电力系统分析模拟题及答案

四 川 大 学 网 络 教 育 学 院 模 拟 题（A 卷）

1说明电力系统静态稳定的定义、分析方法以及小干扰分析法的步骤。（15分）

1. 试说明什么是正序等效定则，以及利用正序等效定则计算不对称短路的步骤。（10分）

2. 电压中枢点的调压方式有哪几种？这几种调压方式对调压范围的要求是如何规定的？（10分）

3. 电力系统接线如图1所示，f 1点发生接地短路，试做出系统的正序和零序等值网络。图中1~17为元件编号。（15分）

图 1

5．如图2所示简单系统，已知各元件参数如下：(S B =60MVA, V B =V av , k im =1.8)

发电机G ：60=N S MVA ，d

X ''=0.11; 变压器T ：30=N S MVA ，Vs%=10.5; 线路L ：l =15km ，X=0.23Ω/km.

试求f 点发生三相短路时的冲击电流和短路功率有名值。（20分）

图 2

6．如图3所示简单电力系统，f 点发生单相短路，已知发电机G ：='d X 0.3，

2X =0.2，=s T 10s ，变压器T-1：X=0.12, T-2：X=0.11；双回线路L ：1L X =0.20，=0L X 31L X 。试用等面积定则确定极限切除角。(电抗值均为统一基准下的标幺值。) （30分）

图 3

（A 卷）答案：

1．静态稳定性是指电力系统在某一运行方式下受到一个小干扰后，系统自动恢复到原始运行状态的能力。能恢复到原始运行状态，则系统是静态稳定的，否则系统江失去稳定。分析系统静态稳定性常采用的方法是小干扰法（小扰动方程，略）。小干扰法的分析步骤为：

（1）列出各元件微分方程和网络方程

（2）对微分方程和网络方程进行线性化

（3）求线性化小扰动状态方程及其矩阵A

（4）对给定运行情况进行潮流计算，求得A 矩阵各元素的值

（5）求A 矩阵的特征根，并以其实部符号判别系统的稳定性

2. 在简单不对称短路情况下，在正序网络短路点加入附加电抗(n )X ?，而其附加

电抗(n )X ?之后的三相短路电流即为对应不对称短路故障点电流的正序电流。

这就是不对称短路计算的正序等效定则。

计算不对称短路的步骤：

（1）计算电力系统各元件参数；

（2）正常情况下，求取各电源的次暂态电势’

‘E 或短路点故障前瞬间正常

工作电压0a U (或称短路点的开路电压)，但如果采取近似计算可直接

取1.0；

（3）制订不对称短路时的正、负、零序等值网络，从而求出∑∑∑210X X X 、、、

，以及附加电抗)n X （? （4）将)

n X （?串联在正序网络的短路点后，按计算三相短路的方法，计算

)n X （

?后发生三相短路的电流，该电流就是不对称短路点的正序电流；

（5）根据各序电流间的关系求取负序和零序电流，并可求取各序电压；

（6）用对称分量法，由短路点各序电流和序电压计算短路点的不对称三相电流和三相电压。

3. 中枢点调压有三种方式：逆调压、顺调压和常调压。

(1) 逆调压

对大型网络，如中枢点到负荷的线路较长，且负荷变化较大（即最大负荷与最小负荷的差值较大），则在最大负荷时要提高中枢点的电压，以抵偿线路上因负荷大而增大的电压损耗；在最小负荷时则要将中枢点电压降低一些，以防止负荷点的电压过高，一般这种情况的中枢点实行“逆调压”。采用逆调压方式的中枢点电压，在最大负荷时较线路的额定电压高5%，即

1.05V N；在最小负荷时等于线路的额定电压，即1.0V N。

(2) 顺调压

对小型网络，如中枢点到负荷点的线路不长，负荷变化很小，线路上的电压损耗也很小，这种情况下，可对中枢点采用“顺调压”。采用“顺调压”

方式的中枢点电压，在最大负荷时，允许中枢点电压低一些，但不低于线路额定电压的2.5%，即1.025V N；在最小负荷时允许中枢点电压高一些，但不高于线路额定电压的7.5%，即1.075V N。

(3) 常调压

对中型网络，负荷变化较小，线路上电压损耗也较小，这种情况只要把中枢点电压保持在较线路额定电压高2%~5%的数值，即（1.02~1.05）V N，不必随负荷变化来调整中枢点的电压，仍可保证负荷点的电压质量，这种调压方式称为“常调压”。

4.（略）

5. i im =5.311kA , S t=133.74MV A

6. δc.lim=74.29?

