电力系统自动装置试题 - 图文

长沙理工大学拟题纸

课程编号 080800035 拟题时间 2011年5月

课程名称 电力系统自动控制技术 专业层次(本、专) 本 科 专业 电气工程及其自动化 考试方式（开、闭卷） 开 卷

一、填空题（本大题共20小题，每空1分，共20分）

请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。

1. 电力系统自动装置包括自动调节装置和自动操作装置两种类型。 2. 当机组输入功率小于负荷要求的电功率时，系统频率将下降。 3. 准同期并列主要是对脉动电压US和滑差角频率wS进行检测和控制。 4. 准同期并列装置采用的提前量用恒定越前相角和恒定越前时间两种。 5. 线性整步电压与电压幅值无关。

6. 正弦整步电压最大值所对应的相角差一定等于2k???,k?Z_。

7. 同步发电机的励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器组成。

8. 与无线大母线并联运行的机组，调节它的励磁电流可以改变发电机无功功率的数值。 9. 励磁电压上升速度是衡量励磁功率单元动态行为的一项重要指标。

10. 目前使用最多的且相对最优的一种励磁系统是静止励磁系统(发电机自并励系统)。 11. 如果要求改变发电机母线电压又不改变无功负荷的分配比例，那就要移动所有并联运行

机组的调节特性，而移动发电机调节特性的操作是通过改变励磁调节器的整定值来实现的。

12. 对于一个反馈控制系统来说，稳定运行是工作的首要条件。

13. 采用电力系统稳定器去产生正阻尼转矩以抵消励磁控制系统引起的负阻尼转矩，是一个

比较有效的办法。

14. 电力系统实现频率和有功功率自动调节的方法大致有主导发电机法、同步时间法、_积

差调节三种。

15. 负荷吸收的有功功率随频率变化的现象称为负荷调节效应。

二、名词解释（本大题共4小题，没小题3分，共12分）

1．线性整步电压：用由直线组成的曲线反映自动并列装置检测并列条件、与电压幅值无关的电压称为线性整步电压；主要分为半波线性整步电压和全波线性整步电压。

2．自并励磁方式：励磁电源不用励磁机，而由机端励磁变压器供给整流装置的励磁方式。这类励磁装置采用大功率晶闸管元件，没有转动部分，称为自并励方式。又称为静止励磁系统的励磁方式。

3．SCADA系统：SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统。SCADA系统是以计算机为基础的DCS与电力自动化监控系统；在电力系统远动系统中占重要地位,可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能,即我们所知的＂四遥（遥控，遥测，遥信，遥调）＂功能。RTU(远程终端单元),FTU(馈线终端单元)是它的重要组成部分。

4. 允许滑差角频率：由于装置输出回路和断路器合闸动作时间都存在误差，因此就会造成

1

合闸相角误差?e，在时间误差一定的条件下，?e和?S成正比。设发电机允许合闸相角为

?ey，通过一定时间误差可以求得相应的?Sy，此值即为允许滑差角频率。

三、简答题（本大题共5小题，共28分）

1. 将同步发电机并入电力系统参加并列运行的操作称为什么？并列应遵循的原则是什

么？并列的理想条件和实际条件分别是什么？（7’） 答：并列操作；遵循的原则：①并列断路器合闸时，冲击电流尽可能小；②发电机组并网后，应该能迅速进入同步运行状

态，其暂态过程要短。并列的理想条件：①?G??X或fG?fX(频率相等)；②

UG?UX(电压幅值相等)；③?e?0(相角差为零)；并列的实际条件：US=（5%?10%）?UN；?fs?(0.1?0.25)Hz;通常?e?10，对200Mw及以上

??e?2?4。

??2. 同步发电机励磁控制系统的任务是什么？（5’） 答：①电压控制；②控制无功功率的分配；③提高同步发电机并联运行的稳定性；④改善电力系统的运行条件；⑤对水轮机组实行强行减磁。

