单机一无穷大系统稳态运行方式实验

系统稳态运行方式

实 单机一无穷大系统稳态运行方式实验

一、实验目的

通过实验分析，进一步掌握简单电力系统潮流分布的概念。了解和掌握对称稳定情况下，输电系统网络结构和运行方式变化对简单电力系统潮流分布的影响。

二、实验原理

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1.1所示。

图1.1 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。此外，台上还设置了模拟短路故障等控制设备。

系统稳态运行方式

三、实验内容

（一）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。

（二）双回路对称运行与单回路对称运行比较实验

按实验（一）的方法进行实验（二）的操作，只是将原来的单回线路改成双回路运行。将实验（一）的结果与实验（二）进行比较和分析。

表1.1 单双回路对称运行比较

注：US—系统电压；

△U—输电线路的电压损耗。

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。 五、思考题

1． 何为电压损耗、电压降落？ 2． 潮流计算的目的是什么？

系统稳态运行方式

实验二 复杂电力系统运行方式实验(设计性)

一、实验目的

通过实验分析，进一步掌握复杂电力系统潮流分布的概念。了解和掌握对称稳定情况下，输电系统网络结构和运行方式变化对复杂电力系统潮流分布的影响。通过课堂理论教学与实践相结合，提高学生的感性认识。

二、实验设备

PS—4G型电力系统微机监控实验台、WDT-Ш型电力系统综合自动化实

验台（1—4台）。

三、实验内容

“ PS—4G型电力系统微机监控实验台”是将四台“ WDT-Ш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形网络，如图所示：

图2.1 系统一次接线图

1、起动：将G-A,G-B,G-C,G-D四个由“ WDT-Ш型电力系统综合自动化实验台”模拟的模拟发电厂中的发电机起动起来建立发电机母线电压。（发电机的起动在“ WDT-Ш型电力系统综合自动化实验台”装置的介绍中有详细介绍这里就不再叙述）

2、选择运行方式：根据网络结构的需要，闭合相应开关。把系统电压送至

系统稳态运行方式

各模拟发电厂和负荷母线。

3、发电机并网：按照运行方式要求将所需发电机准同期并网。（发电机的准同期并网只能在发电厂进行既只能在“ WDT-Ш型电力系统综合自动化实验台”上进行操作）

4、投入负荷：按照所选运行方式投入所需要的负荷。 5、数据记录：利用PSM-820三相多功能数字式电表或微机监控台主机的监控主界面对各个潮流分布数据进行观察记录。

示例：

全网络全负载运行

图2.2 全网络全负载运行线路图

系统稳态运行方式

实验数据：

表2.1 全电网全载运行网络潮流分布实验结果

四、实验总结

分析运行方式变化（网络结构、发电机出力、负荷投切等）对电力系统的潮流分布的影响。

系统稳态运行方式

实验三 各种不同类型短路实验

一、实验目的

加深理解各种不同类型短路的概念，在实验中理解各种不同类型短路的短路电流和短路电压变化。

二、实验原理

在对称短路情况下发电机可用暂态电动势和次暂态电抗等值，短路交流电流初始值的计算实质上是一个稳态交流电路的计算问题。在电网方面，为了避免复数运算可以近似用阻抗模值Z(=r2 x2)进行计算。

和发电机注入短路前负荷只需应用潮流计算所得的发电机端电压Ui0

功率Si0，由下式求得各发电机的次暂态电动势：

"i0=U +j Ei0

G为发电机的台数

pi0 jQi0"

Xd i=1,2, .G （3-1）

U

i0

短路后电网中的负荷可近似用恒定阻抗表示，阻抗值由短路前潮流计算

结果中的负荷端电压UDi0和负荷功率SDi0求得：

ZDi0

U2Di0

= I=1,2 ,L （3-2） PDi0 jQDi0

L为负荷总数。

下面针对一简单系统对对称短路故障进行介绍。

图3.1（a）是为两台发电机向负荷供电的简单系统。母线1，2，3上均接有综合性负荷，现分析母线3发生三相短路时，短路电流交流分量的初

始值。图(b)是系统的等值电路。在采用了E

"

1和忽略负荷的近似后，

计算用等值电路如图 (c)对于这样的发电机直接与短路点相连的简单电路，短路电流可直接表示为:

If

"

