【正文】 華北電力大學（北京）2005年博士研究生入學考試試題（B）解答下列各題（每題10分，共100分） 近幾年我國多數(shù)地區(qū)出現(xiàn)了“電荒”現(xiàn)象，各地不得不采取拉閘限電措施，而10年前我國的電力還是供大于求，你如何分析這種現(xiàn)象？對電力的規(guī)劃和發(fā)展有何良策？答案1：出現(xiàn)‘電荒’的原因：在“九五”期間特別是電力供應過剩之后，人們對電力工業(yè)是否應成為先行工業(yè)，有了不同的看法和不同的聲音，這成為導致2002年開始出現(xiàn)較大范圍缺電的重要原因之一。再加上多年來只高度重視電源，對電網(wǎng)協(xié)調發(fā)展有所忽視。即既有電源容量不足、又有電網(wǎng)結構薄弱問題，造成了電力短缺。建議措施包括：建立電力安全危機管理機制，確保電網(wǎng)運行安全；進一步加強需求管理；深化電價改革，盡快形成分環(huán)節(jié)電價機制；完善宏觀調控，深化電力項目審批制度改革，解決無序建設難題；加強協(xié)調，確保電煤供應；合理安排機組檢修，提高設備健康水平；協(xié)調好水力調運與發(fā)電關系，提高水能利用率等。答案2：產(chǎn)生‘電荒’的原因：(1)煤電價格沖突，凸顯體制困局；(2)高耗能行業(yè)告訴增長，使電力供應對經(jīng)濟增長的支撐能力下降；(3)電力投資連年偏低，造成電力供應能力不足；(4)持續(xù)高溫、干旱和水電不足，增加了隨機性缺電；(5)省間電力壁壘困擾電力供應。建議措施：加快電力建設同時抑制不合理需求；開發(fā)和節(jié)約并舉；加大結構調整力度，租金產(chǎn)業(yè)升級；西電東送以資源換市場；發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，實行清潔生產(chǎn)；多元化開發(fā)電力資源。 什么是電力系統(tǒng)的可靠性？有哪些主要的研究內(nèi)容？答案：電力系統(tǒng)可靠性是對電力系統(tǒng)按可接受的質量標準和所需數(shù)量不間斷地向電力用戶供應電力和電能量之能力的度量。電力系統(tǒng)可靠性包括充裕度和安全性兩個方面。充裕度是指電力系統(tǒng)維持連續(xù)供給用戶總的電力需求和總的電能量的能力，同時考慮到系統(tǒng)元件的計劃停運及合理的期望非計劃停運。充裕度又稱靜態(tài)可靠性，也就是在靜態(tài)條件下，電力系統(tǒng)滿足用戶對電力和電能量的能力。安全性是指電力系統(tǒng)承受突然發(fā)生的擾動，例如突然短路或未預料到的短路或丟失系統(tǒng)元件現(xiàn)象的能力。安全性也稱動態(tài)可靠性，即在動態(tài)條件下電力系統(tǒng)經(jīng)受住突然擾動，并不簡短地向用戶提供電力和電能量的能力。電力系統(tǒng)規(guī)模很大，習慣上將電力系統(tǒng)分成若干子系統(tǒng)，可根據(jù)這些子系統(tǒng)的功能特點分別評估各子系統(tǒng)的可靠性?？煞譃椋?1)發(fā)電系統(tǒng)可靠性：是對統(tǒng)一并網(wǎng)后的全部發(fā)電機組按可接受標準及期望數(shù)量，滿足電力系統(tǒng)負荷電力和電能量需求之能力的度量。(2)發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性：是由統(tǒng)一并網(wǎng)后運行的發(fā)電系統(tǒng)和輸電系統(tǒng)綜合組成的發(fā)輸電系統(tǒng)按可接受標準和期望數(shù)量向供電點供應電力和電能量之能力。其可靠性包括充裕度和安全性兩方面。(3)輸電系統(tǒng)可靠性：是對從電源點輸送電力到供電點按可接受標準及期望數(shù)量滿足供電負荷電力和電能量需求之能力的度量。其可靠性包括充裕度和安全性兩方面。