电力系统自动化课程思考题

第一章 习题、思考题

1、电力系统自动化的发展经过了那几个阶段？ 答：1、单一自动化阶段；2、综合自动化阶段。 2、电力系统的运行状态及其特征是什么？

答：1、正常状态，电力系统满足所有等式与不等式约束条件，系统内设备均有一定备用容量，满足N-1准则；

2、警戒状态，电力系统运行的所有等式与不等式约束条件均满足，仍能向用户提供合格的电能，不满足N-1准则，警戒状态下的电能质量虽仍合格，但与正常状态相比与不合格更接近，电力设备的运行参数虽然在允许的上、下限值之内，但与正常状态相比更接近上限值或下限值。

3、紧急状态，电力系统的某些不等式约束受到破坏，等式约束条件仍能满足，系统中发电机组仍能正常运行，不切除负荷。

4、系统崩溃，一般情况下，解列成的各个子系统中等式与不等式约束条件均不能成立。

5、恢复状态，在崩溃系统大体稳定下来，调度控制应重新并列已解列的机组，增加并列运行机组的出力，恢复对用户的供电，将已解列的系统重新并列。

第二章 习题、思考题

1、电力系统调度自动化是如何实现的？

答：1、采集电力系统信息并将其传送到调度所；

2、对运动装置传来的信息进行实时处理；

3、做出调度决策；

4、将调度决策送至电力系统区执行；

5、人机联系。

2、电力系统采用什么调度方式？

答：采用分层调度控制，我国电力系统分为五个级别：国家级（尚未形成）、大区级、省级、地区级和县级。国家级主要掌握全国发电量及负荷，协调大区之间的功率传输，了解各大区电力系统的安全状况；大区级主要维持系统频率，执行水、火电联合调度计划和调峰，保证各大区电力系统的安全状况；省级主要保证省属电力系统的安全和经济运行，执行自动发电控制，实行安全分析与控制；地区级主要对地区电力系统实行监控、分配负荷、实行电压和无功功率的优化运行；县级主要是分配负荷和控制负荷。

第三章 习题、思考题

1、频率偏离额定值对用户有何影响？

答：1、电力系统的频率变化会引起异步电动机的转速变化，有些产品对加工机械的转速要求很高，转速不稳定会影响产品质量；

2、电力系统频率波动会影响某些测量和控制用的电子设备的准确性和性能，频率过低时有些设备甚至无法工作；

3、电力系统频率降低时将使电动机的转速和输出功率降低，导致其所带动的机械的转速和出力降低，影响电力用户设备的正常运行。

2、频率降低较大时可能对电力系统造成什么危害？

答：1、电力系统降低时，汽轮机叶片的震动会变大，轻则影响其寿命，重则可能产生裂痕；

2、频率下降到47~48HZ时，火电厂厂用机械的出力随之下降，若不及时制止，会引起频率雪崩，会造成大面积停电；

3、在核电厂中，反应堆冷却介质泵对供电频率有严格的要求，若频率降低较大，冷却介质泵即自动跳开，使反应堆停止运行；

4、电力系统频率下降时，异步电动机和变压器的励磁电流增加，使异步电动机和变压器无功损耗增

加，引起系统电压下降；频率下降还会引起励磁机出力下降，并使发电机电势降低，导致全系统电压降低，可能引起电压雪崩，造成大面积停电。

3、画出发电机组调速系统静态特性（调差特性）；写出调差系数的两个定义式，并证明它们是等价的。

4、发电机组调速系统失灵区过大、过小（或完全没有）有何影响？

答：失灵区过大，导致误差功率过大，使机组调速系统的动态调节品质下降；失灵区过小，或者完全没有，当电力系统频率发生微小波动时，调速器也要动作，使调节气阀动作过于频繁，对机组本身和电力系统频率调节不利。

