同步发电机的准同期并列物理仿真实验
同步发电机准同期并列实验研究
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试验台一次系统原理接线图
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电力系统综合试验台面板图
收稿日期 " %DD(RYDR%’ 作者简介 " 加玛力汗#库马什 ! 女 ! 新疆乌鲁木齐市胜利路 Y’ 号新疆大学 $ 北校区 % 电气工程学院 ! 副教授 ! 主要从事电力系统及其自动 化方向的教学与研究 &>R947=Z \DYX]5/9S,/9 第 !" 卷
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Y 基于 XQRH! 型电力系统综合自动化实验台的准同 期
实验的分析
图& 自动准同期控制器的基本构成 由图可见 ( 自动准同期控制器有 ! 个基本单元组成 &! 合闸 控制单元 ’" 均频控制单元 ’# 均压控制单元 " 控制器的主要输入信号有 &! 断路器系统侧 >! ? 相电压 #’) 和 #’*’ " 断路器发电机侧 >!? 相电压 #&) 和 #&*( 通常将 #’* 和 #&* 短接后接大地 " 控制器的主要输出信号有 &! 合闸 ’" 加速和减速 ’# 升压 和降压 " 合闸控制单元的作用是 & 检测准同期条件 ) 电压差 ( 频率差和 相位差 #( 当相位差 和 频 差 条 件 均 满 足 时 ( 选 择 合 适 时 机 ) 相 位 差 等于越前相角 # 发出合闸命令 ’ 当电压差和 @ 或频差条件不满足 时 ( 闭锁合闸 " 合闸控制逻辑框图如图 , 所示 " 均 压 控 制 单 元 的 作 用 是 &当 频 率 差 条 件 不 满 足 时 (根 据 频 率 在 准 同 期 试 验 中 有 下 列 几 项 实 验 A=C& ! 手 动 准 同 期 实 验 ’ " 半自动准同期实验 ’ # 全自动准同期实验 ’ $ 准同期条件的整 定 " 在这几个实验中 ( 手动准同期实验又分为按准同期并列条件 合闸和偏离准同期并列条件合闸 " 偏离准同期并列条件合闸只限 于在实验室中进行 ( 在电厂机组中是不能使用的 " 实验 !!# 都是 观察现象的 ( 而且操作比较简单 ( 由于篇幅的原因 ( 不再赘述 " 需 要注意 的 一 点 是 ( 本 文 所 采 用 的 实 验 方 式 在 电 厂 中 是 不 能 采 用 的" 实 验$的 要 求 较 为 繁 杂 (此 实 验 要 求 修 改 各 类 参 数 (例 如 越 前时间 +,-! 频率差允许值 *. ! 电压差允许值 *# ’ 应观察分 析 当 有 " 个 条 件 变 化 时 (系 统 所 产 生 的 冲 击 电 流 有 多 大 (它 的 变 化 规 律 是什么 " 为了确定最佳整定参数 ( 对实验进行了有益的扩充 " YW0 系列实验 0 及实验分析 整 定 频 差 允 许 值 *. $-&! :J ( 压 差 允 许 值 *# $! ) ( 超 前 时 间
同步发电机并车实验
同步发电机并车实验一、实验目的1．加深理解同步发电机准同期并列原理，掌握准同期并列条件；2．掌握微机准同期控制器及模拟式综合整步表的使用方法；3．熟悉同步发电机准同期并列过程；4．观察、分析有关波形。
二、原理与说明将同步发电机并入电力系统的合闸操作通常采用准同期并列方式。
准同期并列要求在合闸前通过调整待并机组的电压和转速，当满足电压幅值和频率条件后，根据“恒定越前时间原理”，由运行操作人员手动或由准同期控制器自动选择合适时机发出合闸命令，这种并列操作的合闸冲击电流一般很小，并且机组投入电力系统后能被迅速拉入同步。
根据并列操作的自动化程度不同，又分为手动准同期、半自动准同期和全自动准同期三种方式。
正弦整步电压是不同频率的两正弦电压之差，其幅值作周期性的正弦规律变化。
