电力系统分析博士入学考试习题及答案华电.pdf
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华北电 力大 学( 北京 ) 2005 年 博士 研究 生入 学考试 试 题(B ) 解 答 下列 各题 (每题 10 分, 共 100 分) 1、 近几年 我国 多数 地区 出现 了“电 荒” 现象 ,各 地不 得不采 取拉 闸限 电措 施, 而 10 年前 我国的 电力 还是 供大 于求 ,你如 何分 析这 种现 象? 对电力 的规 划和 发展 有何 良策? 答案 1 : 出 现 电 荒 的 原因 : 在 “ 九五” 期间 特别是 电 力供 应过 剩之 后, 人们 对 电力 工业是 否应 成为 先行 工业 ,有了 不同 的看 法和 不同 的声音 ,这 成为 导致 2002 年开始 出现 较 大范围 缺电 的重 要原 因之 一。 再加 上多 年来只 高度 重视电 源 , 对 电网协 调发 展有所 忽视。即 既有电 源容 量不 足、 又有 电网结 构薄 弱问 题, 造成 了电力 短缺 。 建议措施 包括: 建立电 力 安全危机 管理机 制,确 保 电网运行 安全; 进一步 加 强需求管 理 ; 深化 电价 改革 , 尽 快形 成分环 节电 价机 制; 完善 宏观调 控, 深化 电力 项目 审批制 度改 革, 解决无 序建 设难 题; 加强 协调, 确保 电煤 供应 ; 合 理安排 机组 检修 , 提 高设 备健康 水平 ; 协 调好水 力调 运与 发电 关系 ,提高 水能 利用 率等。 答案 2:产生电荒的 原因:(1) 煤电价格冲突, 凸显体制困局;(2) 高耗能 行业告诉 增 长, 使电力 供应 对经济增 长的 支撑能 力下 降;(3) 电 力投 资连年 偏低 ,造成电 力供 应能力 不 足;(4) 持 续高 温、 干旱 和水电不 足, 增 加了 随机性 缺 电;(5) 省间 电力 壁垒 困扰电 力供 应。 建议措 施: 加快 电力建 设 同时抑 制不 合理 需求; 开 发和节 约并 举; 加大结 构 调整力 度, 租金产 业升 级; 西电 东送 以资源 换市 场; 发展 循环 经济, 实行 清洁 生产 ; 多 元化开 发电 力资 源。 2、 什么是 电力 系统 的可 靠性 ?有哪 些主 要的 研究 内容 ? 答 案: 电 力系 统可 靠性 是对 电力系 统按 可接 受的 质量 标准和 所需 数量 不间 断地 向电力 用 户供应 电力 和电 能量 之能 力的度 量。 电力 系统 可靠 性包括 充裕 度和 安全 性两 个方面 。 充裕度是 指电力 系统维 持 连续供给 用户总 的电力 需 求和总的 电能量 的能力 , 同时考虑 到系统 元件 的计 划停 运及 合理的 期望 非计 划停 运。 充裕度 又称 静态 可靠 性, 也就是 在静 态条 件下, 电力 系统 满足 用户 对电力 和电 能量 的能 力。 安全性是 指电力 系统承 受 突然发生 的扰动 ,例如 突 然短路或 未预料 到的短 路 或丢失系 统元件 现象 的能 力。 安全 性也称 动态 可靠 性, 即在 动态条 件下 电力 系统 经受 住突然 扰动 , 并 不简短 地向 用户 提供 电力 和电能 量的 能力 。 电力系统 规模很 大,习 惯 上将电力 系统分 成若干 子 系统,可 根据这 些子系 统 的功能特 点分别 评估 各子 系统 的可 靠性。 可分 为: (1) 发 电系 统可 靠性 :是对统 一并 网后 的全 部发电 机组 按可 接受 标准 及期望 数量 ,满 足 电力系 统负 荷电 力和电 能量 需 求之 能力 的度 量。 (2) 发 输电 系统 可靠 性:是由 统一 并网 后运 行的发 电系 统和 输电 系统 综合组 成的 发输 电 系统按 可接 受标 准和 期望 数量向 供电 点供 应电 力和 电能量 之能 力 。 其 可靠 性包 括充裕 度和 安 全性两 方面 。 (3) 输 电系 统可 靠性 :是对从 电源 点输 送电 力到供 电点 按可 接受 标准 及期望 数量 满足 供 电负荷 电力 和电 能量 需求 之能力 的度 量。 其可 靠性 包括充 裕度 和安 全性 两方 面。 (4) 配 电系 统可 靠性 :是对供 电点 到用 户, 包括配 电变 电所 、高 低压 配电线 路及 接户 线 在内的整个配 电系统及设 备按可接受标 准及期望数 量满足供电电 力和电能量 需求之能力 的 度量。 (5)发 电 厂变 电所 电气 主接线 可 靠性: 是对 在组 成主接 线 系统 的元 件 (断 路器、 变压 器、 隔离开 关 、 母 线) 可靠 性 的指标 已知 和可 靠性 准则 给定的 条件 下 , 评估 整个 主接线 系统 可靠性准则 满足 供电 电力 和电 能量需 求之 能力 的度 量。 电力系 统可 靠性 是通 过通过 定 量的 可靠 性指 标来 度量 的。 一般 可以 由故 障对 电力用 户造 成的不 良影 响的 概率 、 频 率、 持续 时间 、 故 障引 起 的期望 电力 损失 及期 望电 能量损 失等 指标 描述, 不同 的子 系统 可以 有专门 的可 靠性 指标 。 3、 电力系 统的 潮流 计算 有哪 些常规 算法 ?有 哪些 扩展 算法? 答案 1 :常规 算法 有: 高斯- 赛德尔法 、牛 顿- 拉夫逊 法、快速 解耦 法。 扩展 算法 有 :保 留非线 性潮 流算 法、 最小 化潮流 算法 、最 优潮 流算 法。 高斯- 赛德尔 法 (G_S 法) 。 算 法 特点: 在系 统病 态的情 况 下, 收 敛困 难; 计算 速度 缓 慢; 程序编 制简 便灵 活。 牛顿- 拉夫逊 法 (N_L 法) ,其 实是 非线 性方 程或 非线 性方程 组的 多次 线性 逼近 。 算法 特 点: 平 方收 敛; 对初 值很 敏感, 需要 其他 算法 为其 提供初 值; 对函 数的 平滑 性敏感 , 所 处理 的函数 越接 近线 性, 收敛 性越好 ;对 以节 点导 纳矩 阵为基 础的 G_S 法呈病态 的 系统 ,N_L 法一 般都 能可 靠收 敛。 快速解 耦法 (PQ 分 解法 ) : 用两 个阶 数几 乎减 半的 方程组 来代 替原 方程 组, 显著减 少了 内存量 和计 算量 ; 迭 代矩 阵为常 数阵 , 只 需形 成求 解一次 , 大 大缩 短每 次迭 代所需 时间 ; 迭 代矩阵 对称 ,可 形成 上下 三角存 储, 减少 内存 量和 计算量 ;基 于以 上原 因,PQ 法内 存所 需 量是 N_L 法的 60% ,每 次迭 代 所需 时间为 N_L 法的 20% ;线 性收 敛, 收敛 次数多 于 N_L 法,但 总的 计算 速度 仍能 大幅度 提高 ;对 于 R/X 过 大的病 态条 件以 及线 路特 别重载 的情 况 下,可 能不 收敛 ,一 般适 用于 110kv 及以 上的 电网; 由于 算法 的精 确程 度取 决于 e ,PQ 分 解法的 近似 处理 只影 响计 算过程 ,并 不影 响结 果的 精度。 保留非 线性 潮流 算法 。 特 点及性 能 : 采 用恒定 雅克 比矩阵 ; 修正 量总是 相对 于初始 估 计 值;对 初值 敏感 ;计 算速 度比 N_L 法快, 比 PQ 分 解法慢 ;内 存耗 量较 大。 最小化 潮流 算法 。 基于 数学 规划的 潮流 计算 在内 存需 要量和 计算 速度 方面 都大 大逊色 于 各种常 规潮 流计 算法 。 最优潮 流算 法 : 就是 当系 统的结 构参 数及 负荷 情况 给定时 , 通过 控制变 量的 优选 , 所 找 到的能 满足 所指 定的约 束条 件, 并使 系统 的某 一个 性能 指 标或目 标函 数达 到最 优时的 潮流 分 布。 最优 潮流 与基本 潮流 的不同 点 : 基 本潮流 的控 制变量 是给 定的 , 而 最优 潮流中 的控 制 变 量通过 优选 得到 ; 最优 潮流 除了要 满足 潮流 等式 约束 外, 还必 须满 足大 量的 不等 式约 束条 件; 基本潮 流计 算是 求解 非线 性代数 方程 组, 而最 优潮 流是一 个非 线性 规划 问题 ; 基本 潮流 仅仅 完成计 算功 能, 而最 优潮 流可以 根据 实际 需要 自动 优选控 制变 量, 具有 指导 系统进 行优 化调 整的决 策功 能。 直流潮 流法 。 随即潮 流法 。 三相潮 流法 。 4、 电力市 场中 通常 采用 可用 输电能 力 (ATC )来衡 量输 电 线的 有功 传输 能力, 请 解 释一 下 什 么是 ATC ? 答案 1 :ATC 是指 在现 有 的输电 合同 基础 上, 实际 物理输 电网 络中 剩余 的、 可用于 商业 使用的 传输 容量 。 