電力系統(tǒng)分析實驗指導書

1、第四章 電力系統(tǒng)功率特性和功率極限實驗一、實驗目的1 初步掌握電力系統(tǒng)物理模擬實驗的基本方法；2 加深理解功率極限的概念，在實驗中體會各種提高功率極限措施的作用；3 通過對實驗中各種現(xiàn)象的觀察，結合所學的理論知識，培養(yǎng)理論結合實際及分析問題的能力。二、原理與說明所謂簡單電力系統(tǒng)，一般是指發(fā)電機通過變壓器、輸電線路與無限大容量母線聯(lián)接而且不計各元件的電阻和導納的輸電系統(tǒng)。對于簡單系統(tǒng)，如發(fā)電機至系統(tǒng)d軸和q軸總電抗分別為XdS和XqS，則發(fā)電機的功率特性為：當發(fā)電機裝有勵磁調(diào)節(jié)器時，發(fā)電機電勢Eq隨運行情況而變化。根據(jù)一般勵磁調(diào)節(jié)器的性能，可認為保持發(fā)電機E¢q（或E¢）恒定

2、。這時發(fā)電機的功率特性可表示成：或這時功率極限為隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和擴大，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題更加突出，而提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和輸送能力的最重要手段之一是盡可能提高電力系統(tǒng)的功率極限，從簡單電力系統(tǒng)功率極限的表達式看，提高功率極限可以通過發(fā)電機裝設性能良好的勵磁調(diào)節(jié)器以提高發(fā)電機電勢、增加并聯(lián)運行線路回路數(shù)或串聯(lián)電容補償?shù)仁侄我詼p少系統(tǒng)電抗、受端系統(tǒng)維持較高的運行電壓水平或輸電線采用中繼同步調(diào)相機或中繼電力系統(tǒng)以穩(wěn)定系統(tǒng)中繼點電壓等手段實現(xiàn)。三、實驗項目和方法（一）無調(diào)節(jié)勵磁時功率特性和功率極限的測定1網(wǎng)絡結構變化對系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的影響（改變x）在相同的運行條件下（即系統(tǒng)電壓Ux、發(fā)電機電勢保持E

3、q保持不變，即并網(wǎng)前Ux=Eq），測定輸電線單回線和雙回線運行時，發(fā)電機的功一角特性曲線，功率極限值和達到功率極限時的功角值。同時觀察并記錄系統(tǒng)中其他運行參數(shù)（如發(fā)電機端電壓等）的變化。將兩種情況下的結果加以比較和分析。實驗步驟：（1）輸電線路為單回線；（2）發(fā)電機與系統(tǒng)并列后，調(diào)節(jié)發(fā)電機使其輸出的有功和無功功率為零；（3）功率角指示器調(diào)零；（4）逐步增加發(fā)電機輸出的有功功率，而發(fā)電機不調(diào)節(jié)勵磁；（5）觀察并記錄系統(tǒng)中運行參數(shù)的變化，填入表4-1中；（6）輸電線路為雙回線，重復上述步驟，填入表4-2中。表4-1 單回線d0°10°20°30°40

4、6;50°60°70°80°90°P01714336508869561169/IA00.270.731.031.371.521.93/UF371.8370.0365.8360.2353350336.7/Ifd2.092.102.092.102.102.102.10/Q00-15-27-84-127-186/表4-2 雙回線d0°10°20°30°40°50°60°70°80°90°P0442132018212083IA00.692.113.343

5、.91UF374.7369.4354.7316.7293.4Ifd2.122.122.122.122.12Q0-34-104-164-202注意：（1）有功功率應緩慢調(diào)節(jié)，每次調(diào)節(jié)后，需等待一段時間，觀察系統(tǒng)是否穩(wěn)定，以取得準確的測量數(shù)值。（2）當系統(tǒng)失穩(wěn)時，減小原動機出力，使發(fā)電機拉入同步狀態(tài)。（3）d角由功角指示器讀出。2發(fā)電機電勢Eq不同對系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的影響在同一接線及相同的系統(tǒng)電壓下，測定發(fā)電機電勢Eq不同時（Eq<Ux或Eq>Ux）發(fā)電機的功一角特性曲線和功率極限。實驗步驟：（1） 輸電線為單回線，并網(wǎng)前Eq<Ux；（2） 發(fā)電機與系統(tǒng)并列后，調(diào)節(jié)發(fā)電機使其輸出有功

6、功率為零； （3） 逐步增加發(fā)電機輸出的有功功率，而發(fā)電機不調(diào)節(jié)勵磁；（4） 觀察并記錄系統(tǒng)中運行參數(shù)的變化，填入表4-3中；（5） 輸電線為單回線，并網(wǎng)前Eq>Ux，重復上述步驟，填入表4-4中。表4-3 單回線 并網(wǎng)前Eq<Uxd0°10°20°30°40°50°60°70°80°90°P04408801200/IA00.681.522.15/UF370368352345/Ifd2.102.102.102.10/Q0-50-170-300/表4-4 單回線 并網(wǎng)前 Eq>U

