电力系统分析理论(刘天琪)课后思考题答案

第一章

1、电力系统的额定电压是如何定义的？电力系统中各元件的额定电 压是如何确定的？

答 : 电力系统的额定电压：能保证电气设备的正常运行，且具有最

佳技术指标和经济指标的电压。

电力系统各元件的额定电压： a. 用电设备的额定电压应与电网的额定 电压相同。 b. 发电机的额定电压比所连接线路的额定电压高

5%，用

于补偿线路上的电压损失。 c. 变压器的一次绕组额定电压等于电网额 定电压，二次绕组的额定电压一般比同级电网的额定电压高 2、电力线路的额定电压与输电能力有何关系？

答：相同的电力线路，额定电压越高，输电能力就越大。在输送功率 一定的情况下，输电电压高，线路损耗少，线路压降就小，就可以带 动更大容量的电气设备。

3、什么是最大负荷利用小时数？

答：是一个假想的时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷持续运 行所消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年消耗的电能。

第二章

1、导线的作用是什么？导线为多少合适？为啥？

答：在输电线路中， 导线输电线路的等值电感和等值电抗都比单 导线线路小，的根数越多，电抗下降也越多，但是数超过 时，电抗的下降逐渐趋缓。所以最好为

4 。

4

10%。

2、什么叫变压器的空载试验和短路试验？这两个试验可以得到变压

器的哪些参数？

答：变压器的空载试验：将变压器低压侧加电压，高压侧开路。此实

验可以测得变压器的空载损耗和空载电流

变压器的短路试验：将变压器高压侧加电压，低压侧短路，使短路绕

组的电流达到额定值。 此实验可以测得变压器的短路损耗和短路电压。

3、对于升压变压器和降压变压器， 如果给出的其他原始数据都相同， 它们的参数相同吗？为啥？

答：理论上只要两台变压器参数一致（包含给定的空载损耗，变比，短路损耗，短路电压），那么这两台变压器的性能就是一致的，也就是说可以互换使用， 但是实际上不可能存在这样的变压器， 我们知道出于散热和电磁耦等因数的考虑，一般高压绕组在底层（小电流） ，低压绕组在上层（大电流，外层便于散热） 。绕组分布可以导致一二次绕组的漏磁和铜损差别较大， 故此无法做到升压变压器和降压变压器参数完全一致。