答案 2 : ATC 是在 已有 的 协议基 础上 , 在 实际 输电 系统中 可以 用于 进一 步商 业活动 的富 余输电 能力 。 数学上 , ATC 可以 表示 为线 路 最大 输电 能力 TTC 减去 输 电可 靠性 裕度 TRM , 减去容 量 效益裕 度 CBM ,再 减去 现存 输 送协议 ETC 。 5、 用户电 力技 术(Customer Power )是 应用 电力 电子 技 术解决 用户 电能 质量 问题 的一种 方 法,请 简单 说明 之。 答案 1: 用户 电力 技术 就是 在配电 系统 应用 电力 电子 控制器 对用 户提 供增 值的 、 可靠地 、 高质量 的电 力。 答案 2 : 用 户电 力技 术应 用 大功率 电力 电子 器件 解决 用户电 力中 的电 能质 量、 节约用 电 和安全 用电 等问 题。 用户电 力技 术可 以使 电力 用户在 供电 可靠 性和 电能 质量上 得到 的益 处主 要有 : (1) 无(或 极少 有) 电力中 断。 (2) 电压降 临的 幅度 和持 续时 间在允 许范 围内 。 (3) 过电压 的幅 度和 持续 时间 在允许 范围 内。 (4) 电压谐 波含 量低 。 (5) 相间不 平衡 度小 (6) 在允许 范围 内的 负荷 波动 、非线 性和 低功 率因 数对 母线电 压无 明显 影响 用 户电 力技 术的 核心 是能够 对供 应的 电力 进行 控制、 变换, 为用 户或 负荷 提供满 足电 能 质量指 标及 安全 、 经 济 、 可靠运 行等 要求 的电 能。 完成这 种控 制与 变换 的关 键是各 具特 色的 电力电 子器 件及 其控 制电 路。 用户电力 技术包 括用户 配 电系统测 试评估 技术、 电 能质量控 制技术 、电能 转 换技术、 固态开 关技 术。 6、 请解释 什么 是电 力系 统的 低频 振荡 ? 答案 1: 电力 系统 中发 电机 经输电 线并 列运 行时 , 在 扰动下 会发 生发 电机 转子 间的相 对 摇摆 , 并 在缺 乏阻尼 时引 起持续 振荡 , 此时输 电线 上功率 也会 发生 相应 振荡 。 由 于机 组的 惯 性时间 常数 ,其 振荡 频率 很低, 一般 为 0.22.5Hz , 故称为 低频 振荡 (又 称功 率振荡 ,机 电 振荡) 。 答案 2 : 整个 原动 机、 发电 机组的 转子 , 相对 与电 力 系统发 生振 荡时 , 其振 荡 频率通 常 在每分 钟几 个周 波至 几十 个周波 范围 内。 原因: 弱阻 尼或 负阻 尼。 重负荷 、长 距离 送点 、有 强励磁 的大 机组 。 解决措 施: 减负 荷、PSS 电力系 统稳 定器 (励 磁) 、GPSS 调速侧 PSS 、其 他 7、 简述高 压直流 输电 (HVDC ) 系统 的概 念、 特点 、和 主要应 用。 答案 1 : HVDC 的优点:(1)线路造 价低、损耗少;(2)不存在 稳定问题(没有电抗 ) ;(3) 可以实 现交流系 统非 同步联 网;(4) 调节速度 快,运 行 可靠;(5)限制短 路电流 ;(6) 可 方便地进 行分 期建设 和增 容扩 建, 有利 于发挥 投资 效益 HVDC 的 缺点:(1) 换流站 造价高;(2) 换流器消 耗的 无功多;(3) 产生大量 的谐 波;(4) 换流装置几乎没有过载能力;(5)缺乏高压直流开关;(6)直流输电利用大地(或海水)为 回 路 而带 来的一 些技 术问题;(7) 直流 输电线 路难于 引出 分支 线路, 绝大 部分只用 于端 对端送 电。 HVDC 应用场合:(1) 远距离大容量输电(等价距离 ) ;(2) 非同步联网;(3) 海底电缆送 电;(4) 用地 下电 缆向 大城 市供电 ;(5) 交流 系统 互联 或配电 网增 容时 , 作为 限 制短路 电流 的 措施之 一;(6) 配 合新 能源的 输 电。 8、 等面积 定则 是判 断暂 态稳 定的基 本准 则, 请简 述其 内容和 物理 意义 。 答案: 9、 电力市 场条 件下 ,电 力生 产和运 行部 门的 辅助 服务 包含哪 些主 要内 容? 答案 1: 辅助 服务 是电 网的 安全稳 定运 行所 必需 的, 分 为基本 辅助 服务 和有 偿辅 助服务 。 基本辅 助服 务按 照有 关规 则的规 定 , 是 发电公 司的 义务 , 必 须提 供, 有偿 辅 助服务 由市 场运 行部门 有偿 购买 使用 。 