電力系統(tǒng)自動化課程思考題

第一章習題、思考題1、電力系統(tǒng)自動化的發(fā)展經過了那幾個階段？答：1、單一自動化階段；2、綜合自動化階段。2、電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)及其特征是什么？答：1、正常狀態(tài)，電力系統(tǒng)滿足所有等式與不等式約束條件，系統(tǒng)內設備均有一定備用容量，滿足N-1準則；2、警戒狀態(tài)，電力系統(tǒng)運行的所有等式與不等式約束條件均滿足，仍能向用戶提供合格的電能，不滿足N-1準則，警戒狀態(tài)下的電能質量雖仍合格，但與正常狀態(tài)相比與不合格更接近，電力設備的運行參數(shù)雖然在允許的上、下限值之內，但與正常狀態(tài)相比更接近上限值或下限值。3、緊急狀態(tài)，電力系統(tǒng)的某些不等式約束受到破壞，等式約束條件仍能滿足，系統(tǒng)中發(fā)電機組仍能正常運行，不切除負荷。4、系統(tǒng)崩潰，一般情況下，解列成的各個子系統(tǒng)中等式與不等式約束條件均不能成立。5、恢復狀態(tài)，在崩潰系統(tǒng)大體穩(wěn)定下來，調度控制應重新并列已解列的機組，增加并列運行機組的出力，恢復對用戶的供電，將已解列的系統(tǒng)重新并列。第二章習題、思考題1、電力系統(tǒng)調度自動化是如何實現(xiàn)的？答：1、采集電力系統(tǒng)信息并將其傳送到調度所；2、對運動裝置傳來的信息進行實時處理；3、做出調度決策；4、將調度決策送至電力系統(tǒng)區(qū)執(zhí)行；5、人機聯(lián)系。2、電力系統(tǒng)采用什么調度方式？答：采用分層調度控制，我國電力系統(tǒng)分為五個級別：國家級（尚未形成）、大區(qū)級、省級、地區(qū)級和縣級。國家級主要掌握全國發(fā)電量及負荷，協(xié)調大區(qū)之間的功率傳輸，了解各大區(qū)電力系統(tǒng)的安全狀況；大區(qū)級主要維持系統(tǒng)頻率，執(zhí)行水、火電聯(lián)合調度計劃和調峰，保證各大區(qū)電力系統(tǒng)的安全狀況；省級主要保證省屬電力系統(tǒng)的安全和經濟運行，執(zhí)行自動發(fā)電控制，實行安全分析與控制；地區(qū)級主要對地區(qū)電力系統(tǒng)實行監(jiān)控、分配負荷、實行電壓和無功功率的優(yōu)化運行；縣級主要是分配負荷和控制負荷。第三章習題、思考題1、頻率偏離額定值對用戶有何影響？答：1、電力系統(tǒng)的頻率變化會引起異步電動機的轉速變化，有些產品對加工機械的轉速要求很高，轉速不穩(wěn)定會影響產品質量；2、電力系統(tǒng)頻率波動會影響某些測量和控制用的電子設備的準確性和性能，頻率過低時有些設備甚至無法工作；3、電力系統(tǒng)頻率降低時將使電動機的轉速和輸出功率降低，導致其所帶動的機械的轉速和出力降低，影響電力用戶設備的正常運行。2、頻率降低較大時可能對電力系統(tǒng)造成什么危害？答：1、電力系統(tǒng)降低時，汽輪機葉片的震動會變大，輕則影響其壽命，重則可能產生裂痕；2、頻率下降到47~48HZ時，火電廠廠用機械的出力隨之下降，若不及時制止，會引起頻率雪崩，會造成大面積停電；3、在核電廠中，反應堆冷卻介質泵對供電頻率有嚴格的要求，若頻率降低較大，冷卻介質泵即自動跳開，使反應堆停止運行；4、電力系統(tǒng)頻率下降時，異步電動機和變壓器的勵磁電流增加，使異步電動機和變壓器無功損耗增加，引起系統(tǒng)電壓下降；頻率下降還會引起勵磁機出力下降，并使發(fā)電機電勢降低，導致全系統(tǒng)電壓降低，可能引起電壓雪崩，造成大面積停電。3、畫出發(fā)電機組調速系統(tǒng)靜態(tài)特性（調差特性）；寫出調差系數(shù)的兩個定義式，并證明它們是等價的。4、發(fā)電機組調速系統(tǒng)失靈區(qū)過大、過?。