電力系統(tǒng)功率特性和功率極限實(shí)驗(yàn)

1、 電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書第四章 電力系統(tǒng)功率特性和功率極限實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 初步掌握電力系統(tǒng)物理模擬實(shí)驗(yàn)的基本方法；2 加深理解功率極限的概念，在實(shí)驗(yàn)中體會(huì)各種提高功率極限措施的作用；3 通過對(duì)實(shí)驗(yàn)中各種現(xiàn)象的觀察，結(jié)合所學(xué)的理論知識(shí)，培養(yǎng)理論結(jié)合實(shí)際及分析問題的能力。二、原理與說明所謂簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)，一般是指發(fā)電機(jī)通過變壓器、輸電線路與無限大容量母線聯(lián)接而且不計(jì)各元件的電阻和導(dǎo)納的輸電系統(tǒng)。對(duì)于簡(jiǎn)單系統(tǒng)，如發(fā)電機(jī)至系統(tǒng)d軸和q軸總電抗分別為XdS和XqS，則發(fā)電機(jī)的功率特性為：當(dāng)發(fā)電機(jī)裝有勵(lì)磁調(diào)節(jié)器時(shí)，發(fā)電機(jī)電勢(shì)Eq隨運(yùn)行情況而變化。根據(jù)一般勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的性能，可認(rèn)為保持發(fā)電機(jī)E¢q（或

2、E¢）恒定。這時(shí)發(fā)電機(jī)的功率特性可表示成：或這時(shí)功率極限為隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和擴(kuò)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(jiǎn)單電力系統(tǒng)功率極限的表達(dá)式看，提高功率極限可以通過發(fā)電機(jī)裝設(shè)性能良好的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器以提高發(fā)電機(jī)電勢(shì)、增加并聯(lián)運(yùn)行線路回路數(shù)或串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)仁侄我詼p少系統(tǒng)電抗、受端系統(tǒng)維持較高的運(yùn)行電壓水平或輸電線采用中繼同步調(diào)相機(jī)或中繼電力系統(tǒng)以穩(wěn)定系統(tǒng)中繼點(diǎn)電壓等手段實(shí)現(xiàn)。三、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和方法（一）無調(diào)節(jié)勵(lì)磁時(shí)功率特性和功率極限的測(cè)定1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的影響（改變x）在相同的運(yùn)行條件下（即系統(tǒng)電壓U

3、x、發(fā)電機(jī)電勢(shì)保持Eq保持不變，即并網(wǎng)前Ux=Eq），測(cè)定輸電線單回線和雙回線運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)的功一角特性曲線，功率極限值和達(dá)到功率極限時(shí)的功角值。同時(shí)觀察并記錄系統(tǒng)中其他運(yùn)行參數(shù)（如發(fā)電機(jī)端電壓等）的變化。將兩種情況下的結(jié)果加以比較和分析。實(shí)驗(yàn)步驟：（1）輸電線路為單回線；（2）發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)并列后，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)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(jī)輸出的有功功率，而發(fā)電機(jī)不調(diào)節(jié)勵(lì)磁；（5）觀察并記錄系統(tǒng)中運(yùn)行參數(shù)的變化，填入表4-1中；（6）輸電線路為雙回線，重復(fù)上述步驟，填入表4-2中。表4-1 單回線d0°20°40°60&#

4、176;80°P0IA0UzUFILQ0表4-2 雙回線d0°20°40°60°80°P0IA0UzUFILQ0注意：（1）有功功率應(yīng)緩慢調(diào)節(jié)，每次調(diào)節(jié)后，需等待一段時(shí)間，觀察系統(tǒng)是否穩(wěn)定，以取得準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)值。（2）當(dāng)系統(tǒng)失穩(wěn)時(shí)，減小原動(dòng)機(jī)出力，使發(fā)電機(jī)拉入同步狀態(tài)。2發(fā)電機(jī)電勢(shì)Eq不同對(duì)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(cè)定發(fā)電機(jī)電勢(shì)Eq不同時(shí)（Eq<Ux或Eq>Ux）發(fā)電機(jī)的功一角特性曲線和功率極限。實(shí)驗(yàn)步驟：（1） 輸電線為單回線，并網(wǎng)前Eq<Ux；（2） 發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)并列后，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)使其輸出