4、标幺值及其特点是什么 ?电力系统进行计算式， 如何选取基准值？ 答：标幺值是相对于某一基准值而言的，同一有名值，当基准值选取

不同时，其标幺值也不同。它们的关系如下：标幺值 =有名值 / 基准值。

其特点是结果清晰，计算简便，没有单位，是相对值。电力系统基准

值的原则是： a. 全系统只能有一套基准值

b. 一般取额定值为基准值

c. 电压、电流、阻抗和功率的基准值必须满足电磁基本关系。 5、什么叫电力线路的平均额定电压？我国电力线路的平均额定电压 有哪些？

答：线路额定平均电压是指输电线路首末段电压的平均值。

我国的电

力线路平均额定电压有 3.15kv 、6.3kv 、10.5kv 、15.75kv 、37kv、

115kv、230kv、345kv、525kv。

第三章

1、什么是电压损耗和电压偏移？

答：电压损耗是指始末端电压的数值差。 电压偏移是指网络中某节点 的实际电压同网络该处的额定电压之间的数值差。

2、如何计算输电线路和变压器阻抗元件上的电压降落？电压降落的 大小主要取决于什么量？电压降落的相位主要取决于什么量？什么

情况下会出现线路末端电压大于线路首端电压？

答：电压降落是指变压器和输电线路两端电压的向量差， 可按照电路

原理进行计算，电压降落大小主要取决于电压降落的纵分量△

U=(PR+QX)/U，相位主要取决于电压降落的横行分量△ U=(PX-QR)/U， 当线路末端的功率为容性负荷时，如线路空载，只有充电功率时，由

于 X>>R，由计算公式可见，会出现首端电压低于末端电压的情况。

3、如何计算输电线路和变压器的功率损耗？其导纳支路上的功率损 耗有何不同？

答：输电线路和变压器功率损耗可以根据输电线路和变压器的等效电

路按照电路的基本关系通过计算阻抗和导纳支路的功率损耗来进行，

不同的是，线路导纳损耗是容性无功功率， 而变压器导纳支路损耗是

感性的无功功率。

4、求闭环网络功率分布的力矩法计算公式是什么？用力矩法求出初 始功率分布是否考虑

了网络中的功率损耗和电压降落？

答：其公式是：

。力矩法求出的功率分布

没有考虑网络中的功率损耗和电压降落。

5、什么是循环功率？多极环网在什么情况下会出现循环功率？

答：与负荷无关， 由两个供电点的电压差和网络参数确定这部分功率

称为循环功率。 变压器的变比 K1 与 K2，当 K1≠K2 时则存在循环功率。

6、有哪些降低网损的技术措施？

答：减少无功功率的传输，在闭式网络中实行功率的经济分布，合理

确定电力网的运行电压，组织变压器的经济运行等。

第四章

1、电力系统频率偏高偏低有哪些危害？

答：a. 频率变化对用户的影响：影响用户生产的产品的质量，使电动

机的功率降低， 影响电子设备的准确度。 b. 频率变化对发电厂和电力

系统本身的影响：频率降低将使它们的出力降低，若频率降低过多，

有可能使电动机停止运转， 这会引起严重后果。 电力系统在低频率运

行时，容易引起汽轮机低压叶片的共振，缩短汽轮机叶片的寿命，严

重时会是叶片断裂造成重大事故。 电力系统的频率降低时， 异步电动

机和变压器的励磁电流将大为增加，引起系列的无功功率损耗增加，

在系统中备用无功电源不足的情况下，将导致电压的降低。

2、什么是电力系统频率的一次和二次调整？电力系统有功功率负荷

变化的情况与电力系统的频率一次和二次调整有何关系？

答：一次调整： 负荷变化引起频率偏差时，系统中凡装有调速器又留

有可调容量的发电机组都自动参加频率调整。 二次调整：通过操作调

频器，使发电机组的频率特性平行的移动， 从而使负荷变动引起的频

率偏移缩小在允许波动范围内。关系：负荷变化幅度较大，周期较长

的，一次调整和二次调整同时参与，负荷变化幅度小，周期短时只需

一次调频。

3、什么是电力系统负荷的有功功率—频率的静态特性？什么是有功

负荷的频率调节效应？何为发电机组的有功功率—频率静态特性？

发电机的单位调节功率是什么？

答：当电力系统稳态运行时，系统中有功功率随频率变化的特性。当

系统中有功功率失去平衡时而引起频率变化， 系统负荷也参与对频率

的调节，这种特性有助于系统中有功功率在新的频率值下重新获得平

衡，这种现象称为负荷的频率调节效应。 发电机输出的有功功率与系

统频率的关系。发电机单位调节功率

KG表示当频率下降或上升 1HZ

时发电机增发或减发的功率值。

4、什么是电力系统的单位调节功率？试说明电力系统频率的一次调

频和二次调频的基本原理。

答：电力系统的单位调节功率即电力系统的功率

- 频率静态特性系数，

它表示在计及发电机组和负荷的调节效应时， 引起频率单位变化的负

荷变化量。

当负荷变化引起频率偏差时， 系统中的某些发电机组装有调速器又留

有可调容量就可以参加频率调整， 自动地增加或减小机组的功率， 从

而达到新的平衡，这是一次调频的原理。

通过操作调频器， 使发电机组的频率特性平行的移动， 从而使负荷变

动引起的频率偏移缩小在允许波动范围内，这是二次调频的原理。

5、互联电力系统怎么样调频才合理？为啥？

答：把互联电力系统看作是若干个分系统通过联络线联接而成的互联

系统，在调整频率时，必须注意联络线功率交换的问题。若互联电力

系统发电机功率的二次调整增量△能与全系统负荷增量△相平衡， 则

可实现无差调节，即△ f=0 ，否则会出现频率偏移。

第五章

1、电压变化对用户有什么影响？电力系统中无功功率平衡与节点电 压的关系？

答：电压变化对用户的影响： 用电设备偏离额定电压必然导致效率下降，经济性变差。 电压过高会大大缩短照明灯的寿命，也会对设备的绝缘产生不利影响。电压过低会引起发热， 甚至损坏。系统电压崩溃。无功功率平衡与节点电压的关系： 当系统出现无功功率缺额时， 系统各负载电压降下降； 当系统出现无功功率过剩时， 系统负荷电压将上

