六、论述题
(一)、同步发电机的自动准同期
1．叙述发电机自动准同期并列时若不满足相应条件时产生的后果.
答：发电机自动准同期必须满足三个条件，(1) 发电机与系统的频率相等，即滑差为零；(2) 发电机与系统的电压幅值相等，即压差为零；(3) 在同期断路器触头闭合的瞬间，发电机与系统的相角差为零。如果不满足滑差为零的条件，则并网后需要经过一个振荡过程才能进入同步运行，滑差越大振荡时间越长，如果滑差很大则有可能导致失步。如果不满足压差为零的条件，合闸时将会产生冲击电流，该冲击电流具有无功性质，对绕组造成危害。如果不满足角差为零的条件，合闸时将会产生冲击电流，该冲击电流具有有功性质，对机组连轴造成冲击。
2．叙述利用线性整步电压检测同步发电机自动准同期条件的步骤
答：第一步，利用线性整步电压获得恒定越前时间数据：首先对线性整步电压进行比例处理和微分处理，将两种处理的结果叠加成新的电压信号，然后将该信号与一特定幅值的直流电压信号相比较，两者的交点与原线性整步电压的峰值之间的时间差td为固定值，不受频率的影响。实际中线性整步电压的峰值对应与相角差为零的时刻，td约等于断路器合闸时间，因此在两电压信号的交点时刻发出合闸信号，断路器正好在角差为零的时刻闭合。第一步，利用线性整步电压获得滑差数据：线性整步电压的周期等于频差的倒数，用一个直流电压信号与线性整步电压信号相比较，两者的交点与原线性整步电压的峰值之间的时间差t将与频差成反比，若恒定越前时间td对应于允许频差临界值，则t大于td意味着频差小于频差小于临界值（满足要求）。
3．简述恒定越前时间检测原理，并说明其优缺点。
答：在发电机自动准同期装置中，一般采用恒定越前角度检测的方法来检测同期断路器的恒定越前时间，即在某一个合适的角度?时发出合闸指令从而使得断路器的触头刚好在
?=0时候闭合。在控制理论中，这个过程被称作为?t?tk的预报器，通常有两种常用方法，
一为微分预报法即认为合闸指令发出时刻角度满足：?x??i?1??i?t1td??，其中式中各符
号意义为：恒定越前角度，连续两侧相位差，两次测量之间的间隔，断路器的恒定越前时间，误差等等。一为积分预报，即根据连续两次测量角度，预测两倍步长后的角度为零，从而可以得到?tk?2?tk?1??。前者的缺点主要是扩大了信噪比，而后者则没有此问题，3因而自微机自动准同期装置中主要适用的方法是积分预报法。
(二)、同步发电机的励磁自动控制
1．叙述同步发电机的励磁机系统的种类和各自的特点.
答：同步发电机的励磁机系统分为直流励磁机系统、交流励磁机系统和自并励系统。直流
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励磁机系统采用直流发电机供给励磁电流，容量较小，仅能用于100MW以下的机组，可分为自励直流励磁机系统和他励交流励磁机系统，前者的响应速度比后者慢。交流励磁机系统采用交流发电机通过整流供给励磁电流，容量较大，常用于100MW以上的机组，可分为自励交流励磁机系统、他励交流励磁机系统和无刷励磁系统。自并励系统不需励磁机，通过励磁变压器直接从发电机端获得励磁电流，系统简单，运行可靠性高，但缺乏足够的强励能力。
(三)、励磁自动控制系统的动态特性
1．叙述自动励磁系统对电力系统稳定的影响. 答：（1）对小扰动稳定而言，网络结构没有发生改变，在增大励磁电流的时候，发电机电磁功率特性曲线就会抬升，其稳定工作点也会相应上移和右移，将这些工作点连接起来就构成了励磁调节系统工作情况下的发电机电磁功率特性曲线，从该曲线可以看出，在功角〉90。范围内，功率特性曲线仍有上升的余地，因此，励磁系统作用相当于扩大了稳定区域，有利于系统稳定。
（2）对于暂态稳定而言，由于网络结构的改变，使得发电机电磁功率特性曲线也会改变，可以利用等面积法则判别系统稳定性，当减速面积〉加速面积时，系统稳定否则不稳定，从图中可以看出，由于励磁系统的作用，发电机的减速面积在增大，因而励磁系统的作用有利于系统赞态稳定。
(四)、电力系统自动调频
(五)、电力系统低频自动减负荷
1．叙述低频减负荷装置各轮动作频率的选择.
