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电力系统自动控制原理必考题

1、何谓“并列操作”? 答:电力系统中的负荷随机变化,为保证电能质量,并满足安全和经济运行的要 求, 需经常将发电机投入和退出运行,把一台待投入系统的空载发电机经过必要 的调节, 在满足并列运行的条件下经开关操作与系统并列,这样的操作过程称为 并列操作。 2、同步发电机组并列时遵循什么原则? 答:⑴ 并列断路器合闸时,冲击电流应尽可能小,其瞬时最大值一般不超过 1~2 倍的额定电流;⑵ 发电机组并入电网后,应能迅速进入同步运行状态,其暂态 过程要短,以减小对电力系统的扰动。 3、同步发电机自动准同期并列的理想条件是什么?实际条件是什么? 答:理想条件:频率相等,电压幅值相等,相角差为零。 实际条件: ① 频率差不应超过额定频率的±0.2%~±0.5%;② 电压差不应超 过额定电压的±5%~±10%; ③ 在断路器合闸瞬间,待并发电机电压与系统电 压的相位差应接近零,误差不应大于 10°。 4、什么是准同期并列?什么是自同期并列? 答:准同期并列:发电机在并列合闸前已加励磁,当发电机电压的幅值、频率、 相位分别与并列点系统侧电压的幅值、频率、相位接近相等时,将发电机断路器 合闸,完成并列操作。 自同期并列:将未加励磁、接近同步转速的发电机投入系统,随后给发电机加上 励磁,在原动转矩、同步力矩作用下将发电机拉入同步,完成并列操作。 5、什么是滑差、滑差频率、滑差周期?它们之间有什么关系? 答:滑差:并列断路器两侧发电机电压角频率与系统电压角频率之差,用 ?s 表 示; 滑差频率: 并列断路器两侧发电机电压频率与系统电压频率之差, 用 f s 表示; 滑差周期:并列断路器两侧发电机电压与系统电压之间相角差变化 360°所用的 时间,用 Ts 表示。关系: ?s ? 2? ? f s

Ts ? 1 f s ? 2? ?s

6、在自动准同期并列过程中,⑴ 滑差角频率为常数,⑵ 滑差角频率等速变化, ⑶ 滑差角频率的一阶导数等加速变化,分别代表并列过程中的什么现象? 答:⑴ 滑差角频率为常数,表示电网和待并机组的频率稳定;⑵ 滑差角频率等 速变化,表示待并机组按恒定加速度升速,发电机频率与电网频率逐渐接近;⑶ 滑差角频率的一阶导数等加速变化, 说明待并机组的转速尚未稳定, 还在升速 (或 减速)之中。 7、什么是同步发电机自动准同期并列?有什么特点?适用什么场合? 答: 同步发电机自动准同期并列是频率差、电压差和相角差都在允许的范围内时 进行合闸的过程。其特点是并列时冲击电流小,不会引起系统电压降低;但并列 操作过程中需要对发电机电压、频率进行调整,并列时间较长且操作复杂。 适用场合:由于准同步并列冲击电流小,不会引起系统电压降低,所以适用于正 常情况下发电机的并列, 是发电机的主要并列方式。但因为并列时间较长且操作 复杂,故不适用紧急情况的发电机并列。 8、同步发电机自动准同期并列时,不满足并列条件会产生什么后果?为什么? 答:发电机准同期并列时,如果不满足并列条件,将产生冲击电流,并引起发电 机振荡,严重时,冲击电流产生的电动力会损坏发电机,振荡使发电机失步,甚

