下载文档原格式
第五章思考题及习题答案5-1什么是电力系统的有功功率备用容量？为什么要设置备用容量？答：系统的电源容量超出发电厂发出的有功功率的总和的部分，称为系统的备用容量。
系统设置有功功率备用容量为了满足频率调整的需要，以保证在发电、供电设备发生故障或检修时，以及系统负荷增加时，系统仍有足够的发电容量向用户供电，保证电力系统在额定频率下达到有功平衡。
5-2 电力系统频率偏移过大的影响有哪些？答：频率偏移过大时，主要有以下影响：（1）电动机的转速和输出功率随之变化，会严重地影响产品的质量。
（2）会影响各种电子设备工作的精确性。
（3）对电力系统的正常运行影响很大。
对汽轮发电机叶片都有不良影响；电厂用的许多机械如水泵、风机等在频率降低时都要减小出力，因而影响发电设备的正常运行，使整个发电厂的有功出力减小，从而导致系统频率的进一步下降；频率降低时，异步电动机和变压器的励磁电流增大，为了不超越温升限额，不得不降低发电机的发出功率；频率降低时，系统中的无功功率负荷将增大，无功功率损耗增加，这些都会给电力系统无功平衡和电压调整增加困难。
总之，由于所有设备都是按系统额定频率设计的，系统频率质量的下降将影响各行各业。
而频率过低时，甚至会使整个系统瓦解，造成大面积停电。
5-3 什么是电力系统负荷的有功功率—静态频率特性？何为有功功率负荷的频率调节效应？K的大小与哪些因素有关？L答：系统处于运行稳定时，系统中有功负荷随频率的变化特性称为负荷的有功功率—静态频率特性。
当系统有功平衡破坏而引起频率变化时，系统负荷也参与对频率的调节（当频率变化时，系统中的有功功率负荷也将发生变化），这种特性有助于系统中的有功功率在新的频率下重新达到平衡，这种现象称为负荷的频率调节效应。
K的数值取决于全电力系统各类负荷的比重。
L5-4什么是电力系统发电机组的有功功率—静态频率特性？何为发电机组的单位调节功率？K的大小与哪些因素有关？G答：发电机输出的有功功率与频率之间的关系称为发电机组的有功功率一频率静态特性。
《电⼒系统分析》习题集及答案电⼒系统分析习题集收集整理，仅供学习，勿做他⽤前⾔本书是在⾼等学校教材《电⼒系统稳态分析》和《电⼒系统暂态分析》多次修改之后⽽编写的与之相适应的习题集。
电⼒系统课程是各⾼等院校、电⽓⼯程专业的必修专业课，学好这门课程⾮常重要，但有很⼤的难度。
根据国家教委关于国家重点教材的编写要求，为更好地满⾜⽬前的教学需要，为培养出⼤量⾼质量的电⼒事业的建设⼈材，我们编写了这本《电⼒系统分析习题集》。
⼒求使该书具有较强的系统性、针对性和可操作性，以便能够使学⽣扎实的掌握电⼒系统基本理论知识，同时也能够为⼴⼤电⼒⼯程技术⼈员提供必要的基础理论、计算⽅法，从⽽更准确地掌握电⼒系统的运⾏情况，保证电⼒系统运⾏的可靠、优质和经济。
全书内容共分⼗五章，第⼀⾄第六章是《电⼒系统稳态分析》的习题，第七⾄第⼗四章是《电⼒系统暂态分析》的习题，第⼗五章是研究⽣⼊学考试试题。
本书适⽤于⾼等院校的师⽣、⼴⼤电⼒⼯程技术⼈员使⽤，同时也可作为报考研究⽣的学习资料。
由于编写的时间短，内容较多，书中难免有缺点、错误，诚恳地希望读者提出批评指正。
⽬录第⼀部分电⼒系统稳态分析第⼀章电⼒系统的基本概念第⼆章电⼒系统的元件参数及等值电路第三章简单电⼒系统的计算和分析第四章电⼒系统潮流的计算机算法第五章电⼒系统的有功功率和频率调整第六章电⼒系统的⽆功功率和电压调整第⼆部分电⼒系统暂态分析第七章电⼒系统故障分析的基本知识第⼋章同步发电机突然三相短路分析第九章电⼒系统三相短路的实⽤计算第⼗章对称分量法及元件的各序参数和等值电路第⼗⼀章不对称故障的分析、计算第⼗⼆章电⼒系统各元件的机电特性第⼗三章电⼒系统静态稳定第⼗四章电⼒系统暂态稳定第⼗五章研究⽣⼊学考试试题附录第⼀部分电⼒系统稳态分析电⼒系统稳态分析，研究的内容分为两类，⼀类是电⼒系统稳态运⾏状况下的分析与潮流分布计算，另⼀类是电⼒系统稳态运⾏状况的优化和调整。
第⼀章电⼒系统的基本概念1-1 什么叫电⼒系统、电⼒⽹及动⼒系统？电⼒系统为什么要采⽤⾼压输电？1-2 为什么要规定额定电压？电⼒线、发电机、变压器和⽤电设备的额定电压是如何确定的？1-3 我国电⽹的电压等级有哪些？1-4 标出图1-4电⼒系统中各元件的额定电压。
第二章 思考题及习题答案2-1 架空线路的参数有哪些？这几个参数分别由什么物理原因而产生？答：架空线路的参数有电阻、电抗、电导和电纳。
