《电力系统自动化》课程考试复习内容-答案
整理：史跃鹏2011.7.17
2011学年第二学期
说明：电气工程专业课为：《电力电子技术》《自动控制技术》《电力系统分析》，要求平均分大于75分才能获得学位。
1 ?请简述电力系统的主要特点和运行的基本要求。
参考书：第1章“电力系统特点和基本要求”
答：特点：
1、与国民经济、人民日常生活联系紧密。
2、系统结构庞大复杂
3、各种暂态过程非常短促
4、电能不能大量储存
基本要求：
1、保证供电的可靠性
2、保证良好的电能质量
3、保证系统运行的经济性。
2?请简述电力系统自动化的主要研究内容。
参考书：第1章“电力系统自动化主要内容”
答：1、电力系统调度自动化
2、电厂动力机械自动化
3、变电站自动化
4、电力系统自动装置
3?准同期并列的三要素是什么？
参考书：第2章第1节“二、准同期并列”中的“准同期并列的理想条件”
答：
1.并列开关两侧的电压相等，
2.并列开关两侧电源的频率相同，
3.并列开关两侧电压的相位角相同。
4?并列操作瞬间如果存在相位差，请分析准同期并列操作对系统的影响。
参考书：第2章第1节“二、准同期并列”中的“同期并列误差对并列的影响”的“合闸相角差对并列的影响”
答：出现因相位不等的电压差，相位差180度时，电压差最大，冲击电流可以达到额定电流的20倍，可能损坏定子绕组端部，相位差在0-180度之间时，冲剂电流既有有功分量，也有无功分量，在发电机轴上产生冲击力矩。
5?并列操作瞬间如果存在频率差，请分析准同期并列操作对系统的影响。
参考书：第2章第1节“二、准同期并列”中的“准同期并列误差对并列的影响”的“合闸频率差对并列的影响”
答：因为频率不等产生电压差，这个电压差是变化的，变化值在0-2Um之间。这种瞬时值的幅值有规律地时大时小变化的电压成为拍振电压。它产生的拍振电流也时大时小变化，有功分量和转子电流作用产生的力矩也时大时小变化，使发电机振动。频率差大时，无法拉入同步。
6?并列操作瞬间如果存在电压幅值差，请分析准同期并列操作对系统的影响。
参考书：第2章第1节“二、准同期并列”中的“准同期并列误差对并列的影响”的“合闸电压幅值差对并列的影响”
答：合闸时产生冲击电流，为无功性质，对发电机定子绕组产生作用力。
7?已知发电机准同期并列允许压差为额定电压的5%,允许频差为额定频率的
0.2%，当图1所示Ts分别为9s和11s时，请分析正弦整步电压波形是否满足并列操
作的压差和频差条件。
Us.
图1正弦整步电压波形
参考书：第2章第2节“一、脉动电压”
答案：当Ts= 9s时，压差条件满足，频差条件不满足；
当Ts= 11s时，压差和频差条件均满足。
8 ?图2所示两种频差情况的U t.ad （恒定越前时间脉冲）与U 8.ad（恒定越前相角脉冲）关系波形图，通过比较U t.ad与U 5 .ad顺序检查频差大小，请问哪种频差情
况满足并列操作的要求，为什么?
图2两种频差情况的U t.ad 与％.a 关系波形图
参考书：第2章第3节“一、整步电压；二.恒定越前时间信号形成；三.频率差检测
答案：图⑻所示，U &ad 有效电平出现时间先于 U t.ad ，表示 允许频差；图（b ）所示，U t.ad 有效电平出现时间先于 U 8.ad ，表示 s sY ，即实际频差
大于频差设定值；图（C ）所示，U &ad 有效电平出现时间等于 U t.ad ，表示| s | sY ，即实 际频差等于允许频
差；显然图 （a ）、图（C ）所示情况满足并列操作要求。
9?同步发电机励磁自动调节的主要作用有哪些？
参考书：第3章第1节“一、同步发电机励磁控制系统的主要任务 ”
答：
1、 控制电压
2、 合理分配并联发电机间的无功功率
3、 提高电力系统的稳定性
4、 改善电力系统的运行条件（1、改善异步电动机的启动性能 2、为发电机异步运行创
造条件3、提高带时限继电保护动作的可靠性）
5、水轮发电机组要求强行减磁
sY ，即实际频差小于 utU
10.简述同步发电机自并励励磁系统结构及其工作原理和特点？画出其示意图
参考书：第3章第3节“同步发电机励磁系统”中的“三、静止励磁系统”
答：工作原理：（如下图）发电机励磁功率取自发电机端，经过励磁变压器TV降压，可
控硅整流器VS整流后供给发电机励磁。发电机励磁电流通过自动励磁调节器控制晶闸管的控制角进行控制。
