电力系统实验报告

电 力 系 统 实 验 报 告

班级： 学号： 姓名：

09050446X 09050446X00

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

（七）停机

当同步发电机与系统解列之后，按调速器的“停机/开机”按钮使“停机”灯亮，即可自动停机，当机组转速降到85%以下时，微机励磁调节器自动逆变灭磁。待机组停稳后断开原动机开关，跳开励磁开关以及线路和无穷大电源开关。切断操作电源开关。

四、实验报告要求

1．比较手动准同期和自动准同期的调整并列过程； 2．分析合闸冲击电流的大小与哪些因素有关； 3．分析正弦整步电压波形的变化规律；

4．滑差频率fs，开关时间tyq 的整定原则？ 注意事项：

1．手动合闸时，仔细观察整步表上的旋转灯，在旋转灯接近0o位置之前某一时刻合闸。 2．当面板上的指示灯、数码管显示都停滞不动时，此时微机准同期控制器处于“死机”状态，按一下“复位”按钮可使微机准同期控制器恢复正常。

3．微机自动励磁调节器上的增减磁按钮按键只持续5秒内有效，过了5秒后如还需调节则松开按钮，重新按下。

4．在做三种同期切换方式时，做完一项后，需做另一项时，断开断路器开关，然后选择“同期方式”转换开关。

实验二 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，输电系统的各种运行状态与运行参数的数值变化范围； 2．了解和掌握输电系统稳态不对称运行的条件；不对称度运行参数的影响；不对称运行对发电机的影响等。

二、原理与说明

电力系统稳态对称和不对称运行分析，除了包含许多理论概念之外，还有一些重要的“数值概念”。为一条不同电压等级的输电线路，在典型运行方式下，用相对值表示的电压损耗，电压降落等的数值范围，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2所示。

图2 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。

三、实验项目和方法

1．单回路稳态对称运行实验

在本章实验中，原动机采用手动模拟方式开机，励磁采用手动励磁方式，然后启机、建压、并网后调整发电机电压和原动机功率，使输电系统处于不同的运行状态（输送功率的大小，线路首、末端电压的差别等），观察记录线路首、末端的测量表计值及线路开关站的电压值，计算、分析、比较运行状态不同时，运行参数变化的特点及数值范围，为电压损耗、电压降落、沿线电压变化、两端无功功率的方向（根据沿线电压大小比较判断）等。 2．双回路对称运行与单回路对称运行比较实验 按实验1的方法进行实验2的操作，只是将原来的单回线路改成双回路运行。将实验1的结果与实验2进行比较和分析。 表3-1 P 0.4 单回路 0.8 1.2 1.0 1.0 双回路 1.4 1.8 0.6 Q 0.38 0.4 0.45 0.4 0.5 0.49 0.5 0.5 I 1.25 2.2 1.5 2.5 3.25 1.25 UF 390 375 387 375 360 390 UZ 385 375 350 372 370 365 350 380 U? 367 365 367 367 365 365 365 365 35 25 10 20 25 10 -5 25 ?U ? △U1.625 400 20 10 -5 5 5 0 15 15 1.625 390 ?—注：UZ —中间开关站电压；?U —输电线路的电压损耗； △U 输电线路的电压降落

四、实验报告要求

1．整理实验数据，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分析。

2．根据不同运行状态的线路首、末端和中间开关站的实验数据、分析、比较运行状态不同时，运行参数变化的特点和变化范围。

3．比较非全相运行实验的前、后实验数据，分析输电线路输送功率的变化。

实验三 同步发电机励磁控制实验

一、实验目的

1．加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务； 2．了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点；

3．熟悉三相全控桥整流、逆变的工作波形；观察触发脉冲及其相位移动； 4．了解微机励磁调节器的基本控制方式；

5．了解电力系统稳定器的作用；观察强励现象及其对稳定的影响； 6．了解几种常用励磁限制器的作用； 7．掌握励磁调节器的基本使用方法。

二、原理与说明

同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。励磁控制系统的三大基本任务是：稳定电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳定性。

