電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析(陳珩) 作業(yè)答案.doc

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第一章 電力系統(tǒng)的基本概念 1．思考題、習(xí)題 1-1．電力網(wǎng)、電力系統(tǒng)和動力系統(tǒng)的定義是什么？ 答：由變壓器、電力線路等變換、輸送、分配電能設(shè)備所組成的網(wǎng)絡(luò)稱為電力網(wǎng)。 把生產(chǎn)、輸送、分配和消費電能的各種電氣設(shè)備連接在一起組成的整體稱為電力系統(tǒng) 。 發(fā)電廠的動力部分和電力系統(tǒng)合在一起稱為動力系統(tǒng)。 1-2．對電力系統(tǒng)運行的基本要求是什么？ 答：（1）保證可靠地的持續(xù)供電（2）保證良好的電能質(zhì)量（3）保證系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。（4）環(huán)保性。 1-3．何為電力系統(tǒng)的中性點？其運行方式如何？它們有什么特點？我國電力系統(tǒng)中性點運行情況如何？ 答：星型連接的變壓器或發(fā)電機的中性點就是電力系統(tǒng)的中性點。中性點的運行方式有直接接地和不接地以及中性點經(jīng)消弧線圈接地。 直接接地供電可靠性低。系統(tǒng)中一相接地，接地相電流很大，必須迅速切除接地相甚至三相。不接地供電可靠性高，對絕緣水平的要求也高。系統(tǒng)中一相接地時，接地相電流不大，但非接地相對地電壓升高為線電壓。 我國110kV及以上的系統(tǒng)中性點直接接地，60kV及以下系統(tǒng)中性點不接地。 1-4．中性點不接地的電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，各相對地電壓有什么變化？單相接地電流的性質(zhì)如何？怎樣計算？ 中性點不接地的電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，接地相電壓為0，非接地相電壓升高為原來的倍，即升高為線電壓。單項接地電流為容性。接地相的對地電容電流應(yīng)為其它兩非接地相電容電流之和，其幅值為倍非接地相對地電容電流，也就等于正常運行時一相對地電容電流的3倍。（可畫向量圖來解釋） 1-5．消弧線圈的工作原理是什么？補償方式有哪些？電力系統(tǒng)一般采用哪種補償方式？為什么？ 消弧線圈就是電抗線圈。中性點不接地系統(tǒng)中一相接地時，接地點的接地相電流屬容性電流，通過裝消弧線圈，接地點的接地相電流中增加了一個感性分量，它和容性電流分量相抵消，減小接地點的電流。使電弧易于熄滅，提高了供電可靠性。 補償方式有欠補償和過補償，欠補償就是感性電流小于容性電流的補償方式，過補償就是感性電流大于容性電流的補償方式。電力系統(tǒng)一般采用過補償方式。因為隨著網(wǎng)絡(luò)的延伸，電流也日益增大，以致完全有可能使接地點電弧不能自行熄滅并引起弧光接地過電壓，所以一般采用過補償。 1-6．目前我國電力系統(tǒng)的額定電壓等級有哪些？額定電壓等級選擇確定原則有哪些？ 答：我國電力系統(tǒng)的額定電壓等級有3kV、6kV、10kV、35kV、60kV、110kV、154kV、220kV、330kV、500kV、750kV、1000kV。 額定電壓等級選擇確定原則有：用電設(shè)備的額定電壓=系統(tǒng)額定電壓。發(fā)電機的額定電壓比系統(tǒng)額定電壓高5%。變壓器一次繞組額定電壓=系統(tǒng)額定電壓，只有與發(fā)電機直接相連的變壓器的一次繞組額定電壓=發(fā)電機額定電壓，變壓器二次繞組額定電壓比系統(tǒng)額定電壓高10%。只有漏抗很小，二次測直接和用電設(shè)備相連的和電壓特別高的變壓器，其二次繞組額定電壓比系統(tǒng)額定電壓高5%。 1-7．電力系統(tǒng)的接線方式有哪些？各自的優(yōu)、缺點有哪些？ 答：無備用接線包括單回路放射式、干線式、鏈?zhǔn)?。無備用接線簡單、經(jīng)濟、運行方便，但是供電可靠性差。 有備用接線包括雙回路放射式、干線式、鏈?zhǔn)?