(4)配電系統(tǒng)可靠性：是對供電點到用戶，包括配電變電所、高低壓配電線路及接戶線在內(nèi)的整個配電系統(tǒng)及設備按可接受標準及期望數(shù)量滿足供電電力和電能量需求之能力的度量。(5)發(fā)電廠變電所電氣主接線可靠性：是對在組成主接線系統(tǒng)的元件（斷路器、變壓器、隔離開關、母線）可靠性的指標已知和可靠性準則給定的條件下，評估整個主接線系統(tǒng)可靠性準則滿足供電電力和電能量需求之能力的度量。電力系統(tǒng)可靠性是通過通過定量的可靠性指標來度量的。一般可以由故障對電力用戶造成的不良影響的概率、頻率、持續(xù)時間、故障引起的期望電力損失及期望電能量損失等指標描述，不同的子系統(tǒng)可以有專門的可靠性指標。 電力系統(tǒng)的潮流計算有哪些常規(guī)算法？有哪些擴展算法？答案1：常規(guī)算法有：高斯賽德爾法、牛頓拉夫遜法、快速解耦法。擴展算法有：保留非線性潮流算法、最小化潮流算法、最優(yōu)潮流算法。高斯賽德爾法（G_S法）。算法特點：在系統(tǒng)病態(tài)的情況下，收斂困難；計算速度緩慢；程序編制簡便靈活。牛頓拉夫遜法（N_L法），其實是非線性方程或非線性方程組的多次線性逼近。算法特點：平方收斂；對初值很敏感，需要其他算法為其提供初值；對函數(shù)的平滑性敏感，所處理的函數(shù)越接近線性，收斂性越好；對以節(jié)點導納矩陣為基礎的G_S法呈病態(tài)的系統(tǒng)，N_L法一般都能可靠收斂?？焖俳怦罘ǎ≒Q分解法）：用兩個階數(shù)幾乎減半的方程組來代替原方程組，顯著減少了內(nèi)存量和計算量；迭代矩陣為常數(shù)陣，只需形成求解一次，大大縮短每次迭代所需時間；迭代矩陣對稱，可形成上下三角存儲，減少內(nèi)存量和計算量；基于以上原因，PQ法內(nèi)存所需量是N_L法的60%，每次迭代所需時間為N_L法的20%；線性收斂，收斂次數(shù)多于N_L法，但總的計算速度仍能大幅度提高；對于R/X過大的病態(tài)條件以及線路特別重載的情況下，可能不收斂，一般適用于110kv及以上的電網(wǎng)；由于算法的精確程度取決于e，PQ分解法的近似處理只影響計算過程，并不影響結果的精度。保留非線性潮流算法。特點及性能：采用恒定雅克比矩陣；修正量總是相對于初始估計值；對初值敏感；計算速度比N_L法快，比PQ分解法慢；內(nèi)存耗量較大。最小化潮流算法：常規(guī)的潮流計算問題歸結為求解一個非線性代數(shù)方程組，通過與電力系統(tǒng)固有物理特性相結合，已經(jīng)提出了多種求解該方程組的有效算法。但是在實際計算中，對于一些病態(tài)系統(tǒng)，卻往往會出現(xiàn)計算過程的振蕩或甚至不收斂的現(xiàn)象。潮流計算問題在數(shù)學上也可以表示為求解一個由潮流方程構成的函數(shù)的最小值問題，并以此來代替代數(shù)方程組的直接求解。用這種方法計算潮流的一個顯著特點是從原理上保證了計算過程永遠不會發(fā)散。基于數(shù)學規(guī)劃的潮流計算在內(nèi)存需要量和計算速度方面都大大遜色于各種常規(guī)潮流計算法。最優(yōu)潮流算法：就是當系統(tǒng)的結構參數(shù)及負荷情況給定時，通過控制變量的優(yōu)選，所找到的能滿足所指定的約束條件，并使系統(tǒng)的某一個性能指標或目標函數(shù)達到最優(yōu)時的潮流分布。最優(yōu)潮流與基本潮流的不同點：基本潮流的控制變量是給定的，而最優(yōu)潮流中的控制變量通過優(yōu)選得到；最優(yōu)潮流除了要滿足潮流等式約束外，還必須滿足大量的不等式約束條件；基本潮流計算是求解非線性代數(shù)方程組，而最優(yōu)潮流是一個非線性規(guī)劃問題；基本潮流僅僅完成計算功能，而最優(yōu)潮流可以根據(jù)實際需要自動優(yōu)選控制變量，具有指導系統(tǒng)進行優(yōu)化調整的決策功能。