电阻反映线路通过电流时产生的有功功率损失效应；电抗反映载流导线周围产生的磁场效应；电导反映电晕现象产生的有功功率损失效应；电纳反映载流导线周围产生的电场效应。
2-2 分裂导线的作用是什么？如何计算分裂导线的等值半径？答：分裂导线可使每相导线的等效半径增大，并使导线周围的电磁场发生很大变化，因此可减小电晕损耗和线路电抗。
分裂半径计算公式为ni ni eq d r r 12=∏=2-3 电力线路一般以什么样的等值电路来表示？答：短线路一般采用一字型等值电路，中等长度线路采用π型等值电路，长线路采用修正值表示的简化π型等值电路。
2-4 双绕组和三绕组变压器一般以什么样的等值电路表示？变压器的导纳支路与电力线路的导纳支路有何不同？答：双绕组和三绕组变压器通常采用Γ型等值电路，即将励磁支路前移到电源侧。
变压器的导纳支路为感性，电力线路的导纳支路为容性。
2-5 发电机的等值电路有几种形式？它们等效吗？答：发电机的等值电路有两种表示形式，一种是用电压源表示，另一种是以电流源表示，这两种等值电路是等效的。
2-6 电力系统负荷有几种表示方式？答：电力系统负荷可用恒定的复功率表示，有时也可用阻抗或导纳表示。
2-7 多级电压电网的等值网络是如何建立的？参数折算时变压器变比如何确定？答：在制定多电压等级电力网的等值电路时，必须将不同电压级的元件参数归算到同一电压级。
采用有名制时，先确定基本级，再将不同电压级的元件参数的有名值归算到基本级。
采用标幺制时，元件标幺值的计算有精确计算和近似计算两种方法。
精确计算时，归算中各变压器的变比取变压器的实际额定变比；近似计算时，取变压器两侧平均额定电压之比。
2-8 有一条110kV 的双回架空线路，长度为100km ，导线型号为LGJ-150，计算外径为16.72mm ，水平等距离排列，线间距离为4m ，试计算线路参数并作出其π型等效电路。
电力系统分析（I）Power System Analysis电力系统的组成～工业农业商业生活发电＋输电＋变电＋配电＋用电电网电力系统sa D D L eq0ln2πμ=3312312eq D D D D =互几何均距2344 1.09sb s d D D d-=架空输电线路的参数+q bH13H12 H1H2H23H3+q a+q c-q a-q c D12D13D23-q b2－1架空输电线路的参数高压架空输电线00L r ω<<00=g2－1架空输电线路的参数创新✧R？✧L？✧C？V( dx2－2架空输电线的等值电路集中参数等值Π型等值电路⎩⎨⎧≈'+≈'l b k Y l x k l r k Z b x r 000j j 工频稳态修正参数：500～600km2－2架空输电线的等值电路集中参数等值Π型等值电路⎩⎨⎧+≈'+≈'l b g Y l x r Z )j ()j (0000 工频稳态近似参数：200～300km更长的线路，可以用多个Π型等值电路串联表示2－3变压器的等值电路和参数R1 G T j X1-j B T R2j X2 R3j X3等值电路三绕组变压器2－3变压器的等值电路和参数参数计算变比kT✧两侧绕组空载线电压的比值✧与同一铁芯上原副方匝数有区别，与绕组接法有关✧按照实际的分接头计算2－3变压器的等值电路和参数R 1G Tj X 1-j B T参数计算三绕组变压器R 2j X 2R 3j X 3高低中高中低升压变降压变2－3变压器的等值电路和参数参数计算三绕组变压器✧导纳G T-j B T✧变比k12、k23、k13计算方法与双绕组变压器相同2－3变压器的等值电路和参数变压器的Π型等值电路R T j X Tk : 1-j B TG T理想变压器2－3变压器的等值电路和参数变压器的Π型等值电路R T j X T。
电力系统分析第一章习题1-1 动力系统、电力系统和电力网的基本构成形式如何？答：由生产、变换、传送、分配和消耗电能的电气设备（发电机、变压器、电力线路以及各种用电设备等）联系在一起组成的统一整体就是电力系统。
动力系统是电力系统和发电厂动力部分的总和。
电力网是电力系统的中出去发电机和用电设备外的部分。
1-2 根据发电厂使用一次能源的不同，发电厂主要有哪几种形式？答：发电厂主要有火力发电厂、水力发电厂、核动力发电厂和其他能源（太阳能、风能、潮汐等）发电厂。
1-3 电力变压器的主要作用是什么？主要类别有哪些？答：电力变压器的主要作用是升高或者降低电压，还能起到将不同电压等级的电网相联系的作用。
