电力系统自动化课程考试复习内容和答案

...wd......wd......wd...《电力系统自动化》课程考试复习内容-答案说明：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。请简述电力系统的主要特点和运行的基本要求。参考书：第1章“电力系统特点和基本要求〞答：特点：与国民经济、人民日常生活联系严密。系统构造庞大复杂各种暂态过程非常短促电能不能大量储存基本要求：保证供电的可靠性保证良好的电能质量保证系统运行的经济性。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、电力系统自动装置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。并列操作瞬间如果存在相位差，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“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。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。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。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＝11s时，压差和频差条件均满足。8．图2所示两种频差情况的Ut.ad〔恒定越前时间脉冲〕与Uδ.ad〔恒定越前相角脉冲〕关系波形图，通过对比Ut.ad与Uδ.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，uδ.ad有效电平出现时间先于ut.ad，表示，即实际频差小于允许频差；图(b)所示，ut.ad有效电平出现时间先于uδ.ad，表示，即实际频差大于频差设定值；图(c)所示，uδ.ad有效电平出现时间等于ut.ad，表示，即实际频差等于允许频差；显然图(a)、图(c)所示情况满足并列操作要求。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：控制电压合理分配并联发电机间的无功功率提高电力系统的稳定性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〕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，供应发电机作为励磁电流。特点：1、取消了直流励磁机，不存在换向问题，而交流励磁机的容量可以做的很大，所以容量不受限制2、交流主励和副励与发电机同轴，自成体系，励磁系统不受电网的干扰，可靠性高3、由于晶闸管的控制角变化很快，励磁电流可以很快变化，所以为快速励磁系统。4、交流励磁机的时间常数大，控制环节多，增加了励磁系统的时间常数。为解决此问题，励磁机转子采用叠片式构造，也使得输出的直流波纹减小。5、有转子滑环和碳刷。6、加长了主机轴长度。12．同步发电机自动励磁调节器由哪几个单元电路构成各单元的主要功能要求是什么参考书：第3章第4节“自动励磁调节器基本原理〞中的“二、半导体励磁调节器原理〞答:构成：1、测量对比单元2、综合放大单元3、移相触发单元对个单元的要求：测量对比单元测量电路应该有足够高的灵敏度，基准电压稳定，电压给定电路的调整范围必须满足运行要求测量电路应该具有优良的动态性能测量电路的输出电压应该平稳，波纹要小综合放大单元要求能线性无关地综合、放大各个输入信号。有足够的运算精度和放大系数，放大系数可调整响应速度要快，时间常数要小工作稳定、输出阻抗低。输出电压范围满足移相触发单元的要求移相触发单元晶闸管的触发脉冲应该与奸诈管阳极电压同步。触发脉冲移相范围要符合相应可控整流电路的要求触发脉冲应有足够的功率以保证可控硅元件可靠地导通。触发脉冲的上升前沿要陡。触发脉冲有足够的宽度。触发脉冲与主电路应相互隔望保证各相可控硅元件的控制角一致。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：发电机灭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－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：感应电动势和机端电压的代数关系为：由上式可知IQ－UG无功调节特性为：UGIQUGUGIQUG或：IQIQ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1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－频率关系及频率特性，图中PL和PL1曲线为负荷频率－有功功率特性，PG和PG1曲线为发电机频率－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△PL，请简述系统的频率调整过程。参考书第4章第1节“(三)电力系统的功率－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→PL1→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几种若何划分答：五种：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，电源设备和输变电设备又均在规定的限额内运行。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已经下降。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。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。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。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灵活性增强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、电力系统状态估计、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——能量管理系统EMS。EMS包括了SCADA。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P115.22．简述电力系统正常运行状态〔包括戒备状态〕的安全控制主要内容。答：满足用户供电需要，包括供电数量和质量。系统安全性，保证连续的系统功能最小成本环境保护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，其目的是什么答：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〕;③110kV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：〔〕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：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．安全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——继电保护动作切除电网故障区段之后，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，诸如线路或设备过负荷、系统解列、频率下、电压下降等。功能上分：1用于紧急状态的稳定控制2用于恢复状态的安全稳定控制28．简述电力系统自动解列装置及其作用。答：