 试推导由负荷功率求取恒定负荷阻抗或导纳的方法。2-11 一条长度为600km的500kV架空线路，使用4×LGJ-400分裂导线，。试计算该线路的形等值电路。并讨论精确计算和近似计算的误差。2-12 已知一条长度200km的输电线路，系统额

4、定频率。试求：（1）短线路；(2)中线路；（3）长线路模型求其形等值电路。2-13 有一台双绕组变压器，电压比,额定容量20MVA,欲通过短路、空载试验求参数。受条件限制，短路实验电流200A（一次侧），空载试验电压为10kV（二次侧）。测得：(参数均未折算)。求折算至一次侧的变压器参数，并绘出形等值电路图。2-14三相双绕组升压变压器的型号为SFPSL-40500/220，额定容量40500kVA，额定电压为,，。求该变压器的参数，并绘出其等值电路。2-15 有一台SFL120000/110型10kV供电网络的降压变压器，铭牌给出的试验数据为：。要求（1）试计算折算至一次侧的变压器参数；（1

5、） 试求变压器不含励磁支路的形等值电路。2-16 如图2-36所示简单电力系统，各元件有关参数如下：发电机：；变压器：；：；线路：；电抗器：。不计元件的电阻和导纳试完成：（1）以110kV为基本级，做出有名制等值电路；（2）取,按基准电压比作出标幺制的等值电路。RT3T2GT1图2-36 题2-16系统网络图2-17 110kV母线上接有负荷。试分别用阻抗和导纳表示表示该负荷，如取,将其为以导纳表示的标幺制等值电路。2-18 500kV架空线路长600km，采用三分裂导线，型号为LGJQ400×3(计算半径)裂距400mm，三相导线水平排列，线距。试作出其等值电路并计算波阻抗、波长、

6、传播速度、自然功率、充电功率和末端空载时的电压升高率。2-18 如图2-37所示，选取,试求。图2-37 题2-18电路图第3章思考题与习题3-1何谓电压降落、电压损失、电压偏移、功率损耗和输电效率？3-2输电线路和变压器阻抗元件上的电压降落如何计算？电压降落的大小主要由什么决定？电压降落的相位由什么决定？什么情况下会出现线路末端电压高于首端电压的情况？3-3如何计算输电线路和变压器的功率损耗？其导纳支路上的功率损耗有何不同？3-4运算功率指的是什么？运算负荷指的是什么?如何计算升压变电所的运算功率和降压变电所的运算负荷。3-5辐射形网络潮流分布的计算可以分为哪两类型？分别说明计算方法。3-6

7、简单闭式网络在主要有哪几种形式？简述其潮流分布计算的主要步骤。3-7某电力网接线如图3-30所示，输电线路长80，额定电压110，线路参数为，变压器,变比,已知变压器低压侧负荷为,正常运行时要求电压36，试求电源处母线应有的电压和功率。 图3-30题3-7的电力网接线图答案：3-8什么是自然功率分布？什么是循环功率？3-9有功分点和无功分点是如何定义的？为什么在闭式电力网络的潮流计算中要找出功率分点？3-10某110kV输电线路，长80km，线路参数为，线路末端功率10MW，（滞后）。已知末端电压为110kV，试计算首端电压的大小、相位、首端功率，并做相量图。答案：，。3-11输电线路参数同3

8、-10，线路末端功率10MW，（超前）。已知首端电压为112kV，试计算末端电压的大小、相位、首端功率，并做相量图。答案：， 。3-12一台双绕组变压器，型号SFL1-10000，电压，, , ，低压侧负荷10MW，(滞后)，低压侧电压为10kV，变压器抽头电压为。试求：（1）功率分布；！（2）高压侧电压。答案： （1），； （2）36.61kV。3-13某电力系统如图3-31所示，已知变压器型号SFT-40000/110，额定数据, ，,变比；线路AC段；线路BC段；线路AB段；各段线路的导纳均可以忽略不计，负荷功率为；母线B点电压为108kV时，试求：（1）网络的功率分布及功率损失； （2

9、）求A、B、D点的电压。答案：（1）略；（2）115.42kV，108.55kV，101kV。图3-31题3-13的电力系统接线图3-14某35kV变电所有两台变压器并联运行。变压器T1为，, ；T2为, , ；忽略两台变压器励磁支路，变压器低压侧总功率。试求：（1）当两台变压器变比相同时，每台变压器通过的功率各是多少？（2）当变压器T1变比为34.125/11，变压器T2变比为35/11时，每台通过功率各是多少？答案：（1）； (2) 。3-15某变电所有一台三绕组变压器，额定电压为110/38.5/6.6kV，其等值电路（参数归算到高压侧）和负荷如图3-32所示，当实际变比为110/38.

