电气工程学科专业基础及专业试卷.doc

1、武汉大学电气工程学科专业基础及专业试卷学号 姓名 身份证号及一考通号 分数 一、简单回答问题（每小题2分，共70分）（ ）1、直流输电与交流输电各有哪些特点？为什么要采用交直流混合输电？答：交流输电的特点：发电方便；通过变压器升压和降压，便于配送电；交流电源、交流变电站与同功率的直流电源、直流换流站相比，造价大为低廉。直流输电的特点：当输送功率相同时损耗小、造价低；电压、电流、功率的调节比较容易；没有电容电流；换流站造价高。采用交直流混合输电，既可以利用交流电可升压的好处进行高压输电，又可以利用直流输电降低线路，还可以实现交流系统之间的非同步联系，实现大区域电网互联。（ ）2、指出特勒根定理、

2、诺顿定理、互易定理的表达式与物理意义。 答：特勒根功率定理：在一个具有b条支路的电路中，如果支路电压为，支路电流为，且各条支路电压和支路电流的参考方向相关联，则在任何时刻都有. 其物理意义是：在任何一个电路中，任一时刻，电路中各支路功率的代数和恒等于零。特勒根似功率定理：假设有两个具有n个节点，b条支路的电路和，分别由不同的二端元件构成，但它们的图完全相同；电路的支路电压为，支路电流为，电路的支路电压为，支路电流为，且各条支路电压和支路电流的参考方向相关联，则在任何时刻都有. 没有物理意义。诺顿定理：任何一线性有源一端口网络N，对外电路而言可以等效为一个电流源和电导相并联的电路。，其中为一端口

3、网络从外部短路时的端口电流；电导是原网络内全部独立源置零时所得无源一端口网络的入端电导。互易定理：在不含受控电源的线性电路中，如果只有一个独立电源作用，当激励和响应互换位置时，同一数值激励所产生的响应在数值上不会改变。（ ）3、电气一次与二次系统如何界定？为什么说电流互感器副边不能开路？答：承担电能的输送和电能分配任务的高压系统是电气一次系统，承担对一次系统的电气设备进行监视、控制、测量和保护的系统是电气二次系统。若电流互感器副边开路，副边电流为零，那么二次电流产生的起去磁作用的磁动势消失，原边磁动势不变，原边被测电流全部成为励磁电流，使得铁芯中磁通剧增，铁芯严重发热烧毁设备。（ ）4、为什么

4、继电保护和测量、计量要应用不同的电流互感器。我国电工仪表的精度分为几级？答：由于继电保护要求电流互感器具有较高的10%误差倍数，测量仪表要求电流互感器具有较低的最大二次电流倍数，它们对互感器的铁芯所提的要求截然不同，二者很难统一，故继电保护和测量、计量要应用不同的电流互感器。我国电工仪表的精度共分0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0七个等级。（ ）5、一个立方体的每一条边中串联1的电阻，求出与中心对称的两个顶点之间的等值电阻。答：假设与中心对称的两个顶点为A、B，从A点流入的电流为I，根据分流原理与对称性，求得AB两点间的电压为I，故等值电阻为。（ ）6、三相交流电为什么可以

5、应用相量表示？分析为什么380V的三相交流系统要有0线且0线还不能太细？答：由欧拉公式 ，得到，其中零线起回路作用。380V的三相交流系统不一定是带称负载，因此很可能出现不平衡电流，这时流过零线的电流为三相线电流之和，负载越不对称零线电流越大，最大可达到相电流。（ ）、电路谐振有哪些谐振类型，各有哪些特征？导致谐振的原因有哪些，数学表达式？串联谐振与并联谐振有哪些特征？答：电路谐振有串联谐振和并联谐振。串联谐振是由于串联电路复阻抗的虚部为零，即；并联谐振是由于并联电路复导纳的虚部为零，即。串联谐振特征：谐振时回路的阻抗最小，电阻电压等于电源电压，回路电流最大且与激励源同相，谐振时电容C上的电压

6、与电感L上的电压相位相反、大小相等。并联谐振特征：支路电流比总电流要大，由电流源供电时，并联电路的端电压U会升得很高。（ ）、模拟与数字的信号、电路、设备各有哪些特征？分别给出几种电路或者设备。答：模拟信号的时间和幅值都连续，模拟电路实现模拟信号的产生、放大、变换，模拟电路中的晶体管是工作在放大区，例如差分放大电路、正弦波振荡电路。数字信号的时间和幅值都具有离散性，数字电路是使输入输出的数字量之间实现一定的逻辑关系，数字电路中的晶体管是工作在饱和区和截止区，例如加法器、计数器。（ ）、什么叫布线逻辑？什么叫可程控逻辑？各有什么特点？答：布线逻辑是通过用一定布线方法相连接的电路来实现的控制方式，