它能反映两个待并系统间的同步情况，如频率差、相角差以及电压幅值差。
线性整步电压反映的是不同频率的两方波电压间相角差的变化规律，其波形为三角波。
它能反映两个待并系统间的频率差和相角差，并且不受电压幅值差的影响，因此得到广泛应用。
手动准同期并列，应在正弦整步电压的最低点(同相点)时合闸，考虑到断路器的固有合闸时间，实际发出合闸命令的时刻应提前一个相应的时间或角度。
自动准同期并列，通常采用恒定越前时间原理工作，这个越前时间可按断路器的合闸时间整定。
准同期控制器根据给定的允许压差和允许频差，不断地检查准同期条件是否满足，在不满足要求时闭锁合闸并且发出均压均频控制脉冲。
当所有条件均满足时，在整定的越前时刻送出合闸脉冲。
三、实验项目和方法（一）机组启动与建压1．检查调速器上“模拟调节”电位器指针是否指在0位置，如不在则应调到0位置；2．合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄。
调速器面板上数码管在并网前显示发电机转速（左）和控制量（右），在并网后显示控制量（左）和功率角（右）。
调速器上“并网”灯和“微机故障”灯均为熄灭状态，“输出零”灯亮；3．按调速器上的“微机方式自动/手动”按钮使“微机自动”灯亮；4．励磁调节器选择它励、恒UF运行方式，合上励磁开关；5．把实验台上“同期方式”开关置“断开”位置；6．合上系统电压开关和线路开关QF1，QF3，检查系统电压接近额定值380V；7．合上原动机开关，按“停机/开机”按钮使“开机”灯亮，调速器将自动启动电动机到额定转速；8．当机组转速升到95%以上时，微机励磁调节器自动将发电机电压建压到与系统电压相等。
同步发电机准同期并列实验指导书
注意：
应该特别指出，在进行试验前，必须先阅读本使用说明书，了解和掌握操作方法后，方可独立地进行电力 系统的试验研究。
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同步发电机准同期并列实验
一、实验目的 1．加深理解同步发电机准同期并列原理，掌握准同期并列条件； 2．掌握微机准同期控制器及模拟式综合整步表的使用方法； 3．熟悉同步发电机准同期并列过程； 4．观察、分析有关波形。 二、原理与说明 将同步发电机并入电力系统的合闸操作通常采用准同期并列方式。 准同期并列要求在合闸前通过调整 待并机组的电压和转速，当满足电压幅值和频率条件后，根据“恒定越前时间原理”，由运行操作人员手动 或由准同期控制器自动选择合适时机发出合闸命令，这种并列操作的合闸冲击电流一般很小，并且机组投 入电力系统后能被迅速拉入同步。根据并列操作的自动化程度不同，分为手动准同期和自动准同期方式。 正弦整步电压是不同频率的两正弦电压之差，其幅值作周期性的正弦规律变化。 它能反映两个待并系 统间的同步情况，如频率差、相角差以及电压幅值差。线性整步电压反映的是不同频率的两方波电压间相 角差的变化规律，其波形为三角波。它能反映两个待并系统间的频率差和相角差，并且不受电压幅值差的 影响，因此得到广泛应用。 手动准同期并列， 应在正弦整步电压的最低点(同相点)时合闸， 考虑到断路器的固有合闸时间， 实际发出合闸 命令的时刻应提前一个相应的时间或角度。 自动准同期并列，通常采用恒定越前时间原理工作，这个越前时间可按断路器的合闸时间整定。准同 期控制器根据给定的允许压差和允许频差，不断地检查准同期条件是否满足，在不满足要求时闭锁合闸并 且发出均压均频控制脉冲。当所有条件均满足时，在整定的越前时刻送出合闸脉冲。 三、实验项目和方法 （一）机组启动与建压 1．检查调速器上“模拟调节”电位器指针是否指在 0 位置，如不在则应调到 0 位置； 2．合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄。调速器面板上 数码管显示发电机频率，调速器上“微机正常”灯和“电源正常”灯亮； 3．