电力系统稳态作业

电力系统稳态分析作业（一）参考答案

1.电能生产的特点是什么？

答：电能生产的特点有：

I、连续性

电能的生产、输送和消费是同时完成的，这一特点称为电能生产的连续性；

2.瞬时性

电能的传输是以接近光速的速度传输的，电力系统任何一点发生故障将立即影响到整个电

力系统，过渡过程非常短暂，这一特点称为电能生产的瞬时性：

3.重要性

电能清洁卫生、输送方便，便于转换为其他形式的能量，且易于实现自动控制，所以国民经

济各部门大多以电能作为能源，由于电能生产连续性和瞬时性的特点，电能供应的中断或减

少将对国民经济各部门产生巨大的不良影响，甚至造成设备损坏、人员伤亡，电能生产的这

一特点称为电能生产的重要性。

2.对电力系统的基本要求有那些？

答：对电力系统的基本要求主要有：

1、保证对用户的连续可靠供电，最大限度地满足用户对电能的需求（即保证供电可靠性）；

2.具有良好的电能质量（电压偏移、频率偏移和电压畸变率在允许的范围内）；

3.系统运行的经济性要好•（燃料消耗率、厂用电率和网损率要小）；

4.对环境的不良影响要小。

3.电力系统中负荷的分类（I、II、01类负荷）是根据什么原则进行的？各类负荷对供电可

靠性的要求是什么？

答：电力系统中负荷的分类是根据负荷的重要性和停电造成的危害的大小划分的；重要负荷

（I类负荷）对供电可靠性的要求是在任何情况下都不得中断供电；较重要负荷（II类负荷）

对供电可靠性的要求是应尽量不中断供电；一般负荷（IH类负荷）可以停电。

4.某电力用户如果停电将造成设备损坏，此用户的电气设备属于哪类负荷？

答：此用户的电气设备属于重要负荷（（I类负荷）

5.标出下图所示电力系统中发电机、变压器的额定电压。（图中已标出线路的额定电压）

4H）-|————I110KVIGD4-®

10KV-4-

35KV

答：上述电力系统中发电机、变压器的额定电压如下：

G:10.5KV；Tl:I0.5/242KV：T2:22O/121/38.5KV；T3:110/6.6（6.3）KVo

6、为什么110KV及以上的架空输电线路需要全线架设避雷线而35KV及以下架空输电线路

不需全线架设避雷线？

答:：

因为U0KV及以上系统采用中性点直接接地的中性点运行方式，这种运行方式的优点是，

正常运行情况下各相对地电压为相电压，系统发生单相接地短路故隙时，非故障相对地

电压仍为相电压，电气设备和输电线路的对地绝缘只要按承受相电压考虑，从而降低电

气设备和输电线路的绝缘费用，提高电力系统运行的经济性；缺点是发生单相接地短路

时需要切除故障线路，供电可靠性差。考虑到输电线路的单相接地绝大部分是由于雷击输

电线路引起，全线路架设避雷线，就是为了减少雷击输电线路造成单相接地短路故障的机

会，提高220KV电力系统的供电可靠性。

35KV及以卜.系统采用中性点不接地或经消弧线圈接地的中性点运行方式，即使雷击输

电线路造成单相接地时，电力系统也可以继续运行，供电可靠性高，所以无需全线架设避雷

线。

7、在下图所示的电力系统中已知，，如要把单相接地时流过接地点的电流补偿到20A,请

计算所需消弧线圈的电感系数。(提示：注意补偿方式)

SA

解：

单相接地故障时的相量图如下:

根据消弧线圈应采用过补偿方式的要求可知单相接地时流过消弧线圈的电流应为:

则：

答：所需消弧线圈的电感系数为0.334(H)。

电力系统稳态分析第二次作业

知三绕组变压器的短路电压为：，此变压器是升压变压器还是降压变压器？

答：此变压器为降压变压器。因为最大，由此可知，变压器的低压绕组靠近铁芯，中压

绕组布置在低压绕组和高压绕组之间，这是降压变压器的结构，所以此变压器为降压变压

器。

架空输电线路全换位的目的是什么？

答：架空输电线路全换位的目的是使三相线路的参数相等。

什么叫电力系统分析计算为基本级？基本级如何选择？

答：电力系统分析计算时，将系统参数归算到那一个电压等级，该电压等级就是分析计算的

基本级。基本级可根据分析问题的方便与否进行选择，无特殊要求的情况下，通常选择系统

中的最高电压级最为分析计算的基本级。

在电力系统等值电路的参数计算中，何为精确计算？何为近似计算？他们分别用在怎样

的场合？

答：在电力系统等值电路的参数计算中，若采用电力网或元件的额定电压进行计算，称

为精确计算法；若采用各电压等级的平均额定电压进行计算，则称为近似计算法；在进行电

力系统的稳态分析计算时，常采用精确计算法，而在电力系统短路计算时，常采用近似计算

法。

一条长度为100公里，额定电压为II0KV的双回输电线路，采用LGJ-185导线，水平排歹山

线间距离为4米，求级路的参数，并绘制其等值电路。（LGJ-185导线的计算外径为19mm,

计算电晕临界电压时取ml=l,m2=l,6=1）

解：

1、单位长度线路参数

为=0.14451g外+0.0157=0.1445ig黑；,+0.0157=0.409(Q/kin)

々=y-x1O'=照8xlO-6=2.78x10-6($/.)

,D.„,400x1.26

lg—1g------------

r0.95

因为

U=84他〃72alg—=84xlxlxlx0.95xlg40°、126\7(KV)>\\5.5(KV)

crr0.95=2

线路不会发生电晕放电现象。(U5.5KV为线路运行时的最高电压)

所以gl=。

2.双回线路的参数

3.等值电路

已知双绕组降压变压器型号为：SFL1—20000川0,变比为110/11KV,短路电压，短路损耗

，空载损耗，短路电流.试求归算至高压侧的变压器参数，并绘制其等值电路。（SFL1-

20000/110中S-表示三绕组变压器、F一表示冷却方式为风冷、L—表示绕组为铝线、1—表

示设计序号、20000—变压器额定容量（KW）,110—变压器绕组最高电压等级）

解：

I.变压器参数

UK(%)UN10.5HO2

X7----:---x__――=___x--------=63.53(。)

10()SN-10020

0.8205

BT=----x------=1.32xl()-(S)

100呜100HO2

6

GT_^LX_L=2LX_L=1.8I8X10~(S)