7、可程控逻辑是利用可编程的器件，通过输入程序指令实现控制的方式。（没有查到相关资料，自己理解的）（ ）、电子电路里有几种反馈？各有什么特点？给出种反馈电路。答：电子电路里有正反馈和负反馈、直流反馈和交流反馈、串联反馈和并联反馈、电流反馈和电压反馈之分。正反馈增强输入信号，负反馈削弱输入信号。直流反馈和交流反馈分别存在于电路的直流通路和交流通路中。串联反馈和并联反馈由反馈网络在放大电路输入端的连接方式决定。电压反馈与电流反馈由反馈网络在放大电路输出端的取样对象决定。 电压串联负反馈放大电路 电流串联负反馈放大电路（ ）、指出自动控制理论中的PID的含义？给出其数学表达式并用图形描述。答：PID是指

8、比例积分微分控制器，其输出信号与输入信号和它的积分、微分成比例，即，控制器的传递函数为PID控制框图如下：（ ）、指出计算机系统中有几种总线？什么是内总线，什么是外总线？答：总线的分类方式很多，按功能可以分为地址总线、数据总线和控制总线；按数据传输方式分为串行总线和并行总线；按时钟信号是否独立分为同步总线和异步总线；按总线相对于CPU或其它芯片的位置可分为内部总线(Internal Bus)和外部总线(External Bus)两种。内部总线，是指在CPU内部，寄存器之间和算术逻辑部件ALU与控制部件之间传输数据所用的总线；外部总线，是指CPU与内存RAM、ROM和输入/输出设备接口之间进行通

9、讯的通路。（ ）、信号处理中DFT和FFT各有什么特点？应用小波分析有些什么优点？答：离散傅里叶变换DFT是把有限长序列作为周期序列的一个周期，对有限长序列的傅里叶分析，直接计算DFT的计算量与变换区间长度N的平方成正比。快速傅里叶变换FFT不断地把长序列的DFT分解成几个短序列的DFT，并利用旋转因子的周期性和对称性来减少DFT的运算次数。小波分析既有频率分析的性质，又能表示发生的时间，有利于分析确定时间发生的现象；多分辨率分析，有利于各分辨率不同特征的提取；比FFT要快一个数量级。（ ）、什么叫随机误差、系统误差、粗大误差?如何分别判别这三种误差？答：随机误差也称为偶然误差，是由于在测定过

10、程中一系列有关因素微小的随机波动而形成的具有相互抵偿性的误差。随机误差的性质是：随着测定次数的增加，正负误差可以相互低偿，误差的平均值将逐渐趋向于零。系统误差是在一定的测量条件下，对同一个被测尺寸进行多次重复测量时，误差值的大小和符号（正值或负值）保持不变。系统误差的特点是测量结果向一个方向偏离，其数值按一定规律变化，具有重复性、单向性。粗大误差是指在一定的测量条件下，测得值明显地偏离实际值所形成的误差。（ ）、电机有哪些类型，指出同步电机和异步电机在结构和原理上有何区别？答：电机按电源可分为直流电机和交流电机，交流电机按结构又可分为同步电机和异步电机。同步电机由定子和转子两大部分构成，定子上

11、有定子绕组，转子上装了主磁极和励磁绕组，主要作发电机，励磁绕组通以直流励磁电流建立起主磁场，由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源；异步电机主要用作电动机，异步电动机运行时，定子绕组接到交流电源上，在空间产生旋转磁场，转子绕组自身短路，由于电磁感应的关系，在转子绕组中产生电动势、电流，从而产生电磁转矩。（ ）、变压器中性点有哪些接地方式，其等值电路如何？电力系统中应用的变压器有哪些主要的接线方式，给出原副边的相位关系。答：变压器中性点的接地方式：不接地、经小阻抗接地、经消弧线圈接地、直接接地。双绕组和三

12、绕组变压器的等值线路： 变压器主要的接线方式有：Yy联结：Yy0、Yy2、Yy4、Yy6、Yy8、Yy10，原、副绕组的线电势相位相差0、60、120、180、240、300；Yd联结：Yd1、Yd3、Yd5、Yd7、Yd9、Yd11，原、副绕组的线电势相位相差30、90、150、210、270、330（ ）、什么是同步电抗，其物理意义如何？什么是次同步振荡，产生原因和抑制措施如何?答：隐极同步电机的同步电抗，代表由电枢电流引起的总电抗，包括电枢漏电抗和电枢反应电抗；凸极同步电机由于采用双反应法将电磁关系分解到d轴和q轴，故有一对同步电抗，分别为直轴同步电抗、交轴同步电抗，分别表示两轴上的电枢