按调速器上的“微机方式自动/手动”按钮使“微机自动”灯亮； 4．励磁调节器选择它励、恒 UF 运行方式，合上励磁开关； 5．把实验台上“同期方式”开关置“断开”位置； 6．合上系统电压开关和线路开关 QF1，QF3，检查系统电压接近额定值 380V； 7．合上原动机开关，按“停机/开机”按钮使“开机”灯亮，调速器将自动启动电动机到额定转速； 8．当机组转速升到 95%以上时，微机励磁调节器自动将发电机电压建压到与系统电压相等。 （二）观察与分析 1．操作调速器上的增速或减速按钮调整机组转速， 记录微机准同期控制器显示的发电机和系统频率。 观察并记录旋转灯光整步表上灯光旋转方向及旋转速度与频差方向及频差大小的对应关系；观察并记录不 同频差方向，不同频差大小时的模拟式整步表的指针旋转方向及旋转速度、频率平衡表指针的偏转方向及 偏转角度的大小的对应关系； 2．操作励磁调节器上的增磁或减磁按钮调节发电机端电压，观察并记录不同电压差方向、不同电压
同步发电机准同期并网实验
第1讲实践教学目标1．加深理解同步发电机准同期并列原理，掌握准同期并列条件；2．掌握微机准同期控制器及模拟式综合整步表的使用方法；3．熟悉同步发电机准同期并列过程；4．观察、分析有关波形。
实践教学内容同步发电机准同期并列实验[实践项目1] 手动准同期实验1．按准同期并列条件合闸将“同期方式”转换开关置“手动”位置。
在这种情况下，要满足并列条件，需要手动调节发电机电压、频率，直至电压差、频差在允许范围内，相角差在零度前某一合适位置时，手动操作合闸按钮进行合闸。
观察微机准同期控制器上显示的发电机频率和系统频率，相应操作微机调速器上的增速或减速按钮进行调速，直至“增速减速”灯熄灭。
此时表示压差、频差均满足条件，观察整步表上旋转灯位置，当旋转至0º位置前某一合适时刻时，即可合闸。
观察并记录合闸时的冲击电流。
2．偏离准同期并列条件合闸实验分别在单独一种并列条件不满足的情况下合闸，记录功率表冲击情况：（1）电压差相角差条件满足，频率差不满足，在fF>fX和fF<fX 时手动合闸，观察并记录实验台上有功功率表P和无功功率表Q指针偏转方向及偏转角度大小，分别填入表1；注意：频率差不要大于0.5HZ。
（2）频率差相角差条件满足，电压差不满足，VF>VX和VF<VX时手动合闸，观察并记录实验台上有功功率表P和无功功率表Q指针偏转方向及偏转角度大小，分别填入表1；注意：电压差不要大于额定电压的10%。
（3）频率差电压差条件满足，相角差不满足，顺时针旋转和逆时针旋转时手动合闸，观察并记录实验台上有功功率表P和无功功率表Q指针偏转方向及偏转角度大小，分别填入表1-1。
注意：相角差不要大于30度。
表1-1[实践项目2] 半自动准同期将“同期方式”转换开关置“半自动”位置，微机正常灯闪烁。
准同期控制器将给出相应操作指示信息，运行人员可以按这个指示进行相应操作。
调速调压方法同手动准同期。
当压差、频差条件满足时，整步表上旋转灯光旋转至接近0º位置时，整步表圆盘中心灯亮，表示全部条件满足，手动按下发电机开关，并网。
同步发电机的准同期并列实验
同步发电机的准同期并列实验同步发电机的准同期并列实验一、实验目的1. 熟悉同步发电机准同期并列过程；2. 加深理解同步发电机准同期并列原理；3. 会使用微机准同期和手动准同期两种方式并网；4. 掌握同期并列的条件以及微机准同期装置和组合式整步表的使用方法。
二、实验装置监控主站线路保护实验台发电机实验台、发电机、负载电阻箱三、实验原理将同步发电机并入电力系统的合闸操作通常采用准同期并列方式。
准同期并列要求在合闸前通过调整待并机组的电压和转速，当满足电压幅值和频率条件后，由运行操作人员手动准同期并网或采用微机自动准同期并网，这种并列操作的合闸冲击电流一般很小，并且机组投入电力系统后能被迅速拉入同步。
本实验台采用直流电动机调速控制器调节转速，用微机励磁自动装置调节励磁，采用微机自动准同期和手动准同期方式并网。