答： (1)第一轮动作频率的选择，当发生严重有功功率缺额时，为使系统频率不致降低到过低的数值，第一轮的动作频率不宜选的过低。但必须防止系统频率暂时下降时，在备用容量尚未来得及发挥作用前，不必要的断开部分负荷，一般应低于49.5Hz。(2)最后一轮动作频率的选择，对于高温高压火电厂，在频率低于46－46.5Hz时，厂用电已不能正常工作，
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在频率低于45Hz时，电压可能会大量降低，严重时导则电网瓦解，因此最后一轮的动作频率最好不低于46－46.5Hz。(3)频率选择性级差的确定，两轮减负荷装置的启动频率应保证有一定的级差，级差的大小决定于装置误差以及装置启动到负荷断开这段时间的频率下降值，一般级差为0.5Hz。
(六)、电力系统调度自动化
1．叙述在线安全分析的主要方法.
答：(1)直流潮流法，直流潮流法的特点是将电力系统的交流潮流用等值的直流潮流来代替，运算速度很快但是准确度最差，只能为安全分析这个特定目的服务。(2)P-Q分解法，P-Q分解法考虑到电力系统的特点，即有功功率的增量只与电压相角差的增量有关，无功功率的增量只与电压幅值的增量有关，计算迅速、存储量小。(3)等值网络法，等值网络法保留待研究系统的全部网络结构，而对外部系统则进行尽可能的简化。外部系统的节点数与线路数目都比待研究系统大很多，所以等值网络法可以大大降低安全分析中导纳矩阵的阶数与状态变量的维数，很有利于减少计算机的容量和提高每次分析运算的速度。
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七、计算题
(一)、同步发电机的自动准同期
(二)、同步发电机的励磁自动控制
1．某电厂有两台发电机在公共母线上并联运行，一号机组的额定功率为25MW，二号机组的额定功率为50MW。两台机组的功率因数都是0.85，励磁调节器的调差系数都是0.05。若系统无功负荷波动使电厂无功的增量为它们总无功容量的20％，问各机组承担的无功增量是多少？母线上的电压波动是多少？（设母线额定电压为U） 解：由于：?IQ*???U*。设两台机组承担的无功增量分别为?IQ1*,IQ2*。则有： Kadj?IQ1*?IQ2*?0.2即：??U1*??U2*
?U1*?U2*??0.2。两台机组在公共母线上，因此Kadj1Kadj2代入数据可得：?U*??0.5%。?IQ1*?IQ2*?0.1，
（2）发电机组的额定无功分别可以求得：Q1=15.4936。Q2=30.9872。故两台机组承担的无功增量分别为?Q1?1.5494MVAR,?Q2?3.0987MVAR
(三)、励磁自动控制系统的动态特性
1．IEEE I型励磁系统传递函数框图如下所示：其中Ut,Us,Uref分别表示机端电压，励磁附加控制信号（通常为PSS输出），参考电压。URmax,URmin表示限幅环节，在计算过程中需要对UR进行校验，保证其取值范围。SE磁饱和系数，假设其值不变且等于1，其余参数
取值见下表，则：1> 该励磁系统为几阶模型？2> 写出该励磁系统的传递函数(输入量为ε，输出量为Ef)。3> 判断该励磁系统的稳定性。
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URmax SE?KL Uref Ut + + + + ○- ○ε - Us URmin + KA+ - + ○1?TApUR 1 1?TLpEf UF KFp 1?TFp
KA 5.00 解：
TA 0.06 URmin URmax KL TL KF TF -1.00 1.00 -0.4850 0.250 0.040 1.000 由传递函数框图之间各量之间的关系可得：
??KFp????Ef??1?TpF??整理可得：
?KA??1?Tp?(SE?KL)EfA??1??1?Tp?Ef
L???KAKFpKA(SE?KL)?11???1?**?Ef ??1?TLp1?TAp?1?TFp1?TAp1?TLp1?TLp?KA11?TLp1?TAp因此可得传递函数：
Ef?KFpKA(SE?KL)?1??1?**? ?1?Tp1?Tp1?Tp?1?TpFALL???1?TFp?KA??1?TFp??1?TAp??1?TLp??KAKFp?(SE?KL)?1?TFp??1?TAp?
传递函数的特征方程为：
??f(p)??1?TFp??1?TLp??1?TAp??KAKFp?(SE?KL)?1?TFp??1?TAp??TFTLTAp3?(TATL?TATF?TLTF)p2?(TA?TF?TL)p?1?KAKFp?(SE?KL)1?(TF?TA)p?TFTAp2??
?TFTLTAp3??TATL?TATF?TLTF?(SE?KL)TFTA?p2将数字代入得：
??TA?TF?TL?KAKF?(SE?KL)(TF?TA)?p?1?(SE?KL) 25