升。因为电力系统中每一元件都有可能产生电压降落，

所以电力系统

中各点电压不相同，不可能同时将所有节点保持在额定电压。

2、电力系统中无功负荷和无功功率损耗主要指什么？ 答：由于大多数用电设备的功率因数都不等于

1，因此在运行中要消

耗无功功率，即为无功负荷。 无功损耗指电力线路上的无功损耗和变

压器的无功损耗。

3、电力系统中无功功率电源有哪些？发电机的运行极限是如何确定 的？

答：发电机，同步调相机，静电电容器，静止补偿器

, 并联电抗器。

做出发电机的等值电路向量图后， 以 Vn末端为原点，Vn 为 X 轴（Q），

Y轴为 P，找到额定运行点 C，则水平线 PgnC就是原动机出力。 4、电力系统中电压中枢点一般选在何处？电压中枢点的调压方式有 哪几种？哪一种方式容易实现？那一种不容易实现？

答：一般可选择下列母线作为电压中枢点：大型发电厂的高压母线。

枢纽变电所的二次母线。 有大量地方性负荷的发电厂母线。 调压方式：

逆调压，顺调压，常调压。顺调压易实现，采用顺调压方式的中枢点

电压，在最大负荷时，允许中枢点电压低一些，但不低于线路额定电

压的 102.5%，即 1.25VN；在最小负荷时允许中枢点电压高一些，但

不等于线路额定电压的 107.5%。逆调压最不容易实现，采用逆调压

方式的中枢点电压，在最大负荷时较线路的额定电压高

105%；在最

小负荷时等于线路的额定电压即

1.0VN。常调压只要把中枢点电压保

持在较线路额定电压高 102%～105%的数值，即 1.02 ～1.05VN。

5、电力系统调压的基本原理是什么？电力系统有哪几种主要调压措 施？当电力系统无功不负时， 是否可以只通过改变变压器的变比？为

什么？

答：a. 基本原理：其基本原理是从变压器某一侧的线圈中引出若干分

接头，通过有载分接开关， 在不切断负荷电流的情况下，由一分接头

切换到另一分接头，以变换有效匝数，达到调节电压的目的。

b. 调压措施：改变发电机端电压调压，改变变压器分接头调压，利用

并联补偿设备调压，利用串联电容器补偿调压。

c. 不能，因为改变变压器的电压从本质上并没有增加系统的无功功率，

这样以减少其他地方的无功功率来补充某地由于无功功率不足而造 成的电压低下， 其他地方则有可能因此人造成无功功率不足， 不能根 本性解决整个电力网的电压质量问题， 所以，必须首先进行无功补偿，

再进行调压。

6、试比较并联电容补偿和串联电容补偿的特点，极其在电力系统中 的应用。

答：并联电容器 ：a. 特点：是最经济最方便的补偿设备，但控制性能

最差。

b. 应用：分散安装在各用户处和一些降压变压所的 10KV或 35KV母线 上使高低压电力网（包括配电网）的电压损耗和功率损耗都得到减小，

在高峰负荷时能提高全网的电压水平， 在负荷较低时， 可以切除部分

并联电容器，防止电压过高。

串联电容器 ：a. 特点：串联电容器提升的末端电压的数值 QXc/V（即

调压效果）随无功负荷增大而增大，随无功负荷的减小而减小，恰与

调压要求一致。但对负荷功率因数字或导线截面小的线路，

由于 PR/V

分量的比重大，串联补偿的调压效果就很小。

b. 应用：只用于 110KV以下电压等级， 长度特别大或有冲击负荷的架 空分支线路上， 220KV以下电压等级的远距离输电线路中采用串联电

容补偿，作用在于提高运行稳定性和输电能力。

第六章

1、为什么要进行派克变换？其实质是什么？

答：因为在同步发电机原始方程中，磁链方程式出现了变系数：

a、转子的旋转使定子绕组间产生相对运动， 使定转子绕组间的互感系数

发生相应的周期变化

b、转子在磁路上只是分别对于α轴和 q 轴对称而不是任意对称的， 转子旋转也导致定子各绕组的自感和互感周期性变化， 所以引入派克方程线性变换。其实质是将变系数微分方程变换成常系数微分方程。

2、同步发电机稳定运行的电势方程、 等值电路及向量图的形式如何？ 答：电势方程： V=-j ，其中 =-j （- ）。

等值电路和向量图： P165-P166。

3、虚拟电势有何意义？的物理意义是什么？

答：在凸极机中，≠，电势方程中含有电流两个轴向分量，等值电路

图也只能沿两个轴向分别作出， 这不便于实际应用。 为了能用一个等

值电路来代表凸极同步发电机， 或者仅用定子全电流列写电势方程便

提出了虚拟电势。一般指空载电动势。

第七章

1、什么是短路冲击电流？它在什么条件下出现？与短路电流周期分 量有什么关系？

答：短路冲击电流指短路电流最大可能的瞬时值，用表示。其主要作用是校验电气设备的电动力稳定度。它在短路前电路处于空载状态，并且短路时电源电势刚好过零值（即合闸角为 0）的时候，即发生短路后约半个周期时出现。其与的关系是 =+。