100()ulf1000HO2

2.等值电路

已知三绕组变压器型号为SFSL1-15000/110,容量比为100/100/100,短路电压为、、，短

路损耗为、、，空载损耗为，短路电流。试求归算至高压侧的变压器参数，并绘制

其等值电路。（略）

己知自耦变压器型号为OSFPSL-120000/220,容量比为100/100/50,额定电压为

220/121/11KV,变压器特性数据为短路电压为、、（说明短路电压已归算到变压器额定

容量之下），、、，空载损耗为，短路电流。试求归算至高压侧的变压器参数，并绘

制其等值电路。（略）

（略）

电力系统稳态分析作业（三）参考答案

简述幅射形电力网潮流分布计算的方法步骤。

答：辐射形电力网潮流计算的方法步骤如下：

1）根据电力网接线绘制电力网的等值电路，并计算等值电路中各元件的参数。采用有

名制计算时所有元件参数应归算到同一电压等级（基本级），采用标幺制计算时所有参数应

归算到统一的基准值之下，

2）利用运算负荷功率和运算电源功率对等值电路进行化简。

3）根据已知条件计算辐射形电力网的潮流分布。具体有：

①已知首端电压和首湍功率的情况下，从电网首端开始利用阻抗支路（电力网环干）的

有关计算公式逐段向后计算电压和功率分布直到末端。

②已知末端电压和末端功率的情况下，从电网末端开始利用阻抗支路（电力网环节）的有关

计算公式逐段向前计算电压和功率分布直到首端。

③已知首端电压和末端端功率的情况下，可以采用以下两种方法计算。一是迭代计算法；二

是近似计算法。

简述两端供电网潮流分布计算的方法步骤。

答：两端供电网潮流分布的计算步骤如下：

1）根据电力网接线绘制电力网的等值电路，并计算等值电路中各元件的参数。采用有

名制计算时所有元件参数应归算到同一电压等级（基本级），采用标幺制计算时所有参数应

归算到统一的基准值之下，

2）计算电力网的初步功率分布

计算电力网的供载功率；计算电力网的循环功率；将供载功率和循环功率叠加求出初步

功率分布。

作出初步功率分布图，确定功率分点。

3）计算最终潮流分布

在功率分点将两端供电网拆开（当有功分点和无功分点不在同一点时，在无功分点拆开）得

到两个辐射形供电网，然后根据辐射形网络的潮流计算方法计算最终潮流分布。

简述电力系统潮流调控的方法。

答：电力系统潮流调控的目的是将电力网的自然潮流分布调整为经济功率分布；调整的原理

主要有三，一是使电网参数均一化，因为均一网的自然功率分布就是经济功率分布；二是强

迫电力网的潮流分布成为经济功率分布；三是改变电力网的循环功率，使电力网的潮流分布

成为经济功率分布。具体措施有：

线路串联电容使电网参数均一化，从而使自然功率分布成为经济功率分布；

在环形网络的适当地点解环，迫使功率分为成为或接近经济功率分布；

利用附加串联加压器控制潮流分布；

利用灵活交流输电装置控制潮流分布。具体措施有：

①可控串联电容；

②可控移相器；

③综合潮流控制器。

辐射形电力网的潮流能否调控？

答：辐射形网络的潮流分布完全取决于负荷的分布，所以辐射形网络的潮流分布是不可以调

控的。

下图所示多电压等级电力网中是否存在循环功率？如存在循环功率请标出循环功率的方向,

并指出循环功率的性质。

答：选顺时针方向最为统计环形网络综合变比的参考方向，则，所以环网中存在沿顺时针

方向流动的循环功率。循环功率（因为对于高压网络），由式可知循环功率为无功性质。

6.两台容量相同的降压变压器和并联运行时，如果变比＞，两台变压器的负载率是否相

同？如不同的话，那台的负载率高？

答：不相同，变压器T2的负载率高。原因如下：

下图所示的变压器和的并联电路实际上就是一个多电压等级环网，由于两台变压器的容

量相同（短路阻抗相同，题中未直接说明），所以两台变压器的供载功率相同；但由于变压

器变比不匹配，所以环网中存在循环功率，如选择统计综合变比的方向为顺时针方向，则，

循环功率方向为逆时针方向，在变压器T1中循环功率使通过的功率减小，而在变压器题中

循环功率使通过的功率增大，所以变压器T2的负载率高于TI.

K1:1

<3>

K2：l

<5>

7、输电线路的首端电压是否一定高于末端电压？为什么？

答：输电线路首端电压不一定高于末端电压。因为线路首、末端电压之间的大小关系为:

…2…笠牛露户

当Ql(Q2)<0,且时，就有末端电压高于首端电压。

8、电力系统中有功功率和无功功率的传输规律是什么？

答：电力系统中有功功率总是从电压相位超前的点流向电压相位滞后的点；无功功率一股从

电压较高的点流向电压较低的点。

因为：

PR+QXQX

uu

2,必、-1SU8UPX-QR!PX

b=rgT----死---Z—(-------!-)Htg1——»——=--------J/[r/j«—

W+AU1-△〃]UUU------------U2X

5为电压力超前的相位角。

所以有功功率总是从电压相位超前的点流向电压相位滞后的点；无功功率从电压较高的点流

向电压较低的点。

9、某地方电力网的等值电路如下图，有关参数均已标于图中，求网络的初步功率分布标出其

功率分点，并计算其经济功率分布。

解：

由于两端电压相等，所以其循环功率为零，供载功率分布就是其初步功率分布。

电力网初步功率分布图如下所示，显然负荷点1既是有功功率分点，也是无功功率分点。

注意到：(4+j8)：(2+j4)：(3+j6)=4:2:3,该电网为均一网，所以其初步功率分布就是其经济

功率分布。

10、在下图所示的简单网络中，若、为正实数，且

(8+%)+/(%+X2)w&(a+阳)