11

（3-3） x1x2

另一种计算方法是应用叠加原理，其等值电路如图 (d) 所示，则短路点电流可直接由故障分量求得 ，即开路电压除以电网对该点的等值阻抗。即：

系统稳态运行方式

I

"f

1 x

1 x1x2

11 （3-4） x1x2

式中x 为电网对短路点的等值阻抗。

如果是经过阻抗Zf后发生短路，则短路点电流为： I" 1

（3-5）

fjx zf

（a）

图3.1 简单系统等值图

（a）系统图 （b）等值电路 （c）简化等值电路 （d）应用叠加原理的等值电路

当电力系统中发生不对称故障时，除故障点外三相系统中的元件参数都是对称的，但三相电流、电压等运行参量的基频份量都变成不对称的相量。

利用对称分量法或正序等效定则求出短路电流值。

系统稳态运行方式

三、实验步骤

实验接线方式为图3.2，发电机经双回输电线路与无限大容量系统相接，短路故障点为第 回线路中点。

图3.2 短路实验接线图

在做本实验时，在实验台上通过对操作面板上通过短路选择按钮的组合可进行单相接地、两相相间短路、两相接地短路和三相短路共四种短路类型故障实验。

将原动机调速器和发电机励磁调节器均设为手动方式,实验接线图不变 ,发电机并网以后,通过调速器的增(减)速按钮调节发电机向电网的出力,测定不同短路故障时能保持系统稳定运行的发电机所能输出的最大功率,并进行比较、分析不同短路类型对暂态稳定的影响。实验数据填入表 3.2中,将实验结果与理论分析结果进行分析比较。电流读数可以从YHB一Ill型微机保护装置读出，具体显示为：

GL-XXX三相过流值 GA-XXX A相过流值 GB-XXX B相过流值 GC-XXX C相过流值

微机保护装置的整定值代码如下： 01：过流保护动作延迟时间 02：重合闸动作延迟时间 03：过电流整定值

04：过流保护投切选择 05: 重合闸投切选择

另外，短路时间TD由面板上“短路时间”继电器整定。

系统稳态运行方式

微机保护装置的整定方法如下：按压“画面切换”按钮，当数码管显示[PA－]时，按压触摸按钮“＋”或“一”输入密码，待密码输入后，按下按键“△”，如果输入密码正确，就会进入整定值修改画面。进入整定值修改画面后，通过“△”“▽”先选中整定项目，再按压触摸按钮“＋”或“－”选择当保护时间（S）；通过“△”“▽”选03整定项目，再按压触摸按钮“＋”或“一”选择当过电流保护值：通过“△”“▽”选04整定项目，再按压触摸按钮“＋”或“－”选择当过电流保护投切ON；通过“△”选 05整定项目，再按压触摸按钮“＋”或“－”选择重合闸投切OFF。

实验步骤：

（1）起动电源选择微机启动类型选择微机自动； （2）起动发电机至额定转速 , 并建立电压至额定； （3）发同期命令让系统自动并列，调节转速使p=0；

（4）整定保护动作时间和重合闸时间表同3.1；

（5）进行不同类型情况的故障模拟 ,观察实验现象，记录数据； （6）每短路实验一次要隔十几秒钟； （7）实验结束，正常退出； （8）将记录数据填入下表；

系统稳态运行方式

四、实验报告要求

1、 在实验报告中，要求注明实验台号、运行方式、输出功率的大小。 2、 通过测量结果分析不同类型短路电流的大小。

3、 通过测量结果分析不同运行方式对三相短路短路电流的影响。

五、思考题

1、短路计算的目的是什么？ 2、哪些因素对短路电流有影响？

系统稳态运行方式

实验四 发电机功率特性和功率测定实验

一、实验目的

加深理解功率极限的概念，在实验中体会不同情况下发电机功率特性测定；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、实验原理

简单电力系统（如图4.1所示）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。

Eqej

UG UL U=常数

xd

在上图中若令

xT1

xL xL

xT2

图4.1 单机无穷大系统接线图

x

d

x

d

x

T1

T1

L

2

L

x

x

T2

（4-1） （4-2）

x

q

x

q

x

2

T2

如果不考虑发电机的励磁调节器的作用，即认为发电机的空载电动势Eq恒定，则可写出发电机的功角特性方程如下：

PEq

EqUxd U2xd xq

（4-3） sin sin2

2xd xq

当发电机装有励磁调节器时，发电机电势Eq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Eq′(或E′)恒定。这时发电机的功率特性可表示成：