图1 励磁控制系统示意图

实验用的励磁控制系统示意图如图1所示。可供选择的励磁方式有两种：自并励和它励。当三相全控桥的交流励磁电源取自发电机机端时，构成自并励励磁系统。而当交流励磁电源取自380V市电时，构成它励励磁系统。两种励磁方式的可控整流桥均是由微机自动励磁调节器控制的，触发脉冲为双脉冲，具有最大最小α角限制。

微机励磁调节器的控制方式有四种：恒UF（保持机端电压稳定）、恒IL（保持励磁电流稳定）、恒Q（保持发电机输出无功功率稳定）和恒α（保持控制角稳定）。其中，恒α方式是一种开环控制方式，只限于它励方式下使用。

同步发电机并入电力系统之前，励磁调节装置能维持机端电压在给定水平。当操作励磁调节器的增减磁按钮，可以升高或降低发电机电压；当发电机并网运行时，操作励磁调节器的增减磁按钮，可以增加或减少发电机的无功输出，其机端电压按调差特性曲线变化。

发电机正常运行时，三相全控桥处于整流状态，控制角α小于90°；当正常停机或事故停机时，调节器使控制角α大于90°，实现逆变灭磁。

电力系统稳定器――PSS是提高电力系统动态稳定性能的经济有效方法之一，已成为励磁调节器的基本配置；励磁系统的强励，有助于提高电力系统暂态稳定性；励磁限制器是保障励磁系统安全可靠运行的重要环节，常见的励磁限制器有过励限制器、欠励限制器等。

三、实验项目和方法

（一）不同α角（控制角）对应的励磁电压波形观测

（1）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； （2）励磁系统选择它励励磁方式：操作 “励磁方式开关”切到“微机它励”方式，调节器面板“它励”指示灯亮；

（3）励磁调节器选择恒α运行方式：操作调节器面板上的“恒α”按钮选择为恒α方式，面板上的“恒α”指示灯亮；

（4）合上励磁开关，合上原动机开关；

（5）在不启动机组的状态下，松开微机励磁调节器的灭磁按钮，操作增磁按钮或减磁按钮即可逐渐减小或增加控制角α，从而改变三相全控桥的电压输出及其波形。

注意：微机自动励磁调节器上的增减磁按钮键只持续5秒内有效，过了5秒后如还需要调节，则松开按钮，重新按下。

实验时，调节励磁电流为表1规定的若干值，记下对应的α角（调节器对应的显示参数为“CC”），同时通过接在Ud+、Ud-之间的示波器观测全控桥输出电压波形，并由电压波形估算出α角，另外利用数字万用表测出电压Ufd和UAC，将以上数据记入下表，通过Ufd，UAC和数学公式也可计算出一个α角来；完成此表后，比较三种途径得出的α角有无不同，分析其原因。 表2-1 励磁电流Ifd 显示控制角α 励磁电压Ufd 交流输入电压UAC 由公式计算的α 示波器读出的α 形有何不同？为什么？

（7）调节控制角大于120度，观察全控桥输出电压波形，与课本所画波形有何不同？为什么？

0.0A 120 ° 0 62.7 120 ° 120 ° 0.5A 86.6 ° 14.32 62.2 86.6 ° 84° 1.5A 62.73 ° 38.1 61.4 62.73 ° 66 ° 2.5A 38.49 ° 63.4 60.8 38.49 ° 42 ° （6）调节控制角大于90度但小于120度，观察全控桥输出电压波形，与课本所画波（二）同步发电机起励实验

同步发电机的起励有三种：恒UF方式起励，恒α方式起励和恒IL方式起励。其中，除了恒α方式起励只能在它励方式下有效外，其余两种方式起励都可以分别在它励和自并励两种励磁方式下进行。

恒UF方式起励，现代励磁调节器通常有“设定电压起励”和“跟踪系统电压起励”的两种起励方式。设定电压起励，是指电压设定值由运行人员手动设定，起励后的发电机电压稳定在手动设定的电压水平上；跟踪系统电压起励，是指电压设定值自动跟踪系统电压，人工不能干预，起励后的发电机电压稳定在与系统电压相同的电压水平上，有效跟踪范围为85%～115%额定电压；“跟踪系统电压起励”方式是发电机正常发电运行默认的起励方式，而“设定电压起励”方式通常用于励磁系统的调试试验。