至并列失败。 原因:通过相量图分析可知,并列瞬间存在电压差,将产生无功冲击电流,引起 发电机定子绕组发热, 或定子绕组端部在电动力作用下受损;并列瞬间存在相位 差,将产生有功冲击电流,在发电机轴上产生冲击力矩,严重时损坏发电机;并 列瞬间存在频率差。将产生振荡的冲击电流,使发电机产生振动,严重时导致发 电机失步,造成并列不成功。 9、说明同步发电机采用自动准同期方式并列时,产生冲击电流的原因,为什么 要检查并列合闸时的滑差? 答:产生冲击电流的原因:并列瞬间存在电压差、频率差、相位差。 检查滑差的原因: 如果发电机在滑差不为零的情况下并入电网,立即周期性地带 上正的、负的有功功率,对转子产生制动、加速的力矩,使发电机产生振动,遭 受振荡冲击。如果滑差较大,则振荡周期较短,振荡强烈,严重时导致发电机失 步,造成并列不成功。同时,如果断路器合闸存在动作时间误差,较大的滑差还 会造成较大的合闸相角误差,相应产生冲击电流。 10、为什么频率差过大时发电机可能并列不成功? 答:发电机并列合闸时,如果存在频率差,将产生振荡的冲击电流,振荡周期就 是滑差周期,即频率差的大小,决定着冲击电流的振荡周期。 如果频率差较小,滑差周期长,则经过一定的振荡过程,发电机进入同步运行, 并列成功; 如果频率差过大, 滑差周期短, 可能导致发电机失步, 造成并列失败。 11、在数字式自动并列装置中,如何进行相角差的实时检测?说明其工作原理。 答:把电压互感器二次侧 u x 、uG 的交流电压信号转换成同频、同相的两个方波, 把这两个方波信号接到异或门, 当两个方波输入电平不同时,异或门的输出为高 电平, 用于控制可编程定时计数器的计数时间,其计数值 N 即与两波形间的相角 差 ? e 相对应。CPU 可读取矩形波的宽度 N 值,求得两电压间相角差的变化轨迹

? e (t ) 。
12、利用线性整步电压如何检测发电机是否满足准同期并列条件? 答:线性整步电压含有频率差、相位差的信息,但不含有电压差的信息。 线性整步电压的周期是滑差周期,能够反映频差的大小;线性整步电压随时间变 化过程对应相位差的变化过程,所以利用其周期可以检测是否满足频率差的调 节, 利用电压随时间变化过程确定合闸时刻使相位差满足条件。但需利用其他方 法检测电压差是否满足。 13、利用正弦整步电压如何检测发电机是否满足准同期并列条件? 答:正弦整步电压含有电压差、频率差、相位差的信息。 正弦整步电压的最小值是电压差;正弦整步电压的周期是滑差周期,能够反映频 差的大小;正弦整步电压随时间变化过程对应相位差的变化过程。所以,利用正 弦整步电压的最小值检测是否满足电压差条件, 利用正弦整步电压的周期检测是 否满足频率差的条件, 利用正弦整步电压随时间变化过程确定合闸时刻,使相位 差满足条件。 1、何谓励磁系统? 答: 供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。它一般由励 磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。

整个励磁自动控制系统是由励磁调节器, 励磁功率单元和发电机组成的一个反馈 控制系统。 2、同步发电机自动调节励磁系统的主要任务是什么? 答:⑴ 系统正常运行条件下,维持发电机端或系统某点电压在给定水平;⑵ 实 现并联运行发电机组无功功率的合理分配;⑶ 提高同步发电机并联运行的稳定 性;⑷ 改善电力系统的运行条件;⑸ 对水轮发电机组在必要时强行减磁。 3、简述自动励磁调节器的工作原理。 答:根据发电机电压 U G 变化,把测得的发电机端电压经调差、测量比较环节与 基准电压进行比较,得到正比于发电机电压变化量的 U de ,经综合放大环节得到