10、5/6.6.时，低压母线电压6kV，试计算高、中压测的实际电压。答案：,.图3-32题3-15的变压器等值电路第4章思考题与习题4-1电力系统的节点导纳矩阵有什么特点?其与节点阻抗矩阵有什么关系？4-2电力系统中节点分为几类？各类节点有什么特点？4-3何谓节点，为什么潮流计算中必须有一个而且只有一个节点?4-4简述牛顿-拉夫逊法进行潮流分布计算的步骤？4-5P-Q分解法相对牛顿法做了哪些改进？有何优点？ 4-6已知一电力网络的节点导纳矩阵为，画出其相应的网络结构，并标出各接地支路的导纳值及串联支路的阻抗值。4-7如图4-6所示变压器支路，做出以导纳和阻抗表示的形等值电路12图4-12题4-7的

11、变压器支路4-8电力网络如图4-13所示，网络中参数均为电抗标幺值，试求该网络的节点导纳矩阵。j2j4j0.2j0.4132j0.5图4-13题4-8电力网络图4-9电力系统网络如图4-14所示，节点1为平衡节点，电压为。节点2负荷。线路阻抗（基准功率100MVA）试求：（1）用高斯-塞得尔迭代法求，初始估计值为，进行迭代2次。(2)经过次迭代后，节点2 电压收敛于，求和线路的有功功率和无功功率损耗。 (3)已知求用牛顿迭代的雅克比矩阵表达式。12图4-14题4-9电力系统网络图4-10电力系统网络如图4-9所示，线路阻抗用标幺值标注在图中，已知负荷功率的标幺值为，；电源功率为;各节点电源幅值

12、为，节点3装有无功功率补偿设备。试用牛顿-拉夫逊法迭代一次求解潮流，求出、及线路功率。图4-15题4-10电力系统网络接线图4-11图4-16为一个两节点系统，节点1为平衡节点，电压为。节点2连接负荷，负荷吸收有功功率100MW，无功功率50Mvar。线路电抗（基准功率100MVA）。试用牛顿-拉夫逊法求节点2的电压幅值和相角。初始估计值为和，要求迭代两次。21100MW50Mvar图4-16题4-11电力系统接线图4-12如图4-11所示电力系统，已知线路阻抗为：, , ；负荷功率为,试用牛顿-拉夫逊法计算潮流。（1）求节点导纳矩阵；（2）第一次迭代用的雅克比矩阵；（3）当用牛顿-拉夫逊法计

13、算潮流时，求三次迭代结果。图4-17题4-12电力系统接线图4-13如图4-18所示简单电力系统，节点1、2接发电机，节点1的电压为，节点2的电压幅值固定在不变，发电机有功功率400MW。节点3连接负荷，负荷吸收有功功率500MW，无功功率400Mvar，线路导纳如图示，忽略线路电阻和充电电纳。基准功率取100MVA。试求：（1）节点2的有功功率和节点3的有功、无功功率表达式为：(2)利用牛顿-拉夫逊迭代法求和的相量值。初始估计值为，并保持不变。迭代两次。500MW平衡节点123400Mvar图4-18题4-13电力系统接线图第5章思考题与习题5-1电力系统有功功率平衡对频率有什么影响，系统为

14、什么要设置有功功率备用容量？5-2何谓负荷的频率调节效应系数？解释其物理意义。5-3何谓一次调频，如何完成？5-4何谓二次调频，如何完成？5-5何谓发电机的调差系数，如何求取，其值是多少？5-6何谓发电机组的单位调节功率？其物理意义是什么？5-7何谓电力系统的单位调节功率？5-8为什么一次调频不能做到无差调节，如何做到无差调节？5-9互联系统的频率调整有几种方式？常用那种方式？5-10何谓等耗量微增率准则？5-11何谓有功电源的最优组合？其目的是什么?根据什么原则进行？5-12什么是频率调整的三种方法？各自如何完成调频过程？5-13什么是有功电源的最优组合？根据什么原则进行的？5-14某系统各