5、什么叫负荷调节效应？其大小和什么因素有关，用何参数表示？

答:当电力系统频率下降时，负荷从系统中吸收的有功功率将下降；系统频率增加时，负荷从系统中吸收的有功功率会增加，这种现象称为电力系统负荷的骗你率调节效应，简称负荷调节效应。

n其大小用负荷调节效应系数表示，KL*??iai?1if*i?1，a1~an分别为频率的1次方、2次方和n次方成正比

的符合功率所占的比例系数。f为频率。即负荷调节效应系数与负荷种类及其所占比例和频率有关。

6、什么叫做一次调频？什么叫做二次调频？

答：一次调频是电力系统内并联运行机组的调速器在没有手动和自动调频装置参与调节的情况下，自动调节原动机的输入功率和负荷功率变化相平衡来维持电力系统频率的一种自动调节。

二次调频是手动或通过自动装置改变调速器的频率（或功率）给定值，调节进入原动机的动力元素来维持电力系统频率的调节方法。

7、负荷增量按照其幅度和变化周期通常划分为哪几种分量？分别用什么调频措施来平衡这些负荷增量？ 答：将负荷分为持续负荷，脉动负荷和随机负荷。

持续负荷分量变化缓慢，变化幅度大，是由工厂的作息制度、人们的 生活规律等造成的，采用三次调频措施，即合理分配并联运行机组的有功功率；

脉动负荷分量变化周期长，一般在10s到3min，变化幅度比较大，采用二次调频来平衡； 随机负荷分量变化周期短，一般在10s以下，变化幅值很小，采用一次调频来平衡。 8、写出积差调频法的调频方程式，说明其主要特点。 答：?PRi??1Ki??fdt(i?1,2,...,n)

设系统计划外负荷为?PD,则

nn?PD??i?1?PRi????fdt?i?1n1Ki

??P得??fdt??i?1nRi?i?11Ki

可得每台调频机组承担的计划外负荷为： ?PRi??PDnKi?i?11Ki?ai?PD

调节过程结束后，各调频机组按一定比例分担了系统外负荷，使系统有功功率重新平衡，实现了无差调节；这种方法的缺点是频率的积差信号滞后于频率瞬时值的变化，因此调节过程缓慢。

9、某系统有两台发电机，P1e=100MW,δ1=0.04,P2e=50MW,δ2 =0.05,当f=50Hz时，P1=80MW,P2=30MW。

**（１）画出两机组的调差特性。

（２）当负荷功率为１２０ＭＷ时系统频率为多少？两机组出力各多少？

（３）当负荷功率分别为１２０ＭＷ和１５０ＭＷ，只靠一号机二次调频能否使频率恢复到５０ＨＺ。为什么？

第四章 习题、思考题

1、电力系统电压波动的主要原因是什么？为什么要控制电力系统的电压？通常有哪些调整电压的措施？ 答：电力系统中无功电源发出的无功功率不等于电力系统负荷在额定电压时所需消耗的无功功率时，电力系统就会偏离额定电压运行，造成电压的波动。

电压偏移对电力用户的影响：异步电动机的转矩与端电压的平方成正比，电压过低时，可使电动机拖动能力下降，使带重载启动电机无法启动；电压过低还会导致电动机电流显著增加，是绕组温度上升，加速绝缘老化，甚至使电动机烧毁；电压下降，会是电动机转速下降，将影响工业产品的产量和质量；电炉的有功功率与电压的平方成正比，炼钢厂中的电炉会因电压降低而增加冶炼时间，影响产量；电压过低时，照明设备的发光率和亮度会大幅度下降；电压过高将使电气绝缘受损；电压增大，使电动机等铁芯饱和程度增加，铁芯损耗增大，温升增加，寿命缩短；冲击负荷会引起电压突然下降和恢复，引起电压闪变，对

冲击负荷附近的用户会产生不利的影响。

电压偏移对电力系统的影响：电厂的厂用机械由电动机驱动，电压降低会是电动机的转速下降，出力减少，从而影响厂用机械的出力下降，危及电力系统安全运行；由于电力系统无功功率的严重缺失造成的电压过于低下，有可能引起电压崩溃，造成大量电动机自动切除，发电机失步，导致系统解列或大面积停电。

调节电压的措施：

（1）调节发电机励磁电流以改变发电机机端电压VG； （2）改变变压器的变比k1、k2； （3）改变功率分布P+jQ（主要是Q），使电压损耗△V 变化；利用并联补偿装置调压；