发电 辅助服务包 括:(1) 有功频率 控制(AGC); (2) 旋转备 用;(3) 非旋转备用;(4)替代 备用;(5) 无 功及 电压 支持;(6)恢 复及 黑启 动, 即调峰 、 调频 、调 压、 黑启 动。 答案 2 : 辅助服 务是为 保 障电力系 统安全 稳定运 行 和电力供 应质量 必不可 少 的一种服 务,指 除正 常电 能生 产外 所提供 的频 率控 制、 备用 容量、 无功 支持 、黑 启动 等服务 。 辅助服 务是 相对 于电 能生 产、 输 送和 交易 的主 市场 而言的 。 目 前辅 助服 务并 没有一个 公认 的 统一定 义, 不同 的学 者对 辅助服 务的 定义 和内 容的 划分有 所不 同, 现将 有关 辅助服 务的 定义 和主要 内容 总数 如下 :( 一 )从输 电的 角度 将辅 助服 务定义 为: 为 完成 输电 的主 要功能 将 电能从 发电 厂输 送到 用户, 并保证 安全 和质 量所 需要 采取的 所有 辅助 措施 。认 为辅助 服务 的 主要内 容有: (1) 负荷 跟踪与 频 率控 制; (2) 旋转 备用; (3) 运行 备用; (4) 无功 备用和 电 压控 制; (5) 发电再 计划; (6) 处理 能量不 ; ( 二) 认 为辅 助服 务是 指那些 为满 足输 电的 可靠 性和经 济性 要求 而必须 提供 的服 务, 包括 调 度、电 压和 无功 功率 控制 、频率 控制 、各 种系 统备 用、稳 定控 制 等;( 三) 从 发电 侧考 虑, 认 为辅助 服务 是发 电厂 为保 证电力 系统 安全 可靠 运行 而采取 的必 要 措施。 电厂 的辅 助服 务包 括: (1) 发电 厂失 去厂 用电 时机组 启动 能力; (2) 发电 机调节 特性 系统频 率控 制; (3) 发 电机无 功 能力 系统 电压 控制 ;( 四) 也从 发电 侧角 度来考 虑, 认为 辅助 服务是 发电 厂为 保证 电力 系统安 全可 靠运 行能 力而 采取的 必要 措施 。 主 要内 容有: (1) 发 电厂 的频率 偏差 调整 和控 制; (2) 发电 厂的AGC;(3) 发电厂 额外增 发无 功容 量; (4) 发电 厂 提高 自启 动能力 ;( 五) 从运 行管 理 的角度 出发, 把在 当日 的实时 运 行中, 由于 一些 不可 预 测和不 可控 制的原 因, 如 交易 的临 时变动 、 负荷 的随 机波 动以 及机组 的 强迫 停运 等, 为保 证供电 质 量和 可 行性而 要求 有一 个有 功、 无功的 实时 平衡 服务 以及 其它的 运行 服务, 称为 辅助服 务 ;( 六) 提 出了辅 助服 务的 定义: 辅助 服务是 由控 制设 备和 操作 员执行 的有 关功 能, 这 些功能 是 发、 控、 输、 配 电用 以支 持基 本的 发电容 量、 电能 供应 和电 力传输 服务 。 主 要内 容有:( 1) 计划 和调 度; (2) 负荷 跟踪; (3) 旋转 备用; (4) 运行 备用; (5) 能量 平衡; (6) 替代 备用; (7) 电压 控制;( 七) 认为 辅助服 务包 括: (1) 有功 备用 和 频率 控制; (2) 无功 备用 和 电压 控制; (3) 黑启 动。 10、 请写出 你硕 士学 位论 文题 目,并 简述 主要 研究 内容 和贡献 。 华北电 力大 学( 北京 ) 2005 年 博士 研究 生入 学考试 试 题(A ) 解 答 下列 各题 (每题 10 分, 共 100 分) 1. 2003 年 8 月 14 日, 美加 部 分地区 发生 了大 停电 事故 , 这次 事故 震动 了全 世界 , 请简 述 事故的 起因 是什 么? 谈谈 大停电 给我 们的 教训 是什 么? 答案 1 : 2. 电力系 统可 靠性 、安 全性 、和稳 定性 各有 什么 含义 ?简述 各自 的主 要研 究内 容。 答案 1 : 电 力系 统安 全性: 指在设 备不 过负 荷, 而且 在它的 网络上 的变 量不 偏离 允 许范围的条 件下 ,满 足负 荷需 求的能 力。 3. 通过功率方程说明为 什么 潮流计算的数学模型 是非 线性的?应该采用什 么样 的数学方 法求解 ? 4. 简述保 证电 力系 统安 全的 三道 防线 是 什么 ? 