ɑ蛲耆珱]有）有何影響？答：失靈區(qū)過大，導致誤差功率過大，使機組調速系統(tǒng)的動態(tài)調節(jié)品質下降；失靈區(qū)過小，或者完全沒有，當電力系統(tǒng)頻率發(fā)生微小波動時，調速器也要動作，使調節(jié)氣閥動作過于頻繁，對機組本身和電力系統(tǒng)頻率調節(jié)不利。5、什么叫負荷調節(jié)效應？其大小和什么因素有關，用何參數(shù)表示？答:當電力系統(tǒng)頻率下降時，負荷從系統(tǒng)中吸收的有功功率將下降；系統(tǒng)頻率增加時，負荷從系統(tǒng)中吸收的有功功率會增加，這種現(xiàn)象稱為電力系統(tǒng)負荷的騙你率調節(jié)效應，簡稱負荷調節(jié)效應。其大小用負荷調節(jié)效應系數(shù)表示，，a1~an分別為頻率的1次方、2次方和n次方成正比的符合功率所占的比例系數(shù)。f為頻率。即負荷調節(jié)效應系數(shù)與負荷種類及其所占比例和頻率有關。6、什么叫做一次調頻？什么叫做二次調頻？答：一次調頻是電力系統(tǒng)內并聯(lián)運行機組的調速器在沒有手動和自動調頻裝置參與調節(jié)的情況下，自動調節(jié)原動機的輸入功率和負荷功率變化相平衡來維持電力系統(tǒng)頻率的一種自動調節(jié)。二次調頻是手動或通過自動裝置改變調速器的頻率（或功率）給定值，調節(jié)進入原動機的動力元素來維持電力系統(tǒng)頻率的調節(jié)方法。7、負荷增量按照其幅度和變化周期通常劃分為哪幾種分量？分別用什么調頻措施來平衡這些負荷增量？答：將負荷分為持續(xù)負荷，脈動負荷和隨機負荷。持續(xù)負荷分量變化緩慢，變化幅度大，是由工廠的作息制度、人們的生活規(guī)律等造成的，采用三次調頻措施，即合理分配并聯(lián)運行機組的有功功率；脈動負荷分量變化周期長，一般在10s到3min，變化幅度比較大，采用二次調頻來平衡；隨機負荷分量變化周期短，一般在10s以下，變化幅值很小，采用一次調頻來平衡。8、寫出積差調頻法的調頻方程式，說明其主要特點。答：設系統(tǒng)計劃外負荷為,則得可得每臺調頻機組承擔的計劃外負荷為：調節(jié)過程結束后，各調頻機組按一定比例分擔了系統(tǒng)外負荷，使系統(tǒng)有功功率重新平衡，實現(xiàn)了無差調節(jié)；這種方法的缺點是頻率的積差信號滯后于頻率瞬時值的變化，因此調節(jié)過程緩慢。9、某系統(tǒng)有兩臺發(fā)電機，P1e=100MW,δ1*=0.04,P2e=50MW,δ2*=0.05,當f=50Hz時，P1=80MW,P2=30MW。（１）畫出兩機組的調差特性。（２）當負荷功率為１２０ＭＷ時系統(tǒng)頻率為多少？兩機組出力各多少？（３）當負荷功率分別為１２０ＭＷ和１５０ＭＷ，只靠一號機二次調頻能否使頻率恢復到５０ＨＺ。為什么？第四章習題、思考題1、電力系統(tǒng)電壓波動的主要原因是什么？為什么要控制電力系統(tǒng)的電壓？通常有哪些調整電壓的措施？答：電力系統(tǒng)中無功電源發(fā)出的無功功率不等于電力系統(tǒng)負荷在額定電壓時所需消耗的無功功率時，電力系統(tǒng)就會偏離額定電壓運行，造成電壓的波動。電壓偏移對電力用戶的影響：異步電動機的轉矩與端電壓的平方成正比，電壓過低時，可使電動機拖動能力下降，使帶重載啟動電機無法啟動；電壓過低還會導致電動機電流顯著增加，是繞組溫度上升，加速絕緣老化，甚至使電動機燒毀；電壓下降，會是電動機轉速下降，將影響工業(yè)產品的產量和質量；電爐的有功功率與電壓的平方成正比，煉鋼廠中的電爐會因電壓降低而增加冶煉時間，影響產量；電壓過低時，照明設備的發(fā)光率和亮度會大幅度下降；電壓過高將使電氣絕緣受損；電壓增大，使電動機等鐵芯飽和程度增加，鐵芯損耗增大，溫升增加，壽命縮短；沖擊負荷會引起電壓突然下降和恢復，引起電壓閃變，對沖擊負荷附近的用戶會產生不利的影響。