13、电流引起的总电抗。（ ）、如何能够实现变频调速？其主要依据是什么？答：变频调速是通过改变电源频率调整电动机转速的连续平滑调速方法。三相异步电动机的转速公式为，可见转速n与频率f成正比，只要改变电动机频率，就可以改变其转速。（ ）、柔性交流输电技术包括哪些基本内容？为什么要进行无功补偿？答：柔性交流输电技术FACTS的基本内容包括可控并联补偿装置、可控串联补偿装置以及统一潮流控制器。可控并联补偿包括静止无功补偿器SVC和静止调相器STATCOM，可控串联补偿包括可控硅投切串联电容TSSC和可控硅控制串联电容TCSC，统一潮流控制器UPFC将可控并联补偿和可控串联补偿融为一体。对电网进行无功补偿可

14、以提高功率因数，从而提高输电能力，并可以改善系统稳定性和抑制系统振荡。（ ）、电能质量的含义是什么？保证电能质量有哪些措施？答：电能质量是指关系到供电、用电系统及其设备正常工作（或运行）的电压、电流的各种指标偏离规定范围的程度。衡量电能质量的主要指标有电压、频率和波形。措施：制定出准确合理的负荷曲线，按照负荷需求合理发电；可以采用滤波器和无功补偿装置来消除谐波；采用灵活的调压、调频装置保证电压稳定等。（ ）、由电力电子器件组成的无功功率补偿装置可有几种电路方案？答：可控硅控制的电抗器TCR 可控并联 可控硅投切的电容器TSC补偿装置 静止同步调相机STATCOM无功功率补偿装置 可控并联 可控

15、硅投切串联电容TSSC 补偿装置 可控硅控制串联电容TCSC（ ）、什么是电力系统振荡，试描述其物理过程和分类，简要说明引起各类振荡的原因.答：电力系统中的电磁参量的振幅和机械参量的大小随时间发生等幅、衰减或发散的周期性变化的现象。表现为电力系统中发电机的转速、并列运行的发电机间的相对角度、系统的频率、母线上的电压、支路中的电流和功率产生波动、偏离正常值，振荡中心的电压有大幅度的跌落。同步振荡：系统在受到扰动以后，产生的振荡将在有限的时间内衰减，进而达到新的平衡的运行状态。非同步振荡：系统受到扰动后产生的振荡将导致系统中发电机同步运行的破坏，进而过渡到非同步运行状态。低频振荡：由于系统中发电机

16、组的电联系相对薄弱，阻尼特性很弱，因而在快速励磁调节的作用下产生负阻尼，系统受到扰动后发生长时间不衰减的振荡。次周期振荡：由于大型发电机组（长轴）的机械参数和电设备的电磁参数相互匹配而产生的频率略低于同步频率的振荡。（ ）、发电厂，变电站有哪些主接线方式？各有哪些特点？答：电气主接线分为有汇流母线和无汇流母线两大类，有汇流母线包括单母线接线、双母线接线、带有旁路母线的接线，无汇流母线包括单元接线、桥形接线、多角形接线。单母线接线：供电可靠性差、灵活性差、经济性好且操作方便；双母线接线：供电可靠、调度灵活、便于扩建，接线复杂、经济性差、易误操作；单元接线：简明清晰、可靠灵活、配电装置布置简单、操

17、作方便；桥形接线：简单清晰、造价低、故障时影响供电；多角形接线：可靠性高、运行灵活、经济性好、整定复杂。（ ）、10kv及以上线路有哪些主要保护？答：电流保护、电压保护、距离保护、纵联保护等。（ ）、电力系统中为什么有频率的一次调整、二次调整?答：在进行一次调频时，仅发电机组的调速器动作，属于有差调频，因此一次调频只能改善系统的频率。当一次调频不能将频率调整到允许偏移的范围内时，就需要在一次调频的基础上进行二次调频。在适当的条件下，二次调频可以实现无差调频。（ ）、变压器分接头调节有什么作用，如何确定分接头的位置?答：变压器分接头调节可以改变变比，从而可以起到调压的作用。先算出最大最小负荷时变

