无功功率与优化控制_考试部分答案

2014-5-19参数辨识、自适应控制
2014-5-20电力系统无功补偿与优化控制考试题签
满分110分(常规的100分+提高题10分)
1、解释无功功率的含义，无功功率概念的起源，无功功率理论的发展过程，无功功率与有功功率的关系，以及无功功率对电力系统的作用和影响(20分)
无功功率的含义：无功功率主要用于电气设备内电场与磁场的能量交换，在电气设备（电路系统）中建立和维护磁场的功率。

它不表现对外做功，由电能转化为磁能，又由磁场转化为电能，周而复始，并无能量损耗。

特别指出的是无功功率并不是无用功，只是它不直接转化为机械能、热能为外界提供能量，作用却十分重要。

无功功率概念的起源：
无功功率理论的发展过程：
无功功率与有功功率的关系：视在功率s=UI，无功Q=UIsinθ，有功p=UIcosθ，他们的单位分别为KVA，KV AR，KW。

S*S=P*P+Q*Q。

无功功率对电力系统的作用和影响：电压和无功是电能质量的重要指标之一。

电压偏移过大会影响用电设备的运行特性，而且还影响到用电设备所取用的功率，对系统带来不利影响，如异步电动机。

而无功功率与系统电压水平是密切相关的。

为了保证系统电压必须具有充足的无功功率。

无功功率从电源端经线路和变压器向负荷端输送，要产生电压损耗（高压线路和变压器的电压损耗主要取决于通过的无功功率），无功功率潮流的变化也会相应的引起电压损耗的变化。

无功电源的不足会引起系统电压水平的下降，在无功电源不足的情况下只能在较低的电压下达到无功功率的平衡。

为了使电压上升，就需要使电源增加无功出力。

2、论述无功功率与电压的关系，由此说明如何加强无功电压管理？(10分)
无功功率与电压的关系：
无功功率是与电压不同相位的电流所做的功；无功功率不足（也就是欠补偿）线路上就会存在较大的无功电流，增大线路损耗造成末端电压降低。

将给电力系统带来诸如出力不足，电力系统损耗增加，设备损坏等一系列的损害，甚至可能引起电压崩溃事故，造成电网大面积停电。

而无功过剩（也就是过补偿），对于线路来说呈现出容性负载特征，过补偿电容在交流电不断充放电的作用下，致使末端电压被提升。

如何加强无功电压管理：
电力系统的电压质量是衡量电力系统运行水平和电能质量的主要指标之一。

保证电网电压质量是电力系统安全稳定的要求，也是保证用户的正常安全用电的要求。

电力系统的电压管理不同于电力系统频率调整，由于系统内不同地区、不同节点的电压不相同，同时无功调节和控制手段的多样化，电力系统无功电压管理和电压的调整较电力系统有功频率调整更加复杂，但调节的手段也更加灵活。

为了解决电压波动的问题，需要讨论电压调整和管理。

虽然主网中有很多节点，但人们关注的重点是中枢点的电压水平。

所谓中枢点指的是某些能反映全网的电压水平的节点，这些中枢点通常是大容量的枢纽变电站，或者是大容量的发电厂。

如能控制住这些中枢点的电压，那么全网大部分节点的电压质量一般来说将能得以保证。

因此，电力系统的电压管理和调整可以通过监视和调整各个电压中枢点的电压来实现的。

为了对中枢点电压进行控制，其必要条件首先是明确中枢电压的允许变动范围，从而编制出中枢点的电压曲线。

在进行电网规划设计时，通常难以事先进行较准确的电压管理方面的预测和计算的。

这时可以依据如下原则大体确定一个中枢点电压的允许变动范围。

若由中枢点供电的各负荷的变化规律大致相同，考虑到高峰负荷时供电线路上电压损失较大，将中枢点电压适当升高以抵偿部分甚至全部电压损耗的增大部分；而低谷时线路上电压损耗较小，则应将中枢点电压适当降低以抵消部分乃至全部的电压损耗的减少部分。