四、实验方法(一) 机组启动与建压(1) 合上监控主站空开，将旋钮拨到“并网”（如图1所示），按下启动按钮。
同时合上发电机实验台的空开，按下启动按钮。
图1 监控主站转换开关(2) 合闸线路保护实验台左右两个空开和启动开关，并合闸QF6，QF4，QF9，QF5。
最后的结果如图2所示。
图2 线路保护实验台合闸结果图（二）微机自动并网(1) 此时红灯亮，发电机风机启动。
注意此时发电机并网的按钮应该为分，如图3所示。
并将同期方式选择转换开关拨到“自动”位置，如图4所示。
观察微机励磁调节装置中是否为“单机，恒压控制，90V”如图5所示。
同时观察负载端子区应无连接，如图6所示。
图3 发电机并网断路器QF1应该为分闸图4 同期方式拨到“自动”图5微机励磁调节装置状态图6 负载端子区无连接(2) 按下微机调速装置（恒压模式）中的启动键2-3秒，启动直流电机以带动发电机运转，如图7所示。
当转速到显示转速为1400r/min左右，机端电压显示18V左右，按下起励按钮（如图8所示），励磁电压为35V左右，机端电压升至350V左右。
电力系统自动控制技术2个实验
电力系统自动控制技术2个实验实验一同步发电机准同期并列实验一、实验目的1．加深理解同步发电机准同期并列原理，掌握准同期并列条件；2．掌握微机准同期控制器及模拟式综合整步表的使用方法；3．熟悉同步发电机准同期并列过程；4．观察、分析有关波形。
二、原理与说明将同步发电机并入电力系统的合闸操作通常采用准同期并列方式。
准同期并列要求在合闸前通过调整待并机组的电压和转速，当满足电压幅值和频率条件后，根据“恒定越前时间原理”，由运行操作人员手动或由准同期控制器自动选择合适时机发出合闸命令，这种并列操作的合闸冲击电流一般很小，并且机组投入电力系统后能被迅速拉入同步。
根据并列操作的自动化程度不同，又分为手动准同期、半自动准同期和全自动准同期三种方式。
正弦整步电压是不同频率的两正弦电压之差，其幅值作周期性的正弦规律变化。
它能反映两个待并系统间的同步情况，如频率差、相角差以及电压幅值差。
线性整步电压反映的是不同频率的两方波电压间相角差的变化规律，其波形为三角波。
它能反映两个待并系统间的频率差和相角差，并且不受电压幅值差的影响，因此得到广泛应用。
手动准同期并列，应在正弦整步电压的最低点(同相点)时合闸，考虑到断路器的固有合闸时间，实际发出合闸命令的时刻应提前一个相应的时间或角度。
自动准同期并列，通常采用恒定越前时间原理工作，这个越前时间可按断路器的合闸时间整定。
准同期控制器根据给定的允许压差和允许频差，不断地检查准同期条件是否满足，在不满足要求时闭锁合闸并且发出均压均频控制脉冲。
当所有条件均满足时，在整定的越前时刻送出合闸脉冲。
三、实验项目和方法（一）机组启动与建压1．检查调速器上“模拟调节”电位器指针是否指在0位置，如不在则应调到0位置；2．合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄。
调速器面板上数码管显示发电机频率，调速器上“微机正常”灯和“电源正常”灯亮；3．按调速器上的“微机方式自动/手动”按钮使“微机自动”灯亮；4．励磁调节器选择它励、恒UF 运行方式，将“手动励磁”调到0后，合上“励磁开关”，调节“增磁”/“减磁”按钮使数码显示管上的给定电压Ug 参数为380V ；5．把实验台上“同期方式”开关置“断开”位置；6．合上系统电压开关和线路开关QF 1，QF 3，检查系统电压接近额定值380V ；7．合上原动机开关，按“停机/开机”按钮使“开机”灯亮，调速器将自动启动电动机到额定转速；松开“灭磁”按钮，“灭磁”指示灯灭。
实验四 三相同步发电机的并联运行
实验五三相同步发电机的并联运行一、实验目的：1．学习三相同步发电机投入电网并联运行的条件与基本操作方法。
2．掌握三相同步发电机与电网并联运行后，有功功率和无功功率的调节。