15、机组的调差系数均为0.05，最大机组的容量为系统负荷的10%，该机组有15%的热备用容量，当负荷变动5%时，系统频率下降0.1，设。试求如果最大机组因故障停运时系统的频率下降多少？5-15系统A，当负荷增加250（MW），频率下降0.1（）；系统B，当负荷增加400（MW），频率下降0.1（）。系统A运行在49.85（），系统B运行在50（），如用联络线将两系统连接，求联络线中的功率。5-16电力系统中有A、B两等值机组并列运行，向负荷供电，A机组额定容量500（MW），调差系数为0.04；B机组额定容量为400（MW），调差系数为0.05.系统负荷的调节效应系数为1.5。当负荷时，频率为50

16、（），A机组出力500（MW），B机组出力100（MW）。试求：（1）当系统增加50（MW）负荷后，系统频率和机组出力；（2）当系统切除500（MW）负荷后，系统频率和机组出力5-17系统有两台100（MW）的发电机组，其调差系数，系统负荷容量为140(MW)，负荷的频率调节效应系数。系统运行频率为50（）时，两机组出力为,。当系统负荷增加500（MW）时，试求：（1）系统频率下降多少？（2）各机组输出有功功率多少？5-18某电力系统中，一半机组的容量已经完全利用；占总容量1/4的火电厂尚有10%备用容量，其单位调节功率为16.6；占总容量1/4的火电厂尚有20%备用容量，其单位调节功率为25

17、；系统有功负荷的频率调节效应系数。试求：(1)系统的单位调节功率(2)负荷功率增加5%时的稳态频率。(3)如频率容许降低0.2Hz，系统能够承担的负荷增量。5-19 A、B系统经联络线相连，已知，。系统B负荷增加150(MW)。两系统所有发电机均参与一次调频，求系统频率、联络线上的功率变化量及A、B两系统发电机和负荷功率变化量。5-20A、B两系统通过互联系统连接如图5-14所示，其中A系统的单位调节功率为，B系统的单位调节功率为。正常运行时系统频率50（），联络线上无交换功率。A系统因故障突然切除300（MW）的发电机一台，此时系统运行频率是多少？联络线上的交换功率是多少？答案图5-15题5

18、-20的互联系统5-21两台容量均为500（MW）的发电机并列运行，向300（MW）负荷供电。发电机的最小有功功率均为60（MW），耗量特性为：试求（1）机组的经济分配方案；（2）若平均分担负荷，多消耗的燃料（单位时间内）为多少？5-22洪水季节日负荷曲线如图5-15所示，试将下列各类发电厂安排在曲线上（填入相应字母）；A高温高压火电厂；B当地劣质煤电厂；C水电厂；D火电厂的强迫功率；E水电厂可调功率；F中温中压火电厂；G核电厂。62418120图5-16题5-22的有功功率日负荷曲线第6章思考题与习题6-1如何确定发电机的运行极限？6-2电力系统电压水平与无功功率平衡有何关系？6-3电力系统

19、的电压偏移的定义是什么？我国现行规定的电压偏移为多少？6-4调整电压可以采用哪些措施？其优缺点何在？6-5何谓逆调压、顺调压和恒调压？各适应什么场合？6-6何谓电力系统电压中枢点？如何选择电压中枢点？如何确定中枢点电压的允许范围。6-7如图所示6-20所示某一升压变压器，其额定容量为31.5(MVA),变比为，归算到高压侧阻抗为，通过变压器功率为,高压侧调压要求，发电机的可能调整电压范围1011kV，试选分接头。 图6-20题6-7升压变压器6-8某输电系统的等值电路如图所示。已知电压维持不变。负荷有功功率保持恒定，无功功率与电压平方成正比，即。试就和r两种情况按无功功率平衡的条件确定节点2的

20、电压。图6-21 题6-8系统图6-9某变电所由阻抗为4.32+j10.5的35kV线路供电。变电所负荷集中在变压器10kV母线B点。最大负荷8+j5MVA，最小负荷4+j3MVA，线路送端母线A的电压在最大负荷和最小负荷时均为36kV，要求变电所10kV母线上的电压在最小负荷与最大负荷时电压偏差不超过±5%，试选择变压器分接头。变压器阻抗为0.69+j7.84，变比为35±2×2.5%/10.5kV。图6-22题6-9系统图6-10如图6-23所示电力系统，如A点电压保持36kV不变，B点调压要求为，试配合选择变压器分接头确定并联补偿电容器容量。不计变压器及线路

21、的功率损耗。 图6-23题6-10系统图6-11如图6-24所示，某一降压变电所由双回110kV，长70km的架空输电线路供电，导线单位长度阻抗为0.27+j0.416(/km)。变电所有两台变压器并联运行，其参数为：31.5MVA，为110±2×2.5%/11kV，。变电所最大负荷为40+j30(MVA)，最小负荷为30+j20(MVA)。线路首端电压为116kV，且维持不变。变电所二次侧母线上的允许电压偏移在最大、最小负荷时为额定电压的。根据调压要求，按并联电容器和并联调相机两种措施，确定变电所二次侧母线上所需补偿的最小容量。图6-24题6-11系统图6-12有一条阻抗