7、xd0°10°20°30°40°50°60°70°80°90°P044088012001300/IA00.681.602.202.30/UF390384374369360/Ifd2.52.52.52.52.5/Q0+100-50-120-180/（二）手動調(diào)節(jié)勵磁時，功率特性和功率極限的測定給定初始運行方式，在增加發(fā)電機有功輸出時，手動調(diào)節(jié)勵磁保持發(fā)電機端電壓恒定，測定發(fā)電機的功一角曲線和功率極限，并與無調(diào)節(jié)勵磁時所得的結果比較分析，說明勵磁調(diào)節(jié)對功率特性的影響。實驗步驟：（1）單回線輸電線路；

8、（2）發(fā)電機與系統(tǒng)并列后，使P=0，Q=0，d=0，校正初始值；（3）逐步增加發(fā)電機輸出的有功功率，調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁，保持發(fā)電機端電壓恒定或無功輸出為零；（4）觀察并記錄系統(tǒng)中運行參數(shù)的變化，填入表4-5中。表4-5 單回線 手動調(diào)節(jié)勵磁d0°10°20°30°40°50°60°70°80°90°P045090013001800IA00.71.72.353.10UF380380380380380Ifd2.02.22.512.72.9Q010151714表4-6 雙回線 手動調(diào)節(jié)勵磁d0°

9、10°20°30°40°50°60°70°80°90°P0450900134318002100IA00.71.802.403.23.5UF380380380380380380Ifd2.02.02.02.02.02.0Q02.018241019（三）自動調(diào)節(jié)勵磁時，功率特性和功率極限的測定將自動調(diào)節(jié)勵磁裝置接入發(fā)電機勵磁系統(tǒng)，測定功率特性和功率極限，并將結果與無調(diào)節(jié)勵磁和手動調(diào)節(jié)勵磁時的結果比較，分析自動勵磁調(diào)節(jié)器的作用。1微機自并勵（恒流或恒壓控制方式），實驗步驟自擬；表4-7 單回線 微機自并勵方式d0

10、°10°20°30°40°50°60°70°80°90°P045087013502200IA00.751.752.423.7UF380379.7379.7380.2379.6Ifd2.02.22.42.522.9Q050100180250表4-8 雙回線 微機自并勵方式d0°10°20°30°40°50°60°70°80°90°P044790014402215IA00.821.802.543.77

11、UF380379.53788381379.5Ifd2.02.22.42.60292Q0701402103002微機它勵（恒流或恒壓控制方式），實驗步驟自擬。表4-9 單回線 微機它勵方式d0°10°20°30°40°50°60°70°80°90°P046292015002300IA00.851.952.643.85UF380379.4379.6378.8380.5Ifd2.02.22.442.632.95Q073145217310表4-10 雙回線 微機它勵方式d0°10°2

12、0°30°40°50°60°70°80°90°P0500101016302315IA00.92.12.703.90UF380380.5380.2379.3379.8Ifd2.02.182.472.643.01Q080149220350注意事項：實驗結束后，通過勵磁調(diào)節(jié)使無功輸出為零，通過調(diào)速器調(diào)節(jié)使有功輸出為零，解列之后逆時針旋轉原動機調(diào)速的旋鈕使發(fā)電機轉速至零。跳開操作臺所有開關之后，方可關斷操作臺上的操作電源開關。四、實驗報告要求1根據(jù)實驗裝置給出的參數(shù)以及實驗中的原始運行條件，進行理論計算。將計算結果與實驗結

13、果進行比較。2認真整理實驗記錄，通過實驗記錄分析的結果對功率極限的原理進行闡述。同時對理論計算和實驗記錄進行對比，說明產(chǎn)生誤差的原因。并作出P(d) Q(d)特性曲線，對其進行描述。3分析、比較各種運行方式下發(fā)電機的功角特性曲線和功率極限。五、思考題1功率角指示器的原理是什么？如何調(diào)節(jié)其零點？當日光燈供電的相發(fā)生改變時，所得的功角值發(fā)生什么變化？2多機系統(tǒng)的輸送功率與功角d的關系和簡單系統(tǒng)的功角特性有什么區(qū)別？3自并勵和它勵的區(qū)別和各自特性是什么？4自動勵磁調(diào)節(jié)器對系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性有何影響？5實驗中，當發(fā)電機瀕臨失步時應采取哪些挽救措施才能避免電機失步？第五章 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定實驗一、實驗目的1

14、通過實驗加深對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定內(nèi)容的理解，使課堂理論教學與實踐結合，提高學生的感性認識。2學生通過實際操作，從實驗中觀察到系統(tǒng)失步現(xiàn)象和掌握正確處理的措施。二、原理與說明 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定問題是指電力系統(tǒng)受到較大的擾動之后，各發(fā)電機能否繼續(xù)保持同步運行的問題。在各種擾動中以短路故障的擾動最為嚴重。正常運行時發(fā)電機功率特性為：P1（Eo×Uo）×sin1/X1；短路運行時發(fā)電機功率特性為：P2（Eo×Uo）×sin2/X2；故障切除發(fā)電機功率特性為： P3（Eo×Uo）×sin3/X3； 對這三個公式進行比較，我們可以知道決定功率特性發(fā)