答案 1 : 第一道 防线 是指 正常 运行 方式下 的电 力系 统受 到单 一故障 扰动 后 , 由 继电 保护 装置准 确 动作迅 速切 除故 障, 保持 电力系 统稳 定运 行和 电网 的正常 供电 。 第二道 防线 是指 正常 运行 方式下 的电 力系 统受 到较 严重的 故障 扰动 后 , 继 电保 护装置 正 确动作 后, 由切 除发 电机 和切除 负荷 等稳 定运 行。 第三道 防线 是指 电 力系 统的 稳 定破 坏后, 由防 止事 故扩 大 的稳 定控 制措 施构 成第 三 道防 线。 采取 解 列电 网等 措施 防止系 统全 部崩 溃, 保证 部分重 要用 户供 电, 避免 长时间 、 大 面积 停电。 5. 电能质 量包 含哪 些内 容? 电能质 量的 指标 有什 么特 点? 答案: 电 能质 量的 定义 :导 致 用户 设备 故障 或不 能正 常 工作 的电 压、 电流 或频 率偏差。 电能质 量包 括 4 个方 面的 相关术 语和 概念 : 电压质量即用实际电 压与 额定电压间的偏差, 反映 供电企业向用户供给 的电 力是否合 格; 电流质 量即 对用 户取 用电 流提出 恒定 频率 、 正 弦波 形要求 , 并 使电 流波 形与 供电电 压同 相位, 以保 证系 统以 高功 率因数 运行 ; 供电质 量包 括技 术含 义和 非技术 含义 : 技 术含 义有 电压质 量和 供电 可靠 性; 非技术 含义 是指服 务质 量包 括供 电企 业对用 户投 诉的 反应 速度 和电力 价格 等; 用电质 量包 括电 流质 量和 非技术 含义 。 电能质量标准:(1) 频率偏 差:包括在互联电网和鼓 励电网中的两种;(2)电压 幅值:慢 速电压 变化 (即 电压 偏差 ) ; 快速 电压 变化 (电 压波 动和闪 变) ; 电 压暂 降 (是 由于系 统故 障 或干扰 造成 用户 电压 短时 间 (10ms1min) 内下降 到 90% 的额 定值 以下, 然 后又恢 复到 正常 水平, 会使用 户的次 品率 增大或 生产停 顿) ; 短时断 电(又 称电压 中断, 是由 于系统 故障跳 闸后造 成用 户电 压完 全丧 失 3min , 电压中 断使 用户 生产停 顿, 甚 至混 乱) ; 长 时断电 ; 暂时 工频过电 压; 瞬态过 电压 ;(3)电压不 平衡;(4) 电压 波形:谐 波电 压;间 谐波 电压;(5)信号 电压( 在电 力传 输线 上的 高频信 号, 用于 通信 和控 制) 。 电能质 量的 改善 : (1) 改 善电 能质 量基 础工作: 掌握 供电 网络 运行状 态, 对电 能质 量开 展实时 监测 ,以 掌 握其动 态 ; 分 析诊断 其变 化, 即在 详细 分析电 能质 量数据 的基 础上 , 利 用仿 真软件 对电 网 结 构的固 有谐 振特 性进 行计 算与分 析 , 排 除虚假 的谐 波干扰 ; 开展 系统的 合理 设计和 改造 , 变 电站的设计和 投运以及新 的电力用户投 运之前都要 进行谐波源负 荷及电能质 量要求等方面 的技术 咨询 , 线路网 络改 造和建 设也 要结 合运 行负 荷的特 点和 措施 , 以 降低 线损 , 降 低设 备 损失事 故; 开展 滤波 装置 或无功 补偿 装置 的研 制、 调试和 现场 测试 ,以 了解 治理后 的效 果 , 并总结 经验 。 (2)VQC 装 置 (电 压无 功综合 控 制装 置) ,其基 本控 制原 理:把主 变高 压侧 无功潮 流 量,减去目 前补 偿量 , 作 为负 荷的无 功潮 流量 。 将 目前 测得的 电压 值与 电压 比较 器定值 比较 , 当 超出或 低于 两个 电压 比较 器定值 时 , 通 过运 算器 进行 运算来 启动 主变 分接 开关 换挡及 增减 补 偿电容 的投 切组 数, 从而 使主变 中 、 低 压侧电 压控 制在标 准范 围内 , 并 可以 使主变 高压 侧 的 无功潮 流0(即 无功 不反送 ) 。 (3) 无源 滤波装置 :该装 置由 电容器、 电抗器, 有时还 包括电阻 器等无源 元件组 成,以 对某次 谐波 或其 以上 谐波 形成低 阻抗 通路 ,已 达到 抑制高 次谐 波的 作用 。 (4)有源滤 波器(APF) :利用 可控的 功率 半导 体器 件向 电网注 入与 谐波 源电 流幅 值相等 、 相位相 反的 电流 , 使 电源 的总谐 波电 流为 零, 达到 实时补 偿谐 波电 流的 目的 。 