按相数可分为单相式和三相式两类；按每相绕组数可分为双绕组和三绕组变压器；按耦合方式可分为普通变压器和自耦变压器；按分接开关是否可以带负荷操作可分为有载调压式和无载调压式变压器。
1-4 架空线路与电缆线路有什么特点？答：架空线路是将裸导线架设在杆塔上，由导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具等主要元件组成。
它的导线和避雷线受各种因数影响，运行条件恶劣，因而其材料都具有相当高的机械强度和抗化学腐蚀能力还具有良好的导电性能。
当电路电压超过220v时还采用扩径导线或者分裂导线。
电缆线路一般是将电缆敷设在地下，由导线、绝缘层保护皮组成，电缆线路价格较架空线路高，维修费时，但不需要在地面上架设杆塔、占地面积较小、供电可靠、不易受外力破坏，对人身较安全，不影响环境美观。
1-5 直流输电与交流输电比较有什么特点？答：直流输电主要优点：（1）造价低；（2）运行费用低；（3）不需要串并联补偿；（4）不存在稳定性问题；（5）采用直流联络线可以限制互联系统的短路容量。
直流输电主要缺点：（1）换流站造价高；（2）换流装置在运行中需要消耗功率并且产生谐波；（3）只留高压断路器造价比较高。
1-6 电力系统的结构有何特点？比较有备用和无备用接线形式的主要区别。
目录1、统短路故障的基本知识 (2)1.1短路故障的概述【1】 (2)1.2标幺制 (3)1.2.1标幺制 (3)1.2.2标幺制的优点【3】： (4)2、称分量法在不对称的短路计算中的应用【4】 (5)2.1不对称三相量的分解 (5)2.2、正序等效定则【5】 (7)3、电力系统不对称短路计算实例 (8)3.1各个元件等效电抗标幺值的计算 (9)3.2计算出各序的等值电抗： (10)3.3、求取各相电流和电压： (11)3.4电流电压相量图如下图所示。
(12)4、课程设计结论 (13)5、总结与体会 (13)6、致谢. (14)7、参考文献 (14)前言电力系统的安全、稳定、经济性的运行，对于各个从事与电力行业相关的工作者来说都是最理想的工作状态，但是随着电力系统的运行过程中总会难以避免有故障的产生。
伴随着电力系统故障的产生且电力系统故障的多样性，所以现如今电力系统分析这门学科也成为了电气专业最热门、必不可缺的课程之一，电力系统故障分析的方法多年来亦成为了电力行业学术研究的热点。
引起电网不对称的原因，超高压架空输电线路不换位，变压器结构不对称。
交直流变换器的存在，系统负荷不平衡，系统中存在非线性的元件。
电力系统可能发生的故障主要可分为短路故障和断路故障。
短路故障属于横向故障，其中发生概率最大的是单相短路故障。
短路故障是指一切不正常的相与相之间或相与地的（或中线）之间发生导通的情况。
因为短路故障引起的电流要比电力系统正常运行时的电流大的多，其冲击效应与热效应都会对电器设备造成损害，同时短路故障改变了电力系统的网络结构。
因此对发电机的输出功率都有影响，严重时可成发电机之间的失步，使得电力系统失去稳定，因此必须对电力系统的各种暂态情况进行分析研究，根据分析结果选择相应的保护设备。
1、统短路故障的基本知识1.1短路故障的概述【1】电力系统在运行时可能受到各种扰动，例如负荷切换以及系统内个别元件老化引起不同相之间或相线与地线之间发生的短路等，这些扰动如果使得电力系统不能正常运行，就成为电力系统故障。
如果电力系统中只有某一处发生故障称为简单故障，如果有两个及以上的简单故障发生，则成为复杂故障。
发生短路故障的原因有很多，常见的有：（1）元件的绝缘自然老化发展成为短路；（2）因雷击或过电压引起的电弧放电，风、雪等自然灾害引起的电杆倒塌；（3）人为的违规操作；（4）其他，如鸟兽等生物跨接裸露导线等造成的短路。
发生短路故障时可能产生以下后果：<1> 通过短路点的很大短路电流和燃烧所以起得电弧使短路点的元件发生故障甚至损坏。
<2> 短路电流通过非故障设备时，由于发热和电动力作用，引起他们使用寿命缩短甚至损坏<3> 电力系统中部分地区的电压大大降低，是大量电力用户的正常工作遭到破坏。
<4> 破坏电力系统中各发电厂之间并列运行的稳定性，引起系统震荡甚至系统崩溃。
短路故障又可以分为三相接地故障，用K（3）表示，单相接地故障，用K（1）表示，两项短接故障，用K（2）表示和两相接地短路故障，用K（1，1）表示。