3. 电力系统稳定的主要标志是？其可以分为的静态稳定和暂态稳定，分别是如何定义的？（6’） 答：电力系统稳定的主要标志：在暂态过程结束后，同步发电机能维持或恢复同步运行。（2’） 静态稳定：指的是电力系统在正常运行状态下，经受微小扰动后恢复到原来运行状态的能力。暂态稳定:指电力系统在某一正常方式下突然遭受大扰动后能否过渡到一个新的稳定运行状态、或者恢复到原来运行状态的能力

4.低频振荡在什么情况下产生？产生的原因是什么？采用什么措施可以解决？（5’） 答：在远距离输电线路系统中，励磁控制系统会减弱系统的阻尼能力，引起低频振荡，产生的原因：①励磁调节器按电压偏差比例调节；②励磁控制系统具有惯性。采取的措施：引入电力系统稳定器。

5.发电机在投入和退出时，如何能平稳地转移负荷， 不致引起对电网的冲击？（5’） 答：如右图，发电机 无功电流从IQ1减少到IQ2，

只需将调节特性从1平移到2的位置。如果调节特性 继续向下移动到3的位置时，则它的无功电流将减少 到零，这样机组就能够退出运行，不会发生无功功率 的突变；同样，当发电机投入运行时，只要令它

的调节特性处于3的位置，待机组并入电网后再进行 向上移动特性的操作，使无功电流逐渐增加到运行的

要求值；在整个移动特性曲线的工程中，实际操作只需改变励磁调节器的整定值。 四、分析题（本大题共3小题，共20分）

1．为什么说励磁调节装置能有效地提高系统静态稳定的功率极限？试分析其原因，要求有文字详细表述，用图表示说明。

退出运行投入运行 2

答：发电机的输出功率公式可以表示为： PG?EqUX?sin?，可

以得到如右图一系列的曲线。而在实际的系统中，负荷是变动的，即机端电压变化。为维持UG=C，需要调节励磁电流，形成一簇不同的功率特性，将其不同的运行的连接起来，得到有励磁调节器时的一组不同Eq值得功角特性，即图中的曲线B。因此得到下式：PG?UGUX'?sin?；而由图上可以看出??90，

''?励磁对静稳极限的影响，通过对功角特性的改变提高Pm增大发电机的稳定运行区域。这样可以提高发电机的输送的功率极限或者提高系统的稳定储备。

2.画出半控整流电路??90?时，负载为电感型的输出电压?L的波形图，并试分析在半控整流电路中失控现象产生的原因，画出该现象解决之后的电路图及该电路的简要说明。 答：如右图为半控型整流电路的电路图1， ??90?时，负载为电感型的输出电压?L的波形图如图2。

失控现象产生的原因：由图可知，当负载为纯电感性及供电电压降为

零时，输出电流的瞬时值不 为零，因电感的反电动势Ldidt图1 半控整流电路

方向如图3括号中所示，力图阻

图2 90度时输出波形

止电流减少；若电感产生的电动势足够大时，就由该感应电动势经二极管和当时导通的晶闸管释放电能的磁能， 导致该晶闸管不能关断，直到下一个晶闸管触发导通为止。 解决方案：在电感性负载两端并联一反向续流二极管V1,在晶闸管电压过零关断时，电感两

端的反电动势经续流二极管形成的电流回路，由于续流二极管两端的电压甚低，接近于零，从而保证晶闸管能可靠关断。解决后的电路图如图3。

3.为什么说要求在公共母线上并联运行的发电机组具有相同

图3 失控分析和解决方案后电路图

3

的调差系数？试分析，要求有含表达式的推导过程，必要 的图表和文字叙述。

答:设发电机的调节特性如右图曲线?所示，无功电流为零时发电机端电压为UG0,无功电流额定值IQN时，发电机端部电压为UGN,母线电压为UG时，发电机的无功电流可表示为：IQ?UG0*?UG*UG0?UGUG0?UGNIQN,其标幺