18、压器的电压损耗，再根据公式计算最大最小分接头电压，求出分接头电压平均值，选最接近此平均值的标准分接头，校验满足要求即可。（ ）、电力系统保护有哪些基本要素？为什么要分为几级保护？答：电力系统继电保护应具有四个基本要素：选择性、速动性、灵敏性和可靠性。电力系统继电保护通常采用阶梯延时配合的三段式保护，因为保护段为无延时的速动保护段，但不能保护线路全长；段能保护线路全长，但不能作为相邻线路的后备保护；段保护可作为相邻线路的后备保护，但作为主保护时不能满足速动性的要求。因此，通常把段和段一起作为本线路的主保护，段作为本线路的近后备和相邻线路的远后备保护。（ ）、发电机，变压器有哪些主要的保护？电动机

19、有哪些运行方式及相应的保护？答：发电机的主要保护有：纵差动保护、横差动保护、单相接地保护、负序电流保护、失磁保护和失步保护等。变压器的主要保护有：瓦斯保护、纵差动保护和相间短路与接地短路的后备保护。电动机运行方式有正常运行、不正常运行和故障运行。故障与不正常运行情况包括相间短路、匝间短路、一相断线、过负荷、低电压等，相应的保护有差动保护、过流保护、低电压保护、接地保护等。（ ）、我国有哪些电压等级，有哪几级调度，分别起什么作用？答：我国规定的额定电压等级有3 ,6 ,10 ,20 ,35 ,63 ,110 ,220 ,330 ,500 ,750kV ，均指三相交流系统的线电压。我国电力系统的运

20、行调度组织在结构上分为五级：国调、网调、省调、地调和县调。国调是我国电网调度的最高级，其任务是协调各大网区的联络潮流和运行方式，做中长期的电网安全、经济运行的决策；网调的作用是按照规定的发供电计划，进行省市和有关大区网的供受电量的计划编制与分析；省调负责省网的安全运行，按照规定的发供电计划及监控原则进行管理，提高电能质量和经济运行水平；地调负责采集地区网的各种信息，进行安全监控和用电管理；县调负责数据采集和安全监视，进行负荷管理，向上级调度发送必要的实时信息。（ ）、和系统各有哪些作用与特点？答：SCADA监视控制和数据采集系统，用于监测系统稳态运行情况，带有故障录波功能。其测量周期通常是秒级

21、，SCADA数据不带时标，不同地点之间缺乏准确的共同时间标记；只在发生故障时采集故障点附近的数据，记录数据局部有效，持续时间较短，难以用于对全系统动态行为的监视和分析。WAMS广域测量系统，基于PMU，实现对电力系统动态过程的监测。其测量的数据能反映系统的动态行为特征；兼顾了SCADA系统和故障录波系统的功能，为电力系统提供了新的测量和监控手段。WAMS数据具有以下特点：可记录系统完整的动态过程；以连续相量数据描述电网状态；采样密度为25、50、100帧/秒；采用基波数据；严格时间同步；所有数据带有时标；各类数据和电气/地理位置无关。（ ）1、论述PSS，AGC的功能与工作原理，并应用图形进行

22、描述。答：PSS是电力系统稳定器，发电机自动电压调节器中的一种附加励磁控制装置。它的主要作用是给电压调节器提供一个附加控制信号，产生正的附加阻尼转矩，来补偿以端电压为输入的电压调节器可能产生的负阻尼转矩，从而提高发电机和整个电力系统的阻尼能力，抑制自发低频振荡的发生，加速功率振荡的衰减。AGC是自动增益控制电路，利用电压误差信号去消除输出信号振幅与要求输出信号振幅之间误差的自动控制电路。（ ）2、为什么要进行短路电流计算和潮流计算，不对称短路计算有何特点？答：因为在电力系统的设计和运行中都要用到潮流计算和短路计算的结果，例如电力网规划设计时，要根据潮流计算和短路计算的结果选择电气设备，确定主接

23、线方案，确定最佳运行方式，整定继电保护和自动装置。在进行不对称短路计算时，常采用对称分量法，把一个不对称的网络分解为正序、负序和零序三个对称的网络，然后将算得的各序分量合成得出短路电流、电压。 （ ）3、电力系统分析有哪些基本方法，各有什么特点？答：可以用电力系统动态模拟装置、计算机仿真来进行电力系统分析。电力系统动态模拟装置的所有元件均为物理仿真模型，模拟产生的物理现象可与实际电力系统一一对应，但是不容易模拟大范围的复杂的系统，操作不方便。计算机仿真提高了电力系统分析的规模和速度，适应了现代大规模电力系统和实时控制快速分析的需要，操作方便。（ ）4、如何保证电力系统稳定运行，提高电力系统的稳