四川大学网络教育学院模拟题（B卷）

1电力系统各元件的额定电压是多少？试标出图1所示电力系统中各发电机、变压器和负荷的额定电压。（10分）

图 1

2当系统无功不足时,用调节有载调压变压器变比的方法进行调压是否适宜? 其结果如何? 为什么？（15）

3系统负荷单位调节功率和发电机单位调节功率的意义是什么? 其大小说明什么? 系统单位调节功率对系统运行频率有何影响? （15分）

4．试说明什么是冲击电流、短路电流的最大有效值和短路功率，且写出其计算公式（10）

5．如图2所示110kV 输电线路，双回线路并联阻抗Ω+=65.1538.5j Z L ，两台变压器并联阻抗Ω+=18.2015.1j Z T ，不计线路充电功率和变压器励磁功率。若线路首端电压保持117kV 不变，试合理选择变压器分接头，使C 点电压满足顺调压。（25分）

图 2

6．如图3所示单机-无穷大系统，已知运行点的同步功率系数S E =1.0，试计算：

（25）

（1） 运行点的传输有功功率； （提示：e E dP S d δ=）

（2）该运行点的静态稳定储备系数。

图 3

（B 卷）答案：

1． 电力线路的额定电压和用电设备的额定电压相等，且称之为网络的额定电压，如220kV 网络等等。发电机的额定电压与网络的额定电压为同一等级时，发电机的额定电压规定比网络的额定电压高5％。变压器额定电压的规定略为复杂。根据变压器在电力系统中传输功率的方向，我们规定变压器接受功率一侧的绕组为一次绕组，输出功率一侧的绕组为二次绕组。一次绕组的作用相当于用电设备，其额定电压与网络的额定电压相等。但直接与发电机联接时，其额定电压则与发电机的额定电压相等。二次绕组的作用相当于电源设备。其额定电压规定比网络的额定电压高10%，如果变压器的短路电压小于7%或直接（包括通过短距离线路）与用户联接时，则规定比网络的额定电压高5％。

G: 10.5kV ; T1: 10.5/242 kV ; T2: 220/121/38.5 kV ; T3:110/11 kV ;

T4: 35/6.6 kV ; LD1: 10 kV ; LD2: 6 kV

2．无功不足时，不适宜用调节变压器变比的方式升高电压，因为当某一地区的电压由于变压器分接头的改变而升高后，该地区的无功需求也要增大，这样做有可能会进一步引起无功缺额，从而引起系统其它节点电压下降。 3.

***==f P f f P P K D N DN D D ????// K D 和K D*称为负荷的频率调节效应系数或简称为负荷

的频率调节效应。K D*的数值取决于全系统各类负荷的比重，不同系统或同一系统不同时刻K D *值都可能不同。在实际系统中3~1=*D K ，它表示频率变化1%时，负荷有功功率相应变化(1-3)%。调度部门常以K D*的数值作为考虑按频率减负荷方案和低频率事故时用一次切除负荷来恢复频率的计算依据。****-==f P K G G ??δ1， K G*的数值表示频率发生单位变化时，发电机组输出功率的变化量，式中负号表示频率下降时，发电机组的有功出力是增加的。系统单位调节功率表示在计及发电机组和负荷的调节效应时，引起频率单位变化的负荷变化量。根据Ｋ值的大小，可以确定在允许的频率偏移范围内，系统所能承受的负荷变化量。显然，K 的数值越大，负荷增减引起的频率变化就越小，频率也就越稳定。