22、为21+j34的110kV单回线路，将降压变电所与负荷中心连接，最大负荷为22+j20MVA。线路允许的电压损耗为6%，为满足此要求在线路上串联标准为单相、0.66kV、40kVA的电容器。试确定所需电容器数量和容量。图6-25题6-12系统图6-13试选择电压为,容量位20MVA的减压变压器的分接头，使变压器低压母线电压偏移不超过额定电压的2.5%7.5%。已知变电所低压母线最大负荷为18MW、，最小负荷为7MW、，已知变电所高压母线维持107.5kV恒定。变压器的短路电压，短路损耗。第7章思考题与习题7-1什么是理想同步电机?为什么要定义理想同步电机?7-2在理想同步发电机(凸极机)原始磁

23、链方程中，各电感系数定子绕组间自感,互感，转子绕组间自感、互感，定、转子绕组间互感，哪些随转子位置而变化。哪些不随转子位置变化?若是隐极机又如何?7-3同发电机正常稳态运行时的等值电路和相量图的形式如何?虚构电动势有何物理意义?7-4同步电机定子A、B、C三相通以正弦电流、，转子各绕组均开路，已知，试问和时A相绕组的等值电感为多少？7-5同步电机定子三相通入直流，.0，=-0.5，求转换到dq0系统的、。7-6设三相电流的瞬时值分别为下面两式，试求经过派克变换后的、。（1） （2）7-7三相同步发电机，频率50Hz由具有常值同步速度的原动机驱动。电枢绕组初始时开路，调整励磁电压，使电枢机端电压

24、为额定值（标幺值为1p.u.）。电机的电抗标幺值和时间常数为 ，。试求：（1） 分别求次暂态、暂态和稳态短路电流。（2） 发电机出口发生三相短路时，求电枢电流基频分量的表达式。假定短路发生在转子直轴与a相轴线重合，即。第8章思考题与习题8-1何谓电力系统的故障？如何分类？8-2何谓无限大容量电源？其供电系统三相短路时的短路电流包括几种分量？有什么特点？8-3何谓短路冲击电流？何谓最大有效值电流？它在什么条件下出现？冲击系数的含义是什么？如何取值？8-4何谓磁链不变原理？它的实质是什么？8-5简述无阻尼绕组同步发电机突然三相短路的物理过程。8-6是什么绕组在什么情况下的时间常数？8-7何谓暂态电

25、势、次暂态电势？它在短路瞬间是否突变？8-8有阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定子绕组中的电流由哪些分量组成？各按什么时间常数衰减？8-9何谓强行励磁？其作用是什么？8-10无限大容量电源供电系统发生三相短路时，三相短路电流周期分量有效值如何计算？电力系统中任意一点的残余电压又如何计算？8-11何谓起始次暂态电流？精确计算步骤如何？在近似计算时又可采用哪些假设？8-12如果三相短路点具有大型异步电动机，其冲击电流和短路电流最大有效值又如何考虑？8-13电力系统三相短路电流实用计算法的含义是什么？它求的是什么电流？8-14求任意时刻的短路电流可采用什么方法？8-15同步发电机的稳态、暂态、次暂

26、态时的电势方程，等值电路及相量图的形式如何？8-16虚拟电势有何意义？为什么要引入暂态电势和暂态电抗？它们具有怎样的物理意义？8-17三相短路电流时网络如何用叠加原理？分解后的故障分量网络有何特殊意义？8-18电力系统短路电流计算时，负荷如何考虑？8-19什么叫电流分布系数和转移阻抗？二者有何关系？用什么方法可以求电流分布系数？8-20已知同步发电机的参数为：，。在额定运行时，,试计算在额定运行状态下同步发电机的、及之值，并作出该同步发电机稳态、暂态、次暂态时的等值电路。8-21如图8-48所示电力系统空载运行，发电机电压为额定值，电动势同相，发电机和变压的电抗额定标幺值用百分比标注于图中，忽