2、什么是短路电流的最大有效值？其计算公式是什么？

答：短路电流的最大有效值 是指以 t 时刻为中心的一周期内 短路全电流瞬时值的均方根值。 其计算式是 =。（当冲击系数 =1.9 时，=1.62 ；

当 =1.8 时，=1.51 ，其中为短路电流的强制分量，其变化规律与外加电源电势变化规律相同。）

3、什么是短路功率（短路容量）？其标幺值是否等于短路电流标幺 值？为什么？

答：短路容量也称短路功率， 它等于短路电流有效值同短路处的正常

工作电压（一般用平均额定电压）的乘积。短路功率的标幺值等于短

路电流的标幺值，因为 ===。

4、无阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定子和转子绕组中出现 了哪些电流分量？试用磁链守恒原理说明它们如何产生的。

答：无阻尼绕组同步发电机突然三相短路时， 定子电流中出现的分量包括： a、基频交流分量（含强制分量和自由分量），衰减时间常数为；b、倍频交流分量（若 d、q 磁阻相等，无此量），衰减时间常数为； c、直流分量（自由分量），衰减时间常数为。转子电流中出现的分量包含： a、直流分量（含强制分量和自由分量），自由分量的衰减时间常数为； b、基频分量（自由分量），其衰减时间常数为。产生的原因包括： a、三相短路瞬间，由于定子回路阻抗减小，定子电流突然增大，电枢反应使得转子 f 绕组中磁链突然增大， f 绕组为保持磁链守恒， 将增加一个自由直流分量， 并在定子回路中感应基频交流，最后定子基频分量与转子直流分量达到相对平衡 （其中的自由分量要衰减为 0）b、同样，定子绕组为保持磁链守恒，将产生一脉动直流分量（脉动是垂直于 d、q 不对称），该脉动直流可分解为恒定直流和倍频交流， 并在转子中感应出基频交流分量。 这些量均为自由分量，最后衰减为 0。

5、同步发电机稳态，暂态，次暂态时的电势方程、等值电路及向量 图的形式如何？

答：稳态时的电势方程： =-j ，其中 =-j （- ）。等值电路和向量图：

P165-P166。

暂态时的电势方程： =-j 其中： =-j() 。等值电路和向量图： P178。

次暂态时的电势方程： =-j 。等值电路和向量图 P180。

6、为什么要引入暂态电势和暂态电抗？它们具有怎样的物理意义？ 答：在求取发电机参数中的未知量时， 我们需要找到一个短路瞬间不

突变的电势，则可根据正常运行的状态求取它的值，

再利用它不突变

的特点来求取短路时的电流， 故我们引入暂态电势和。 如果按纵轴向

把同步电机看做双绕组变压器， 则当副边绕组（即励磁绕组）短路时，

从原边测得的电抗就是。

第八章

1、什么是对称分量法？正序、负序、零序分量各有什么特点？

答：对称分量法是指在三相电路中，任意一组不对称的三向量，，，

可以分解成三组三相对称的分量： a、正序分量（三向量大小相等，

相位互差 120°，且与正常运行时的相序相同） b、负序分量（三向量大小相同，小岗位互差 120°，且与正常运行时的相序相反） c、零序分量（三向量大小相等，相位一致）。

