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2016年春季学期硕士研究生《现代电力系统分析》试题 以下各题每题20分。 1,高压直流输电（HVDC）及柔性交流输电系统（FACTS）的应用是现代电力 系统发展的重要组成部分。试比较直流输电与交流输电的优缺点，分析FACTS 元件在现代电力系统中的作用。 答： 一、 直流输电： 优点： 1、 由于交流系统的同步稳定性问题，大容量投距离输送电能将使建设输电线路 的投资大大增加。当输电距离足够长时，盲流输电的经济性将优于交流输电。肓 流输电的经济性主要取决于换流站的造价。随着电力电子技术的进步，直流输电 技术的关键元件换流阀的耐压值和过流量大大提高，造价大幅降低。 2、 由于现代控制技术的发展，直由输电通过对换流器的控制可以快速地（时间为 毫秒级）调整直流线路上的功率，从而提高交流系统的稳定性。 3、 直流输电线路可以联接两个不同步或频率不同的交流系统。因而当数个大规 模区域电力系统既要实现联网又要保持各自的相对独立吋，采用直流线路或所谓 背靠背直流系统进行联接是目前控制技术条件下最方便的方法。 缺点： 1、 换流站设备昂贵。 2、 换流装置需要消耗大量的无功功率。 3、 换流装置在运行过程中产生大量谐波，影像系统的运行，因此需增加大量滤 波装置。 4、 换流装置几乎没有过载能力 5、 由于目前高压直流断路器技术不够成熟，限制了多端直流系统的发展。 二、 交流输电： 优点： 1、 相间电压较三相输电降低，口而可以减小线间距离，节省输电线路的占地。 2、 采用紧凄型输电，优化输电线和杆塔结构着手，通过增加分裂导线的根数， 优化导线排列，尽力使输电线附近的电场均匀，从而减小线路的线间距离，提高 线路的自然功率。 缺点： 1、交流输电线路走廊宽、费用高 2、传输稳定性差 3、 电网短路容量大 4、 交流电晕损耗与电磁辐射严重 三、FACTS元件在现代电力系统中的作用： 1、 大功率电力电子元器件的制造技术口益发展，价恪口趋低廉，使得用柔性输 电技术来改造已有电力系统在经济上成为可能。 2、 计算技术和控制技术方面的快速发展和计算机的广泛应用，为柔性输电技术 发挥其对电力系统快速、灵活的调整、控制的作用提供了有力的支持。 3、 电力系统运营机制的市场化使得电力系统的运行方式更加复杂事变，为尽可 能地满足市场参与者各方面的技术经经济要求，FACTS为电力系统更强的自身调 控能力。 4、 由于装置采用了电力电子元器件，因而可以在系统的暂态过程中按照预先设 计好的控制策略通过快速、连续地调整自身的参数来控制系统的动态行为，从而 达到提高系统稳定极限、增大系统输送能力的效果。 2,潮流计算是现代电力系统稳态运行和稳定分析的基础。通常地，牛顿■拉夫逊 法、P-Q分解法用于现代电力系统的运行分析和优化潮流控制，直流法用于 电力系统规划。 1）简述以上三种方法的原理并比较其优缺点； 牛顿■拉夫逊法： 优点： 但是，阻抗法的主要缺点是占用汁算机内存大，每次迭代的汁算量大。当系统不断扩 大时?这些缺点就更加寮出?。为了克服阻抗法在内存和速度方面的缺点，后夹发展了以阻 抗矩阵为基础的分块阻抗法⑺讥这个方法把一个丈系统分割为几个小的地区系统，在计 算机内只需要存储各个地区条统的阻抗矩阵及它们之间圣络线的阻抗，这禅不仅人幅度 地芳省了内存容址，同时也提高了计算速度。 3牛顿?拉夫逊法潮流计算昭步陳 求取雅可比矩阵是牛顿■拉夫逊法的?项重耍?「作°电力条 统潮流计算的雅可比矩阵艮有以F性质： 1)雅可比矩阵为一非奇异方阵。当节点电压以极坐标形试 表示时，该矩阵为25 — 1)—决阶方阵，节点电压以直角坐标形 式表示时为2(?- 1)阶° 2)矩阵元素与节点电压有关，故每次送代时都要重新计 ⑶ 与导纳矩阵貝有相似的结构，当九=0时?小叽』, 厶/均为0,因此,也是高度稀疏的矩阵，这对利用桶疏矩阵枝巧，减 少计算所需的内存和时间是很有好处的。 ⑷具有结枸对称性，但数值不对称。例如H严 C.-,/： 1 % ? H“ = — G/ +- B旳■由于各个节点电压不同?因而HfJ汇 缺点： P-Q分解潮流计算法是牛顿■拉夫逊法潮流计算的?种简化 方法■在电力系统中得到广泛的应用。从上一节已经知道?牛顿? 拉夫逊法的雅可比矩阵在毎一次迭代过程中都有变化，需要重新 形成和求解-这占据了牛顿-拉夫逊法潮漁计算的大部分时间?成 为牛顿-拉夫逊法计算速度不能提鳥的主要原因。虽然在牛顿-拉 先逊法中应用了稀疏矩阵技巧以及节点优化编号等提高计算速度 的技术，但却没有充分利用电力系统本身的特点来改进和提高计 算速度丄-Q分解法正是利用了电力系统的一些特冇的运行特性, 对牛顿-拉夫逊法作了简化。 P-Q分解法: 法是P?Q分解法W这个方法，根据电力系统的特点，抓住主要矛盾?对纯数学的牛顿