2 U Eqxq xdU P sin sin2 （4-4） Eq

xd2xq xd

系统稳态运行方式

或

P/ E

q

/

EqU/xd

sin / （4-5）

其中 为暂态电势与无穷大系统电压夹角。

/

xdU

sin[/(1 )sin ] （4-6）

Exd /

1

/

三、实验内容

（一） 无自动励磁调节时的功率特性测定

发电机经单回输电线路与无穷大容量系统相连接，发电机励磁主回路采用它励方式，进行手动调节，即开环调节测定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率角值，同时观察并记录系统中其他运行参数的变化。

1. 无调节励磁时功率特性和功率极限的测定 无调节励磁是指发电机与系统并列以后,调节发电机有功功率时，而不调节发电机励磁时的功率特性。实验步骤如下 : (1) 起动发电机组至额定转速。

(2) 采用手动励磁方式,建立发电机电压至额定值。 (3) 合上无限大系统和单回路输电线路开关。

(4) 在发电机与系统之间的频率差、电压差、相位差很小时使发电机与系统并列。

(5) 功率角指示器调零。

(6) 逐步调节原动机功率增加发电机输出的有功功率,而不调节发电机励磁。

(7) 观察系统中各运行参数的变化并记录于表 4.1中。 (8) 记录发电机功率极限值和达到功率极限时的功率角值。

表 4.1 无调节励磁时功率特性实验数据（恒If=1.50A）

系统稳态运行方式

2. 手动调节励磁时功率特性和功率极限的测定

在相同的运行方式下,增加发电机有功功率输出时,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进行分析比较。实验步骤如下 : (1) 起动发电机组至额定转速。

(2) 采用手动励磁方式,建立发电机电压至额定值。 (3) 合上无限大系统和单回路输电线路开关。

(4) 发电机与系统并列后,使 P=0 、 Q =0 、δ=0，

(5) 逐步增加发电机输出的有功功率,调节发电机励磁,保持发电机端电压恒定。

(6) 观察系统中各运行参数的变化,并记录于表 4.2中。

表 4.2 手动调节励磁时功率特性实验数据（恒Uf=380v）

（二）采用自动励磁调节器时功率特性测定

将自动励磁调节装置接入发电机励磁系统,分别测定在自并励方式下、他励方式下的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相比较,分析自动励磁调节器的作用。

1. 自并励励磁方式下功率特性测定

实验接线如图 4.2所示,发电机的励磁功率单元的励磁电源,取自于发电机自身的机端。这种励磁方式称为自并励方式,此励磁方式在起励建压时,需外加助磁电源起励。

系统稳态运行方式

图 4.2 自并励励磁方式的实验接线图

实验步骤如下 :

(1) 起动发电机组至额定转速。

(2) 励磁调节器自动投助磁建压至额定值 ( 自动励磁调节器采用恒压控制方式 )，

(3) 发电机与系统并列,使各初始值为零。

(4) 逐步增加发电机输出的有功功率,同时励磁调节器自动调节。 (5) 观察系统中各运行参数的变化,并记录于表4.3 中。

表 4.3 自并励方式的功率特性实验数据

系统稳态运行方式

2. 他励励磁方式下功率特性测定

实验接线如图 4.3所示,发电机的励磁功率单元的励磁电源,取自

于无限大容量系统,这种励磁方式称为他励方式。

图 4.3 他励励磁方式的实验接线图

实验步骤如下 :

(1) 起动发电机组至额定转速。

(2) 励磁调节器自动建压至额定值 ( 励磁调节器采用恒压控制方式 )。 (3) 发电机与系统并列,使各初始值为零。

(4) 逐步增加发电机输出的有功功率,并将实验数据记录于表 4.4中。

表 4.4 他励方式的功率特性实验数据

系统稳态运行方式

四、实验报告要求

1．在实验报告中，要求注明实验台号、运行方式。

2．认真整理实验数据，并作出P(δ)、Q (U)特性曲线，对其进行分析。

五、思考题

1．简述发电机的功一角特性。

2．励磁调节器对发电机功一角特性有何影响？

系统稳态运行方式

实验五 电力系统暂态稳定实验

—不同短路类型下的极限功率测定

一、实验目的

通过实验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结合，提高学生的感性认识。学生通过实际操作，从实验中观察到系统失步现象和掌握正确处理的措施。

二、实验原理

电力系统的暂态稳定性指的是电力系统在大干扰下的稳定性。这种扰动可能相当急剧，例如短路，以致描述电力系统运行状态的非线性微分方程式不允许线性化，只能分段求数值解。而且，由于这种扰动可能相当急剧，电力系统中出现这类扰动的可能性虽然存在，却不很经常。