图 5-1（图中发电机、电动机以及电源说明见图4－1）二、实验内容：1．采用暗灯法，灯光旋转法及整步表，将三相同步发电机投入电网并联运行。
2．研究三相同步发电机与电网并联运行后有功功率的调节方法。
3．测取三相同步发电机与电网并联运行当空载及三分之一负载时的U形曲线。
三、实验说明：1．按图5-1接线。
起动机组、使同步发电机的转速接近同步速。
2．调节同步发电机的励磁，使同步发电机电压接近电网电压。
3．测取三相同步发电机与电网并联运行当空载及三分之一负载时的U行曲线。
4．当发电机转速接近同步速，发电机电压接近电网电压时，对于按暗灯法接线，三相灯光就会缓慢地同时发亮，对于灯光旋转法接线，各相灯光缓慢地轮流旋转发亮。
5．对于暗灯法，当三相灯光同时熄灭时，果断地将K 2合上，对于灯光旋转法，当未交叉接线的一相灯光熄灭而交叉接线的两相灯光亮度相同时，合上K 2，发电机即投入是并网。
6．整步表并网：当相序正确，整步表中电压差指针、频率差指针在零位，相位指针S 顺钟向缓慢地转到中间位置“▼”时，即可并网。
整步表介绍见本节实验附录。
7．按可控硅调速装置上的“电枢电压”的触摸键↑，逐渐增加发电机输入转距，即增加发电机输入功率，观察发电机输出有功功率的变化。
8．保持发电机输出有功功率不变，在空载（2P ＝0）及三分之一负载（N P P 3/12=）情况下调节三相同步发电机的励磁电流，观察发电机定子电流的变化，并将励磁电流f I 和定子电流三相电流的测量数据记入表中，记录表格自行设计。
9．实验完毕，在发电机与电网解列之前，应按可控硅调速装置上“电枢电压”的触摸键↓，减少发电机的输入功率，当功率减至接近于零时，将2K 接开，发电机与电网解列。
四、实验报告要求：1．通过分析三相同步发电机几种投入电网并联运行的基本操作方法。
同步发电机准同期并网实验
同步发电机准同期并网实验同步发电机准同期并网实验是电力系统中重要的实验项目之一。
其目的是检验同步发电机与电网是否能够进行准同期并网，并通过对实验结果的分析和处理，确定合适的并网方式和方案。
实验设备：同步发电机试验台、电力系统仿真综合实验平台实验流程：首先，将同步发电机接入电力系统仿真综合实验平台中，进行调试和参数设置。
然后，将同步发电机试验台与电力系统仿真综合实验平台连接，进行准同期并网实验。
实验步骤如下：1. 实验前，需检查实验设备的电气连接是否正确、断路开关是否关闭。
确认无误后，按照实验方案设置同步发电机的参数，包括发电机定子和转子参数、励磁电路参数等。
2. 针对电力系统仿真综合实验平台，需要进行适当的设置和调整，包括发电机和变电站的参数设置、电源和负载设置、变电站选择和配置等。
3. 开始实验。
启动同步发电机试验台，使其发电机定子输出电压为额定值，并加上一定的励磁电流，使同步发电机输出额定电流。
随后，启动电网仿真综合实验平台，将电源开关打开。
通常，在该实验中，电网仿真综合实验平台为测试电网。
4. 观察同步发电机试验台面板上的电压、电流、频率等参数，并通过电力系统仿真综合实验平台的监控系统，观察电网的电压和频率表现。
在进入并网状态后，需要持续观察和记录相关实验数据。
5. 对实验数据进行分析和处理。
在实验结束后，需要对实验数据进行详细的处理和分析，以确定同步发电机与电网的准同期并网是否正常、是否存在问题。
根据实验数据和分析结果，修改并网方案，并重新进行实验。
6. 实验后的总结与评估。
对实验结果进行总结与评估，分析并发现实验中出现的问题，并提出解决方案，最终确定并网方案。
总结：同步发电机准同期并网实验是检验发电机并网的性能、确定适当并网方案的一种重要手段，它可以帮助电力系统工程师在设计布局、故障排除等方面提供参考。
在实验中，需要仔细分析和处理数据，以确保实验结果的准确性和可靠性。
通过不断调整和改进，并网方案，可以实现电力系统的可靠运行和优化控制。