在三相交流电力系统发生的各种短路故障中，单相接地短路所占的比例最高，其次为两相短路故障以及两相接地短路故障，三相短，路故障所占的比例最小，且电力系统短路故障大多数发生在架空线路部分，约占70%以上。
由上述可知：一般情况下单相短路、两相相间短路、两相对地短路的故障占所有故障类型中的大多数，即不对称类型的故障为主流，因此我们主要研究不对称故障的电路故障情况。
1.2标幺制1.2.1标幺制就是把各个物理量均用标幺制来表示的一种相对单位制。
【2】标幺制（per unit）电路计算中各物理量和参数均以其有名值与基准值的比值表示的无量纲体制。
例如物理量A，有其相应基准值AB，则A的标幺值A*=A/AB。
电力系统分析与计算采用标幺制，便于直观和迅速地判断系统元件参数、状态变量的正确性，并能大量简化计算。
在电力系统分析中，还经常采用一种相对单位制称为标幺制。
在标幺制中，各不同单位的物理量都要指定一个基准值，这个基准值用下标B表示。
1.2.2标幺制的优点【3】：2、称分量法在不对称的短路计算中的应用【4】2.1不对称三相量的分解正序分量：.a(1),(1),(1),b cF三相的正序分量大小相等，彼此相位相差120，与系统正常对称运行对称运行方式下的相序相同，达到最大值a b c，在电机内部产生正转磁场，这就是正序分量。
此正序分量为一平衡的三相系统，因此有：...a(1)(1)(1)0b cF F F++=负序分量：...a(2),(2),(2),b cF F F三相的负序分量大小相等，彼此相位相差120，与系统正常对称运行对称运行方式下的相序相反，达到最大值a c b，在电机内部产生反转磁场，这就是正序分量此正序分量为一平衡的三相系统，因此有：...a(2)(2)(2)0b cF F F++=正序分量负序分量零序分量零序分量：...a(0),(0),(0),b c F F F 三相的零序分量大小相等，相位相同，三相的零序分量同时达到最大值，在电机内部产生漏磁，其合成磁场为零，这就是零序分量。
任选一相（这里选A 相）电流作为基准相量，就可以得到这三个不对称的电流相量与所分解的三组相量之间的关系为：. (120) (2)120120.......2120120A A A A B B B B A A A C C C C A A A I I I I I I I I a I a I I I I I I a I a I I ⎧=++⎪⎪=++=++⎨⎪=++=++⎪⎩上式中为书写简洁，用0120J a e =表示向量之间的相位关系。
同时，上式也可以写成矩阵形式：...11...22...00A A A B A A C A A I I I I a a I I a a I I I ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎛⎫⎢⎥⎢⎥⎢⎥ ⎪=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎪ ⎪⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎝⎭⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦２２１１１１＝Ｔ１ 式中的矩阵为对称分量变换矩阵,用T 表示.上式还可以写成为: 120ABC I TI =如果已知三个序相量，就可以通过T 的逆变换求出三个不对称的电流相量，即：...1...12...011311A A A A B B A C C I I I a a I a a I I I I I -⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎛⎫⎢⎥⎢⎥⎢⎥ ⎪=⎢⎥⎢⎥⎢⎥ ⎪⎢⎥⎢⎥⎢⎥ ⎪⎝⎭⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦２２１＝Ｔ１式中的, 1-Ｔ是Ｔ的逆矩阵.对称分量法本质上是叠加原理的应用,所以只有当系统为线性时才能使用,一般情况下,电力系统可以看作是线性系统,当电力系统出现不对称短路时,采用对称分量法可以简化分析过程,减少计算工作量.