、環(huán)式和兩端供電網(wǎng)絡(luò)。放射式、干線式、鏈?zhǔn)焦╇娍煽啃院碗妷嘿|(zhì)量高，但是不經(jīng)濟。環(huán)式供電可靠性較高但是運行調(diào)度復(fù)雜，故障時電壓質(zhì)量差。兩端供電網(wǎng)絡(luò)供電可靠性較高但是要兩個或兩個以上獨立電源。 1-8.標(biāo)出下圖所示電力系統(tǒng)各設(shè)備的額定電壓。 G1：10.5kV；T1:一次側(cè)10.5kV,二次側(cè)：121kV；T2:一次側(cè)110kV,二次側(cè)：38.5kV （b） G1：10.5kV；T1:一次側(cè)10.5kV,二次側(cè)121kV； G2：10.5kV；T2: 低壓側(cè)10.5kV,中壓側(cè)38.5kV，高壓側(cè)121kV （c） G：10.5kV；T1:一次側(cè)10.5kV,二次側(cè)121kV；T2: 低壓側(cè)11kV,中壓側(cè)38.5kV，高壓側(cè)110kV；T3:一次側(cè)35kV,二次側(cè)6.3kV；T4:一次側(cè)10kV,二次側(cè)3.3kV；M：6kV； 第二章 電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型 1.思考題、習(xí)題 2-1.什么是發(fā)電機的功角特性？隱極式發(fā)電機和凸極式發(fā)電機的功角特性有何區(qū)別？ 2-2.什么是變壓器的短路試驗和空載試驗？從這兩個試驗中可確定變壓器的哪些參數(shù)？ 2-3．雙繞組和三繞組變壓器一般以什么樣的等值電路表示？雙繞組變壓器的等值電路與電力線路的等值電路有何異同？ 2-4．三相三繞組降壓變壓器的型號為SFPSL-120000/220，額定容量為120000/120000/60000/kVA，額定電壓為220/121/11kV，Pk(1-2)=601kW，Pk(1-3)=182.5kW，Pk(2-3)=132.5kW，Uk(1-2)(%)=14.85, Uk(1-3)(%)=28.25, Uk(2-3)(%)=7.96,P0=135kW，I0(%)=0.663，求該變壓器的參數(shù)，并做出等值電路。 2-4．三相三繞組降壓變壓器的型號為SFPSL-120000/220，額定容量為120000/120000/60000/kVA，額定電壓為220/121/11kV，Pk(1-2)=601kW，Pk(1-3)=182.5kW，Pk(2-3)=132.5kW，Uk(1-2)(%)=14.85, Uk(1-3)(%)=28.25, Uk(2-3)(%)=7.96,P0=135kW，I0(%)=0.663，求該變壓器的參數(shù)，并做出等值電路。 2-5.架空線路主要有哪幾部分組成？各部分的作用是什么？ 2-6.電力線路一般以什么樣的等值電路來表示？ 2-7. 一條110kV、80km的單回輸電線路，導(dǎo)線型號為—150，水平排列，導(dǎo)線計算外徑為19mm,其線間距離為4，求此輸電線路在40℃時的參數(shù)，并畫出等值電路。 , , ， 該輸電線路屬于短線路，采用一字形等值電路。（電路圖略） 2-8.有一回500kV架空線路，采用型號為—4×400的分裂導(dǎo)線，長度為250km。每一導(dǎo)線的計算外徑為27.2mm，分裂根數(shù)n＝４，分裂間距為400mm。三相導(dǎo)線水平排列，相鄰導(dǎo)線間距離為11m，求該電力線路的參數(shù)，并作等值電路。 ， ， ， 該輸電線路屬于中長線路，采用∏形等值電路。（電路圖略） 2-9.何為負荷的定義？何為綜合用電負荷、供電負荷和發(fā)電負荷的定義和區(qū)別？ 2-10.電力系統(tǒng)負荷曲線有哪些？它們有何用途？ 2-11．雙水內(nèi)冷汽輪同步發(fā)電機的型號為TQFS-125-2，PN=125MW，cosφN=0.85，UN=13.8 kV，Xd =1.867，Xd′=0.257，Xd″=0.18。試計算該發(fā)電機的直軸同步電抗Xd，暫態(tài)電抗Xd′和次暫態(tài)電抗Xd″的有名值。 2-12．如何把多電壓級電力系統(tǒng)等值成用有名制表示的等值網(wǎng)絡(luò)？ 2-13．標(biāo)幺值及其特點是什么？