電壓偏移對電力系統(tǒng)的影響：電廠的廠用機械由電動機驅動，電壓降低會是電動機的轉速下降，出力減少，從而影響廠用機械的出力下降，危及電力系統(tǒng)安全運行；由于電力系統(tǒng)無功功率的嚴重缺失造成的電壓過于低下，有可能引起電壓崩潰，造成大量電動機自動切除，發(fā)電機失步，導致系統(tǒng)解列或大面積停電。調節(jié)電壓的措施：（1）調節(jié)發(fā)電機勵磁電流以改變發(fā)電機機端電壓VG；（2）改變變壓器的變比k1、k2；（3）改變功率分布P+jQ（主要是Q），使電壓損耗△V變化；利用并聯(lián)補償裝置調壓；（4）改變網(wǎng)絡參數(shù)R+jX（主要是X），改變電壓損耗△V；線路串聯(lián)電容改變系統(tǒng)參數(shù)。2、發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的主要任務是什么？答：1、控制電壓，發(fā)電機單機帶負荷運行時，調節(jié)勵磁電流可以改變發(fā)電機電壓，發(fā)電機接入無窮大系統(tǒng)時，調節(jié)勵磁電流不會再引起發(fā)電機電壓的變化，只改變無功功率的輸出量；2、合理分配并聯(lián)運行發(fā)電機組間的無功功率，當發(fā)電機的電壓為定值時，當勵磁電流增加，發(fā)電機發(fā)出的無功功率增加，當勵磁電流減小時，無功功率減少，控制發(fā)電機發(fā)出無功功率的大小就要控制發(fā)電機外特性曲線的位置；3、調高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，包括靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定；4、改善電力系統(tǒng)的運行條件，包括改善異步電動機的自啟動條件，為同步發(fā)電機同步運行提供條件，提高繼電保護裝置工作的正確性；5、防止水輪發(fā)電機過電壓，設置強行減磁裝置。3、勵磁控制系統(tǒng)的強勵能力用哪些參數(shù)衡量？答：強勵是指發(fā)電機電壓下降過多時，勵磁系統(tǒng)快速的將勵磁電流和電壓升到頂值的一種運行行為，強勵指標包括勵磁頂值電壓、勵磁系統(tǒng)允許強制時間和勵磁系統(tǒng)標稱電壓。4、勵磁系統(tǒng)的功率電源（勵磁電源）有哪些種類？答：一、直流勵磁機勵磁系統(tǒng)：自勵直流勵磁機勵磁系統(tǒng)，它勵直流勵磁機勵磁系統(tǒng)；二、交流勵磁機勵磁系統(tǒng)：它勵交流勵磁機靜止整流勵磁系統(tǒng)，自勵交流勵磁機靜止硅整流勵磁系統(tǒng)，交流勵磁機旋轉整流勵磁系統(tǒng)（無刷勵磁）；三、靜止勵磁系統(tǒng)：自并勵勵磁系統(tǒng)，自復勵勵磁系統(tǒng)。5、畫出比例式可控硅勵磁調節(jié)器的基本結構框圖；簡述各單元的作用；舉例說明機端電壓變化時各單元輸出的變化趨勢。答：電壓比較單元：把發(fā)電機電壓變換為與其成正比的直流電壓，與給定電壓進行比較；綜合放大單元：綜合放大各種勵磁控制信號，改善勵磁自動控制系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能指標，輸出移相單元所需的輸入電壓；可控硅整流單元：將交流電壓整流成直流電壓向發(fā)電機勵磁繞組或勵磁機勵磁繞組供給可控制的勵磁電流；移相觸發(fā)單元：依據(jù)綜合放大后的電壓Uk的值確定可控硅整流單元晶閘管的觸發(fā)角的大?。徽{差單元：使發(fā)電機穩(wěn)定運行和合理分配并聯(lián)運行機組間的無功負荷。當機端電壓UG增加時，則IG增加，UG’增加，Ub增加，Uk增加，a增加，ILL減少，IL減少，阻止發(fā)電機電壓上升；反之同理。6、參照書中page153圖4-23,寫出ub=f(Uc,Rw)的解析式，并畫出相應的特性曲線。若在ab兩端跨接一個電阻R3，且R3＝R2＝R1，則ub=f(Uc,Rw)的解析式和特性曲線有何變化？