电气工程基础实验指导书文华电分实验10级

《电力系统分析》实验指导书实验1 一机—无穷大系统稳态运行方式实验一、实验目的1．了解和掌握对称稳定情况下，简单系统的各种运行方式；2．了解和掌握调节电力系统稳态运行参数的方法；3．分析、比较电力系统运行参数的数值变化的原因。

二、原理与说明电力系统稳态运行分析，除了包含许多理论概念之外，还有一些重要的“数值概念”。

是用于判断运行报表或监视控制系统测量值是否正确的参数依据。

因此，除了通过结合实际的问题，让学生掌握此类“数值概念”外，实验也是一条很好的、更为直观、易于形成深刻记忆的手段之一。

实验用一次系统接线图如图1所示。

图1 一次系统接线图本实验系统是一种物理模型。

原动机采用直流电动机来模拟，当然，它们的特性与大型原动机是不相似的。

原动机输出功率的大小，可通过给定直流电动机的电枢电压来调节。

实验系统用标准小型三相同步发电机来模拟电力系统的同步发电机，虽然其参数不能与大型发电机相似，但也可以看成是一种具有特殊参数的电力系统的发电机。

发电机的励磁系统可以用外加直流电源通过手动来调节，也可以切换到台上的微机励磁调节器来实现自动调节。

实验台的输电线路是用多个接成链型的电抗线圈来模拟，其电抗值满足相似条件。

“无穷大”母线就直接用实验室的交流电源，因为它是由实际电力系统供电的，因此，它基本上符合“无穷大”母线的条件。

为了进行测量，实验台设置了测量系统，以测量各种电量（电流、电压、功率、频率）。

为了测量发电机转子与系统的相对位置角（功率角），在发电机轴上装设了闪光测角装置。

三、实验项目和方法1.单机运行实验（1）、实验台状态设置选【同期方式】为“OFF”；选【励磁方式】为“微机它励”；选【微机励磁调节器】上的“恒U”（灯亮为选通）；选【微机调速器】上的“微机自动”（灯亮为选通）；合【系统开关】和【QF1】、【QF3】、【QF5】线路开关，形成单回线供电状态(2)、启机合【原动机开关】；按【微机调速器】上的“停机/开机”（开机灯亮），使原动机自动启机，带动发电机转子转动（额定转速1500r/分、额定频率50HZ）（3）、建压合【励磁开关】发电机可自动升压到额定电压380V（4）、调速实验：按【微机调速器】上的“增速/减速”，观察、记录表1（5）、调压实验：按【微机励磁调节器】上的“增磁/减磁”，观察、记录表1以上（2）、（3）、（4）、（5）步骤也称为启机、建压步骤。

2.单回路稳态运行实验（1）、承接1.的启机、建压（2）、同期（并网）操作当频率为HZ＝50HZ，机端电压为U F＝380V后，【同期方式】开关选“手动”，观察【同期表】上的“Hz、V、S”情况，同时满足三个条件时（ΔHZ=0,ΔV=0,ΔS 0)，进行并网操作，即合【发电机开关】，使发电机与系统连接在一起。

