电力系统计算与仿真分析孟晓芳课后参考答案

第一章1.1如何建立节点网络方程？参考答案：（1）计算机形成降阶关联矩阵A的过程。对网络支路和节点编号，形成记录网络支路首节点、末端节点、支路电阻、支路电抗、支路电纳的文件。确定网络独立节点数n，总支路数b。降阶关联矩阵A为n行b列，按支路扫描，对应于支路首节点、末端节点位置分别在关联矩阵A中填写1、-1，其他位置填写0。（2）计算机节点导纳矩阵Y的过程。根据数据文件，形成各支路的导纳，并按照支路编号形成原始支路导纳阵Yb，导纳矩阵Y等于关联矩阵A、原始支路导纳阵Yb及关联矩阵A转置的乘积，即Y=A*Yb*AT。（3）计算机形成节点注入电流的过程。设置初始节点电压，节点注入电流等于节点注入功率的共轭除以节点电压的共轭，然后形成节点注入电流列矢量。完成上述3不即可形成网络方程。1.2对题图1.1，节点和支路编号如图所示，以节点⑤为地，写出形成关联矩阵A的过程。①①④③⑤12345②6题图1.1参考答案：首先形成描述网络结构的数据文件如下表：支路编号支路首端节点编号支路末端节点编号1①④2①②3④③4①⑤5②⑤6③⑤根据上表顺序，计算机依次扫描形成节-支关联矩阵：删除节-支关联矩阵的最后一行即得降阶关联矩阵A。1.3题图1.1中各支路阻抗如下：z1=j0.2，z2=j0.4，z3=j0.5，z4=j0.1，z5=j0.6，z6=j0.5。建立以地为参考节点的节点导纳矩阵Y。参考答案：首先形成降阶关联矩阵A。然后形成支路导纳所组成的对角矩阵Yb：建立支路原始阻抗矩阵Zb：节点定导纳矩阵Y：1.4如果去掉题图1.1中支路3，如何修改节点导纳矩阵Y？参考答案：移去网络中的一条支路3，该支路在网络的原有节点④、③之间，其导纳为y43=-j2，节点导纳矩阵阶次不变，与节点④、③有关元素的修改如下：第二章2.1接入DG对潮流计算结果有何影响？参考答案：接入DG后，网络节点的电压都呈现上升趋势，网络总损耗会降低。但是随着DG接入比例的升高，可能会出现节点电压越限、网络总损耗上升的情况。2.2对于图2-2所示系统，平衡节点电压相角设定为0°不变，而电压幅值的给定值由1.05p.u.变为1.0p.u.，问潮流计算结果各节点的电压幅值和相角将发生怎样的变化？参考答案：平衡节点电压相角设定为0°不变，而电压幅值的给定值由1.0p.u.变为1.05p.u.，系统的潮流计算结果会发生改变，各节点的电压幅值和相角都将变化，电压幅值都将增加，但是每个节点不会都增加0.05p.u.。2.3对于图2-2所示系统，平衡节点电压幅值的给定值保持1.05p.u.不变，电压相角由原来的0°增加到5°，问潮流计算结果各节点的电压幅值和相角将发生怎样的变化？参考答案：平衡节点电压幅值的给定值保持1.0p.u.不变，电压相角由原来的0°增加到5°，潮流计算结果各节点的电压幅值不变，各节点的相角增加到5°。第三章3.1请说明计算机分析对称故障和不对称故障的一般流程。参考答案：（1）对称故障1）输入网络中相关元件和负荷数据；2）形成节点阻抗矩阵；3）选择故障点；4）确定短路前瞬间正常运行状态下故障点的电压；5）根据式（3-4）计算短路电流；6）计算网络中非故障节点电压；7）计算网络中支路电流。（2）不对称故障1）输入网络中相关元件和负荷数据；2）形成各序网络的节点阻抗矩阵；3）选择故障点和故障类型；4）确定正序网络中故障口的开路电压（对于不对称短路故障，该值为短路前瞬间正常运行状态下故障点的电压；对于断线故障，该值为故障口开路时节点f、f′的电压差）；5）确定各序网络的等值阻抗；6）计算网络中故障口短路电流；7）计算网络中各节点各序电压；8）计算网络中支路电流和节点电压。3.2对于图3-7所示系统，若变压器T-2的联接组别改为YNd11（Y0/Δ-11），问不同类型短路计算将发生怎样的变化？参考答案：对于三相短、两相短路，变压器T-2的联接组别改为YNd11（Y0/Δ-11）不影响计算。对于不对称接地短路和断线计算，变压器T-2的联接组别改为YNd11（Y0/Δ-11）时影响零序网，影响计算结果。3.3对于图3-12所示系统，若去掉负荷LD-1和LD-2，再利用计算机计算f点发生单相断线、两相断线故障电流。参考答案：对于空载系统，不需要计算断线故障。第四章4.1请说明基于Simulink进行电力系统故障仿真的一般流程。参考答案：确定电力系统组成元件及连接方式；分析元件模型以及相关参数；启动Simulink命令后，建立仿真模块窗口；在Simulink提供的模块库中选择元件模块以及其他相关模块，设置模块的参数，选择故障类型，在仿真模块窗口中用户可以创建自己需要的Simulink故障仿真系统；设置合适仿真算法和仿真时间，对系统进行调试，并得到相关结论。