在電力系統(tǒng)計算中，基準(zhǔn)值如何選擇？ 2-14.電力系統(tǒng)參數(shù)如圖所示，取基準(zhǔn)值SB=220MVA，UB線路=209kV，試求其標(biāo)么值等值電路。 2-15.電網(wǎng)如圖所示，設(shè)備參數(shù)如下： T4的容量為120MVA. 求 1）歸算至110kV的網(wǎng)絡(luò)等值電路； 2）取SB=100MVA，220kV 處UBl=220kV，求網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)么值等值電路。 1） ， 自耦變壓器的電抗 ， 2） ， 第三章 簡單電力系統(tǒng)潮流計算 1．思考題、習(xí)題 3-1 電力線路阻抗中的功率損耗表達式是什么？電力線路始、末端的電容功率表達式是什么？（畫出線路的等值電路） 3-2 電力線路阻抗中電壓降落的縱分量和橫分量的表達式是什么？ 3-3 什么叫電壓降落、電壓損耗、電壓偏移、電壓調(diào)整及輸電效率？ 3-4 什么叫運算功率？什么叫運算負荷？一個變電所的運算負荷如何計算？ 3-5 變壓器在額定狀況下，其功率損耗的簡單表達式是什么？ 3-6 220kV單回架空線路，長度為200kM，導(dǎo)線型號為LGJ-300，導(dǎo)線計算外徑為24.2mm，三相導(dǎo)線幾何平均距離為7.5m。已知電力線路始端輸入功率為120+j50MVA，始端電壓為240kV，求末端電壓、功率，并作出電壓向量圖。 r1=31.5/300=0.105/km , x1=0.1445lg(Dm/r)+0.0157 =0.1445lg(7500/12.1)+0.0157=0.42/km b1=7.56/lg(Dm/r)*10-6=2.71*10-6S/km R=21,X=83.84,B=542*10-6S. =-j15.61Mvar =33.42kV. =36.18 Kv =209.72kV, =-9.930 = =113.18+j50.31MVA 3-7 110kV單回架空線路，長度為80kM，導(dǎo)線型號為LGJ-95，導(dǎo)線計算外徑為13.7mm，三相導(dǎo)線幾何平均距離為5m。已知電力線路末端負荷為15+j10MVA，始端電壓為116kV，求末端電壓和始端功率。 r1=31.5/95=0.33/km,x1=0.43/km,b1=2.65*10-6S/km. R=26.53,X=34.36. B=212*10-6S 設(shè)從末端向始端推算： , =15.66+j9.57 =6.42Kv =2.45kv =109.61kv =-1.280 3-8 220kV單回架空線路，長度為220kM，電力線路每公里的參數(shù)分別為： 、線路空載運行，當(dāng)線路末端電壓為205kV，求線路始端的電壓。 R=23.76,X=92.4,B=585.2*10-6S =-5.54kV, =1.43 kV =199.46+j1.43= 3-9 為什么要對電力網(wǎng)絡(luò)的潮流進行調(diào)整控制？調(diào)整控制潮流的手段主要有哪些？ 3-10 簡單輻射形網(wǎng)絡(luò)、環(huán)形網(wǎng)絡(luò)潮流計算的內(nèi)容及步驟是什么？ 3-11 圖3-1所示簡單系統(tǒng)，額定電壓為110kV的雙回輸電線路，長度80km,采用LGJ-150導(dǎo)線，其單位長度的參數(shù)為：,, .變電所中裝有兩臺三相110/11kV的變壓器，每臺的容量為15MVA，其參數(shù)為，，。母線A的實際運行電壓為117kV,負荷功率：。求母線c的電壓（迭代一次即可）。 解（1）計算參數(shù)并作出等值電路。 由于線路電壓未知，可用線路額定電壓計算線路產(chǎn)生的充電功率，并將其等分為兩部分，使得 分別接于節(jié)點A和b，作為節(jié)點負荷的一部分。 兩臺變壓器并聯(lián)運行時，他們的等值電阻、電抗及勵磁功率分別為 ， 變壓器的勵磁功率也作為接于節(jié)點b的一種負荷，于是節(jié)點b的總負荷 節(jié)點c的功率即是負荷功率 （2）計算由母線A輸出的功率。 