15、生變化與阻抗和功角特性有關。而系統(tǒng)保持穩(wěn)定條件是切除故障角c小于max，max可由等面積原則計算出來。本實驗就是基于此原理，由于不同短路狀態(tài)下，系統(tǒng)阻抗X2不同，同時切除故障線路不同也使X3不同，max也不同，使對故障切除的時間要求也不同。 同時，在故障發(fā)生時及故障切除通過強勵磁增加發(fā)電機的電勢，使發(fā)電機功率特性中Eo增加，使max增加，相應故障切除的時間也可延長；由于電力系統(tǒng)發(fā)生瞬間單相接地故障較多，發(fā)生瞬間單相故障時采用自動重合閘，使系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)。這二種方法都有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。三、實驗項目與方法（一）短路對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響1短路類型對暫態(tài)穩(wěn)定的影響本實驗臺通過對操作臺上

16、的短路選擇按鈕的組合可進行單相接地短路，兩相相間短路，兩相接地短路和三相短路試驗。固定短路地點，短路切除時間和系統(tǒng)運行條件，在發(fā)電機經(jīng)雙回線與“無窮大”電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運行時，某一回線發(fā)生某種類型短路，經(jīng)一定時間切除故障成單回線運行。短路的切除時間可以通過保護動作時間繼電器進行定，同時要設定重合閘開關是否投切。在手動勵磁方式下（恒控制）通過順時針或逆時針旋轉原動機調(diào)速旋鈕調(diào)節(jié)發(fā)電機向電網(wǎng)的出力，測定不同短路運行時能保持系統(tǒng)穩(wěn)定時發(fā)電機所能輸出的最大功率，并進行比較，分析不同故障類型對暫態(tài)穩(wěn)定的影響。將實驗結果與理論分析結果進行分析比較。Pmax為系統(tǒng)可以穩(wěn)定輸出的極限，注意觀察有功表的讀數(shù)，當系統(tǒng)出于

17、振蕩臨界狀態(tài)時，記錄有功讀數(shù)，最大電流讀數(shù)可以從操作面板上的電流表讀出，選擇重合閘投切為OFF。（詳細操作方法WDTIIC綜合自動化試驗臺使用說明書。）表5-2 短路切除時間t=0.5s 短路類型：單相接地短路QF1QF2QF3QF4Pmax(W) 最大短路電流（A） 111120005.6010116005.50 (0：表示對應線路開關斷開狀態(tài) 1：表示對應線路開關閉合狀態(tài))表5-3 短路切除時間t=0.5s 短路類型：兩相相間短路QF1QF2QF3QF4Pmax(W) 最大短路電流（A） 111117006.4010114006.0 表5-4 短路切除時間t=0.5s 短路類型：兩相接地短

18、路QF1QF2QF3QF4Pmax(W) 最大短路電流（A） 111118006.2010115005.9 表5-5 短路切除時間t=0.5s 短路類型：三相短路QF1QF2QF3QF4Pmax(W) 最大短路電流（A） 111116007.0010112006.52故障切除時間對暫態(tài)穩(wěn)定的影響固定短路地點，短路類型和系統(tǒng)運行條件，順時針旋轉原動機調(diào)速旋鈕增加發(fā)電機向電網(wǎng)的出力，在測定不同故障切除時間能保持系統(tǒng)穩(wěn)定時發(fā)電機所能輸出的最大功率，分析故障切除時間對暫態(tài)穩(wěn)定的影響。一次接線方式： QF11 QF21 QF31 QF41 表5-6 短路類型：單相接地短路保護動作時間Pmax(W)Idl

19、最大短路電流(A)0.5 (s)20005.61.0 (s)18005.51.2 (s)15005.0 （二）研究提高暫態(tài)穩(wěn)定的措施1強行勵磁（恒U控制）在微機勵磁方式下短路故障發(fā)生后，微機將自動投入強勵以提高發(fā)電機電勢。觀察它對提高暫態(tài)穩(wěn)定的作用。2單相重合閘在電力系統(tǒng)的故障中大多數(shù)是送電線路（特別是架空線路）的“瞬時性”故障，除此之外也有“永久性故障”。在電力系統(tǒng)中采用重合閘的技術經(jīng)濟效果，主要可歸納如下： 大大提高供電可靠性； 提高電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性； 對繼電保護誤動作而引起的誤跳閘，也能起到糾正的作用。對瞬時性故障，保護裝置切除故障線路后，經(jīng)過延時一定時間將自動重合原線路，從而恢復全相供電，提高了故障切除后的功率特性曲線。同樣通過對操作臺上的短路按鈕組合，選擇不同的故障相。順時針或逆時針旋轉原動機調(diào)速的旋鈕調(diào)節(jié)發(fā)電機向電網(wǎng)的出力，觀察它對提高暫態(tài)穩(wěn)定的作用，觀察它對提高暫態(tài)穩(wěn)定的作用。其故障的切除時間通過保護動作時間繼電器進行整定，同時要選擇進行重合閘投切。