電力系統(tǒng)自動化實驗材料

試驗三一機(jī)一無窮大系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行方式實驗

一、實驗?zāi)康?/p>

1.了解和掌握對稱穩(wěn)定情況下，輸電系統(tǒng)的各種運行狀態(tài)與運行參數(shù)的數(shù)值變化范圍；

2.了解和掌握輸電系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)不對稱運行的條件；不對稱度運行參數(shù)的影響；不對稱運

行對發(fā)機(jī)電的影響等。

二、原理與說明

電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)對稱和不對稱運行分析，除了包含許多理論概念之外，還有一些重要的

“數(shù)值概念”。為一條不同電壓等級的輸電路線，在典型運行方式下，用相對值表示的電壓

損耗，電壓降落等的數(shù)值范圍，是用于判斷運行報表或者監(jiān)視控制系統(tǒng)測量值是否正確的參

數(shù)依據(jù)。因此，除了通過結(jié)合實際的問題，讓學(xué)生掌握此類“數(shù)值概念”外，實驗也是一

條很好的、更為直觀、易于形成深刻記憶的手段之一C實驗用一次系統(tǒng)接線圖加圖2所示C

XL1

QPI

O-C0-B-

XU

on

圖2一次系統(tǒng)接線圖

本實驗系統(tǒng)是一種物理模型。原動機(jī)采用直流電動機(jī)來摹擬，固然，它們的特性與大型

原動機(jī)是不相似的。原動機(jī)輸出功率的大小，可通過給定直流電動機(jī)的電樞電壓來調(diào)節(jié)。實

驗系統(tǒng)用標(biāo)準(zhǔn)小型三相同步發(fā)機(jī)電來摹擬電力系統(tǒng)的同步發(fā)機(jī)電，雖然其參數(shù)不能與大型發(fā)

機(jī)電相似，但也可以看成是一種具有特殊參數(shù)的電力系統(tǒng)的發(fā)機(jī)電。發(fā)機(jī)電的勵磁系統(tǒng)可以

用外加直流電源通過手動來調(diào)節(jié)，也可以切換到臺上的微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。實

驗臺的輸電路線是用多個接成鏈型的電抗線圈來摹擬，其電抗值滿足相似條件?！盁o窮大”

母線就直接用實驗室的交流電源，因為它是由實際電力系統(tǒng)供電的，因此，它基本上符合“無

窮大”母線的條件。

為了進(jìn)行測量，實驗臺設(shè)置了測量系統(tǒng)，以測量各種電量（電流、電壓、功率、頻率）。

為了測量發(fā)機(jī)電轉(zhuǎn)子與系統(tǒng)的相對位置角（功率角），在發(fā)機(jī)電軸上裝設(shè)了閃光測角裝置。

此外，臺上還設(shè)置了摹擬短路故障等控制設(shè)備。

三、實驗項目和方法

1.單回路穩(wěn)態(tài)對稱運行實驗

在本章實驗中，原動機(jī)采用手動摹擬方式開機(jī)，勵磁采用手動勵磁方式，然后啟機(jī)、建

壓、并網(wǎng)后調(diào)整發(fā)電機(jī)電壓和原動機(jī)功率，使輸電系統(tǒng)處于不同的運行狀態(tài)(輸送功率的大

小，路線首、末端電壓的差別等)，觀察記錄路線首、末端的測量表計值及路線開關(guān)站的電

壓值，計算、分析、比較運行狀態(tài)不同時，運行參數(shù)變化的特點及數(shù)值范圍，為電壓損耗、

電壓降落、沿線電壓變化、兩端無功功率的方向(根據(jù)沿線電壓大小比較判斷)等。

2.雙回路對稱運行與單回路對稱運行比較實驗

按實驗1的方法進(jìn)行實驗2的操作，只是將原來的單回路線改成雙Pl路運行。將實驗1的結(jié)果

與實驗2進(jìn)行比較和分析。

表3-1

UU

PQIzaAU△U.