（均+&）+/（X]+X2-K2（R2+jX2）

在不计功率损耗时，各段线路中是否有无功功率流过？

舄+阳及+氏

Ao----1I------1I----oB

P+jO

为应

答：各段线路中均有无功功率流过。

因为：

SA=-----P（R2―jX21-----=g+jK；）P

（/?I+/?2）-;（X1+X2）-

P(R\-jx1)

=(岗+/K：)P

(7?,+/?2)-7(X1+X2)

(Ri-jx、)」1

（眉+阳）二-----------------------------------工-----

(/?+/?)-J(X+X)K

式中I212x

「)1

(K"jKQ=(RjX2*

(R]+/?2)-/(X]+%2)K?

所以各段电路中都有无功功率流过。

第四次作业参考答案

电力系统潮流计算中为什么采用节点电压方程，而不采用回路电流方程？

答：电力系统潮流计算中之所以采用节点电压方程而不央用回路电流方程，主要由于以下原

因：①电力系统等值网络中独立节点数远远少于独立回路数（电力系统等值网络中有很多的

接地支路，所以导致独立回路数远远多余独立节点数）:②对具有交叉跨接的非平面网络，建

立独立节点电压方程式较建立独立回路电流方程式方便：③建立独立节点电压方程式前，不

必将并联支路合并，而建立独立回路电流方程式前，需要将并联支路合并，以减少独立方程

式数；④网络结构或变压器变比改变时，节点导纳矩阵的修改比较方便。

高斯一塞德尔潮流计算法和牛顿一拉夫逊潮流计算法各有什么特点？

答：高斯一塞德尔潮流计算法对初值的要求比较宽松，但收敛速度慢；牛顿一拉夫逊潮流计

算法收敛速度快，但对初值要求较严，如初值选择不当，则会出现迭代不收敛的情况。

电力系统节点可以分为那几类？无无功补偿设备的降压变电所的低压母线属于什么节点？

当发电机装有自动调节励磁装置时，可以认为运行中机端电压大小恒定，当发电机按最优分

配原则确定的有功出力发电时，发电机的电压母线属于什么类型节点？系统中只有一个,

并且必须有一个的节点属于什么节点？

答：

根据已知变量和待求变量的不同，电力系统的节点可以分为PQ节点（已知节点的发电机有

功功率PG、无功功率QG和负荷的有功功率PL、无功功率QL,待求量为节点电压大小U和

电压相角S）、PV节点（已知节点的发电机有功功率PC,节点电压大小U和负荷的有功功

率PL、无功功率QL,待求量为和电压相角6和无功功率QG）、平衡节点（己知负荷的有功

功率PL、无功功率QL,和节点电压大小U、电压相角3=0,待求量为发电机有功功率PG、

无功功率QG）；

无无功补偿设备的降压变电所的低压母线属于PQ节点,（节点发电机有功功率PG=0、无

功功率QG=0、负荷的有功功率PL、无功功率QL已知，待求量为节点电压大小U和电压相

角6）;