先按電力網(wǎng)的額定電壓計算電力網(wǎng)中的功率損耗，變壓器繞組中的功率損耗為： 線路中的功率損耗為 由母線A輸出的功率為 （3）計算各節(jié)點電壓 線路中電壓降落的縱分量和橫分量分別為 b點電壓為 變壓器中電壓降落的縱橫分量為 歸算到高壓側(cè)的c點電壓 若上述計算中不計電壓降落的橫分量，所得結(jié)果為 ，，與計及電壓降落橫分量的計算結(jié)果相比，誤差很小。 3-12 對圖3-2所示的環(huán)行等值網(wǎng)絡(luò)進行潮流計算。圖中各線路的阻抗參數(shù)分別為： 各點的運算負荷分別為：而且U1=235kV。 圖3-１　　　　　　　　　　　　　　　　　 圖3-２ 解：（1）求初步功率分布 從電源點1處拆開網(wǎng)絡(luò)，如圖所示。是兩端電源電壓相等的兩端供電網(wǎng)絡(luò)。 因為該網(wǎng)絡(luò)中，， ， 他們幾乎相等，所以可按均一網(wǎng)絡(luò)的簡化公式進行計算。 =70.77+j32.69MVA 3點為功率分點。 （2）求最終功率分布，從3開始往兩邊算 （3）求各點電壓 3-13 某35kV變電所有二臺變壓器并聯(lián)運行，其參數(shù)分別為：T1：； T2：。兩臺變壓器均忽略勵磁支路。變壓器低壓側(cè)通過的總功率為。試求：①當(dāng)變壓器變比為時，每臺變壓器通過的功率為多少？②當(dāng)，時，每臺變壓器通過的功率為多少？ （1）將兩變壓器的參數(shù)歸算至高壓側(cè) 當(dāng)時，兩臺變壓器變比相等，無循環(huán)功率通過，其等值電路為: 驗證 驗證無誤。 （2）當(dāng)，時，見下圖 由于參數(shù)已歸算至高壓側(cè)，如將35kV母線分為上下兩段，由于兩臺變壓器變比不相等而產(chǎn)生了附加電勢。設(shè)下母線電壓為35kV，則上母線電壓，附加電動勢，下母線電壓高于上母線電壓，產(chǎn)生循環(huán)功率，其方向與方向一致，即順時針方向。 故通過變壓器的功率為 驗證： 正確。 第四章 復(fù)雜電力系統(tǒng)潮流的計算機算法 1． 思考題、習(xí)題 4-1 節(jié)點電壓方程中常用的是哪幾種方程？節(jié)點導(dǎo)納矩陣和節(jié)點阻抗矩陣中各元素的物理意義是什么？ 4-2 節(jié)點導(dǎo)納矩陣有什么特點？ 4-3 節(jié)點導(dǎo)納矩陣如何形成和修改？其階數(shù)與電力系統(tǒng)的節(jié)點數(shù)有什么關(guān)系？ 4-4 電力系統(tǒng)潮流計算中變量和節(jié)點是如何分類的？ 4-5 電力系統(tǒng)功率方程中的變量個數(shù)與節(jié)點數(shù)有什么關(guān)系？有哪些變量可以先確定下來？ 4-6 牛頓-拉夫遜法的基本原理是什么？其潮流計算的修正方程式是什么？用直角坐標(biāo)形式表示的與用極坐標(biāo)形式表示的不平衡方程式的個數(shù)有何不同？為什么？ 4-7 PQ分解法是如何簡化而來的？它的修正方程式是什么？有什么特點？ 4-8 電力網(wǎng)絡(luò)接線如圖，寫出節(jié)點導(dǎo)納矩陣。若從節(jié)點3引出一變壓器支路如圖，并新增節(jié)點5，試寫出變壓器等值電路與其參數(shù)以及新的節(jié)點導(dǎo)納矩陣。（節(jié)點5為低壓側(cè)） 4-9 如圖所示，節(jié)點1為平衡節(jié)點，2為PV節(jié)點，3為PQ節(jié)點，運用牛頓-拉夫計算潮流。迭代一次即可。 1） 節(jié)點3的注入功率 2），，， 由 ， 第五章 電力系統(tǒng)有功功率平衡與頻率調(diào)整 1．思考題、習(xí)題 5-1 電力系統(tǒng)有功功率負荷變化的情況與電力系統(tǒng)頻率的一、二、三次調(diào)整有何關(guān)系？ 5-2 什么是備用容量？備用容量主要分為哪幾種？各自的用途是什么？ 5-3 電力系統(tǒng)中有功功率最優(yōu)分配問題的主要內(nèi)容有哪些？ 5-4 什么是機組的耗量特性、比耗量和耗量微增率？比耗量和耗量微增率的單位相同，但其物理意義有何不同？ 5-5 什么是等耗量微增率準(zhǔn)則？等耗量微增率準(zhǔn)則成立的條件是什么？ 5-6 何為電力系統(tǒng)負荷的有功功率-頻率靜態(tài)特性？何為負荷的單位調(diào)節(jié)功率？ 