5、有功功率為零； （3） 逐步增加發(fā)電機(jī)輸出的有功功率，而發(fā)電機(jī)不調(diào)節(jié)勵(lì)磁；（4） 觀察并記錄系統(tǒng)中運(yùn)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(fù)上述步驟，填入表4-4中。表4-3 單回線 并網(wǎng)前Eq<Uxd0°20°40°60°80°P0IA0UzUFILQ0表4-4 單回線 并網(wǎng)前 Eq>Uxd0°20°40°60°80°P0IA0UzUFILQ0+（二）手動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁時(shí)，功率特性和功率極限的測(cè)定給定初始運(yùn)行方式，在增加發(fā)電機(jī)有功輸出時(shí)，手動(dòng)調(diào)節(jié)

6、勵(lì)磁保持發(fā)電機(jī)端電壓恒定，測(cè)定發(fā)電機(jī)的功一角曲線和功率極限，并與無調(diào)節(jié)勵(lì)磁時(shí)所得的結(jié)果比較分析，說明勵(lì)磁調(diào)節(jié)對(duì)功率特性的影響。實(shí)驗(yàn)步驟：（1）單回線輸電線路；（2）發(fā)電機(jī)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(jī)輸出的有功功率，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，保持發(fā)電機(jī)端電壓恒定或無功輸出為零；（4）觀察并記錄系統(tǒng)中運(yùn)行參數(shù)的變化，填入表4-5中。表4-5 單回線 手動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁d0°20°40°60°80°P0IA0UzUFILQ0表4-6 雙回線 手動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁d0°20°40°60°80&

7、#176;P0IA0UzUFILQ0（三）自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁時(shí)，功率特性和功率極限的測(cè)定將自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置接入發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，測(cè)定功率特性和功率極限，并將結(jié)果與無調(diào)節(jié)勵(lì)磁和手動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁時(shí)的結(jié)果比較，分析自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的作用。1微機(jī)自并勵(lì)（恒流或恒壓控制方式），實(shí)驗(yàn)步驟自擬；表4-7 單回線 微機(jī)自并勵(lì)方式d0°20°40°60°80°P0IA0UzUFILQ0表4-8 雙回線 微機(jī)自并勵(lì)方式d0°20°40°60°80°P0IA0UzUFILQ02微機(jī)它勵(lì)（恒流或恒壓控制方式），實(shí)驗(yàn)步驟自擬。表4-9

8、 單回線 微機(jī)它勵(lì)方式d0°20°40°60°80°P0IA0UzUFILQ0表4-10 雙回線 微機(jī)它勵(lì)方式d0°20°40°60°80°P0IA0UzUFILQ0注意事項(xiàng)：1調(diào)速器處停機(jī)狀態(tài)時(shí)，如果“輸出零”燈不亮，不可開機(jī)；2實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，通過勵(lì)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，解列之后按下調(diào)速器的停機(jī)按鈕使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速至零。跳開操作臺(tái)所有開關(guān)之后，方可關(guān)斷操作臺(tái)上的操作電源開關(guān)。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置給出的參數(shù)以及實(shí)驗(yàn)中的原始運(yùn)行條件，進(jìn)行理論計(jì)算。將計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)

9、結(jié)果進(jìn)行比較。2認(rèn)真整理實(shí)驗(yàn)記錄，通過實(shí)驗(yàn)記錄分析的結(jié)果對(duì)功率極限的原理進(jìn)行闡述。同時(shí)對(duì)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)記錄進(jìn)行對(duì)比，說明產(chǎn)生誤差的原因。并作出Uz(d)，P(d) Q(d)特性曲線，對(duì)其進(jìn)行描述。3分析、比較各種運(yùn)行方式下發(fā)電機(jī)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(diǎn)？當(dāng)日光燈供電的相發(fā)生改變時(shí)，所得的功角值發(fā)生什么變化？2多機(jī)系統(tǒng)的輸送功率與功角d的關(guān)系和簡(jiǎn)單系統(tǒng)的功角特性有什么區(qū)別？3自并勵(lì)和它勵(lì)的區(qū)別和各自特性是什么？4自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性有何影響？5實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)發(fā)電機(jī)瀕臨失步時(shí)應(yīng)采取哪些挽救措施才能避免電機(jī)失步？第五章 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)