电力系统在受到大干扰后，发电机转子上存在较大的过剩功率（机械功率与电磁功率的功率差额），使转子加速或减速而产生振荡，即过剩功率是导致暂态稳定破坏的主要原因。因此，提高电力系统暂态稳定的措施，一般首先考虑采用减少大干扰后功率差额的临时措施。

电力系统短路故障（横向故障）包括三相对称短路、单相接地短路、两相短路、两相接地短路。后三者为不对称故障，而电力系统断相（纵向故障）包括断一相、断两相的故障，也属于不对称故障。

三、实验内容

实验接线方式为，发电机经双回输电线路与无限大容量系统相接，短路故障点为第 回线路中点。

在作本实验时，在实验台上通过对操作面板上通过短路选择按钮的组合可进行单相接地、两相相间短路、两相接地短路和三相短路共四种短路类型故障实验。

将原动机调速器和发电机励磁调节器均设为手动方式,实验接线图不变 ,发电机并网以后,通过调速器的增(减)速按钮调节发电机向电网的出力,测定不同短路故障时能保持系统稳定运行的发电机所能输出的最大功率,并进行比较、分析不同短路类型对暂态稳定的影响。实验数据填入表 5.2中,将实验结果与理论分析结果进行分析比较。Pmax为系统可以稳定输出的极限,注意观察有功功率表的读数,当系统处于振荡临界状态时,记录有功功率表读数,最大电流读数可以从YHB一Ill型微机保护装置读出，具体显示为：

GL-XXX三相过流值 GA-XXX A相过流值

系统稳态运行方式

GB-XXX B相过流值 GC-XXX C相过流值

微机保护装置的整定值代码如下： 01：过流保护动作延迟时间 02：重合闸动作延迟时间 03：过电流整定值

04：过流保护投切选择 05: 重合闸投切选择

另外，短路时间TD由面板上“短路时间”继电器整定。

微机保护装置的整定方法如下：按压“画面切换”按钮，当数码管显示[PA－]时，按压触摸按钮“＋”或“一”输入密码，待密码输入后，按下按键“△”，如果输入密码正确，就会进入整定值修改画面。进入整定值修改画面后，通过“△”“▽”先选中整定项目，再按压触摸按钮“＋”或“－”选择当保护时间（S）；通过“△”“▽”选03整定项目，再按压触摸按钮“＋”或“一”选择当过电流保护值：通过“△”“▽”选04整定项目，再按压触摸按钮“＋”或“－”选择当过电流保护投切ON；通过“△”选 05整定项目，再按压触摸按钮“＋”或“－”选择重合闸投切OFF。

表 5.2 不同短路类型下的极限功率实验数据

系统稳态运行方式

注：如该实验作为设计性，除测定不同短路类型下的极限实验数据外，还应考虑继电保护的动作时限对暂态稳定的影响，可以进行各种短路的极限切除时间实验。

四、实验报告要求

1．在实验报告中，要求注明实验台号、运行方式。

2．整理不同短路类型下获得实验数据，说明不同短路类型对系统暂态稳定的影响。

3. 整理实验数据，分析故障切除时间对暂态稳定的影响。

五、思考题

1． 什么叫电力系统静态稳定和暂态稳定？ 2． 提高静态稳定和暂态稳定的措施有哪些？ 3．对失步处理的方法是什么？

系统稳态运行方式

附 录一 WDT-Ⅲ型电力系统综合自动化试验台

WDT-Ⅲ型电力系统综合自动化试验台由发电机组、试验操作台、无穷大系统等三大部分组成。

1．发电机组

它是由同在一个轴上的三相同步发电机（SN=2.5kVA，VN=400V，nN=1500r.p.m），模拟原动机用的直流电动机（PN=2.2kW，VN=220V）以及测速装置和功率角指示器组成。

直流电动机、同步发电机经弹性联轴器对轴联结后组装在一个活动底盘上构成可移动式机组。具有结构紧凑、占地少、移动轻便等优点，机组的活动底盘有四个螺旋式支脚和三个橡皮轮，将支脚旋下即可开机实验。

2．试验操作台

实验操作台是由输电线路单元、微机线路保护单元、负荷调节和同期单元、仪表测量和短路故障模拟单元等组成。其中负荷调节和同期单元是由“TGS-04型微机调速装置”、“WL-04B微机励磁调节器”、“HGWT-03微机准同期控制器”等微机型的自动装置和其相对应的手动装置组成。