4.2如何构建基于Simulink的仿真系统？参考答案：在启动Simulink命令后，建立一个空的模块窗口（例如untitled）；然后利用Simulink提供的模块库，在Simulink提供的模块库浏览器中找到所需模块，并加入到“untitled”窗口中，双击窗口中模块，打开模块的参数设置对话框，改变模型的参数；然后按照电气接线图对各个元件进行连接，设置合适仿真算法和仿真时间，创建用户需要的电力系统故障仿真系统，对系统进行调试；最后可以通过示波器等输出装置观察所需物理量的变化情况和数值大小，并得到相关结论。4.3根据仿真结果分析无限大功率电源三相短路暂态过程与同步发电机三相短路暂态过程有何不同？参考答案：无限大功率电源发生三相短路时，短路电流周期分量不衰减；同步发电机发生三相短路时，短路电流包括基频周期分量、二倍频分量以及非周期分量，周期分量是衰减的。第五章5.1请通过仿真分析判断，如果改变部分节点负荷，潮流分布是否会改变？参考答案：改变部分节点负荷，潮流分布会改变。5.2基于仿真分析判断，如果改变部分节点负荷，故障电流是否会改变？参考答案：改变部分节点负荷，故障电流不一定会改变。一般情况下，负荷对短路电流的影响可以忽略不计；但是当短路点附近有大容量的电动机时，需要计及其对短路的影响。5.3基于仿真模型，请尝试分析多点发生短路时暂态过程。参考答案：请参考本章5.3节内容，可以设置两个或两个以上不同母线同时发生不对称故障，例如一处发生不对称短路、另一处发生断线故障。第六章应用MATPOWER软件并利用各种方法（牛顿拉夫逊法等）实现本教材第2章图2-2所示的4节点系统的潮流计算（要求有潮流计算方法选择的设置语句、程序（修改部分的程序即可）等），对各种计算方法所得结果进行对比分析（计算时间、迭代次数等）。参考答案：根据教材第2章图2-2所示的4节点系统结构图和节点参数，对6.3实例程序中的矩阵参数进行修改，包括节点数据、发电机数据和支路数据，具体步骤如下：（1）修改bus矩阵中的bus_i,type,Pd,Qd,Vm数据；（2）修改gen矩阵中的bus,Pg,Qg,Vg数据；（3）修改branch矩阵中的fbus,tbus,r,x,b,ratio数据。然后根据下图所示规则，设定不同潮流计算方法的语句，得到牛顿法和高斯-赛德尔法的潮流计算结果，并对结果进行对比分析。第七章应用PowerWorld软件，建立本教材第2章图2-2所示的4节点系统的单线图；并应用该软件进行潮流计算、短路电流计算（可选择若干条可行支路开段情况进行计算），要求有分析结果。参考答案：（1）新建实例从文件栏选取“新建实例”项，创建一个新的实例文件。（2）添加元件在“编辑模式”下，在绘图栏下的“网络”下拉菜单中分别选择并添加节点模型、发电机模型、线路模型、负荷模型、变压器模型、并联补偿器模型，并按照教材第2章图2-2所示的4节点系统的网络元件参数进行参数设定。（3）潮流计算单击“运行模式”，进行潮流运行调试。从菜单栏选择“工具”>“求解”，可以选择不同的潮流计算方法，然后点击键，则开始按已设置好的参数运行潮流图，点击键，即停止潮流计算。在“工具”菜单栏下单击“实例信息”，或者单击“实例信息”菜单栏下的“潮流列表”，显示潮流计算结果。（4）短路电流计算在“运行模式”下，从菜单栏选择“工具”>“短路计算”，设置短路类型（包括单相接地短路、相间短路、三相对称短路、两相接地短路），单击“计算”，得到短路计算结果，并对结果进行分析。第八章8.1写出应用ETAP软件，进行电力系统潮流分析的流程。参考答案：1）在编辑模式下，编辑单线图。2）双击单线图的元件图标，打开元件编辑器，即可录入元件的相关参数。3）单击模式工具栏上“潮流分析”按钮，进入潮流分析模式。在分析案例工具栏中单击分析案例并访问潮流分析案例编辑器，新建分析案例。4）单击“潮流分析工具栏”潮流分析按钮，进行相应的潮流分析。5）查看潮流分析结果和报告。8.2建立本教材第2章图2-2所示的4节点系统的单线图；并应用ETAP软件进行潮流计算、短路电流计算以及暂态稳定分析，要求至少有3种分析结果（如输出报告、结果显示图、报警报告、以及相关曲线）。参考答案：1）参考“8.3.2编辑单线图”，新建单线图，添加图2-2所示的4节点系统中所有元件，并录入元件的相关参数，完成单线图的编辑。2）在录入潮流分析所需元件的需求数据后，单击模式工具栏上“潮流分析”按钮，进入潮流分析模式。在分析案例工具栏中单击分析案例并访问潮流分析案例编辑器，新建分析案例。单击“潮流分析工具栏”潮流分析按钮，进行相应的潮流分析。查看潮流分析结果和报告。3）编辑单线图，录入短路分析所需元件的需求数据，单击模式工具栏上“短路分析”按钮，进入短路分析模式。在分析案