并网完毕后，注意将【同期方式】开关选回“OFF”。

（3）、调速实验：按【微机调速器】上的“增速/减速”，观察、记录表2（4）、调压实验：按【微机励磁调节器】上的“增磁/减磁”，观察、记录表2（5）、解列操作将有功、无功降为零，然后跳【发电机开关】，使发电机与系统断开联系，即为解列操作3．双回路运行实验（1）、开关状态设置将单回线路改成双回路运行，即合【系统开关】和【QF1】、【QF2】、【QF3】、【QF4】、【QF5】、【QF6】线路开关（2）、启机、建压：承接1.的启机、建压（3）、同期：（见2.－（2））（4）、调速实验：按【微机调速器】上的“增速/减速”，观察、记录表3（5）、调压实验：按【微机励磁调节器】上的“增磁/减磁”，观察、记录表3（6）、解列操作：（见2.－（5））4．停机步骤关【励磁开关】；按【微机调速器】上的“停机/开机”（停机灯亮），发电机自动减速，停机后；关【原动机开关】表1表2表3表中符号意义：HZ－机端频率，U F－机端电压，UL－励磁电压，I－机端电流P－有功，Q－无功，δ－功角，U Z－系统中间电压，U s－系统电压四、实验报告要求1．记录所有实验数据2．根据实验以及实验数据进行分析：（1）并网前发电机调速引起什么变化？并网前发电机调压引起什么变化？并网后发电机调速引起什么变化，为什么？并网后发电机调压引起什么变化，为什么？（2）说明单回路送电和双回路送电对电力系统稳定运行的影响，并对实验结果进行理论析。

五、思考题1．影响简单系统静态稳定性的因素是哪些？2．提高电力系统静态稳定有哪些措施？3．何为电压损耗、电压降落？实验2 电力系统功率特性和功率极限实验（一）实验目的1、初步掌握电力系统物理模拟实验的基本方法；2、加深理解功率极限的概念，在实验中体会各种提高功率极限措施的作用；3、通过对实验中各种现象的观察，结合所学的理论知识，培养理论结合实际及分析问题的能力。

（二）原理所谓简单电力系统，一般是指发电机通过变压器、输电线路与无限大容量母线联接而且不计各元件的电阻和导纳的输电系统。

对于简单系统，如发电机至系统d 轴和q 轴总电抗分别为X d ∑和X q ∑，则发电机的功率特性为： δδ2s i n 2s i n 2∑∑∑∑∑⋅-⨯+=q d q d d q Eq X X X X U X U E P （3-1）当发电机装有励磁调节器时，发电机电势E q 随运行情况而变化。

根据一般励磁调节器的性能，可认为保持发电机E 'q （或E '）恒定。

这时发电机的功率特性可表示成： δδ2s i n 2s i n 2∑∑∑∑∑⋅'-'⨯+''='q dq ddq EqX X X X U X U E P （3-2）或δ'''='∑sin dq E X U E P （3-3）这时功率极限为∑'='d EmX U E P （3-4）随着电力系统的发展和扩大，电力系统的稳定性问题更加突出，而提高电力系统稳定性和输送能力的最重要手段之一是尽可能提高电力系统的功率极限，从简单电力系统功率极限的表达式看，提高功率极限可以通过发电机装设性能良好的励磁调节器以提高发电机电势、增加并联运行线路回路数或串联电容补偿等手段以减少系统电抗、受端系统维持较高的运行电压水平或输电线采用中继同步调相机或中继电力系统以稳定系统中继点电压等手段实现。

（三）实验内容1、无调节励磁时功率特性和功率极限的测定（1）网络结构变化对系统静态稳定的影响（改变x）在相同的运行条件下（即系统电压U x、发电机电势保持E q保持不变，即并网前U x=E q），测定输电线单回线和双回线运行时，发电机的功一角特性曲线，功率极限值和达到功率极限时的功角值。