直流潮流法。隨即潮流法。三相潮流法。 電力市場中通常采用可用輸電能力（ATC）來衡量輸電線的有功傳輸能力，請解釋一下什么是ATC？Available Transfer Capability答案1：ATC是指在現(xiàn)有的輸電合同基礎上，實際物理輸電網(wǎng)絡中剩余的、可用于商業(yè)使用的傳輸容量。答案2：ATC是在已有的協(xié)議基礎上，在實際輸電系統(tǒng)中可以用于進一步商業(yè)活動的富余輸電能力。數(shù)學上，ATC可以表示為線路最大輸電能力TTC減去輸電可靠性裕度TRM，減去容量效益裕度CBM，再減去現(xiàn)存輸送協(xié)議ETC。 用戶電力技術（Customer Power）是應用電力電子技術解決用戶電能質量問題的一種方法，請簡單說明之。答案：IEEE對于用戶電力技術的描述為：在中壓配電網(wǎng)中利用電力電子技術或靜止控制器給對電能質量變化敏感的用戶提供一定水平可靠性或質量的電能。 用戶電力或稱定制電力技術是站在供電部門為電力用戶提供服務的角度出發(fā)，它是根據(jù)用戶對供電可靠性或電能質量的要求，由供電部門采用電力電子技術或靜止控制器提高其供電可靠性和供電質量，最終提供滿足用戶需求的電能。對于特定的用戶，特別是大負荷用戶，如果供電部門能夠采用用戶電力技術為其供電，則避免用戶自己建立獨立的電廠、備用的發(fā)電設備等，因而可以大大提高經(jīng)濟性。所以理解用戶電力技術，應該從供電可靠性、電能質量水平以及經(jīng)濟性并站在供電部門的角度來理解。用戶電力技術可以使電力用戶在供電可靠性和電能質量上得到的益處主要有：(1) 無（或極少有）電力中斷。(2) 電壓降臨的幅度和持續(xù)時間在允許范圍內(nèi)。(3) 過電壓的幅度和持續(xù)時間在允許范圍內(nèi)。(4) 電壓諧波含量低。(5) 相間不平衡度小(6) 在允許范圍內(nèi)的負荷波動、非線性和低功率因數(shù)對母線電壓無明顯影響 用戶電力技術的核心是能夠對供應的電力進行控制、變換，為用戶或負荷提供滿足電能質量指標及安全、經(jīng)濟、可靠運行等要求的電能。完成這種控制與變換的關鍵是各具特色的電力電子器件及其控制電路。目前已經(jīng)得到應用的用戶電力控制器種類繁多，可以按照各種標準進行分類。按照裝置是否具有變流器可以分為三類：①不含任何電力電子開關的電能質量控制器，通常是指無源濾波器等通過機械開關投切的裝置，如利用電機控制的有載調節(jié)變壓器等；②采用晶閘管投切或控制的控制器，如常用的晶閘管投切電容器、用于配電系統(tǒng)的SVC裝置、用于切換雙路電源的固態(tài)控制器以及晶閘管投切或控制的穩(wěn)壓器等；③采用變流器的有源濾波器，包括并聯(lián)型有源電力濾波器(APF)、用于配電系統(tǒng)的靜止補償器(DSTATCOM)、串聯(lián)補償?shù)膭討B(tài)電壓調節(jié)器(DVR)，以及串并聯(lián)混合的統(tǒng)一電能質量控制器(UPQC)等。 請解釋什么是電力系統(tǒng)的‘低頻振蕩’？答案1：電力系統(tǒng)中發(fā)電機經(jīng)輸電線并列運行時，在擾動下會發(fā)生發(fā)電機轉子間的相對搖擺，并在缺乏阻尼時引起持續(xù)振蕩，此時輸電線上功率也會發(fā)生相應振蕩。由于機組的慣性時間常數(shù)，其振蕩頻率很低，~，故稱為低頻振蕩（又稱功率振蕩，機電振蕩）。答案2：整個原動機、發(fā)電機組的轉子，相對與電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩時，其振蕩頻率通常在每分鐘幾個周波至幾十個周波范圍內(nèi)。原因：弱阻尼或負阻尼。重負荷、長距離送點、有強勵磁的大機組。