24、定应有哪些措施？答：保证电力系统稳定运行，也即保证电力系统具有静态和动态稳定性，要使其在受到扰动后，系统中的功角、电压、频率可维持在一定的范围，使整个系统能稳定运行。总的原则是提高电力系统的功率极限，抑制自发振荡，减小发电机转子相对运动的振荡幅度，提高暂态稳定。提高电力系统稳定性的措施：改善电力系统基本元件的特性和参数；采用附加装置提高电力系统稳定性；改善电力系统运行方式及其他措施。（ ）5、现代电力系统有何特点？什么是智能电网、微电网、分布式电源？答：现代电力系统的特点：输电距离大，电压等级高，输送容量大，交直流输电并行，实现大区域电网互联。智能电网是将先进的传感测量技术、信息通信技术、分析

25、决策技术、自动控制技术和能源电力技术相结合，并与电网基础设施高度集成而形成的新型现代化电网。微电网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。分布式电源一般是相对于传统的集中供电方式而言的，主要是指以小规模、模块化、分散式的方式布置在用户附近的发电系统，该系统可独立地输出电、热和（或）冷能。二、作图题（每小题5分，共10分）（1）、图（1）所示为何种电气主接线？如果要满足检修断路器QF1时，出线L1不停电，应该如何对主接线形式进行修改，请画出修改后的主接线，并

26、写出检修QF1的操作步骤。图（1）答：图（1）所示为双母线接线。要满足检修断路器QF1时，出线L1不停电，应该在双母线的基础上加装旁路母线W3，并相应增加旁路断路器QF2及旁路隔离开关。W3W2W1L1L2QFQF1QS3QS2QS1QS4QS5QSQS6操作步骤：正常运行时，QF、QS3、QS4闭合，QS断开，QS6断开，线路L1上所有开关闭合。要检修QF1时，合上QS向旁母W3充电（若W3有故障会快速自动跳闸），再合上QS6，再依次断开QF1、QS5、QS1、QS2。（2）、图（2）中变压器T2的铁芯结构为三相三柱式，负荷L的接法为星形接地。不考虑所有元件的电阻，画出在f1点发生接地短路时

27、的零序等值电路。图（2）答：零序等值线路为：三、计算题（共20分）1、开式电力网如图（3）所示，已知线路阻抗Xl=5+j10，变压器阻抗XT=2+j30，中性点电抗XL=j2（参数均已归算到高压侧）；线路的充电功率为-j2Mvar，变压器的励磁损耗为j0.2MVA，变压器高压母线上的负荷S1=15+j5MVA，低压母线上的负荷S2=5+j5MVA，变压器变比为110/10。若网络首端电压为UA=118kV，试计算B点电压及电压偏移。（计算结果精确到小数点后两位）（10分）图（3）答：中性点接地阻抗中不会有正序电流通过，故在计算时忽略。等值电路图如下：jXRRTjXT-j0.5Q-j0.5QS1

28、P0+jQ0S2ABC变压器功率损耗线路功率损耗环节首端功率令则有B点电压为电压偏移2、系统如图（4）所示。已知断路器QF处于闭合状态，系统各元件参数如下：发电机G1：UN10.5kV，SN62.5MVA，X1X20.125，=1.00发电机G2：UN10.5kV，SN62.5MVA，X1X20.125, =1.00 变压器T1、T2：SN80MVA, 110/10.5kV , Uk (%)10; 变压器T3、T4：SN80MVA, 110/35kV , Uk (%)12; 线路L1、L2：l50km, x10.4/km，x01.0/km；负荷：XL114.7，XL24.3，取基准值SB100

29、MVA，当母线N点发生b、c两相直接短路时，试计算：（1） 各序等值参数，做出复合序网络图；（2） 短路点N短路电流；（3） M点b相电压的有名值。（计算结果精确到小数点后两位）。图（4）解：由于G1、G2两个发电机和T1、T2两个变压器是相同的，QF闭合，故在等值电路中可以视作一个两倍容量的发电机和变压器，且个用一个电抗来表示。G1、G2等效发电机的电抗T1、T2等效变压器的电抗线路L1、L2并联的等效电抗T3、T4等效变压器的电抗负荷的电抗 （1） 正序网络和负序网络：Ia0=0，故零序网络不存在。（2） N点短路电流故短路电流有名值（3），M点a相电压M点b相电压 ，有名值（这一题不是很确定，不知道怎么处理负荷在等值线路中的作用。）第 15 页 共 15 页