（1）输电线路采用双回路远距离输电线路模型，每回线路分成两段，并设置中间开关站，使发电机与系统之间可构成四种不同联络阻抗，便于实验分析比较。

（2）“YHB-III型微机线路保护”装置是专为实验教学设计，具有过流选相跳闸、自动重合闸功能，备有事故记录功能，有利于实验分析。在实验中可以观测到线路重合闸对系统暂态稳定性影响以及非全相运行状况。

（3）“TGS-04型微机调速装置”是针对大、中专院校教学和科研而设计的，能做到最大限度地满足教学科研灵活多变的需要。具有测量发电机转速、测量电网频率、测量系统功角、手动模拟调节、手动数字调节、微机自动调速以及过速保护等功能。

（4）“WL-04B微机励磁调节器”其励磁方式可选择：它励、自并励2种；控制方式可选择恒UF，恒IL，恒α，恒Q等4种；设有定子过电压保护和励磁电流反时限延时过励限制、最大励磁电流瞬时限制、欠励限制、伏赫限制等励磁限制功能；设有按有功功率反馈的电力系统稳定器（PSS）；励磁调节器控制参数可在线修改，在线固化，灵活方便，并具有实验录波功能，可以记录UF，IL，UL，P，Q， 等信号的时间响应曲线，供实验分析用。

（5）HGWT-03微机准同期控制装置，它按恒定越前时间原理工作，主要特点如下：①可选择全自动准同期合闸；②可选择半自动准同期合闸；③

系统稳态运行方式

可测定断路器的开关时间；④可测定合闸误差角；⑤可改变频差允许值，电压差允许值，观察不同整定值时的合闸效果；⑥按定频调宽原理实现均频均压控制，自由整定均频均压脉冲宽度系数，自由整定均频均压脉冲周期；观察不同整定值时的均压均频效果；⑦可观察合闸脉冲相对于三角波的位置，测定越前时间和越前角度；⑧可自由整定越前（开关）时间；⑨输出合闸出口电平信号，供实验录波之用。

（6）仪表测量和短路故障模拟单元由各种测量表计及其切换开关、各种带灯操作按钮和各种类型的短路故障操作等部分组成。

实验操作台的“操作面板”上有模拟接线图，操作按钮与模拟接线图中被操作的对象结合在一起，并用灯光颜色表示其工作状态，具有直观的效果。

试验数据可以通过测量仪表和LED数码显示得出，还可显示出同步发电机功率角 、可控硅 角等量。同时可以通过数字存贮示波器，观测到发电机电压、系统电压、励磁电压以及准同期时的脉动电压等电压波形，甚至可以观测各可控硅上的电压波形以及各种控制的脉冲波形，还可以同时观测到同步发电机短路时的电流、电压波形等。

3．无穷大系统

无穷大电源是由15kVA的自耦调压器组成。通过调整自耦调压器的电压可以改变无穷大母线的电压。

试验操作台的“操作面板”上有模拟接线图、操作按钮和切换开关以及指示灯和测量仪表等。操作按钮与模拟接线图中被操作的对象结合在一起，并用灯光颜色表示其工作状态，具有直观的效果。红色灯亮表示开关在合闸位置，绿色灯亮表示开关在分闸位置，试验操作台“台体的平面布置示意图”见附录二。

在试验操作台的“操作面板”左下方有一个“电源开关”（开关对应的图中符号为“QA”），此开关向整个台体提供操作电源和动力电源，以及四台微机装置的工作电源，并给信号灯用直流24V稳压电源供电。

因此，在下面叙述的各部分操作之前，都必须先投入“电源开关”（向上扳至ON），此时反映出各开关位置的绿色指示灯亮，同时四台微机装置上电、数码管均能正确显示；在结束试验时，其它操作都正确完成之后，同样必须断开电源开关（向下扳至OFF）。

4．WDT-III综合台开停机操作步骤及注意事项 (1) 开机步骤：

1) 开机时首先合上电源开关，观察所有的部件是否正常。即电源正常、显示正常、各微机装置自检灯闪烁正常。

2) 启动原动机时应首先观察微机调速装置的“输出零”指示灯亮，停机指示灯亮。指针式多圈电位器指示零点钟方向。按下励磁调节装置的灭磁按钮灭磁灯亮。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7bl1.html