恒IL方式起励，也是一种用于试验的起励方式，其设定值由程序自动设定，人工不能干预，起励后的发电机电压一般为20%额定电压左右；恒α方式起励只适用于它励励磁方式，可以做到从零电压或残压开始由人工调节逐渐增加励磁，完成起励建压任务。

1．恒UF方式起励步骤

（1）将“励磁方式开关”切到“微机自励”方式，投入“励磁开关”；

（2）按下“恒UF”按钮选择恒UF控制方式，此时恒UF指示灯亮；

（3）将调节器操作面板上的“灭磁”按钮按下，此时灭磁指示灯亮，表示处于灭磁位置；

（4）启动机组；

（5）当转速接近额定时，（频率≥47Hz）,将“灭磁”按钮松开，发电机起励建压。注意观察在起励时励磁电流和励磁电压的变化（看励磁电流表和电压表）。录波，观察起励曲线，测定起励时间，上升速度，超调，振荡次数，稳定时间等指标，记录起励后的稳态电压

和系统电压。

上述的这种起励方式是通过手动解除“灭磁”状态完成的，实际上还可以让发电机自动完成起励，其操作步骤如下：

（1）将“励磁方式开关”切到“微机自励”方式，投入“励磁开关”； （2）按下“恒UF”按钮选择恒UF控制方式，此时恒UF指示灯亮； （3）使调节器操作面板上的“灭磁”按钮为弹起松开状态（注意，此时灭磁指示灯仍然是亮的）；

（4）启动机组；

（5）注意观察，当发电机转速接近额定时（频率≥47Hz），灭磁灯自动熄灭，机组自动起励建压，整个起励过程由机组转速控制，无需人工干预，这就是发电厂机组的正常起励方式。同理，发电机停机时，也可由转速控制逆变灭磁。

改变系统电压，重复起励（无需停机、开机，只需灭磁、解除灭磁），观察记录发电机电压的跟踪精度和有效跟踪范围以及在有效跟踪范围外起励的稳定电压。

按下灭磁按钮并断开励磁开关，将“励磁方式开关”改切到“微机它励”位置，恢复投入“励磁开关”（注意：若改换励磁方式时，必须首先按下灭磁按钮并断开励磁开关！否则将可能引起转子过电压，危及励磁系统安全。）本励磁调节器将它励恒UF运行方式下的起励模式设计成“设定电压起励”方式（这里只是为了试验方便，实际励磁调节器不论何种励磁方式均可有两种恒UF起励方式），起励前允许运行人员手动借助增减磁按钮设定电压給定值，选择范围为0～110%额定电压。用灭磁和解除灭磁的方法，重复进行不同设定值的起励试验，观察起励过程，记录设定值和起励后的稳定值。