同时观察并记录系统中其他运行参数（如发电机端电压等）的变化。

将两种情况下的结果加以比较和分析。

①输电线路为单回线情况实验步骤：A、实验台的设置：选【励磁方式】为“微机它励”，选【微机励磁调节器】上的“恒α”（灯亮为选通），选【微机调速装置】上的“微机自动”（灯亮为选通），合【系统开关】、【QF3】、【QF5】、【QF1】线路开关，形成单回线供电状态B、开机建压：（见实验1启机、建压步骤）C、同期观察在【准同期控制器】上观察系统的V（380V），f（50Hz）与发电机的V、f差距，人工调节发电机的V、f使之与系统接近，即可进入同期方式D、手动同期：（见实验1的2－（2）步骤）E、确定功角0︒点发电机与系统并列后，调节发电机有功、无功，使其输出的有功和无功功率为零，此时【功率角指示器】刻度视为功角0︒点F、逐步增加发电机输出的有功功率，而发电机不调节励磁G、参数解释：δ－功角、P—发电机有功（P）、I A—机端电流（IA）、Vz—【开关站电压】（中心点电压）、U F—机端电压(VF)、I fd—励磁电流(ILDC)、Q—发电机无功(q)H、观察并记录系统中运行参数的变化，填入表2-1中，直到失步I、失步后，立即按【微机调速器】上的“减速”，将发电机拉回同步J、解列：按【微机调速器】上的“减速”，使P＝0、Q＝0，跳【发电机开关】表2-1 单回线②输电线路为双回线情况实验步骤：A、实验台的设置选【励磁方式】为“微机它励”，选【微机励磁调节器】上的“恒α”（灯亮为选通），选【微机调速装置】上的“微机自动”（灯亮为选通），合【系统开关】、【QF3】、【QF5】、【QF1】、【QF2】、【QF4】、【QF6】线路开关，形成双回线供电状态B、重复上述『1、－①－B~J步骤』，填入表2-2中表2-2 双回线注意：1．有功功率应缓慢调节，每次调节后，需等待一段时间，观察系统是否稳定，以取得准确的测量数值。

2．当系统失稳时，减小原动机出力，使发电机拉入同步状态。

（2）发电机电势E q不同对系统静态稳定的影响在同一接线及相同的系统电压下，测定发电机电势E q不同时（E q<U x或E q>U x）发电机的功一角特性曲线和功率极限。

①当Eq<Vx情况：设，Eq(机端电压)=360V Vx（系统电压）=380V实验步骤：A、输电线为单回线，并网前E q<U xB、发电机与系统并列后，调节发电机使其输出有功功率为零C、逐步增加发电机输出的有功功率，而发电机不调节励磁D、观察并记录系统中运行参数的变化，填入表2-3中E、解列：按【微机调速器】上的“减速”，使P＝0、Q＝0，跳【发电机开关】②当Eq>Vx情况：设，Eq(机端电压)=400V Vx（系统电压）=380V实验步骤：A、输电线为单回线，并网前E q>U xB、重复上述B~E步骤，填入表2-4中表2-4 单回线并网前E2、手动调节励磁时，功率特性和功率极限的测定给定初始运行方式，在增加发电机有功输出时，手动调节励磁保持发电机端电压恒定，测定发电机的功一角曲线和功率极限，并与无调节励磁时所得的结果比较分析，说明励磁调节对功率特性的影响。

（1）输电线路单回线情况实验步骤：①重复『1、－（1）－①－A~D步骤』②按“增磁”、“减磁”保持U F恒定在380V（即要进行调节励磁）③观察并记录系统中运行参数的变化，填入表2-5中④解列：按【微机调速器】上的“减速”，使P＝0、Q＝0，跳【发电机开关】表2-5 单回线手动调节励磁（2）输电线路双回线情况实验步骤：①重复『1、－（1）－②－A』步骤②重复『2、－（1）―②～④』步骤，数据填入表2-6中表2-6 双回线手动调节励磁3、自动调节励磁时，功率特性和功率极限的测定将自动调节励磁装置接入发电机励磁系统，测定功率特性和功率极限，并将结果与无调节励磁和手动调节励磁时的结果比较，分析自动励磁调节器的作用。

（1）微机它励、恒U方式（实验步骤自拟，交指导老师检查，通过后方可进行实验）表2-7 单回线微机它励方式表2-8 双回线微机它励方式（2）微机自并励、恒U方式，（实验步骤自拟，交指导老师检查，通过后方可进行实验）表2-9 单回线微机自并励方式表2-10 双回线微机自并励方式1．微机调速器处停机状态时，如果“输出零”灯不亮，不可开机；2．实验结束后，通过励磁调节使无功输出为零，通过调速器调节使有功输出为零，解列之后按下调速器的停机按钮使发电机转速至零。