特点：1、结构简单，可靠性高，造价低，维护量小。
2、没有励磁机，缩短了机组主轴的长度，可减少电厂土建造价。
3、直接用可控硅控制转子电压，可获得很快的励磁电压响应速度，可以近似地认为具有阶跃函数那样的响应速度。
示意图：
第二节同步发电机励磁系统
?三、静止励磁系统（发电机口并励系统）
|引2-13挣止励磁系统援线
11.简述同步发电机他励交流励磁系统结构及其工作原理和特点？画出其示意图。
参考书：第3章第3节“同步发电机励磁系统”中的“二、交流励磁机励磁系统”
答：工作原理：交流主励磁机与交流副励磁机与发电机同轴转动。交流副励磁机配有
个自励恒压调节器维持其端电压为恒定值。副励磁机输出的交流电经过可控硅整流变成
直流给主励磁机励磁。主励磁机输出的交流电经过不可控硅整流器变成直流，供给发电机作为励磁电流。
特点：1、取消了直流励磁机，不存在换向问题，而交流励磁机的容量可以做的很大，所以容量不受限制
2、交流主励和副励与发电机同轴，自成体系，励磁系统不受电网的干扰，可
靠性高
3、由于晶闸管的控制角变化很快，励磁电流可以很快变化，所以为快速励磁系统。
4、交流励磁机的时间常数大，控制环节多，增加了励磁系统的时间常数。为解决此问题，励磁机转子采用叠片式结构，也使得输出的直流波纹减小。
5、有转子滑环和碳刷。
6、加长了主机轴长度。
第二节同步发电机励磁系统
二、交流励磁机励磁系统
（一｝他励交流励磁机励磁系统
_ _________ ________ _________ __________ J L
图2-11 他励交流励艇机励磁系统原理接线
12．同步发电机自动励磁调节器由哪几个单元电路构成？各单元的主要功能要求是什么？
参考书：第3 章第4 节“ 自动励磁调节器基本原理”中的“ 二、半导体励磁调节器原
理”
答:构成：1、测量比较单元2、综合放大单元3、移相触发单元
对个单元的要求：
一、测量比较单元
1、测量电路应该有足够高的灵敏度，基准电压稳定，电压给定电路的调整范围必
须满足运行要求
2、测量电路应该具有优良的动态性能
3、测量电路的输出电压应该平稳，波纹要小
二、综合放大单元
1、要求能线性无关地综合、放大各个输入信号。
2、有足够的运算精度和放大系数，放大系数可调整
3、响应速度要快，时间常数要小
4、工作稳定、输出阻抗低。
5、输出电压范围满足移相触发单元的要求
三、移相触发单元
1、晶闸管的触发脉冲应该与奸诈管阳极电压同步。
2、触发脉冲移相范围要符合相应可控整流电路的要求
3、触发脉冲应有足够的功率以保证可控硅元件可靠地导通。
4、触发脉冲的上升前沿要陡。
5、触发脉冲有足够的宽度。
7、保证各相可控硅元件的控制角一致。
6、触发脉冲与主电路应相互隔望
8、 对三相全控桥式整流电路，还要求触发脉冲宽度大于 60度或者采用双脉冲触 发。
13?什么叫发电机 灭磁”有哪几种灭磁方法？并做比较。（所学教材没有相关 知识）
我在估计你们可能采用的教材中没有找到此部分知识点，
如果届时我拿到你们的教材有 这个知识点，就可能会把这道题作为考试题， 如果你们的教材中没有这部分知识点，
我就不 出此考题。请大家在所拿到的教材中找到相应部分并进行复习。参考教材：王葵、孙莹《电 力系统自动化》第 2章第3节“励磁系统中的转子磁场的建立和灭磁”
答：发电机灭磁是将发电机励磁电源切除再通过一定的方式来消除残余的磁场从 而达到消除发电机电压的目的，目前我们国家常用的灭磁方法有三种： 线性电阻 灭磁（目前用得比较多）、非线性灭磁、碳化硅灭磁。
14 ?图3给出了同步发电机感应电动势和励磁电流关系。
（1）请推导发电机感应 电动势、机端电压以及无功电流之间的关系； （2）根据推导结论画出发电机的I Q -U G 无功调节特性；（3）结合发电机无功调节特性曲线，请解释系统无功负荷减 小时，发电机机端电压的变化过程。若要维持发电机端电压不变，则发电机的励 磁电流应该如何调节？为什么？
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图3.同步发电机感应电动势和励磁电流关系
参考答案：由矢量图可知
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