2．恒IL方式起励步骤

（1）将“励磁方式开关”切到“微机自励”方式或者“微机它励”方式，投入“励磁开关”；

（2）按下“恒IL”按钮选择恒IL控制方式，此时恒IL指示灯亮；

（3）将调节器操作面板上的“灭磁”按钮按下，此时灭磁指示灯亮，表示处于灭磁位置；

（4）启动机组；

（5）当转速接近额定时（频率>=47Hz）,将“灭磁”按钮松开，发电机自动起励建压，记录起励后的稳定电压。起励完成后，操作增减磁按钮可以自由调整发电机电压。

3．恒α方式起励步骤

（1）将“励磁方式开关”切到“微机它励”方式，投入“励磁开关”； （2）按下恒α按钮选择恒α控制方式，此时恒α指示灯亮；

（3）将调节器操作面板上的“灭磁”按钮按下，此时灭磁指示灯亮，表示处于灭磁位置；

（4）启动机组；

（5）当转速接近额定时（频率>=47Hz）,将“灭磁”按钮松开，然后手动增磁，直到发电机起励建压；

（6）注意比较恒α方式起励与前两种起励方式有何不同。

（三）控制方式及其相互切换

本型微机励磁调节器具有恒UF，恒IL，恒Q，恒α等四种控制方式，分别具有各自特点，请通过以下试验自行体会和总结。

1．恒UF方式

选择它励恒UF方式，开机建压不并网，改变机组转速45HZ～55HZ，记录频率与发电机电压、励磁电流、给定电压的关系数据；

表2-2 发电机频率 45Hz 46Hz 47Hz 48Hz 49Hz 50Hz 51Hz 52Hz 53Hz 54Hz 55Hz 发电机电压 398.2 400.9 401.7 400 400.0 400.8 401.3 400.6 400.7 400.6 400.7 励磁电流 1.702 1.628 1.512 1.433 1.333 1.250 1.176 1.106 1.057 1.006 0.959 励磁电压 40.85 39.82 38.20 36.57 35.47 34.00 32.97 31.7 30.92 30.05 29.37 给定电压 4.44 4.51 4.61 4.70 4.77 4.85 4.92 4.99 5.05 5.11 5.17 2．恒IL方式

选择它励恒IL方式，开机建压不并网，改变机组转速45HZ～55HZ，记录频率与发电机电压、励磁电流、给定电压的关系数据； 表2-3 发电机频率 45Hz 46Hz 47Hz 48Hz 49Hz 50Hz 51Hz 52Hz 53Hz 54Hz 55Hz 发电机电压 419.3 428.6 437.5 447.8 456.2 465.7 474.6 484.2 493.1 502.3 512.1 励磁电流 1.993 1.992 1.993 2.000 1.994 1.996 1.995 1.998 1.994 2.000 1.999 励磁电压 46.22 46.57 46.65 47.02 47.10 47.25 47.27 47.30 47.37 47.45 47.57 控制角? 4.10 4.08 4.07 4.06 4.05 4.05 4.05 4.05 4.04 4.04 4.03

3．恒α方式

选择它励恒α方式，开机建压不并网，改变机组转速45HZ～55HZ，记录频率与发电机电压、励磁电流、给定电压的关系数据；

表2-4

发电机频率 45Hz 发电机电压 461.6 励磁电流 2.696 励磁电压 61.20 给定电压 2.99 46Hz 47Hz 48Hz 49Hz 50Hz 51Hz 52Hz 53Hz 54Hz 55Hz 470.3 479.7 489.2 498.8 507.9 518.1 527.3 537.2 547.3 557.3 2.670 2.655 2.646 2.631 2.610 2.617 2.601 2.606 2.603 2.601 61.30 61.37 61.47 61.45 61.25 61.40 61.37 61.52 61.42 61.65 2.99 2.98 2.99 2.99 2.99 2.98 2.99 2.99 2.99 2.99 4．恒Q方式 选择它励恒UF方式，开机建压，并网后选择恒Q方式（并网前恒Q方式非法，调节器拒绝接受恒Q命令），带一定的有功、无功负荷后，记录下系统电压为380V时发电机的初始状态，注意方式切换时，要在此状态下进行。改变系统电压，记录系统电压与发电机电压、励磁电流、控制角α，无功功率的关系数据； 表2-5 系统电压 380V 370V 360V 350V 390V 400V 410V 发电机电压 发电机电流 励磁电流 454.0 445.0 434.5 427.3 460.0 465.0 476.0 1.00 1.03 1.06 1.10 0.97 0.93 0.87 2.106 2.052 1.966 1.883 2.231 1.266 2.400 控制角? 3.85 3.97 4.08 4.16 3.77 3.65 3.42 有功功率 0.535 0.550 0.574 0.573 0.516 0.507 0.474 无功功率 0.599 0.600 0.596 0.603 0.586 0.569 0.566 将系统电压恢复到380V，励磁调节器控制方式选择为恒UF方式，改变系统电压，记录系统电压与发电机电压、励磁电流、控制角α，无功功率的关系数据； 表2-6 系统电压 380V 360V 390V 410V 发电机电压 发电机电流 励磁电流 345 335 349 354 2.15 2.2 2.05 2.05 1.7 1.7 1.7 1.7 控制角α 73.7 73.7 73.7 73.7 有功功率 1100W 1200W 1300W 1600W 5．负荷调节