4. 冲击电流是短路电流最大可能电流的瞬时值。短路功率等于短路电流有效值同短路处的正常工作电压的乘积。其计算公式为：

t B t av t im p im pm im im I S I V S k I I I k i *2

3 )1(21

==-+==短路功率：最大有效值：冲击电流：

5． V 1t =115.5kV

6. %2825

.10==sl K P

四 川 大 学 网 络 教 育 学 院 模 拟 题（C 卷）

1. 电力系统各元件的额定电压是多少？什么是平均额定电压？一般在什么场合使用平均额定电压？（10分）

2. 频率的一次调整和二次调整分别适应于什么变化范围的负荷？一次调整是否能实现无差调节？ （10分）

3. 试用电压调整的基本原理说明目前主要有哪些电压调整的措施？（15分）

4. 什么叫极限切除角？如何确定极限切除角？（15分）

5. 图1所示110kV 电网，各线路采用相同导线，其阻抗参数为Z 0=0.1+j0.4Ω/km

(1) 计算网络的功率初分布；

(2) 若节点A 电压为120kV ，计及功率损耗，求最低电压点电压和最大电压

损耗(不计横向

分量)。（20分）

图 1

6. 如题图2所示电力系统，已知各元件参数的标幺值。发电机G ：

.11,23.0,29.02s T x x s d

==='。变压器T-1：x =0.13；变压器T-2：x =0.11。线路L ：双回x L1=0.29，x L0=3x L1。运行初始状态：V 0=1.0，P 0=1.0，Q 0=0.2。在输电线路首端f 1点发生两相短路接地，试用等面积定则确定极限切除角lim c ?δ，并判断当故障切除角δc =40°时，系统能否保持暂态稳定？（30分）

图2

（C 卷）答案：

1．电力线路的额定电压和用电设备的额定电压相等，且称之为网络的额定电压，如220kV 网络等等。发电机的额定电压与网络的额定电压为同一等级时，发电机的额定电压规定比网络的额定电压高5％。变压器额定电压的规定略为复杂。根据变压器在电力系统中传输功率的方向，我们规定变压器接受功率一侧的绕组为一次绕组，输出功率一侧的绕组为二次绕组。一次绕组的作用相当于用电设备，其额定电压与网络的额定电压相等。但直接与发电机联接时，其额定电压则与发电机的额定电压相等。二次绕组的作用相当于电源设备。其额定电压规定比网络的额定电压高10%，如果变压器的短路电压小于7%或直接（包括通过短距离线路）与用户联接时，则规定比网络的额定电压高5％。

在短路电流的实用计算中一般不要求很高的精确度，可以认为各个变压器的变比就等于其两侧的平均额定电压之比，这样，在标幺制等值电路中，

所有变压器的变比都等于1。此时，为了简化计算，除电抗器外，还假定各元件的额定电压均等于平均额定电压。

2. 一次调整：增大负荷时，发电机组输出功率增加，频率低于初始值；负荷减

小时，发电机组输出功率减小，频率高于初始值。适应于变化幅

度小，变化周期较短的变化负荷。不能实现无差调节。由发电机

组的调速器完成。

二次调整：当机组负荷变动引起频率变化时，利用同步器（调频器）平行移

动机组功频静特性来调节系统频率和分配机组间的有功功率。适

应于变化幅度大，变化周期较长的变化负荷。可实现无差调节。

3． 2121/)(k V QX PR k V k V k V V N G G i ???? ??+-=?-=

从上式可知，要调整负荷点的电压V i ，可有以下措施：

（1）调节发电机励磁电流以改变发电机机端电压V G ；

（2）改变变压器的变比k 1、k 2；

（3）改变功率分布P +j Q （主要是Q ），使电压损耗△V 减小；

（4）改变网络参数R +j X （主要是X ），减小电压损耗△V 。

即主要措施有改变发电机端电压调压、改变变压器分接头调压、利用并联补偿设备调压和利用串联电容器补偿调压。

4. 在某一切除角，最大可能减速面积恰好等于加速面积，则系统处于稳定的极限情况，若与故障切除时间对应的故障切除角大于这个角度，系统将失去稳定。这个角度称为极限切除角lim ?c δ（图略）。极限切除角可根据等面积定则得出，其计算公式如下：

mII mIII mII cr mIII cr c P P P P P --+-=-?0

001lim cos cos )(cos δδδδδ 5．C 点为功率分点

92.275.308

.1225.2192

.1275.23j S j S j S BC AC AB +=+=+= 93.116kV 07.3==?C AC V V

6. δc.lim =79.10?，能保持暂态稳定。