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、分配電能設備所組成的網(wǎng)絡稱為電力網(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、鏈式。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、鏈式、環(huán)式和兩端供電網(wǎng)絡。放射式、干線式、鏈式供電可靠性和電壓質(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)度復雜，故障時電壓質(zhì)量差。兩端供電網(wǎng)絡供電可靠性較高但是要兩個或兩個以上獨立電源。 1-8.標出下圖所示電力系統(tǒng)各設備的額定電壓。 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)學模型 1.思考題、習題 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，導線型號為—150，水平排列，導線計算外徑為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的分裂導線，長度為250km。每一導線的計算外徑為27.2mm，分裂根數(shù)n＝４，分裂間距為400mm。三相導線水平排列，相鄰導線間距離為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？ 2-13．標幺值及其特點是什么？在電力系統(tǒng)計算中，基準值如何選擇？ 2-14.電力系統(tǒng)參數(shù)如圖所示，取基準值SB=220MVA，UB線路=209kV，試求其標么值等值電路。 2-15.電網(wǎng)如圖所示，設備參數(shù)如下： T4的容量為120MVA. 求 1）歸算至110kV的網(wǎng)絡等值電路； 2）取SB=100MVA，220kV 處UBl=220kV，求網(wǎng)絡的標么值等值電路。 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，導線型號為LGJ-300，導線計算外徑為24.2mm，三相導線幾何平均距離為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，導線型號為LGJ-95，導線計算外徑為13.7mm，三相導線幾何平均距離為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、環(huán)形網(wǎng)絡潮流計算的內(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，如圖所示。是兩端電源電壓相等的兩端供電網(wǎng)絡。 因為該網(wǎng)絡中，， ， 他們幾乎相等，所以可按均一網(wǎng)絡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當變壓器變比為時，每臺變壓器通過的功率為多少？②當，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，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 復雜電力系統(tǒng)潮流的計算機算法 1． 思考題、習題 4-1 節(jié)點電壓方程中常用的是哪幾種方程？節(jié)點導納矩陣和節(jié)點阻抗矩陣中各元素的物理意義是什么？ 4-2 節(jié)點導納矩陣有什么特點？ 4-3 節(jié)點導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？用直角坐標形式表示的與用極坐標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)絡接線如圖，寫出節(jié)點導納矩陣。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則？等耗量微增率準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)電機組共同承擔負荷，它們的耗量微增率分別為： 當系統(tǒng)負荷為450MW時，試求每臺發(fā)電機組所承擔的負荷。 根據(jù)等耗量微增率準則有： 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？其分別服從什么準則？ 6-4 電力系統(tǒng)常見的調(diào)壓措施有哪些？ 6-5 試推導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，導線型號為LGJ-120，導線計算外徑為15.2mm，三相導線幾何平均距離為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。