5-7 何為發(fā)電機組的有功功率-頻率靜態(tài)特性？何為發(fā)電機組的單位調(diào)節(jié)功率？ 5-8 A、B兩系統(tǒng)由聯(lián)絡(luò)線相連。已知A系統(tǒng)；B系統(tǒng) 。求在下列情況下系統(tǒng)頻率的變化量△f 和聯(lián)絡(luò)線功率的變化量△Pab；⑴兩系統(tǒng)所有機組都參加一次調(diào)頻；⑵A系統(tǒng)機組參加一次調(diào)頻，而B系統(tǒng)機組不參加一次調(diào)頻；⑶兩系統(tǒng)所有機組都不參加一次調(diào)頻。 解：（1）A、B系統(tǒng)都參加一次調(diào)頻 ， 通過聯(lián)絡(luò)線的功率由B向A傳送。 （2）A系統(tǒng)參加一次調(diào)頻，B系不參加一次調(diào)頻 ， （3）兩系統(tǒng)所有機組都不參加一次調(diào)頻 ， 5-9 仍按題5-8中已知條件，試計算下列情況下的頻率變化量△f 和聯(lián)絡(luò)線上流過的功率△Pab。⑴A、B兩系統(tǒng)所有機組都參加一次、二次調(diào)頻，A、B兩系統(tǒng)機組都增發(fā)；⑵A、B兩系統(tǒng)所有機組都參加一次調(diào)頻，A系統(tǒng)所有機組參加二次調(diào)頻，增發(fā)；⑶A、B兩系統(tǒng)所有機組都參加一次調(diào)頻，B系統(tǒng)所有機組參加二次調(diào)頻，增發(fā)。 ⑴兩系統(tǒng)都參加一次、二次調(diào)頻，兩系統(tǒng)都增發(fā)50MW時 ， ⑵兩系統(tǒng)都參加一次調(diào)頻，A系統(tǒng)參加二次調(diào)頻并增發(fā)60MW時 ， ⑶兩系統(tǒng)都參加一次調(diào)頻，B系統(tǒng)參加二次調(diào)頻并增發(fā)60MW時 ， 5-10 三臺發(fā)電機組共同承擔(dān)負荷，它們的耗量微增率分別為： 當(dāng)系統(tǒng)負荷為450MW時，試求每臺發(fā)電機組所承擔(dān)的負荷。 根據(jù)等耗量微增率準(zhǔn)則有： 帶入?yún)?shù)得到方程組： 解得：P1=127.3MW；P2=122.7MW；P3=200MW 第六章 電力系統(tǒng)無功功率平衡與電壓調(diào)整 1．思考題、習(xí)題 6-1 電力系統(tǒng)中無功負荷和無功損耗主要是指什么？ 6-2 電力系統(tǒng)中無功功率電源有哪些？其分別的工作原理是什么？ 6-3 電力系統(tǒng)中無功功率的最優(yōu)分布主要包括哪些內(nèi)容？其分別服從什么準(zhǔn)則？ 6-4 電力系統(tǒng)常見的調(diào)壓措施有哪些？ 6-5 試推導(dǎo)變壓器分接頭電壓的計算公式，并指出升壓變壓器和降壓變壓器有何異同點？ 6-6 有一降壓變壓器歸算至高壓側(cè)的阻抗為2.44+j40Ω，變壓器的額定電壓為110±2×2.5%/6.3kV。在最大負荷時，變壓器高壓側(cè)通過的功率為28+j14MVA，高壓母線電壓為113kV，低壓母線要求電壓為6kV；在最小負荷時，變壓器高壓側(cè)通過的功率為10+j6MVA，高壓母線電壓為115kV，低壓母線要求電壓為6.6kV。試選擇變壓器分接頭。 選擇變壓器主分接頭，分接頭電壓為Ut=110kV。 6-7 有一個降壓變電所由二回110kV，70km的電力線路供電，導(dǎo)線型號為LGJ-120，導(dǎo)線計算外徑為15.2mm，三相導(dǎo)線幾何平均距離為5m。變電所裝有二臺變壓器并列運行，其型號為SFL-31500/110，，。最大負荷時變電所低壓側(cè)歸算高壓側(cè)的電壓為100.5kV，最小負荷時為112.0kV。變電所二次母線允許電壓偏移在最大、最小負荷時分別為2.5%～7.5%。試根據(jù)調(diào)壓的要求按并聯(lián)電容器和同期調(diào)相機兩種措施，確定變電所11kV母線上所需補償設(shè)備的最小容量。 ⑴并聯(lián)電容器：選擇變壓器110kV+5%分接頭，分接頭電壓為Ut=115.5kV； 容量為10.96Mvar。 ⑵調(diào)相機： 選擇變壓器110kV+2.5%分接頭，分接頭電壓為Ut=112.75kV； 容量為6.854Mvar。