這種變化對性能有何影響？7、根據(jù)AVR各基本單元的靜態(tài)工作特性，用作圖法畫出AVR的靜態(tài)工作特性。8、改變AVR中的電壓給定電位器Rw的阻值，將使發(fā)電機電壓調差特性怎樣變化？這種變化對機組運行有何影響？答：RW增加，Uab下降，Ub下降，9、電壓調差系數(shù)對機組運行有何影響？對調差單元有何要求？某調差電路接線為:試分析其是否符合要求？是正調差還是負調差？怎樣改變其調差極性（正、負）和大??？答：電壓調差系數(shù)是大于0時，稱為正調差，調節(jié)特性向下傾斜，表示發(fā)電機機端電壓隨無功電流的增大而下降；電壓調差系數(shù)是小于0時，稱為負調差，調節(jié)特性曲線向上翹，表示發(fā)電機機端電壓隨無功電流的增加而增加；電壓調差系數(shù)為0時，稱為無差調節(jié)，表示發(fā)電機組機端電壓不隨無功電流變化，保持恒定值。要求：1、輸出線電壓對稱；2、反應機端電壓和無功負荷的變化；3、對有功功率不敏感。符合要求，屬于負調差，將式中的“—”號改為“+”號即可變?yōu)檎{差。改變R的大小可改變電壓調差系數(shù)的大小。第六章習題、思考題1、準同期并列與自同期并列方法有何不同？對它們的共同要求是什么？兩種方法各有何特點？兩種方法適用場合有何差別？答：準同期并列：發(fā)電機在并列之前加勵磁，當發(fā)電機頻率，電壓相角，電壓大小與并列點系統(tǒng)側對應，滿足并列條件時，將發(fā)電機斷路器合閘，完成并列操作；自同期并列：將未勵磁，接近同步轉速的發(fā)電機投入系統(tǒng)，并同時給發(fā)電機加上勵磁，在原動機力矩，同步力矩等作用下把發(fā)電機拖入同步，完成并列操作。共同要求：1、沖擊電流不超過允許值，且應盡量??；2、并列后應迅速進入同步運行。特點：準同期并列：沖擊電流小，進入同步快，操作復雜，并列時間長；自同期并列：操作簡單，并列迅速，易于實現(xiàn)自動化，沖擊電流大，對電力系統(tǒng)的擾動大，不僅會引起頻率振蕩，而且會造成并列機組附近電壓瞬時下降。適應場合：準同期并列：系統(tǒng)并列和發(fā)電機并列；自同期并列：電力系統(tǒng)故障，頻率降低時用于發(fā)電機組的快速啟動。2、準同期并列的理想條件是什么？為什么說理想條件在實用中難以實現(xiàn)？答：準同期并列的理想條件是斷路器兩側的電壓幅值相等、頻率相同和相角一致。誤差原因：1、電力系統(tǒng)設備存在誤差，例如測量斷路器兩側電壓時測量值存在誤差，則讓電壓幅值完全相等無法實現(xiàn)；2、斷路器合閘需要一定時間，包括斷路器合閘控制電路的動作時間和斷路器動作合閘時間，則會存在一定的時間上下波動，無法保證兩側的物理量一致時恰好合閘；3、讀取數(shù)據(jù)存在誤差等。3、試說明電壓差、相角差、頻率差分別不為零時對并列操作有何影響？答：只存在電壓差時，并列機組會產生無功沖擊電流；只存在相角差時，并列機組產生的沖擊電流主要是有功電流，則在并列后發(fā)電機與系統(tǒng)之間存在能量交換；只存在頻率差時，若頻差不太大，則機組往往經過一個或幾個振蕩周期后被拉入同步；若頻差過大，機組有可能失去穩(wěn)定。4、給定待并機組沖擊電流允許值（有效值）后，電壓差、相角差、頻率差的允許值應如何計算？答：5、恒定越前時間整定值應如何計算？答：恒定越前時間等于發(fā)電機斷路器標稱合閘時間th，包括斷路器的合閘控制電路動作時間tc加上斷路器合閘動作時間。即。6、試證明恒定越前時間與電壓差、頻率差無關。答：7、試說明ZZQ—5滑差檢測的原理。答：1、選定一個角度，令，則是一個定值；2、檢測發(fā)電機電壓以滑差角頻率相對系統(tǒng)電壓轉動時走過角度所用的時間，為則，有說明：若，則；若，則；若，則即就將檢測發(fā)電機電壓和系統(tǒng)電壓之間滑差角頻率大于、等于或小于整定值的問題，轉化為比較走過給定角所用時間小于、等于或大于恒定越前時間