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同步发电机的准同期并列物理仿真实验
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一．实验原理
同步发电机励磁系统可分为直流励磁机励磁系统、交流励磁机励磁系统、静止励磁系统（发电机自并励系统）；励磁控制系统承担电压控制、改变发电机无功等任务；调速系统承担调频和有功控制。
发电机的并列操作是使待并发电机满足并列条件并入电网运行的一系列动作。
具体参见教材《电力系统自动化》或《自动装置原理》。
1.实验预习
清楚同步发电机准同期并列的概念和原理；清楚励磁系统和调速系统的原理和作
用。
2.实验目的
掌握发电机启动、并网、增减负荷等正常操作。
二. 实验内容：
(1) 无穷大系统侧送电。
无穷大系统侧如图1所示之单元接线。
进入“无穷大系
统”界面。
先向电源开关发送“合”指令，合上电源开关。
观察线电压遥测值，通过调压（升压/降压）使线电压为750V。
然后向高压开关发送“合”指令，合上高压开关。
完成无穷大电源侧送电。
(2) 发电机组的启动与建压。
发电机侧如图2所示之单元接线。
点击实验系统图
上代表发电机之符号，进入“* #发电机”界面（*代表1、2、3或4）。
先向原动机开关发送“合”指令，合上原动机开关。
然后向励磁开关发送“合”指令，合上励磁开关。
再向开机开关发送“投”指令，开机。
调速器将自动启动电动机至额定转速。
当机组转速升到90%额定值以上时，励磁调节器自动将发电机电压建压至额定值。
观察此过程中的转速遥测值以及发电机电压、频率遥测值。
ａ. 记录三组能说明变化趋势的发电机电压、频率值，并记下对应时间，填入下
ｂ. 记录向原动机开关发送“合”指令的时间，记录机组转速升到90%额定值以上
（3）. 准同期并网。
通过“* #发电机”界面上的“增/减速”指令调整发电机频率，以及“增/减励磁”指令调整发电机电压；通过“无穷大系统”界面上的“系统升/降压”指令调整系统电压。
使同期开关两侧的发电机电压、频率以及系统电压、频率满足准同期并网条件。
向同期开关发送“合”指令，合上同期开关。
此时由RTU自动判断，完成并网。
观察此过程中同期开关两侧电压波形/向量的变化，并观察并网后发电机的电压、频率变化。
ａ. 记录向同期开关发送“合”指令前的发电机端电压和频率：
b. 记录三组能说明变化趋势的发电机频率值，并记下对应时间，填入下表，
（4）.并网前，适量加大同期开关两侧的电压差或频率差，再进行并网操作，记
不断加大差值，直至并网无法成功。
记录可以并网的最大电压差及频率差。
（5）.发电机组输出功率。
并网后，通过“* #发电机”界面上的“增
/减速”指令可使发电机有功功率输出增加通过“* #发电机”界面上的“增/减励磁”指令可使发电机无功功率输出增加/减少，记录按下指令前和后的无功，先增加再减少。
(６).实验完毕。
记录实验数据，并填写实验表格，完成实验报告。
三.实验分析
当发电机组转速升到90%额定值以上时，由于励磁调节器的作用，励磁调节器会在很短的时间内把发电机电压建压至额定值，同时发电机的频率也会升至额定值。
此后合上同期开关时，发电机侧的电压频率会先降低一定数值，然后在正弦整步电压的作用下，发电机在几秒的时间内迅速被拉入同步，频率也升至额定值。
同期开关两侧的电压差或者频率差增大的时候，冲击电流会变大。
同时，两侧电压差20v 和频率差为0.6Hz 时，并网失败，可见同期开关两侧电压差和频率差必须在一定范围内才能并网成功，且额定电压和额定频率为750v 和50Hz ，并网失败的电压百分比和频率百分比分别为2.67%和1.2%，可见，并网对频率的要求更高。
最后可知随着原动机转速增大（减小），发电机输出的有功变大（变小），即发电机的有功与原动机的转速正相关。
随着发电机励磁的增大（减小），输出的无功变大（变小），即发电机的无功与励磁正相关。