电力系统分析实验指导书

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1、第三章一机一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、原理与说明无穷大系统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

2、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。QF1相QF2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

3、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。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，励磁采用于动励磁方式，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

4、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3-1PQIUFUaAU U单回路000382.42.18自己计算自己计算500400232932.72自己计算自己计算100080023.14003.05自己计算自己计算1500-4003.7360.61.7自己计算自己计算双回路000382.42.18自己计算自己计算5004002.33902.65自己计算自己计算10008002.3395

5、2.71自己计算自己计算1500-4003.7367.41.83自己计算自己计算注：AU 输电线路的电压损耗； u 输电线路的电压降落3 .单回路稳态非全相运行实验确定实现非全相运行的接线方式，断开一相时，与单回路稳态对称运行时相 同的输送功率下比较其运行状态的变化。具体操作方法如下：(1) 首先按双回路对称运行的接线方式；(2) 输送功率按实验1中单回路稳态对称运行的输送功率值一样；(3) 将重合闸开关选择OFF档；(4) 进行单相短路故障，此时微机保护切除故障相，因为重合闸开关关闭， 所以系统不会进行重合闸，这时迅速跳开“QF1”、“QF3”开关，即只有一回线 路的两相在运行。观察此状态下

6、的三相电流、电压值与实验1进行比较。表3-2UAUBUc】B】cPQS全相运行值2242272260000002262302282.32.42.5500400640非全相运行值22402272.302.4550420692022622802.352.557041070222522702.32.40540430690/四、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。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

7、的变化。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？4. “两表法”测量三相功率的原理是什么？它有什么前提条件？第四章 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。、原理与说明所谓简单电力系统，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

8、和q轴总电抗分别为X花和X花，则发电 机的功率特性为：P =牧 sin _A sin2 8珥 X,2XXq,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：EUU 2X-XT) Fd P qsin 8 +人d q sin 2 8Eq X，2X-Xd dq或 p，= * sms，E X， d ,这时功率极限为p，EmEUX d 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

9、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于 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、实验项目和方法（一）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、发电机电势保持与保持不变，即并 网前Ux=Eq）,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

10、果加以比较和分析。实验步骤：（1）输电线路为单回线；（2）发电机与系统并列后，调节发电机使其输出的有功和无功功率为零；（3）功率角指示器调零；（4）逐步增加发电机输出的有功功率，而发电机不调节励磁；（5）观察并记录系统中运行参数的变化，填入表4-1中；（6）输电线路为双回线，重复上述步骤，填入表4-2中。表4-1单回线50。10。20。30。40。50。60。70。80。90。P01714336508869561169/k00.270.731.031.371.521.93/UF371.8370.0365.8360.2353350336.7/Ld2.092.102.092.102.102.102

11、.10/Q00-15-27-84-127-186/表4-2双回线50。10。20。30。40。50。60。70。80。90。P0442132018212083L00.692.113.343.91UF374.7369.4354.7316.7293.42.122.122.122.122.12Q0-34-104-164-202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。(3) 8角由功角指示器读出。2. 发电机电势Eq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

12、势 Eq不同时(EqUx)发电机的功一角特性曲线和功率极限。*实验步骤：(1) 输电线为单回线，并网前EUx，重复上述步骤，填入表4-4中。表4-3单回线并网前EqUX80。10。20。30。40。50。60。70。80。90。P044088012001300/k00.681.602.202.30/UF390384374369360/Ld2.52.52.52.52.5/Q0+100-50-120-180/(二)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

13、，说明励磁调节对功率特性的影响。实验步骤：(1) 单回线输电线路；(2) 发电机与系统并列后，使P=0，Q=0，8=0，校正初始值；（3）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 压恒定或无功输出为零;（4）观察并记录系统中运行参数的变化，填入表4-5中。表4-5单回线手动调节励磁50。10。20。30。40。50。60。70。80。90。P045090013001800k00.71.72.353.10UF380380380380380Ld2.02.22.512.72.9Q010151714表4-6双回线手动调节励磁50。10。20。30。40。50。60。70。80。90

14、。P0450900134318002100L00.71.802.403.23.5UF380380380380380380Ld2.02.02.02.02.02.0Q02.018241019（三）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. 微机自并励（恒流或恒压控制方式），实验步骤自拟；表4-7单回线微机自并励方式50。10。20。30。40。50。60。70。80。90。P045087013502200L00.751.752.423.7UF380379.73

15、79.7380.2379.6Ld2.02.22.42.522.9Q050100180250表4-8双回线微机自并励方式50。10。20。30。40。50。60。70。80。90。P044790014402215k00.821.802.543.77UF380379.53788381379.5Ld2.02.22.42.60292Q0701402103002.微机它励(恒流或恒压控制方式)，实验步骤自拟。四、实验报告要求1. 根据实验装置给出的参数以及实验中的原始运行条件，进行理论计算。 将计算结果与实验结果进行比较。2. 认真整理实验记录，通过实验记录分析的结果对功率极限的原理进行阐 述。同时对理论计算和实验记录进行对比，说明产生误差的原因。并作出P0) 2(5) 特性曲线，对其进行描述。3. 分析、比较各种运行方式下发电机的功一角特性曲线和功率极限。五、思考题1. 功率角指示器的原理是什么？如何调节其零点？当日光灯供电的相发生 改变时，所得的功角值发生什么变化？2. 多机系统的输送功率与功角的关系和简单系统的功一角特性有什么区 别？3. 自并励和它励的区别和各自特性是什么？4. 自动励磁调节器对系统静态稳定性有何影响？5. 实验中，当发电机濒临失步时应采取哪些挽救措施才能避免电机失步？