电力系统自动化考试复习试题和答案

《电力系统自动化》课程考试复习内容•答案

整理：史跃鹏2011.7.17

2011学年第二学期

说明：电气工程专业课为：《电力电子技术》《自动控制技术》

《电力系统分析》，要求平均分大于75分才能获得学位。

1.请简述电力系统的主要特点和运行的基本要求。

参考书：第।章“电力系统特点和基本要求〃

答：特点：

1、与国民经济、人民日常生活联系严密。

2、系统构造庞大复杂

3、各种暂态过程非常短促

4、电能不能大量储存

基本要求：

1、保证供电的可靠性

2、保证良好的电能质量

3、保证系统运行的经济性。

2.请简述电力系统自动化的主要研究内容。

参考书：第1章“电力系统自动化主要内容"

答：1、电力系统调度自动化

2、电厂动力机械自动化

3、变电站自动化

4、电力系统自切装置

3.准同期并列的三要素是什么

参考书：第2章第1节“二、准同期并列"中的“准同期并列的理想条件"

答：

1.并列开关两侧的电压相等，

2.并列开关两侧电源的频率一样，

3.并列开关两侧电压的相位角一样。

4.并列操作瞬间如果存在相位差，请分析准同期井列操作对系统的影响。

参考书：第2章第1节“二、准同期并列"中的“同期并列误差对并列的影响"的"合

闸相角差对并列的影响"

答：出现因相位不等的电压差，相位差180度时，电压差最大，冲击电流可以到达额定

电流的20倍，可能损坏定子绕组端部，相位差在0-180度之间时，冲剂电流既有有功

分量，也有无功分量，在发电机轴上产生冲击力矩。

5.并列操作瞬间如果存在频率差，请分析准同期并列操作对系统的影响。

参考书：第2章第1节“二、准同期并列"中的“准同期并列误差对并列的影响"的

“合闸频率差对并列的影响〃

答：因为频率不等产生电压差，这个电压差是变化的，变化值在0-2Um之间。这种瞬时

值的幅值有规律地时大时小变化的电压成为拍振电压。它产生的拍振电流也时大时小变

化，有功分量和转子电流作用产生的力矩也时大时小变化，使发电机振动。频率差大时，

无法拉入同步。

6.并列操作瞬间如果存在电压幅值差，请分析准同期并列操作对系统的影响。

参考书：第2章第1节“二、准同期并列"中的“准同期并列误差对并列的影响〃的“合

闸电压幅值差对并列的影响"

答：合闸时产生冲击电流，为无功性质，对发电机定子绕组产生作用力。

7.发电机准同期并列允许压差为额定电压的5%,允许频差为额定频率的0.2%,

当图1所示Ts分别为9s和11s时，请分析正弦整步电压波形是否满足并列

操作的压差和频差条件。

参考书：第2章第2节“一、脉动电压〃

答案：当Ts=9s时，压差条件满足，频差条件不满足；

当Ts=lls时，压差和频差条件均满足。

8.图2所示两种频差情况的Um(恒定越前时间脉冲)与U&ad(恒定越前相角

脉冲)关系波形图，通过对比Ut.ad与U&ad顺序检查频差大小，请问哪种频差情

况满足并列操作的要求，为什么

参考书：第2章第3节“一、整步电压；二.恒定越前时间信号形成；三.频率差检测"

答案:图(a)所示，U&T有效电平出现时间先于UH，表示侬|<依3,即实际频差小于

允许频差；图(b)所示，Uiad有效电平出现时间先于%d，表示依|>3J，即实际频差

大于频差设定值；图©所示，*d有效电平出现时间等于*!，表示同=|%|，即实

际频差等于允许频差；显然图(a)、图⑹所示情况满足并列操作要求。

9.同步发电机励磁自动调节的主要作用有哪些

参考书：第3章第1节“一、同步发电机励磁控制系统的主要任务”

答：

1、控制电压

2、合理分配并联发电机间的无功功率

3、提高电力系统的稳定性

4、改善电力系统的运行条件（1、改善异步电动机的启动性能2、为发电机异步运行创

造条件3、提高带时限继电保护动作的可靠性）

5、水轮发电机组要求强行减磁

10.简述同步发电机自并励励磁系统构造及其工作原理和特点画出其示意图。

参考书：第3章第3节“同步发电机励磁系统"中的“三、静止励磁系统”