U SM ,U SM 作用于移相触发环节,控制晶闸管控制极上触发脉冲 ? 的变化,从而
调节可控输出的励磁电流,使发电机端电压保持正常值。 当 U G 上升时, ? 增大,励磁电流减少,使 U G 下降到正常值。反之,U G 下降, ? 减小,励磁电流增大,使 U G 上升到正常值。 4、说明励磁系统对励磁调节器的要求。 答:① 系统正常运行时,励磁调节器应能反映发电机电压高低以维持发电机电 压在给定水平; ② 励磁调节器应能合理分配机组的无功功率;③ 远距离输电的 发电机组,为了能在人工稳定区域运行,要求励磁调节器没有失灵区;④ 励磁 调节器应能迅速反应系统故障、 具备强行励磁等控制功能,以提高暂态稳定和改 善系统运行条件;⑤ 具有较小的时间常数,能迅速响应输入信息的变化;⑥ 励 磁调节器正常工作与否, 直接影响到发电机组的安全运行,因此要求能够长期可 靠工作。 5、简述静止励磁系统的优点。 答:① 励磁系统接线和设备比较简单,无转动部分,维护费用省,可靠性高; ② 不需要同轴励磁机,可缩短主轴长度,这样可减小基建投资;③ 直接用晶闸 管控制转子电压, 可获得很快的励磁电压响应速度,可近似认为具有阶跃函数那 样的响应速度;④ 由发电机端取得励磁能量,当机组甩负荷时静止励磁系统机 组的过电压就低。 6、对励磁调节器静态特性调整的基本要求是什么? 答: ⑴ 保证并联运行的发电机组间无功功率的合理分配;⑵ 保证发电机在投入 和退出运行时,能平稳地转移无功负荷,而不致发生无功功率的冲击。 7、励磁调节器静态特性调整的内容有哪些?如何实现? 答: ① 励磁调节器静特性调整包括调差系数的调整和外特性的平移。② 利用励 磁调节器中的调差单元进行发电机外特性的调差系数的调整; 调整励磁调节器中 发电机基准电压值的大小,以平移发电机的外特性。 13、何谓调差系数?两台并联运行的发电机,为使无功负荷按机组容量分配,调 差系数应有什么要求? 答: 调差系数δ 是指无功电流由零增加到额定值时发电机电压的相对变化,δ 的 大小表征了励磁控制系统维持发电机电压的能力。 由于两台正调差特性机组并联运行时,无功负荷分配与调差系数成反比。因此,