值为IQ*??。若母线电压从UG*到UG*，则机组

??U?G*''无功电流变化的标幺值变为：IQ*???如果两台正有差调节特性的发电机在公共母线上并联运行，当系统无功电流负荷波动是，若电压偏差相同。由

?无功电流增量。通常要求各台发电机无功负荷的波动量与它们的额定容量成正比，即希望各

IQ*????U?G*。

该式可知，调差系数小的发电机承担较多的

发电机无功电流波动量的标幺值?IQ*相等，而又?IQ*??Q*,故无功电流的增量即为系统无功负荷的增量，所以就要求在公共母线上并联运行的发电机组具有相同的调差系数。 五、计算题（本大题共2小题，每小题10分，共20分）

1.某发电厂有三台发电机在公共母线上并联运行，1号机的额定功率为25Mw，2号机的额定功率为35Mw，三号机的额定功率为50Mw。三台机组的额定功率因数分别为0.85、0.88、0.90。励磁调节器的调差系数分别为0.04、0.06、0.05。若系统无功负荷波动时电厂无功增量为它们总无功容量的25%,问：

1）各机组承担的无功负荷增量是多少？ 2）母线上的电压波动是多少？

解:1#额定无功功率QG1N?PG1Ntan?1?25tan(arccos0.85)?15.494(Mvar)

2#额定无功功率QG2N?PG2Ntan?2?35tan(arccos0.88)?18.891(Mvar) 3#额定无功功率QG3N?PG3Ntan?3?50tan(arccos0.90)?24.216(Mvar)

?Q?*?(?QG1*QG1N??QG2*QG2N??QG3*QG3N)/(QG1N?QG2N?QG3N)

QG1NQG2NQG3N)/(QG1N?QG2N?QG3N)

???U*(?1??2??3 4

???U*/QG1N?QG2N?QG3NQG1N?1?????QG2N?2?QG3N

?3?15.494?18.891?24.21615.4940.04?18.8910.06?24.2160.05?58.6011186.52?0.0494

QG1N?QG2N?QG3NQG1N?1?QG2N?2?QG3N?3?母线电压波动 ?U*?????Q?*??0.0494?0.25??0.01235

所以各个机组的无功增量：

?QG1*???U*???0.04940.04?0.30875?1

?QG1??QG1*QG1N?0.30875?15.494?4.78(Mvar)

?QG2*???U*???0.04940.06?0.20583

?2?QG2??QG2*QG2N?0.20583?18.891?3.89(Mvar)

?U*?0.04940.05?0.247

?QG3*???3???QG3??QG3*QG3N?0.247?24.216?5.98(Mvar)

答：(1)1#机组的无功负荷增加4.78(Mvar)，2#机组的无功负荷增加3.89(Mvar)，3#机组的无功负荷增加5.98(Mvar)。 (2)母线电压波动降低0.01235UN。

2. 某电力系统中，其总有功负荷为3650Mw，与频率无功的负荷占30%，与频率一次方成比例的负荷占40%,与频率二次成比例的负荷占10%，与频率三次方成比例的负荷占5%,与频率四次方成比例的负荷占15%。求系统频率由50Hz下降到48Hz时，负荷功率变化的百分数和相应的KL*及KL值。

解：当f?48Hz时，f*?48/50?0.96； 当频率下降到48Hz时系统的负荷为

PL*?a0?a1f*?a2f*?a3f*?a4f*

234 5

?0.3?0.4?0.96?0.1?0.962?0.05?0.963?0.15?0.964

?0.3?0.384?0.09216?0.04424?0.1274?0.9478

??PL%?(1?0.9478)?100?5.22 ?KPL%L*???f%?5.22/4?1. 305?K3650L?KL*?PLNf?1.305?N50?95.265(MW/Hz)

答：负荷变化的百分数为5.22，KL?95.265(MW/Hz)，KL*?1.305

6

?0.3?0.4?0.96?0.1?0.962?0.05?0.963?0.15?0.964

?0.3?0.384?0.09216?0.04424?0.1274?0.9478

??PL%?(1?0.9478)?100?5.22 ?KPL%L*???f%?5.22/4?1. 305?K3650L?KL*?PLNf?1.305?N50?95.265(MW/Hz)

答：负荷变化的百分数为5.22，KL?95.265(MW/Hz)，KL*?1.305

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