解決措施：減負荷、PSS電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（勵磁）、GPSS調速側PSS、其他 簡述高壓直流輸電（HVDC）系統(tǒng)的概念、特點、和主要應用。答案：高壓直流輸電是將三相交流電通過換流站整流編程直流電，然后通過直流輸電線路送往另一個換流站逆變成三相交流電的輸電方式。HVDC的優(yōu)點：(1)線路造價低、損耗少；(2)不存在穩(wěn)定問題（沒有電抗）；(3)可以實現(xiàn)交流系統(tǒng)非同步聯(lián)網(wǎng)；(4)調節(jié)速度快，運行可靠；(5)限制短路電流；(6)可方便地進行分期建設和增容擴建，有利于發(fā)揮投資效益HVDC的缺點：(1)換流站造價高；(2)換流器消耗的無功多；(3)產(chǎn)生大量的諧波；(4)換流裝置幾乎沒有過載能力；(5)缺乏高壓直流開關；(6)直流輸電利用大地（或海水）為回路而帶來的一些技術問題；(7)直流輸電線路難于引出分支線路，絕大部分只用于端對端送電。HVDC應用場合：(1)遠距離大容量輸電（等價距離）；(2)非同步聯(lián)網(wǎng)；(3)海底電纜送電；(4) 用地下電纜向大城市供電；(5)交流系統(tǒng)互聯(lián)或配電網(wǎng)增容時，作為限制短路電流的措施之一；(6)配合新能源的輸電。 等面積定則是判斷暫態(tài)穩(wěn)定的基本準則，請簡述其內(nèi)容和物理意義。答案： 電力市場條件下，電力生產(chǎn)和運行部門的輔助服務包含哪些主要內(nèi)容？答案1：輔助服務是電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行所必需的，分為基本輔助服務和有償輔助服務。基本輔助服務是電力市場主體應當無償提供的輔助服務。有償輔助服務是電力市場主體在基本輔助服務之外提供的其它輔助服務。有償輔助服務在電力市場建設初期采取補償機制，電力市場健全以后實行競爭機制。 輔助服務包括：(1)有功頻率控制（AGC）；(2)旋轉備用；(3)非旋轉備用；(4)替代備用；(5)無功及電壓支持；(6)恢復及黑啟動，即調峰、調頻、調壓、黑啟動。答案2：輔助服務是為保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行和電力供應質量必不可少的一種服務，指除正常電能生產(chǎn)外所提供的頻率控制、備用容量、無功支持、黑啟動等服務。 輔助服務是相對于電能生產(chǎn)、輸送和交易的主市場而言的。目前輔助服務并沒有一個公認的統(tǒng)一定義，不同的學者對輔助服務的定義和內(nèi)容的劃分有所不同，現(xiàn)將有關輔助服務的定義和主要內(nèi)容總數(shù)如下：(一）從輸電的角度將輔助服務定義為：為完成輸電的主要功能——將電能從發(fā)電廠輸送到用戶, 并保證安全和質量所需要采取的所有輔助措施。認為輔助服務的主要內(nèi)容有: (1) 負荷跟蹤與頻率控制。 (2) 旋轉備用。 (3) 運行備用。 (4) 無功備用和電壓控制。 (5) 發(fā)電再計劃。 (6) 處理能量不；(二) 認為輔助服務是指那些為滿足輸電的可靠性和經(jīng)濟性要求而必須提供的服務, 包括調度、電壓和無功功率控制、頻率控制、各種系統(tǒng)備用、穩(wěn)定控制等；(三) 從發(fā)電側考慮, 認為輔助服務是發(fā)電廠為保證電力系統(tǒng)安全可靠運行而采取的必要措施。電廠的輔助服務包括: (1) 發(fā)電廠失去廠用電時機組啟動能力。 (2) 發(fā)電機調節(jié)特性——系統(tǒng)頻率控制。 (3) 發(fā)電機無功能力——系統(tǒng)電壓控制；(四) 也從發(fā)電側角度來考慮, 認為輔助服務是發(fā)電廠為保證電力系統(tǒng)安全可靠運行能力而采取的必要措施。主要內(nèi)容有: (1) 發(fā)電廠的頻率偏差