两台并联运行的发电机,为使无功负荷按机组容量分配,容量大的机组,其调差 系数取小些;容量小的机组,其调差系数取大些。 3、说明电力系统低频振荡产生的原因及电力系统稳定器的作用。 答:原因:⑴ 励磁调节器按电压偏差比例调节;⑵ 励磁控制系统具有惯性。 作用: 采用电力系统稳定器去产生正阻尼转矩以抵消励磁控制系统引起的负阻尼 转矩, 能够有效地抑制远距离输电系统中的低频振荡,从而改善了电力系统稳定 性。 4、励磁系统为何要采用电力系统稳定器(PSS)?PSS 的作用是什么? 答: 由于常规的励磁调节器是按电压偏差比例调节, 而且励磁控制系统存在惯性, 因此在长距离、重负荷的电力系统中,励磁系统会减弱系统的阻尼能力,即降低 发电机的阻尼转矩(负阻尼效应) ,使系统的动态性能变坏,从而引起电力系统 低频振荡。 为了保证励磁控制系统维持电压稳定的基本功能,又能消除负阻尼效 应,提高电力系统的动态稳定性,励磁系统常采用 PSS 来达到这一目的。 PSS 的作用是产生正阻尼转矩,抵消励磁控制系统引起的负阻尼转矩,提高电力 系统的动态稳定性。 4、电力系统为什么分一次调频和二次调频?有什么区别? 答:电力系统稳态运行时的频率调整可以通过频率的一次调频和二次调频实现。 当系统负荷发生变化时, 系统中各发电机组均按自身的静态调节特性,不分先后 同时通过各自的调速器系统进行调节,即一次调频。当负荷变动较大时,一次调 频结束时的系统稳态频率可能偏离频率额定值较大。如要使频率回到额定值附 近,必须移动静态调节特性,改变调速系统的给定值,即通过二次调频来实现。 一次调频是通过调速器调节系统来实现,其调节结果是发电机组的功率-频率特 性曲线不变,调整结束时系统稳态频率与频率额定值偏差较大,属于有差调节; 二次调频是通过调频器调节系统来实现,其调节结果是发电机组的功率-频率特 性曲线平移, 调整结束时系统的额定频率值偏差很小或趋于零, 可实现无差调节。 5、电力系统实现二次调频有哪些方法?各有何优缺点? 答:⑴ 主导发电机法:在调频厂中一台主导机组上装设无差调频器,在其他机 组上装设有功功率调整器;调节简单,容易实现,且有好几台机组一起承担系统 负荷变动;但开始时只有一台主导机先行调节,调节过程缓慢。协助调频机组与 主导机组在同一电厂较易实施,只适用于中小型电力系统。 ⑵ 同步时间法:按频率偏差的积分值来进行调节;采用集中调频方式,可适用 于众多电厂参与调频。 调节速度较缓慢,且能保证频率的瞬时偏差在规定的范围 内,需与频率的瞬时偏差相结合。且计划外的负荷越大,频率累积误差也越大。 ⑶ 联合自动调频:调节控制优化,可全面完成调频经济功率分配方面的任务, 系统的潮流分布符合经济、安全原则。 6、电力系统自动调频的任务是什么?对调频系统有哪些要求? 答: 电力系统自动调频的任务主要是对系统的频率进行监视和控制,及时调整发 电机组的出力,使系统的有功功率达到新的平衡,保证系统频率在规定范围内。 此外,在满足频率质量的前提下,还要考虑如何使发电成本最小,即按经济原则 在电厂和机组间分配有功负荷,以达到电力系统的经济运行。 调频系统应有足够的调整容量、调整精度和调整速度。 7、电力系统调频厂的主要任务是什么?对调频厂的选择有什么要求? 答: 调频电厂的主要任务是实现频率的二次调整,调频厂一般是带系统计划外的 负荷。

对调频电厂的选择要求是:应有足够的调整容量,并且有足够快的调整速度。一 般来说系统中有水电厂时应选水电厂作调频电厂, 没有水电厂或水电厂不宜作调 频电厂时(如洪水期) ,则选中温中压火电厂作调频电厂。在一个系统中,如果 一个调频电厂的调整容量不够时,则可选择几个调频电厂,并规定它们的调整频 率范围和顺序。 8、什么是电力系统集中式联合调频?集中式联合调频有何优点? 答: 集中式联合调频是从全系统的角度确定各调频机组的调节量, 其主要过程是: 将系统中各发电机组的实发功率、系统各线路潮流、各节点电压等由各厂站端的 远动装置送到调度中心, 形成实时数据库,调度中心计算机的相关软件按预定的 数学模型和调节准则确定各调频电厂或调频机组的调节量, 并通过远动通道把调 节指令发送到各厂站调频机组的控制器, 使各调频机组按指令执行有功功率的调 节。 其优点是: 维持系统频率为额定值, 保证电能质量, 易于实现综合优化控制, 使系统的潮流分布符合经济、安全等原则。 9、电网调度自动化系统中,自动发电控制(AGC)软件的主要任务有哪些?说 明 AGC 的工作原理。 答:AGC 软件的主要任务:⑴ 维持系统频率为额定值,在正常稳态情况下,其 频率偏差在 0.05~0.2Hz 范围内;⑵ 控制地区电网间联络线的交换功率与计划 值相等,实现各地区有功功率的就地平衡;⑶ 在安全运行前提下,所管辖的系 统范围内,机组间负荷实现经济分配。 工作原理:AGC 所需信息由各厂站侧的远动装置送到调度中心形成实时数据库。 AGC 软件按预定数学模型和调节准则确定各调频厂(或机组)的调节量,通过远 动下行通道把指令送到各厂站。 3、说明自动低频减载的工作原理。 答: 当系统发生严重功率缺额时,自动低频减载装置的任务是迅速断开相应数量 的用户负荷,使系统频率在不低于某一允许值的情况下,达到有功功率的平衡, 以确保电力系统安全运行, 防止事故的扩大。因此是防止电力系统发生频率崩溃 的系统性事故的保护装置。 4、电力系统装设自动低频减载装置的作用是什么? 答: 电力系统装设自动低频减载装置的作用是限制系统频率的下降。当电力系统 出现较大的功率缺额, 频率急剧下降时,动用备用容量往往来不及有效地制止频 率的下降, 须在电力系统中设置自动低频减载装置,按频率下降的程度自动切除 部分负荷,以阻止频率的下降。 6、自动低频减载装置为什么要分级动作? 答:由于接到自动低频减载装置的总功率是按系统最严重事故的情况来考虑的。 然而,系统的运行方式很多,而且事故的严重程度也有很大差别,对于各种可能 发生的事故, 都要求自动低频减载装置能作出恰当的反应,切除相应数量的负荷 功率,既不过多又不能不足,只有分批断开负荷功率采用逐步修正的办法,才能 取得较为满意的结果。因此,自动低频减载装置采用分级动作。 7、何谓级差?级差强调选择性和级差不强调选择性有何差别? 答:1 级差是指相邻两级动作频率的差值。2 选择性确定级差强调各级动作的次 序,要在前一级动作以后还不能制止频率下降的情况下,后一级才动作,否则就 是误动作;级差不强调选择性是为了避免频率过恢复或欠恢复,减小级差,增加 总的频率动作级数,可能造成两轮无选择性启动。 8、自动低频减载装置为何要设置后备级(特殊级)?