單回路

雙回路

注：U一中間開關(guān)站電壓：

Z

AU—輸電路線的電壓損耗；

△U.f電路線的電壓降落

3.單網(wǎng)路穩(wěn)態(tài)非全相運行實驗

確定實現(xiàn)非全相運行的接線方式，斷開一相時，與單回路穩(wěn)態(tài)對稱運行時相同的輸送

功率下比較其運行狀態(tài)的變化。

具體操作方法如下：

(1)首先按雙回路對稱運行的接線方式(不含QF5)；

(2)輸送功率按實驗1中單回路穩(wěn)態(tài)對稱運行的輸送功率值一樣；

(3)微機(jī)保護(hù)定值整定：動作時間0秒，重合閘時間100秒；

(4)在故障單元，選擇單相故障相，整定故障時間為0"<t<100，z；

(5)進(jìn)行單相短路故障，此時微機(jī)保護(hù)切除故障相，準(zhǔn)備重合閘，這時迅速跳開“QF1”、

“QF3”開關(guān)，即惟獨一回路線的兩相在運行。觀察此狀態(tài)下的三相電流、電壓值與實驗1

進(jìn)行比較；

(6)故障100”以后，重合閘成功，系統(tǒng)恢復(fù)到實驗1狀態(tài)。

表3-2

UA%UC'A'cpQS

全相運行值

非全相運行值

四、實驗報告要求

1.整理實驗數(shù)據(jù)，說明單回路送電和雙回路送電對電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的影響，并對實

驗結(jié)果進(jìn)行理論分析。

2.根據(jù)不同運行狀態(tài)的路線首、末端和中間開關(guān)站的實驗數(shù)據(jù)、分析、比較運行狀態(tài)

不同時，運行參數(shù)變化的特點和變化范圍。

3.比較非全相運行實驗的前、后實驗數(shù)據(jù)，分析輸電路線輸送功率的變化。

五、思量題

1.影響簡單系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的因素是哪些？

2.提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定有哪些措施？

3.何為電壓損耗、電壓降落？

4.“兩表法”測量三相功率的原理是什么？它有什么前提條件？

試驗四電力系統(tǒng)功率特性和功率極限實驗

一、實驗?zāi)康?/p>

1.初步掌握電力系統(tǒng)物理摹擬實驗的基本方法；

2加深理解功率極限的概念，在實驗中體味各利?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(jié)合所學(xué)的理論知識，培養(yǎng)理論結(jié)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)，普通是指發(fā)機(jī)電通過變壓器、輸電路線與無限大容量母

線聯(lián)接而且不計各元件的電阻和導(dǎo)納的輸電系統(tǒng)。

對于簡單系統(tǒng)，如發(fā)機(jī)電至系統(tǒng)d軸和q軸總電抗分別為Xd、和XqJ,則發(fā)電

機(jī)的功率特性為：

P=Eu=瓶+U2[XX"q_sjn26

EqX2X.X

必6：qy

當(dāng)發(fā)機(jī)電裝有勵磁調(diào)節(jié)器時，發(fā)電機(jī)電勢E隨運行情況而變化。根據(jù)普通

q

勵磁調(diào)節(jié)器的性能，可認(rèn)為保持發(fā)機(jī)電E,（或者E）恒定。這時發(fā)機(jī)電的功率

特

q

性可表示成：

cEUU2X--X

P=qpjn6+?d：：—^in

a2?

26dlIL

EU

或者P=q—sin61

EX'

di

這時功率極限為

ErU

P=

Em)r

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)機(jī)電裝設(shè)性能良好

的勵磁調(diào)節(jié)器以提高發(fā)電機(jī)電勢、增加并聯(lián)運行路線回路數(shù)或者串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)?/p>

手段以減少系統(tǒng)電抗、受端系統(tǒng)維持較高的運行電壓水平或者輸電線采用中繼同

步調(diào)相

機(jī)或者中繼電力系統(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

(-)無調(diào)節(jié)勵磁時功率特性和功率極限的測定

1.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(jī)電勢保持Eq保持不變，即并

網(wǎng)前U=E),測定愉電線單回線和雙回線運行時，發(fā)機(jī)電的功?角特性曲線，

xq

功率極限值和達(dá)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)機(jī)電端電壓等)的變化。將兩種情況下的結(jié)果加以比較和分析。