（4）改变网络参数R+jX（主要是X），改变电压损耗 △V；线路串联电容改变系统参数。

2、发电机励磁控制系统的主要任务是什么？

答：1、控制电压，发电机单机带负荷运行时，调节励磁电流可以改变发电机电压，发电机接入无穷大系统时，调节励磁电流不会再引起发电机电压的变化，只改变无功功率的输出量；

2、合理分配并联运行发电机组间的无功功率，当发电机的电压为定值时，当励磁电流增加，发电机发出的无功功率增加，当励磁电流减小时，无功功率减少，控制发电机发出无功功率的大小就要控制发电机外特性曲线的位置；

3、调高电力系统的稳定性，包括静态稳定和暂态稳定；

4、改善电力系统的运行条件，包括改善异步电动机的自启动条件，为同步发电机同步运行提供条件，提高继电保护装置工作的正确性；

5、防止水轮发电机过电压，设置强行减磁装置。 3、励磁控制系统的强励能力用哪些参数衡量？

答：强励是指发电机电压下降过多时，励磁系统快速的将励磁电流和电压升到顶值的一种运行行为，强励指标包括励磁顶值电压、励磁系统允许强制时间和励磁系统标称电压。 4、励磁系统的功率电源（励磁电源）有哪些种类？

答：一、直流励磁机励磁系统：自励直流励磁机励磁系统，它励直流励磁机励磁系统；

二、交流励磁机励磁系统：它励交流励磁机静止整流励磁系统，自励交流励磁机静止硅整流励磁系统，交流励磁机旋转整流励磁系统（无刷励磁）； 三、静止励磁系统：自并励励磁系统，自复励励磁系统。

5、画出比例式可控硅励磁调节器的基本结构框图；简述各单元的作用；举例说明机端电压变化时各单元输出的变化趋势。

答：电压比较单元：把发电机电压变换为与其成正比的直流电压，与给定电压进行比较；

综合放大单元：综合放大各种励磁控制信号，改善励磁自动控制系统的静态和动态性能指标，输出移相单元所需的输入电压；

可控硅整流单元：将交流电压整流成直流电压向发电机励磁绕组或励磁机励磁绕组供给可控制的励磁电流；

移相触发单元：依据综合放大后的电压Uk的值确定可控硅整流单元晶闸管的触发角的大小； 调差单元：使发电机稳定运行和合理分配并联运行机组间的无功负荷。

当机端电压UG增加时，则IG增加，UG’增加，Ub增加，Uk增加，a增加，ILL减少，IL减少，阻止发电机电压上升；反之同理。

6、参照书中page153 图4-23 ,写出ub = f (Uc,Rw) 的解析式，并画出相应的特性曲线。若在a b 两端跨接一个电阻R3，且R3＝R2＝R1，则ub = f (Uc,Rw) 的解析式和特性曲线有何变化？这种变化对性能有何影响？

7、根据AVR各基本单元的静态工作特性，用作图法画出AVR的静态工作特性。

8、改变AVR中的电压给定电位器Rw的阻值，将使发电机电压调差特性怎样变化？这种变化对机组运行 有何影响？

答：RW增加，Uab下降，Ub下降，

9、电压调差系数对机组运行有何影响？对调差单元有何要求？ 某调差电路接线为:

?a'?U?b'?U?c'?U?a??UIbc?R?b??UIca?R?c??UIab?R

试分析其是否符合要求？是正调差还是负调差？怎样改变其调差极性（正、负）和大小？

答：电压调差系数是大于0时，称为正调差，调节特性向下倾斜，表示发电机机端电压随无功电流的增大而下降；电压调差系数是小于0时，称为负调差，调节特性曲线向上翘，表示发电机机端电压随无功电流的增加而增加；电压调差系数为0时，称为无差调节，表示发电机组机端电压不随无功电流变化，保持恒