10、一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過實(shí)驗(yàn)加深對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定內(nèi)容的理解，使課堂理論教學(xué)與實(shí)踐結(jié)合，提高學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。2學(xué)生通過實(shí)際操作，從實(shí)驗(yàn)中觀察到系統(tǒng)失步現(xiàn)象和掌握正確處理的措施。3用數(shù)字式記憶示波器測(cè)出短路時(shí)短路電流的非周期分量波形圖，并進(jìn)行分析。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(dòng)之后，各發(fā)電機(jī)能否繼續(xù)保持同步運(yùn)行的問題。在各種擾動(dòng)中以短路故障的擾動(dòng)最為嚴(yán)重。正常運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)功率特性為：P1（Eo×Uo）×sin1/X1；短路運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)功率特性為：P2（Eo×Uo）×sin2/X2；故障切除發(fā)電機(jī)功率特性為： P3（Eo×U

11、o）×sin3/X3；對(duì)這三個(gè)公式進(jìn)行比較，我們可以知道決定功率特性發(fā)生變化與阻抗和功角特性有關(guān)。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(jì)算出來。本實(shí)驗(yàn)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(shí)切除故障線路不同也使X3不同，max也不同，使對(duì)故障切除的時(shí)間要求也不同。 同時(shí)，在故障發(fā)生時(shí)及故障切除通過強(qiáng)勵(lì)磁增加發(fā)電機(jī)的電勢(shì)，使發(fā)電機(jī)功率特性中Eo增加，使max增加，相應(yīng)故障切除的時(shí)間也可延長(zhǎng)；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(shí)采用自動(dòng)重合閘，使系統(tǒng)進(jìn)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(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與方法（

12、一）短路對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響1短路類型對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響本實(shí)驗(yàn)臺(tái)通過對(duì)操作臺(tái)上的短路選擇按鈕的組合可進(jìn)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(yàn)。固定短路地點(diǎn)，短路切除時(shí)間和系統(tǒng)運(yùn)行條件，在發(fā)電機(jī)經(jīng)雙回線與“無窮大”電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，某一回線發(fā)生某種類型短路，經(jīng)一定時(shí)間切除故障成單回線運(yùn)行。短路的切除時(shí)間在微機(jī)保護(hù)裝置中設(shè)定，同時(shí)要設(shè)定重合閘是否投切。在手動(dòng)勵(lì)磁方式下通過調(diào)速器的增（減）速按鈕調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)的出力，測(cè)定不同短路運(yùn)行時(shí)能保持系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)發(fā)電機(jī)所能輸出的最大功率，并進(jìn)行比較，分析不同故障類型對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析結(jié)果進(jìn)行分析比較。Pmax為系統(tǒng)可以穩(wěn)定

13、輸出的極限，注意觀察有功表的讀數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)出于振蕩臨界狀態(tài)時(shí)，記錄有功表讀數(shù)，最大電流讀數(shù)可以從YHB型微機(jī)保護(hù)裝置讀出，具體顯示為：GL-´´´ 三相過流值GA-´´´ A相過流值GB-´´´ B相過流值GC-´´´ C相過流值微機(jī)保護(hù)裝置的整定值代碼如下： 01： 過流保護(hù)動(dòng)作延遲時(shí)間 02： 重合閘動(dòng)作延遲時(shí)間03： 過電流整定值 04： 過流保護(hù)投切選擇 05： 重合閘投切選擇 另外，短路時(shí)間TD由面板上“短路時(shí)間”繼電器整定，具體整定參數(shù)為表5-1。表5-1整定值代碼

14、0102030405TD整定值0.5(s)/5.00(A)OnOff1.0(s)微機(jī)保護(hù)裝置的整定方法如下：同時(shí)按“”“”進(jìn)入整定值修改畫面。進(jìn)入整定值修改畫面后，通過“”“”選01整定項(xiàng)目，再按壓觸摸按鈕“”或“”選擇當(dāng)保護(hù)時(shí)間（s）；通過“”“”選03整定項(xiàng)目，再按壓觸摸按鈕“”或“”選擇當(dāng)過電流保護(hù)值；通過“”“”選04整定項(xiàng)目，再按壓觸摸按鈕“”或“”選擇當(dāng)過電流保護(hù)投切ON；通過“”“”選05整定項(xiàng)目，再按壓觸摸按鈕“”或“”選擇重合閘投切為OFF。（詳細(xì)操作方法WDTC綜合自動(dòng)化試驗(yàn)臺(tái)使用說明書。）注：同時(shí)按下“+”“”按鈕可以恢復(fù)到出廠默認(rèn)值。 自動(dòng)方式開機(jī)，建壓，并網(wǎng)，待機(jī)組運(yùn)