当发电机装有自动调节励磁装置并按最优分配原则确定的有功出力发电时，发电机的电压

母线属于PV节点。（即节点发电机有功功率PG=定值、节点电压大小U一定、负荷的有功

功率PL、无功功率QL已知，待求量为电压相角S和发电机输出的无功功率QG）

系统中只有一个，并且必须有一个的节点是平衡节点。

在什么情况下PV节点将转化为PQ节点？

答：潮流计算过程中，如果某一PV节点电源输出的无功功率越限，则超过上限时电源按上

限输出无功功率、低于下限时电源按下限输出无功功率，此时电源的无功出力已成为定值，

由于电源不能提供保持电压恒定所需要的无功功率，所以电压不再保持恒定，显然节点已由

PV节点转变为PQ节点。

求下图所示等值电路的节点导纳矩阵。（图中数据为标幺电抗）

解：将等值也路中的电抗标幺值改写为电纳标幺值，将变压器等值也路用丸型等值电路表示,

得等值电路如下图所示：

图中各支路电纳标幺值为：

)(1-1.D

力。=为。=+幻（）033=J0.034-70.275=-jO.241

j0.3xl.l2

]1-11

)，40=上」-=-JO.3O3=0.481-72.404

U川.3x1.1»().()8+)().4

y.=-----------=0.454-/1.891y=——-——=().588-J2.353

'L30.12+J0.5—23o.l+yO.4

为4==-J3.03

l.lxJ0.3

---

川.033*IjO.033

1丁Lp0.481R2.40411r2

1J~1_____I

0.454-八891。

0.588£2.353

3―

J0.034

力0.275U-jO.303

根据上图即可写出网络的节点导纳矩阵如下：

0.935-/4.262-0.481+J2.404-0.454+/.8910

-0.481+72.4041.069-J5.724-0.588+72.3530

-0.454+八891-0.588+)2.3531.042-J7515J0.303

0070,303-43.33

说明：本题答案数据仅供参考。

在上图所示电力系统的等值电路中，如果变压器的变比调整为1;1.05,求电路的节点电压方

程。

解：当变压器变比改变时，节点导纳矩阵得阶数不变，只有节点3、节点4的自导纳和节点3、

4之间的互导纳发生改变。据此可求得：

1

的3=(=-JO.268

1.()52△为4=0

进而求得变压器变比改变后的电力网节点导纳矩阵如下:

0.935-j4.262-0.481+J2.404-0.454+八8910

-0.481+72.4041.069-/5.724-0.588+)2.3530

-0.454+jl.891-0.588+j2.3531.042-jl.783J0.159

00J0.159一乃.33/

电力系统稳态分析第五次作业参考答案

I.电力系统设置备用容显的目的是什么？按备用的形式分备用容最有哪几种类型？旋转

备用投入速度快，有利于保证电能质量，是否电力系统中旋转备用容量设置的越多越好？

为什么？

答：

电力系统设置备用容量的目的是为了保证电力系统可靠供电和良好的电能质量。

按备用形式分，系统备用容量分为热备用（又称旋转备月，指系统中运行机组所具有的备用

容量）和冷备用（系统中没有运行的机组所具有可发容量）。

不是旋转备用容量设置的越多越好。因为旋转备用（热备用）容量越大，运行机组的负载率

越低，运行效率越差。

2.造成电力系统频率波动的原因是什么？什么叫作频率的一次调整、二次调整和三次调整

（有功负荷的最优分配）？

答：

造成电力系统频率波动的原因是有功负荷的变化（负荷波动），因为要维持电力系统在某一

频率下运行，就必须保证该频率下的有功功率平衡，当系统有功负荷变化时，打破了系统的

在原有频率下的有功功率平衡关系，所以就会引起系统频率变化（波动）。

针对第一类负荷波动所引起的频率波动所进行的调整称为频率的一次调整，频率的一次调

整通过发电机组调速器改变原动机输入的机械功率，从而改变发电机输出的有功功率来实

现。频率的一次调整不能实现无差调节，负荷变化越大，调整结束后的频率偏移越大，当负

荷变化较大时（如第二类负荷波动）经一次调整后的频率偏移可能超出允许范围。

针对第二类负荷变化引起的频率波动所进行的调整称为频率的二次调整，二次调整通过装

设在调频机组上的调频器调整发电机的有功出力来实现.二次调整可以实现无差调节。

针对第三类负荷波动所进行的调整称为频率的三次调整，由于第三类负荷变化是可以预测

的的，所以针对第三类负荷变化所进行的对发电机出力的调整是由系统调度员根据最优分

配原则安排各发电机的有功出力来实现的。

3.电力系统有功负荷最有分配的目的是什么？最优分配的原则是什么？

答：

电力系统有功负荷最优分配的目的是在满足负荷需求的情况下使系统总的能源消耗最小。

电力系统有功负荷最有分配的原则是在满足系统有功平衡功率约束条件的情况下，按各机

组耗量微增率相等的原则分配各发电机的有功出力。

4.某火力发电厂两台机组并列运行，当总负荷为P1时，两台机组的出力都没有达到其额定

出力，且有U1＞口2.入IV入2,当负荷增大时那台机组先增加出力，在什么情况下另一台机组

才开始增加出力？

答：

1号机组先增加出力，因为入1＜入2,在增加同样出力的情况下，1号机组增加的燃料消耗比2

号机组少；

随着1号机组有功出力增加，其耗量微增率增大，当增大到等于2号机组的耗量微增率时，2

号机组机组开始按耗量微增率相等原则与1号机组同时增加出力。

5.水煤换算系数丫的取值与水电厂允许耗水量之间的关系是什么？

答：

水煤换算系数Y的取值与水电厂允许耗水量之间的关系是水电站允许的耗水量越大，则水

煤换算系数Y的取值越小，因为只有这样按等耗量微增率准则（入Tl=、T2=…入

m+1Xm+l=...=YnXn）分配时，水轮发电机组分得的有功负荷才比较大，消耗的水量才比

较大。

6、对调频厂的基本要求有那些？洪水季节宜以什么样的发电厂担负调频任务？枯水季节

宜以发电厂担负调频任务？

答：

对调频厂的基本要求有：①调整容量足够大；②调整速度足够快；③调整范围内经济性能应

较好；④调整时不至引起系统内部或系统间联络线工作的困难。根据上述基本要求具有调节

库容的大容量水电厂作为调频电厂最为适宜。

洪水季节，为充分利用水力资源，水电站一般满负荷运行，因而不能再担负调频任务，这种

情况下宜采用调节性能较好的中温中压火力发电厂作为调频电厂；

枯水季节宜采用调节性能好的大容量水电厂作为调频电厂。

7、某发电厂有三台机组并列运行，其耗量特性分别为：

()

()

()

机组功率约束条件为：

求负荷功率为200MW时机组间负荷的最优分配。

解：由耗量特性

()

()

()

求得:

%=^-=0.29+0.003%

4兄2

根据等耗量微增率准则有:

联立求解得：、、

由于，取

将剩余的负荷200MW-50MW=150MW在2#、3#机组之间按等耗量微增率准则重新分配得:

答：负荷功率为200MW时机组间负荷的最优分配方案是:

8、某电力系统综合负荷的单位调节功率为400MW/HZ,系统负荷增大800MW时，调频

电厂经二次调频增发400MW,系统频率变化为，计算系统等值发电机的单位调节功率。

解：

(△%-%0)=(儿+匾)纣

答：系统等值发电机的单位调节功率为I600MW/HZ。

电力系统稳态分析第六次作业参考答案

造成电力系统电压水平波动的原因是什么？

答：造成电力系统电压水平波动的原因是电力系统无功负荷的波动。（要保持电力系统的电

压在正常水平，就必须维持在该电压水平下的无功功率平衡，当电力系统无功负荷波动时，

电力系统的的无功功率平衡关系被破坏，相应的电力系统的电压水平也就发生波动）

电力系统的电压调整与电力系统的频率调整相比较有那些特点？

答：电力系统的频率只有一个，频率调整也只有调整发电机有功出力一种方法（调速器、调

频器和有功负荷最优分配都是改变发电机有功出力）；而电力系统中各点的电压都不相同，

电压的调整也有多种方式，

在常用的无功补偿设备中，那些无功补偿设备具有正的调节效应？那些具有负的调节效

应？

答：在常用的无功补偿设备中，调相机、SR型静止无功补偿器和TCR型静止无功补偿器具

有正的电压调节效应；而电力电容器、TSC型静止无功补偿器具有负的电压调节效应c

什么叫电力系统的电压中枢点？电压中枢点的电压调整方式有那几种？

答：

电力系统的电压中枢点是指某些可以反映电力系统电压水平的主要发电厂或枢纽变电所母

线，只要控制这些点的电压偏移在•定范围，就可以将电力系统绝大部分负荷的电压偏移在

允许的范围。

电压中枢点的电压调整