与 无源 滤波 器 相比, 有以 下特 点: 不仅 能补偿 各次 谐波 ,还 可抑 制闪变 ,补 偿无 功, 有一 机多能 的特 点 , 在性价 比上 较为 合理 ; 滤波 特性不 受系 统阻 抗等 的影 响, 可消 除与 系统 阻抗 发生 谐振的 危险 ; 具有自 适应 功能 ,可 自动 跟 踪 补偿 变化 着的 谐波 ,既 具 有高 度可 控性 和快 速响 应 性等特点。 6. 对同步 发电 机的 数学 模型 进行派 克变 换的 数学 和物 理意义 是什 么? 7. 简述高 压直 流输 电(HVDC ) 系统 的概 念、 特点 、和 主要应 用。 8. 等面积 定则 是判 断暂 态稳 定的基 本准 则, 请简 述其 内容和 物理 意义 。 答案: 暂态稳 定的“等面 积定 则” 必须满 足面 积 abcd=defg 的条件 ,转 子才 能再 一次 回到同 步转 速 , 功角 才不 再继 续增 大。 面积 abcd 成 为加 速面 积, 面积 defg 成 为减 速面 积。 因 此, 加速 面积与 减速 面积 相等 是保 持暂态 稳定 的条 件。 在同样 的切 除时 间条 件下 ,扰 动越 大, 即 P2 越 小,加 速 面积 越大, 系统 暂态稳 定 水平 越低。 另外 正常 运行 点越 高,也 会造 成加 速面 积大 于减速 面积 ,使 系统 不能 保持暂 态稳 定 。 加速面 积=减速 面积 的最 高正 常 运行 点就 是暂 态稳 定极 限。 即 P 0 在一 定位 置时, abcde=defk 就是暂 态稳 定极 限。 物理意 义: 在 上图 中画 出了 发 电机 在正 常运行 P 1 、故 障 P 2 和故 障切 除 P 3 三种状 态 下的 功率特 性曲 线。 假定 机械 功率 P T 始终 保持 P 0 。 图中 a 点表 示正 常运 行时发电机的运行点。 发生短路后功率特性立即 降为 P 2 ,但由于转子的惯 性,转子角度不会立即发 生变化,其相 对于无 限大 系统 母线 U 的 角度 0 仍 然保 持不 变。 因此发 电 机的 运行 点由 a 点 突然 变至 b 点, 输出功 率显 著减 少, 而 原 动机机 械功 率 P T 不变, 故 产生较 大的 过剩 功率。 故 障情况 愈严 重, P 2 功率 曲线 幅值 愈低 (三相 短 路时 为零 ) , 则过 剩功率 愈 大。在 过剩 转矩 的作用 下 发电 机转子将加速,其 相对速度 ( 相对于同步转 速)和相 对 角度逐渐增 大,使运 行 点由 b 点向 c 点移动 。 如 果故 障永 久存 在下去 , 则 始终 存在 过剩 转矩, 发电 机将 不短 加速 , 最终 与无 限大 系统失 去同 步 。 实 际上 , 短路后 继电 保护 转置 将迅 速动作 切除 故障 线路 。 假 设在 c 点时 将故 障 切 除, 则发 电机 的功 率特 性为 P 3 , 发电 机的 运行 点从 c 点 突然 变至 e 点 ( 同样由 于 不能 突变) 。 这时发 电机 的输出 功率比 原动机 的机械 功率 大,使 转子受 到制动 ,转 子速度 逐渐减 慢。 但由 于此 时的速 度已 经大于 同步 转速 , 所 以相 对角度 还要 继续 增大 。 假 设制动 过程 延 续 到 f 点 时转 子转 速才 会到 同步转 速, 则 角不 再增 大。但 是, 在 f 点是 不能 持续云 高兴 的, 因为这 时机 械功 率和 电磁 功率仍 不平 衡, 前者 小于 后者。 转子 将继 续减 速, 开始 减小 , 运 行 点 沿功 率特性 P 3 由 f 点向 e 、k 点 转移。 在达 到 k 点以前 转子 一直 减 速,转子 速 度低 于同 步 速 。在 k 点 虽然机 械功 率与电 磁功 率平 衡, 但由 于这时 转子 速度 低于 同步 转速 , 继续 减 小。 但越 过 k 点以后 机械 功率开 始大 于电 磁功 率, 转子又 加速 , 因而 一直 减小到 转速 恢 复 同步转 速后 又开 始增 大。 此后运 行点 沿着 P 3 开 始第 二次振 荡。 如果 振荡 过程 中没有 任何 能 量 损 耗, 则 第二 次 又将增 大至 f 点的 对应 角度 max , 以后就 一直 沿着 P 3 往复不 已 地振 荡。 