15、行穩(wěn)定后，在下面4種不同線路組合下做各種短路試驗(yàn)，觀察并記錄短路發(fā)生時(shí)的最大有功Pmax和最大短路電流。表5-2 短路切除時(shí)間t=0.5s 線路組合1：QF11 QF21 QF31 QF41 QF5=0 QF61:短路類型Pmax(W) 最大短路電流（A） 單相接地短路兩相相間短路兩相接地短路三相短路 (0：表示對(duì)應(yīng)線路開關(guān)斷開狀態(tài) 1：表示對(duì)應(yīng)線路開關(guān)閉合狀態(tài))表5-3 短路切除時(shí)間t=0.5s 線路組合2：QF10 QF21 QF30 QF41 QF5=0 QF61:短路類型Pmax(W) 最大短路電流（A） 單相接地短路兩相相間短路兩相接地短路三相短路表5-4 短路切除時(shí)間t=0.5s

16、線路組合3：QF11 QF21 QF30 QF41 QF5=1 QF61:短路類型Pmax(W) 最大短路電流（A） 單相接地短路兩相相間短路兩相接地短路三相短路 表5-5 短路切除時(shí)間t=0.5s 線路組合4：QF10 QF21 QF31 QF41 QF5=1 QF61:短路類型Pmax(W) 最大短路電流（A） 單相接地短路兩相相間短路兩相接地短路三相短路2故障切除時(shí)間對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響固定短路地點(diǎn)，短路類型和系統(tǒng)運(yùn)行條件，通過調(diào)速器的增速按鈕增加發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)的出力，在測(cè)定不同故障切除時(shí)間能保持系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)發(fā)電機(jī)所能輸出的最大功率，分析故障切除時(shí)間對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響。一次接線方式： QF11 Q

17、F21 QF31 QF41 QF5= 0 QF61表5-6 短路類型：過流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間Pmax(W)最大短路電流(A)0.5 (s)1.0 (s)1.5 (s)例：QF10 QF21 QF31 QF41 QF5=1 QF61（二）研究提高暫態(tài)穩(wěn)定的措施1強(qiáng)行勵(lì)磁在微機(jī)勵(lì)磁方式下短路故障發(fā)生后，微機(jī)將自動(dòng)投入強(qiáng)勵(lì)以提高發(fā)電機(jī)電勢(shì)。觀察它對(duì)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(shí)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(shù)經(jīng)濟(jì)效果，主要可歸納如下：（1）提高供電可靠性；（2）提高電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性；（3）對(duì)繼電保護(hù)誤動(dòng)

18、作而引起的誤跳閘，也能起到糾正的作用。對(duì)瞬時(shí)性故障，微機(jī)保護(hù)裝置切除故障線路后，經(jīng)過延時(shí)一定時(shí)間將自動(dòng)重合原線路，從而恢復(fù)全相供電，提高了故障切除后的功率特性曲線。同樣通過對(duì)操作臺(tái)上的短路按鈕組合，選擇不同的故障相。通過調(diào)速器的增（減）速按鈕調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)的出力，觀察它對(duì)提高暫態(tài)穩(wěn)定的作用，觀察它對(duì)提高暫態(tài)穩(wěn)定的作用。其故障的切除時(shí)間在微機(jī)保護(hù)裝置中進(jìn)行修改，同時(shí)要設(shè)定進(jìn)行重合閘投切，并設(shè)定其重合閘時(shí)間。其操作步驟同上，不同的是在05整定項(xiàng)目時(shí)，按壓觸摸按鈕“”或“”選擇投合閘投切on，并選02整定項(xiàng)目時(shí)，按壓觸摸按鈕“”或“”設(shè)定重合閘動(dòng)作延時(shí)時(shí)間。瞬時(shí)故障時(shí)間由操作臺(tái)上的短路時(shí)間繼電器設(shè)定，當(dāng)瞬時(shí)故障時(shí)間小于保護(hù)動(dòng)作時(shí)間時(shí)保護(hù)不會(huì)動(dòng)作；當(dāng)瞬時(shí)故障時(shí)間大于保護(hù)動(dòng)作時(shí)間而小于重合閘時(shí)間，能保證重合閘成功，當(dāng)瞬時(shí)故障時(shí)間大于重合閘時(shí)間，重合閘后則認(rèn)為線路為永久性故障加速跳開整條線路。 表5-7整定值代碼0102030405TD保護(hù)不動(dòng)作0.21.55.00onon0.1重合閘0.21.55.00onon1.0