27、略所有电阻，线路电抗为。传输线路末端发生三相对称故障，求短路电流和短路容量。图8-40 题8-21电力系统接线图8-22如图8-40所示电力网络，已知各元件参数如下。发电机：。变压器：。线路：长。试求点三相短路时，起始次暂态电流、冲击电流、短路电流最大有效值和短路功率有名值。图8-41 题8-22电力网络接线图8-23如图8-42所示，简单电力系统，已知各元件参数如下。发电机：。发电机：。变压器：。变压器：。线路：每回线长。综合负荷：。 试分别计算点发生三相短路时，起始次暂态电流和冲击电流有名值。图8-42题8-23电力系统接线图8-24如图8-43a所示四节点电力系统接线，发电机用暂态电抗和

28、它背后的电动势表示。所有电抗用同一基准容量下的标幺值表示。为简化分析，忽略所有电阻和并联电容。发电机在额定电压下空载运行，电动势同相。节点4发生金属性三相故障。试求（1）利用戴维南定理求故障点的等效电抗并求故障电流（单位：p.u.）;(2)求故障时的节点电压和线路电流；（3）求节点2发生三相故障，故障阻抗为，计算（1）和（2）。 图8-43题8-27简单电力系统8-25电力系统接线如图8-53所示，已知各元件参数如下：汽轮发电机、为,。变压器、为，外部系统电源为，。系统中所有发电机组均装有自励调压器。点发生三相短路，试按下列三种情况计算、和，并对计算结果进行比较分析。取，外部系统电源按汽轮发电

29、机考虑。 （1）发电机、及外部系统各用一台等值发电机代替。 （2）发电机和外部电源合并为一台等值机。 （3）发电机、和外部电源全部合并为一台等值机。图8-53题8-28电力系统接线图第9章思考题与习题9-1何谓对称分量法？正序、负序和零序分量各有什么特点？9-2回答单相短路、两相短路、两相接地短路的边界条件，如何转化为对称分量表示的边界条件，怎样根据边界条件做出复合序网图？9-3两相短路为什么没有零序分量？9-4如何制定电力系统的各序网络图？9-5何谓正序等效定则，各种类型短路的附加电抗是什么？9-6变压器接线和两侧对称分量有何变化？9-7如何计算不对称短路时网络中的电流和电压？ 9-8何谓非

30、全相运行？它与电力系统不对称短路有何异同？9-9试绘制图9-44电力系统中点发生单相接地，两相短路和两相接地短路时的复合序网图。图9-44 题9-9电力系统图9-10如图9-45所示电力系统，已知各元件参数如下：发电机：，发电机：变压器：，变压器： 线路：试求点发生两相接地短路时，故障点的各相电流和各相电压。图9-45 题9-10的电力系统接线图9-11简单电力系统如图9-46所示。已知各元件参数如下：发电机：，；变压器：，接线，中性点接地电抗。点发生单相接地或两相接地。试计算：（1）短路点各相电流及电压的有名值。（2）发电机端各相电流及电压的有名值，并画出其相量图。（3）变压器低压绕组中各绕

31、组电流的有名值。（4）变压器中性点的电压有名值。图9-46题9-11的电力系统接线图9-12如图9-47所示电力系统，已知各元件参数如下：发电机：，。变压器：，。输电线路：，。S为无限大容量电源系统，内阻。试计算点单相接地短路时发电机母线的线电压，并绘出相量图。图9-47题9-12电力系统图9-13如图9-48所示简单电力系统中，求在点发生不对称短路情况下，在、时短路电流周期分量的有效值。其中发电机的额定容量 ,变压器的额定容量。图9-48题9-13的电力系统接线图9-14如图9-49所示简单电力系统，已知各元件参数如下：发电机：，.变压器和：，。线路每回路。负荷：。当点发生单相断线时，试计算

32、各序电抗，并绘制复合序网图。图9-49题9-14的电力系统接线图9-15如图9-50所示简单电力系统，在同一基准容量下的电抗标幺值数据为发电机、：；变压器；线路。当节点1发生故障时求戴维南等效阻抗，并计算当节点1发生金属性故障，在下述情况下的故障电流。（1） 三相对称故障；（2） 单相接地故障；（3） 两相故障；（4） 两相接地故障。图9-50题9-15的简单电力系统接线图第10章思考题与习题10-1何谓简单系统静态稳定性？10-2简单电力系统静态稳定的实用判据是什么？10-3何谓电力系统的静态稳定储备系数和整步功率？10-4如何用小干扰法分析简单电力系统的静态稳定性？10-5功角和发电机组惯性时间常数的物理意义是什么？ 10-6提高电力系统静态稳定性的措施主要有哪些？10-7简述自动调节励磁装置对电力系统静态稳定性的影响。10-8什么是同步发电机的转子摇摆曲线，有何用处？1