实际上 , 振 荡过 程中 总有 能量损 耗, 或者 说总 存在 着阻尼 作用 , 因 而振 荡逐 渐衰减 , 发 电机 最后停 留在 一个 新的 运行 点 k 上运 行。k 点即 故障 切除后功 率特性 P 3 与 P T 的 交点。 如果故障 线路切 除得比 较 晚,这时 在故障 线路切 除 前转子加 速已比 较严重 , 因此当故 障线路 切除 后, 在到 达 f 点 时转子 转速 仍大 于同 步转 速。 甚 至在 到达 k时转 速还 未 降至 同步 转速, 因此 就将 越过 k 点对应 的角 度 k 。 而 当运行 点 越过 k 点 后, 转子 又立 即 承受 加速 转矩, 转速 又开 始升 高, 而且加 速度 愈来 愈大 , 将不断 增大 , 发 电机 和无 限大系 统之 间终 将视区 同步 。 9. 电力市 场条 件下 ,电 力生 产和运 行部 门的 辅助 服务 包含哪 些主 要内 容? (答 案见上 ) 10. 请写出 你硕 士学 位论 文题 目,并 简述 主要 研究 内容 和贡献 。 08 年有 一道 题是 关于 节能调 度 的。 答案:2007 年 12 月 20 号, 随 着贵 州省 正式 启动 节 能发电 调度 试点 ,标 志着 将对我 国 电力市 场产 生重 大影 响的 节能调 度政 策的 开始 付诸 实施。2007 年 8 月, 由发 展改革 委、 环 保总局 、电监 会和能 源办 联合下 发的 节能发 电调 度办法 (试行 )规 定了不 同类型 发电的 调度优 先级 ,具 体如 下: 1、 无调 节能 力的 可再 生能源 发 电机 组; 2 、 有调 节能力 的 可再 生能 源发 电机 组满 足 环保 要求的 垃圾 发电 机组;3、 核能发 电机 组;4、 按 “以 热定电” 方式 运行 的燃 煤 热电联 产机 组 和资源 综合 利用 发电 机组 ;5、 天然 气、 煤 气化 发电 机组;6、 其他 燃煤 发电 机 组, 包括 未带 热负荷 的热 电联 产机组 ;7 、燃 油发 电机 组。 同类型 火力 发电 机组 按照 能耗水 平由 低到 高排 序, 节能优 先 ; 能 耗水平 相同 时, 按照 污 染物排 放水 平由 低到 高排 序。 机组 运行 能耗 水平 近期 暂依照 设备 制造 厂商 提供 的机组 能 耗参 数排序 ,逐 步过 渡到 按照 实例数 值排 序。 节能调 度的 提出 , 旨 在建 立一种 以能 耗及 排放 水平 为基准 的发 电调 度方 式, 在发电 能源 消耗方 面, 最大 限度 地发 挥可再 生能 源及 其他 清洁 能源的 作用 , 最 大限 度减 少化石 燃料 的使 用; 其核 心是 “改 变传 统 的以平 均利 用小 时数 计划 为指导 的发 电量 调度 方式 , 取 而代 之是 在 保证电 网安 全的 前提 下, 按照机 组能 耗水 平排 序, 能耗低 的机 组多发 电, 能耗 高 的机 组少发 电或 不发 电, 实 现电 能生 产环节 的能 耗最 小化 ,从 而达到 节能 的目 的。 ” 节能调度 的背景 :1、 节能 减排是大 势所 趋。电 力行 业作为主 要能 源消耗 型行 业,节 能减排效 益十分 显著, 理应 成为优 化调整 的对象 ;2、 电力供 应相对 富余。 经过 近几年 来在电 源建设 方面 投入 的增 多, 全国开 始出 现电 力供 应相 对富余 的态 势, 为节 能调 度提供 了可 能 , 同时也 是通过 政策调 控促 进发电 机组更 新换代 的良 好时机 ;3、电 网建 设投入 增多。 电网建 设的投 入增 多, 使得 实施 节能调 度后 电网 输电 环节 的配套 投入 能够 保证 , 避 免出现 在发 电侧 节能调 度, 却因电 网受 阻无 法 实施 的情 况。 华北电 力大 学( 北京 ) 2003 年 博士 研究 生入 学考试 试 题(A ) 解 答 下列 各题 (每题 10 分, 共 100 分) 1、 从安全 角度 来看 ,电 力系 统运行 的五 种状 态是 什么 ?简述 每种 状态 的特 点。 2、 电力系 统的 可靠 性、 安全 性和稳 定性 各有 什么 含义 ?简述 各自 的主 要研 究内 容。 3、 通过功率方程说明为 什么 潮流计算的数学模型 是非 线性的?应该采用什 么样 的数学方 法求解 。 