调节调速器的增速减速按钮，可以调节发电机输出有功功率，调节励磁调节器的增磁减磁按钮，可以调节发电机输出无功功率。由于输电线路比较长，当有功功率增到额定值时，功角较大（与电厂机组相比），必要时投入双回线；当无功功率到额定值时，线路两端电压降落较大，但由于发电机电压具有上限限制，所以需要降低系统电压来使无功功率上升，必要时投入双回线。记录发电机额定运行时的励磁电流，励磁电压和控制角。

将有功、无功减到零值作空载运行，记录发电机空载运行时的励磁电流，励磁电压和

控制角。了解额定控制角和空载控制角的大致度数，了解空载励磁电流与额定励磁电流的大致比值。

表2-9

发电机状态 空载 半负载 额定负载 励磁电流 1.27 2.25 2.48 励磁电压 34.50 52.45 56.77 控制角α 66° 48° 40.8° 四、实验报告要求

1． 分析比较各种励磁方式和各种控制方式对电力系统安全运行的影响； 2． 比较各项的实验数据，分析其产生的原因。 3． 分析励磁调节器、空载实验的各项测试结果。 4． 分析励磁调节器、负载实验的各项测试结果。

实验四 复杂电力系统运行方式实验

一、实验目的

1． 了解和掌握对称稳定情况下，输电系统的网络结构和各种运行状态与运行参数值

变化范围。

2． 理论计算和实验分析，掌握电力系统潮流分布的概念。

3． 加深对电力系统暂态稳定内容的理解，使课堂理论教学与实践相结合，提高学生

的感性认识。

二、原理与说明

现代电力系统电压等级越来越高，系统容量越来越大，网络结构也越来越复杂。仅用单机对无穷大系统模型来研究电力系统，不能全面反映电力系统物理特性，如网络结构的变化，潮流分布，多台发电机并列运行等等。

“PS—5G型电力系统微机监控实验台”是将五台“WDT—Ⅲ型电力系统综合自动化实验台”的发电机组及其控制设备作为各个电源单元组成一个可变环型网络。 此电力系统主网按500KV电压等级来模拟，MD母线为220KV电压等级，每台发电机按600MW机组来模拟，无穷大电源短路容量为6000MVA。

A站、B站相联通过双回400KM长距离线路将功率送入无穷大系统，也可将母联断开分别输送功率。在距离100KM的中间站的母线MF经联络变压器与220KV母线MD相联，D站在轻负荷时向系统输送功率，而当重负荷时则从系统吸收功率（当两组大小不同的A，B

负荷同时投入时）从而改变潮流方向。

C站，一方面经70KM短距离线路与B站相联，另一方面与E站并联经200KM中距离线路与无穷大母线MG相联，本站还有地方负荷。

此电力网是具有多个节点的环形电力网，通过投切线路，能灵活的改变接线方式，如切除XLC线路，电力网则变成了一个辐射形网络，如切除XLF线路，则C站、E站要经过长距离线路向系统输送功率，如XLC、XLF线路都断开，则电力网变成了T型网络等等。

在不改变网络主结构前提下，通过分别改变发电机有功、无功来改变潮流的分布，可以通过投、切负荷改变电力网潮流的分布，也可以将双回路线改为单回路线输送来改变电力网潮流的分布，还可以调整无穷大母线电压来改变电力网潮流的分布。

在不同的网络结构前提下，针对XLB线路的三相故障，可进行故障计算分析实验，此时当线路故障时其两端的线路开关QFC、QFF跳开（开关跳闸时间可整定）。

三、实验项目与方法

1．单，双回路稳态对称运行实验：

2．单回路稳态非全相运行实验

四、实验报告要求

1． 整理实验数据，分析比较网络结构的变化和地方负荷投，切对潮流分布的影响，

并对实验结果进行理论分析

2． 通过实验中观察到的现象，说明提高暂态稳定的措施对系统稳定性作用机理。

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