同样的，对于不对称的三相电压，也可以用对称分量法进行分解，任选一项（这里选A 相）电压作为基准相量，则有：...11...22...00A A A B B B C C C U U U U aa U U a a U U U ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎛⎫⎢⎥⎢⎥⎢⎥ ⎪=⎢⎥⎢⎥⎢⎥ ⎪ ⎪⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎝⎭⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦２２１１１１＝Ｔ１ 上式可以简写为：120ABC U TU =...1...12...011311A A A B B B C C C U U U a a U a a U U U U U -⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎛⎫⎢⎥⎢⎥⎢⎥ ⎪=⎢⎥⎢⎥⎢⎥ ⎪⎢⎥⎢⎥⎢⎥ ⎪⎝⎭⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦２２１＝Ｔ１ 同理如上可以简写为：1120ABC U T U -=2.2、正序等效定则【5】简单不对称短路电流分析计算过程： 1. 画出正序、负序和零序图， 2. 求出系统对短路点的各序参数3. 再根据不对称短路的特点，列出边界条件，4. 推导出序电流和序电压的关系，5. 画出直观的复合序网络图，6. 求出短路点的正序电流。
短路点基准相的正序电流表达式可以写成一个通用表达式：..111KK K KK AE I jX Z =+在简单不对称短路故障的情况中，短路点基准相的电流的正序分量，与在短路点的每一相中加入附加阻抗ZA 而发生三相短路时的电流相等。
————正序等效定则。
3、电力系统不对称短路计算实例已知某系统接线如图四所示，各元件电抗均已知，当k 点发生BC 两相接地短路时，求短路点各序电流、电压及各相电流、电压，并绘出短路点的电流、电压相量图。
解：kk0kk2jX jX +fkk0kk23Z jX jX ++fkk2Z jX +()()kk0g f kk2f f jX 3Z Z //jX Z Z ++++kk2jX kk0kk2//jX jX各序等效电路图如下图所示：3.1各个元件等效电抗标幺值的计算（取100B B AV MVA S U U ==、）。
发电机G1:"122x %100.0.125*0.2510050x %100.0.16*0.3210050d B Nn N s s s s X X ======发电"1x %100.0.125*0.510025d B N s s X ===22x %100.0.16*0.6410025n N s s X=== 变压器T1:12%10.5100.*0.175********K B N U s s X XX===== 变压器T2:12%10.5100.*0.33310010031.5K B N U s s X XX===== 线路L:1221211000.4*0.5*0.1511522*0.150.30B B s x l U X XXX =======3.2计算出各序的等值电抗：以A 相为基准相作出各序网络图，求出等值电抗: 1X ∑、2X ∑、0X ∑。
由对称分量法得出的边界条件：....12....1213a a a a a a a aI I IIUU UU=++====有以上得出的边界条件可以绘出复合序网图如下所示：.a E ∑由复合网求各序的电流和电压可以求得：..1120120..02120..221021 2.385*0.388*0.1960.2890.3880.1960.1962.3850.800.3880.1960.3882.385 1.5850.3880.196a a a a a a E j I jX jX j j j jX j j jX jX X I I X X X I I X X ∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑⎧⎪===⎪++⎪++⎪⎪=-=-=-⎨++⎪⎪⎪=-=-=-⎪++⎪⎩....20120120*0.388*0.1962.385*0.3110.3880.196a a a a jX jX j j U U U I j jX jX j j ∑∑∑∑=====++3.3、求取各相电流和电压：求出各序电压电流后，通过T 变换就可以求出短路点各相电压和电流。