答：工作原理：（如以以下列图）发电机励磁功率取自发电机端，经过励磁变压器TV降

压，可控硅整流器VS整流后供应发电机励磁。发电机励磁电流通过自动励磁调节器控制晶

闸管的控制角进展控制。

特点：1、构造简单，可靠性高，造价低，维护量小。

2、没有励磁机，缩短了机组主轴的长度，可减少电厂.土建造价。

3、直接用可控硅控制转子电压，可获得很快的励磁电压响应速度，可以近

似地认为具有阶跃函数那样的响应速度。

示意图：

11.简述同步发电机他励交流励磁系统构造及其工作原理和特点画出其示意图。

参考书：第3章第3节“同步发电机励磁系统”中的"二、交流励磁机励磁系统”

答：工作原理：交流主励磁机与交流副励磁机与发电机同轴转动。交流副励磁机配有一

个自励恒压调节器维持其端电压为恒定值。副励磁机输出的交流电经过可控硅整流变成

直流给主励磁机励磁，主励磁机输出的交流电经过不可控硅整流器变成直流，供应发电

2、有足够的运算精度和放大系数，放大系数可调整

3、响应速度要快，时间常数要小

4、工作稳定、输出阻抗低。

5、输出电压范围满足移相触发单元的要求

三、移相触发单元

1、品闸管的触发脉冲应该与奸诈管阳极电压同步。

2、触发脉冲移相范围要符合相应可控整流电路的要求

3、触发脉冲应有足够的功率以保证可控硅元件可靠地导通。

4、触发脉冲的上升前沿要陡。

5、触发脉冲有足够的宽度。

6、触发脉冲与主电路应相互隔望

7、保证各相可控硅元件的控制角一致。

8、对三相全控桥式整流电路，还要求触发脉冲宽度大于60度或者采用双脉冲触

发.

13.什么叫发电机“灭磁〃，有哪几种灭磁方法并做对比。（所学教材没有相关知

识）

我在估计你们可能采用的教材中没有找到此局部知识点，如果届时我拿到你们的教材有这个

知识点，就可能会把这道题作为考试题，如果你们的教材中没有这局部知识点，我就不出此

考题。请大家在所拿到的教材中找到相应局部并进展复习。参考教材：王葵、孙莹《电力系

统自动化》第2章第3节“励磁系统中的转子磁场的建设和灭磁"

答：发电机火磁是将发电机励磁电源切除再通过一定的方式来消除剩余的磁场从

而到达消除发电机电压的目的，目前我们国家常用的灭磁方法有三种：线性电阻

灭磁（目前用得对比多）、非线性灭磁、碳化硅灭磁。

14.图3给出了同步发电机感应电动势和励磁电流关系。（1）请推导发电机感应

电动势、机端电压以及无功电流之间的关系；（2）根据推导结论画出发电机的IQ

一UG无功调节特性；（3）结合发电机无功调节特性曲线，请解释系统无功负荷减

小时，发电机机端电压的变化过程。假设要维持发电机端电压不变，则发电机的

励磁电流应该若何调节为什么

参考答案：由矢量图可知：

感应电动势与和机端电压）G的代数关系为:

由上式可知IQ-Uc无功调节特性为:

当系统无功负荷减小时，发电机需要减小无功电流，以使无功负荷与发电机无功功率到达平

衡，由图可知当无功电流减小，机端电压升高，由上式可知，如要维持机端电压，必须减小

励磁电流，即通过减小发电机的感应电动势维持机端电压的不变。

参考书：第3章“第I节”同步发电机励磁控制系统的主要任务"中的（一）控制电压"

15.简述电力系统的典型调频方法及其调频方程式。

16.图4给出了电力系统的功率一频率关系及频密特性，图中PL和PLI曲线为负

荷频率一有功功率特性，PG和PGI曲线为发电机频率一有功功率特性，a点为初

始稳定运行点。假设系统内所有机组均装设调速器，如果系统中负荷有功功率减

少APL,请简述系统的频率调整过程。

参考书第4章第I节”（三）电力系统的功率一频率特性〃

参考答案：频率变化过程：a-b-c,发电机输出功率变化过程：PL-P□-PL2,答案中包括

一次调频和二次调频。

17.分别写出电力系统运行的等式约束、不等式约束条件，并说明式中各符号含

义。

答：参考课本P90.