4、 电力系 统正 常运 行时 既要 保持有 功平 衡, 也要 保持 无功平 衡, 试从 电源 、负 荷及管 理 、 控制方 面说 明保 证有 功平 衡和无 功平 衡的 主要 特点 。 5、 电能质 量包 含那 些内 容? 电能质 量的 指标有 什么 特点 ? 6、 对同步 发电 机的 数学 模型 进行派 克(Park )变 换的 数学和 物理 意义 是什 么? 7、 简述高 压直 流输 电(HVDC )系 统的 概念 、特 点和 主要 应 用。 8、 等面积 定则 是判 断暂 态稳 定的基 本准 则, 请简 述其 内容和 物理 意义 。 9、 电力市 场条件下,电力生产和运 行部门的辅助服务(Auxiliary Service )包括那些主 要 内容? 10、 请写出 你硕 士学 位论 文题 目,并 简述 主要 研究 内容 和贡献 是什 么。 中国电 力科 学研 究院 2004 年博 士研 究生 入学 考 试试题 1、2003 年 8 月 14 日 ,美 加部分 地区 发生 了大 停电 事故, 这次 事故 震动 了全世 界 ,请 简述 事故的 起因 是什 么? 谈谈 大停电 给我 们的 教训 是什 么? 答案 1 : 起因 : 2003 年 8 月 14 号下 午, 美国 俄亥 俄 州克利 夫兰 市郊 外一 条过 热的电 线下 垂到一 棵树 上 , 引发 了一 系列激 烈的 连锁 反应 , 导 致了北 美有 史以 来最 大规 模的停 电 。 据负 责美加 大面 积停 电事 故调 查的北 美电 力可 靠性 委员 会披露 了大 停电 的一 些情 况: 这次 事故 的原因可 能是 电压 变化 、输 电线故 障和 发电 厂停 电等 问题共 同造 成的 。 教训:电 网结 构要合 理; 具备合适 的可 靠的继 电保 护和安全 自动 装置; 无功 电源和电 压 控制 ; 防 止负 荷大量 转移 引起的 恶性 连锁 反应 ; 建 立好最 后一 道防 线, 防止 长时 间大 面积停 电和对 最重 要用 户的 破坏 性停电 。 答案 2:教 训 :(1) 控 制适当 的 电网 规模 ;(2)对 陈旧 的电网 的改 善: 加强 日常维 护 ;保证 足够的备用容量;发展分散配置电网;开发分散式电源;(3) 研发新的自动控制技术;(4)提 高运行人员素质;(5) 加强管制,采用统一分层管理,促进信息协调;(6)加强经济、政策 的 引导作 用;(7) 建立 紧急 事 故防御 体系 。 结论:改 革和 发展与 安全 应当是并 行不 悖、相 辅相 成的,电 力系 统体制 改革 的推进不 是 以牺牲 电力 系统 安全 、 可 靠 性为代 价, 相反, 改革 和发 展的目 的之 一就 是要 实现 更高的 安全 、 可靠性 这一 目标 。 同时 电力 系统的 安全 也是 电力 改革 能否顺 利进 行的 重要 条件 和成功 与否 的 重要标 志。 在电 力市 场化 的今天 ,在 电力 改革 的过 渡时期 会给 电力 可靠 性带 来一定 的风 险 。 面对众 多的 重大 事故 , 在今 后的发 展过 程中 必须 认识 到电力 系统 的改 革和 发展 必须高 度重 视 安全问 题。 2 、 高斯- 赛德尔迭代法和牛顿拉夫 逊迭代法是常规的潮流计 算方法,请介绍一下最优 潮流 (OPF )算法 的原 理及 其 应用。 3、 简 述电 力系 统中 主要 有那 些 控制 ?并 简单 介绍 其控 制 原理, 你认 为那 种控 制是 最 完美的? 答案 1 :励 磁控 制、 调速 控制、AGC 控制 、有 载调压 变 压器 分接 头控 制、 无功 补 偿装 置自动 投切 、直 流输 电控 制、FACTS 控制 、自 动重 合闸、 开关 投切 、汽 门和 蝶阀控 制、 低 周减载 等。 4、写出 dp0 坐 标下的 同 步发电 机的 磁链 方程 和电 压方程 ,简 述派 克(Park )变换 在同 步发 电机建 模及 分析 中的 作用 是什么 ? 5、暂态 稳定分 析的 基本数 学模型 是什么 ?简述 等面 积定则 的原理 及其在 暂态 稳定分 析中的 应用。- 配套讲稿:
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- 电力 系统分析 博士 入学考试 习题 答案
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