2、变压器的零序参数主要由哪些因素决定？零序等值电路有何特 点？

答：变压器零序漏抗与正序、负序相等，而零序励磁电抗与变压器铁

心结构密切相关。 零序等值电路与外电路的连接相关， 与变压器三相

绕组连接形式及中性点是否接地有关。

3、架空输电线路的正序、负序和零序参数各有什么特点？

答：架空线路是静止元件， 它的正序电抗等于负序电抗，由于三相架

空线路中，各相序电流大小相等，相位相同，各相间互感磁通互相加

强，故零序电抗要大于正序电抗。

4、三个序网络方程是否与不对称故障的形式有关？为什么？

答：无关，因为它们是直接从故障端口用戴维宁定理等效后得到的。

5、如何制定电力系统的各序等值电路？

答：做等效电路图时，一般从故障点开始做起（相当于在故障点施加

某一序电压）， 逐一查明各序电流能流通的路径，凡各序电流所流经

的元件，都应包括在等效电路中。

6、什么是正序等效定则？其意义何在？

答：正序等效定则：再简单不对称故障情况下，故障点正序电流与在

故障点每一相中接入附加阻抗， 并在其后发生的三相短路时的电流相

等。其意义是可以计算不对称的三相短路电流。

7、短路故障的等值电势与断线故障的等值电势含义有何不同？

答：短路故障时，等值电势是以短路点与中性点（大地）为端口，用

戴维宁定理等效各序等效电路中接在端口上的各序电压，

是短路点和中性点之间的电压； 而断线故障的等值电势是以断开点的两端为端口，

用戴维宁定理等效各序等效电路中接在端口上的各序电压而得到的。

第九章

1、电力系统稳定性如何分类？研究的主要内容又是什么？

答：电力系统的稳定性按照干扰的大小一般分为静态稳定和暂态稳定

两类。研究的内容：系统在某一正常运行的状态下受到干扰之后，经

过一段时间能否恢复到原来的稳定运行状态， 或过渡到新的稳定运行

状态。

2、功角δ和发电机惯性时间常数的物理意义是什么？

答：功角δ既可以做为一个电磁参数， 表示电机 q 轴电势间的相位差，

也可以作为一个机械运动参数表示发电机转子之间的相对空间位置，

通过δ可以将电力系统中的机械运动和电磁运动联系起来。

=，是发

电机的惯性时间常数，单位为 s，反映发电机转子机械惯性的重要参

数是转子在额定转速下的功能的两倍除以基准功率。

3、发电机转子运动方程的基本形式如何？ 答：用有名值表达发电机转子的运动方程为

=

M，若选取基准转矩 =，

则用标幺值表示为 = M*

4、电力系统静态稳定的实用判据是什么？ 答：其判据就是系统状态方程的特征根都小于

0。

5、电力系统静态稳定储备系数和整步功率系数的含义是什么？

答：电力系统静态稳定储备的大小通常用静态稳定储备系数来表示，

=，其中为静态稳定的极限输送功率，为正常运行时的发电机输送功 率。

整步功率系数：， 其大小可以说明发电机维持同步运行的能力，即说

明静态稳定的程度。

6、自动励磁调节器对电力系统静态稳定有何影响？比例式励磁调节 器放大倍数整定过大，电力系统将以什么样的形式失去稳定？

答：如果自动励磁调节器能基本保持发电机端电压不变， 则静态稳定

极限可扩展到δ >90°，而且极限功率可以提高到，故能提高电力系

统的静态稳定。但是由于 =const ，不能保持发电机端电压不变，故当

整定过大时，系统将震荡失去稳定，这相当于存在负的阻尼功率。

7、小干扰法的基本原理是什么？如何根据小干扰法判断电力系统的 静态稳定性？

答：小干扰法是根据描述受扰运动的线性化微分方程组的特征方程式

的根的性质来判断受扰运动是否稳定的方法。 如果特征方程所有根的

实部均为负值，则系统稳定；如果特征方程有实部为正的根，则系统

不稳定；虽然没有实部为正的根， 如果有 0 特征值或者实部为 0 的纯

虚数特征值时， 稳定的判断要根据初等因子的次数来确定 （即特征方

程式的根全位于复平面上虚轴的左侧时， 则未受扰运动是稳定的； 只

要有一个根位于虚轴右侧，则未受扰运动是不稳定的）

8、试述等面积定则的基本含义及其在暂态稳定分析中的作用。

答：基本含义：转子在加速期间积蓄的动能增量已在减速过程中全部耗尽，即加速面积和减速面积的大小相等。应用等面积定则，可以快速确定。

9、提高电力系统静态稳定和暂态稳定的措施主要有哪些？ 答：提高静态稳定： a、采用自动励磁调节装置

b、提高运行电压水

平 c、发电机快速强制励磁 d、减小发电机和变压器的电抗 e、改善系

统结构 f 、减小输电线路电抗（串联电容、采用导线）

提高暂态稳定： a、快速切除故障 b、采用自动重合闸 c、发电机快速强制励磁 d、发电机电气制动 e、变压器中性点经小电阻接地 f 、快速关闭汽门 g、切发电机和切负荷 h、设置中间开关站 i 、输电线路强行串联补偿。