18.从安全分析与控制的角度可将电力系统运行状态划分为哪儿种若何划分

答：五种：

1、正常运行状态。电力系统总有功和总无功满足需求，母线电压频率在正常范

围内，电源设备和瑜变电设备又均在规定的限额内运行。

2、戒备状态。电能指标，各个参量虽然在允许的限值之内，但是系统的安全系

数己经下降。

3、紧急状态。在正常运行状态或者戒备状态的情况下，发生短路故障或者切除

大容量机组等状况时的状态。

4、系统崩溃。紧急状态下，如果处理不当，有可能使初始的干扰及其产生的连

锁反响身份严重，使系统失去稳定的状态。

5、恢复状态。系统崩溃后，借助继电保护和自动装置将故障隔离，使事故停顿

扩大。

19.什么是电力系统分层调度控制现代电力大系统为什么实行分层调度控制

答：分层调度控制：大电力系统分为三级调度，网调、省调、地调。分层控制将

全电力系统的监视控制任务分配给属于不同层次的调度中心，下一层调度根据上

一层调度中心的命令，结合本层电力系统的实际情况，完成本次的调度任务，同

时向上层调度传递所需信息c

原因：1、集中调度控制有明显的缺点。

2、分层调度的优点：

2.1便于协调调度控制

2.2便于提高系统运行的可靠性

2.3提高实时响应速度

2.4灵活性增况

2.5提高投资效率

20.什么是电力系统的能量管理系统EMS,EMS与电网调度自动化SCADA系统有

什么关联

答：EMS：现代电网调度自动化系统除SCADA基本功能和自动发点控制和经济

调度之外，又增加了许多高级应用软件的新功能，如网络拓扑、电力系统状态估

冲、负荷预报、系统安全分析、调度员在线潮流等，还开发了调度管理信息系统

和调度员仿真培训系统等，由此形成了新一代电网调度自动化系统一一能量管理

系统EMSo

EMS包括了SCADAo

21.请做出分别用数字调幅、数字调频、二元绝对调相和二元相对调相四种调制

方法，对数字信号10100101进展调制的波形。

答：参见课本PI15.

22.简述电力系统正常运行状态（包括戒备状态I的安全控制主要内容。

答：

1、满足用户供电需要，包括供电数量和质量。

2、系统安全性，保证连续的系统功能

3、最小成本

4、环境保护

5、节约燃料和其他资源

23.什么是电力系统静态和动态安全分析，其目的是什么

:电力系统安全分析就是应用预想事故分析的方法来

预见知道系统是否存在隐患，即处于不安全正常状

态，采取相应的措施使之恢复到安全正常状态。

•静态安全分析：用来判断在发生预想事故后系统是

否会发生过负荷或电压越限等，

/-暂态安全分析：判断系统是否会失稳。

答：I

目的：提高系统安全性。

24.为维持电力系统的无功功率平衡，可以从哪些方面采取措施

答：①发电机发出的无功功率;②系统无功补偿设备（调相机，并联电容器，静止补偿器和

静止调相机）及以上电压架空线路及各级电压电缆的充电功率;④从电力网外可能

输人的无功功率。

25.图5为电力系统电压控制原理图，请推导负荷端电压UB的表达式，并根据

推导结论，说明调节UB的控制方式有那些,并列举实现这些控制方式的装置。

答：当略去输电线路的充电功率、变压器的励磁功率以及网络中的功率损耗，变压器参数已

归算到高压侧，则用户端电压表达式为：

力=勺=（七&PR：QX）R（UN=）

由上述表达式可知：可以采取如下方式控制和调整用户端电压UB。具体包括：

①调节发电机的励磁电流调节发电机机端电压：②通过调节变压器的分接抽头以改变变比

来实现电压调节；③通过并联电抗器或静止无功补偿器，以及发电机的无功率或同步调

相机、同步电动机等调节系统的无功功率分布以实现电压调节；④通过调节串联电容器

以改变线路中的电抗参数，以实现电压调节。

26.简述配电网馈线自动化的主要功能。它有哪两种实现方式

答:主要功能：1、配电线路负荷监测2、实时调整、变更配电系统的运行方式

3配电线路出现故障时，将故障区段隔离，减少停电的区域和持续时间。

实现方式：1、当地控制方式2、远方控制方式

27.安仝自动装置在电力系统中起什么作用从功能上分有哪几大类

答：作用：延伸继电保护的功能，在消除事故的第一阶段一一继电保护动作切除

电网故隙区段之后，自动担负起消除事故的第二阶段任务，即消除电网设备切除

引起的不良后果