定值。

要求：1、输出线电压对称；2、反应机端电压和无功负荷的变化；3、对有功功率不敏感。

符合要求，属于负调差，将式中的“—”号改为“+”号即可变为正调差。改变R的大小可改变电压调差系数的大小。 第六章 习题、思考题

1、准同期并列与自同期并列方法有何不同？对它们的共同要求是什么？两种方法各有何特点？两种方法适用场合有何差别？

答：准同期并列：发电机在并列之前加励磁，当发电机频率，电压相角，电压大小与并列点系统侧对应，满足并列条件时，将发电机断路器合闸，完成并列操作；

自同期并列：将未励磁，接近同步转速的发电机投入系统，并同时给发电机加上励磁，在原动机力矩，同步力矩等作用下把发电机拖入同步，完成并列操作。

共同要求：1、冲击电流不超过允许值，且应尽量小；2、并列后应迅速进入同步运行。 特点：

准同期并列：冲击电流小，进入同步快，操作复杂，并列时间长；

自同期并列：操作简单，并列迅速，易于实现自动化，冲击电流大，对电力系统的扰动大，不仅会引起频率振荡，而且会造成并列机组附近电压瞬时下降。

适应场合：

准同期并列：系统并列和发电机并列；

自同期并列：电力系统故障，频率降低时用于发电机组的快速启动。

2、准同期并列的理想条件是什么？为什么说理想条件在实用中难以实现？

答：准同期并列的理想条件是断路器两侧的电压幅值相等、频率相同和相角一致。

误差原因：1、电力系统设备存在误差，例如测量断路器两侧电压时测量值存在误差，则让电压幅值完全相等无法实现；2、断路器合闸需要一定时间，包括断路器合闸控制电路的动作时间和断路器动作合闸时间，则会存在一定的时间上下波动，无法保证两侧的物理量一致时恰好合闸；3、读取数据存在误差等。 3、试说明电压差、相角差、频率差分别不为零时对并列操作有何影响？ 答：只存在电压差时，并列机组会产生无功冲击电流；

只存在相角差时，并列机组产生的冲击电流主要是有功电流，则在并列后发电机与系统之间存在能量交换；

只存在频率差时，若频差不太大，则机组往往经过一个或几个振荡周期后被拉入同步；若频差过大，机组有可能失去稳定。

4、给定待并机组冲击电流允许值（有效值）后，电压差、相角差、频率差的允许值应如何计算？

?Uy?Ichy*(Xd?Xx)''答：??y?2arcsin?wy???yIshy(Xq?Xx)2Eq''''

?tDL??tC

5、恒定越前时间整定值应如何计算？

答：恒定越前时间typ等于发电机断路器标称合闸时间th，包括断路器的合闸控制电路动作时间tc加上断路器合闸动作时间tDL。即typ?th?tC?tDL。

6、试证明恒定越前时间与电压差、频率差无关。 答：

7、试说明ZZQ—5滑差检测的原理。

答：1、选定一个角度?，令???sy*th??sy*typ，则?是一个定值；

2、检测发电机电压UG以滑差角频率?S相对系统电压UX转动时走过角度?所用的时间，为t? 则?S*t?????sy*typ，有说明：若t??typ，则?S??t?typsy??sy?S

；若t??typ，则?S??sy；若t??typ，则?S??sy

的问题，转化为

即就将检测发电机电压和系统电压之间滑差角频率?S大于、等于或小于整定值?比较走过给定角?所用时间t?小于、等于或大于恒定越前时间typ的问题。

sy8、在例6—1中，若并列装置延迟时间为0.1秒，待并机组允许冲击电流为出口三相短路电流的10%，其他条件不变。

1）试计算恒定越前时间、允许压差、允许频差定值。 2）若采用ZZQ—5并列，试计算恒定越前相角的定值。 9、自动低频减载的任务和原则是什么？

答：在保证电力系统稳定性的前提下尽可能少的减负荷。 10、自动低频减载的基本原理是什么？ 答：按轮动作，逐次逼近。

11、某电力系统得负荷额定功率PLe=1000MW，负荷调节效应系数KL*=2，当系统出现200MW的功率缺额时：

1）若不采取措施，系统频率将稳定在多少？45

2）若希望系统频率恢复到49Hz，需要切除多少负荷？166.67

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