實驗步驟：

(1)輸電路線為單回線；

(2)發(fā)機(jī)電與系統(tǒng)并列后，調(diào)節(jié)發(fā)機(jī)電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)機(jī)電輸出的有功功率，而發(fā)機(jī)電不調(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)輸電路線為雙回線，重復(fù)上述步驟，填入表4-2中。

表4-1單回線

60c10c2530°40c50c60°70°80c90c

P0

I

A0

Uz

u

F

I

fd

Q0

表4-2雙回線

6(T10°20°30°40c5(F60°70c80G9(F

P0

I

A0

Uz

5

I

fd

Q0

注意：

(1)有功功率應(yīng)緩慢調(diào)節(jié)，每次調(diào)節(jié)后，需等待一段時間，觀察系統(tǒng)是否

穩(wěn)定，以取得準(zhǔn)確的測量數(shù)值。

(2)當(dāng)系統(tǒng)失穩(wěn)時，減小原動機(jī)出力，使發(fā)機(jī)電拉入同步狀態(tài)。

2.發(fā)電機(jī)電勢E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)可機(jī)電勢E不同時(E/Ux或

者

Eq>Q)發(fā)機(jī)電的功一角特性曲線和功率極限。

實驗步驟：

(D輸電線為單回線，并網(wǎng)前EqVU一

(2)發(fā)機(jī)電與系統(tǒng)并列后，調(diào)節(jié)發(fā)機(jī)電使其輸出有功功率為零；

(3)逐步增加發(fā)機(jī)電輸出的有功功率，而發(fā)機(jī)電不調(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E#U戈重復(fù)上述步驟，填入表4-4中。

表4?3單回線并網(wǎng)前EjUx

6Oc10c20c30°40c50°60°70°80c90°

P0

'A0

Uz

%

1

fd

Q0-

表恒I單回線并網(wǎng)前EjUx

60°10c20°30°40c50c6(T70°80°90c

P0

I

A0

Uz

UF

%

Q0+

(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)機(jī)電有功輸出時，手動調(diào)節(jié)勵磁保持發(fā)機(jī)電端

電壓恒定，測定發(fā)機(jī)電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(jié)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)單回線輸電路線；

(2)發(fā)機(jī)電與系統(tǒng)并列后，使P=0,Q=0,6=0,校正初始值；

(3)逐步增加發(fā)機(jī)電輸出的有功功率，調(diào)節(jié)發(fā)機(jī)電勵磁，保持發(fā)機(jī)電端電

壓恒定或者無功輸出為零；

(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

60c10°20°30040c5(F60°70c80G90P

P0

I

A0

Uz

U

F

I

fd

Q0

表46雙回線手動調(diào)節(jié)勵磁

6(T10°20°30"4cr5(r60°70c80u90P

P0

I

A0

Uz

uF

I

fd

Q0

(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)機(jī)電勵磁系統(tǒng)，測定功率特性和功率極限，并將

結(jié)果與無調(diào)節(jié)勵磁和手動調(diào)節(jié)勵磁時的結(jié)果比較，分析自動勵磁調(diào)節(jié)器的作用。

1.微機(jī)自并勵(恒流或者恒壓控制方式)，實驗步驟自擬；

表4-7單回線微機(jī)自并勵方式

6(T10°20°30°4(r5(F60°70c80°90P

P0

I0

A

Uz

UF

I

fd

Q0

表全8雙回線微機(jī)自并勵方式

6&10°20°30040c50°60°70c80°9(F

P0

I0

A

Uz

U

F

I

fd

Q0

2.微機(jī)它勵（恒流或者恒壓控制方式），實驗步驟自擬。

表4-9單回線微機(jī)它勵方式

60c10°20°3(r4050P60。70c吩9伊

P0

IA0

Uz

uF

I

fd

Q0

表4-10