这种高峰负荷时升高电压、低谷负荷时降低电压的中枢点调压方式称之为“逆调压”。

与“逆调压”方式相对应的是“顺调压”。

所谓“顺调压”，就是在高峰负荷时允许中枢电压降低，在低谷负荷时，又允许中枢点电压略高的调压方式。

通常对于供电线路不长，负荷变动不大的中枢点就采取这种调压方式。

此外，还有一种“常调压”方式，即在任何负荷下，总是保持中枢点电压为一基本不变的数值，其界于“逆词压”和“顺调压”方式主网的中枢点及大部分其余节点电压得以控制和维持的同时，还需要控制地区电网、配电网中各节点的电压质量。

无论是主网，还是地区网、配电网，做好电压管理和电能质量工作，一般说来应当具备3个条件：一是应有足够数量的无功电源和无功补偿设备；二是应当掌握大量准确的运行资料和有关数据；三是采用合理的调压方式。

3、无功功率与电力系统经济运行有何联系？怎样进行无功功率管理能促进电力系统经济运行？(15分)
无功功率与电力系统经济运行有何联系：
电力系统经济运行的初始概念可以追溯到20世纪30年代。

随着数学基本理论（主要是优化理论）和计算工具（主要是计算机）的发展，电力系统经济运行的模型和方法在理论上和实践上都取得了长足的发展和进步。

在20世纪60年代末，考虑了系统的经济因素后出现了一些经济调度理论，如无功功率的最优分布包括无功功率电源的最优分布和无功功率负荷的最优补偿。

电力系统无功功率优化和无功功率补偿是电力系统安全经济运行研究的一个重要组成部分。

通过对电力系统无功电源的合理配置和对无功负荷的最佳补偿，不仅可以维持电压水平和提高电力系统运行的稳定性，而且可以降低有功网损和无功网损，提高电力系统安全经济运行水平。

进行无功优化和无功补偿的目的可归纳为以下三点。

1.减小线路损耗和系统网损，提高系统运行的经济性。

2.减少电压损耗。

3.提高系统功率因数，从而提高发电设备利用率。

怎样进行无功功率管理能促进电力系统经济运行：
4、如何理解电力系统数学模型？常用的电力系统数学模型有哪些？(10分)
如何理解电力系统数学模型：
随着电网规模的不断扩大，大区电网的不断互联，电网结构的复杂程度日益增加；大功率电力电子设备的引入，大容量输电方式的出现，使电力系统的动态行为更加复杂；发生停电对于电网的影响可能更广，所以对于电力系统安全稳定分析的要求越来越高，提高模型与参数的精确性具有重要的意义。

常用的电力系统数学模型有：
电力系统的数学模型主要包括发电机、励磁系统、原动机及调速器和负荷等，以上也称为电力系统的4大参数。

4大参数的模型和参数的精确性是电力系统仿真计算可信的前提和基础。

5、详细阐述无功功率与电压稳定性的关系。

(10分)
我国电力系统稳定对电压稳定的定义为“电力系统受到小的或大的扰动后，系统电压能够保持或恢复到允许的范围之内，不发生电压崩溃的能力”。

电压稳定根据其分析方法可分为静态电压稳定分析和动态电压稳定分析。

静态电压稳定分析方法主要是通过代数方程来计算分析，而动态电压稳定分析主要是通过微分一代数方程来计算分析。

动态电压稳定根据扰动的大小可分为小扰动电压稳定和大扰动电压稳定。

根据持续时间的长短可分为暂态稳定（十秒以内）、中期稳定（十几秒到几分钟左右）和长期稳定（几分钟之后）。

目前，对电压稳定的研究已有了多种分析方法和手段，包括各种静态稳定分析方法和动态稳定分析方法。

6、详细阐述无功功率与公交稳定性的关系。

(10分)
7、广域测量系统为何受到广泛关注？广域测量系统分别在功角稳定性和电压稳定性分析中有何作用？(25分)
8、[提高题]：说明一下稳定性理论的起源、发展现状以及未来发展趋势。

结合广域测量系统的发展，说明其对现有稳定性理论的影响(10分)。