答: 为了防止第 i 级启动切除负荷以后,系统的频率稳定在既低于我们希望的频 率恢复极限值 ,但又不足以使下一级动作的频率值上。为消除这种现象,要设 置后备级,经延时后切除部分负荷功率,以便使频率能恢复到允许的限值以上。 9、自动低频减载装置在什么情况下可能会发生误动作?应采取什么措施? 答:⑴ 暂态过程引起的误动作。应在装置中设置一个不大的动作时限(通常用 0.1~0.2s)以躲过瞬态过程可能出现的误动作。⑵ 负荷反馈引起的误动作。应 加电流闭锁、电压闭锁和滑差闭锁。⑶ 当电力系统容量不大、系统中有很大冲 击性负荷时,系统频率将瞬时下跌引起误动作。应加滑差闭锁。 对于后两种误动作,有时可不采用电流、电压或滑差闭锁,而简单地采用自动重 合闸来补救, 即当系统频率恢复时,将被自动低频减载装置所断开的用户按频率 分批地进行自动重合闸,以恢复供电。 10、微机型自动低频减载装置的设置有哪两种模式?请说明这两种模式如何应 用? 答:集中式和分散式。 集中式是在变电站低压母线上的电压互感器二次侧装设微机型低频减负荷装置, 根据需要可以每段母线配置一个,也可以整个变电站共同使用一个。 分散式是低频减负荷的功能被集成在分散的保护测控单元中, 由保护测控装置根 据整定值的要求通过软件的设置直接出口跳闸。 3、试分析当发电机投入或退出系统运行时,应如何调整其外特性。 答:设系统电压为 UM,外特性曲线 3 与 UG 轴相交于 UM。

发电机投入运行时, 只要使它的外特性处于 3 的位置,待机组并入系统后再进行 向上移动特性的操作,使无功电流逐渐增加到运行要求值; 发电机退出运行时, 只需将其外特性向下移动到 3 的位置,机组就可平稳退出运 行,不会发生无功功率的突变。 1、画出负荷的静态频率特性,简述负荷的频率调节效应。 答: 当系统内机组的输入功率和负荷功率间失去平衡而引起系统频率波动时,系 统负荷也参与了对频率的调节, 它的特性有利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。


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