单机—无穷大系统稳态运行实验

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、实验器材

本次实验的平台为型电力系统综合自动化教学试验台。综合自动化实验教学系统由发电机组、实验操作台、无穷大系统等3部分组成。实验操作台是由输电线路单元、微机线路保护单元、功率调节与同期单元、仪表测量与短路故障模拟单元等组成。面板上有四部分装置，分别为“YHB-A型微机保护装置”“TGS-03B微机调速装置”“HGWT-03微机准同期控制器”“WL-04B微机励磁调节器”。实验台面板上方共十三块指针式电表，分别指示“原动机电压”，原动机电流“发电机电压”“发电机频率”“开关电站电压”“A相电流”“B相电流”“C相电流”“有功功率”“无功功率”“系统电压”“励磁电流”“励磁电压”。

三、实验原理

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用多个结成链型的电抗线圈来模拟，其电抗只满足相似条件。“无穷大”母线就直接用实验室的交流电源，因为它是由市级电力系统供电的，因此，它基本上符合“无穷大”母线的条件。实验面板接线图如下

图 一次系统接线图

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。为了进行测量，试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的控制设备。

四、实验项目

(一)、实验准备工作

1、实现发电机与电网同步。在开启前先对实验台进行检察，是否有开关被卡住，调速装置模拟调节旋钮及励磁调节旋钮是否在最小处；确认无误后开启试验台电源开关，再进行一次热检察；按系统开关—线路末端断路器—开关站断路器—线路首段断路器顺序闭合双回路全部开关，给各段充电；调节原动机输出（模拟调节旋钮），使发电机达到额定转速；调节励磁旋钮使表“发电机电压”与表“开关电站电压”读数相同，实现线路首段电压与发电机机端电压相同；将“同期方式”旋钮调至到“手动”档，观察同期表，调节原动机输出，使频率与电压差值为零。当指针旋转到接近正上方时，合上发电机开关，即可实现电网与发电机同步。

2、观察“有功功率”表，调节励磁电流达到额定励磁电流,逐渐增大原动机输出，在达到发电机额定输出功率之前电网即发生震荡，各表不稳定，此时应立即调节“模拟调节”旋钮，减小原动机输出。记录下刚好不发生震荡时的静态稳定有功功率。

(二)、双回路稳态对称运行实验

1、通过调速器按钮减小原动机功率，只合上EAL-02 上的状态开关QF1、QF3、QF5、QFS，其他开关断开，使系统运行在双回路状态下； 2、通过原动机调速器改变发电机功率，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），在EAL-02 中右下角点击PV4 中（A、B、C 相）观察并记录线路首端电压值，点击PV1 中（A、B、C 相）观察记录线路末端电压值、点击PV3 中（A、B、C 相）观察记录线路开关站的电压值； 3、实验结束后应先调节模拟旋钮，使无功功率表降为零；再调节励磁旋钮，使有功功率降为零，关闭各点开关使其余各表归零；最后关闭试验台总电源。

（三）、实验注意事项

1、当EAL-01、EAL-04 或EAL-05 过流指示灯亮时，不能进行其他操作，要进行相应的复位后，重新做实验。

2、由于各旋钮属精密仪器，在调节时动作幅度不应过大，应遵循“慢调轻调”的原则。

3、在实现发电机与电网同步时，观察同期表与闭合发电机开关动作应由一人完成，且一定要反应灵敏，动作迅速，这样可以使两者同步更为精确。

五、数据处理与分析

由下表格的实验数据，将实验的结果进行比较和分析，可以得到以下结论： 1、保证励磁不变的情况下，同一回路，随着有功输出的增加，回路上电流也在增加，这是因为输出功率P=UIcos，机端电压不变所以电流随着功率的增加而增加；

2、励磁不变情况下，同一回路，随着输出功率的增大，首端电压减小，电压损耗也在减小，这是由于输出功率的增大会使发电机输出端电压降低，在功率流向为发电机到系统的情况下，即使电压虽好降低有由于电压降落的横向分量较小，所以电压降落近似为电压损耗；

3、出现电压降落为负的情况是因为系统倒送功率给发电机的原因。双回路供电对电力系统稳定性有一定的影响。 实验数据如下： 双回路 P（kW） 1.78 Q（kvar） I（A） 0.4 2 Uf（V） 40 Uz（V） 360 Uɑ（V） 240 六、思考题

1、影响简单系统静态稳定性的因素是哪些？

答：电力系统静态稳定是指电力系统受到小干扰后，不发生非周期性的失步，自动恢复到起始运行状态的能力。电力系统的静态稳定性是电力系统正常运行时的稳定性,电力系统静态稳定性的基本性质说明,静态储备越大则静态稳定性越高。由整步功率系数SEq=EV/X，所以影响电力系统静态稳定的因素主要是：系统元件电抗，系统电压大小，发电机电势以及扰动的大小。

2、提高电力系统静态稳定有哪些措施？

答:电力系统具有静态稳定性是系统正常运行的必要条件。要提高系统的静态稳定性，主要是提高输送公驴的极限。从简单电力系统的功率极限表达式PM =EV/X来看，可以从提高发电机的电势E、提高系统电压V和减小系统援建点抗这三方面入手。具体措施如下:

(1)、减少系统各元件的电抗，具体方法可有以下几种：a. 采用串联电容补偿；b. 采用分裂导线；c. 提高输电线路的电压等级；

(2)、提高系统电压水平; (3)、改善电力系统的结构;

(4)、采用串联电容器补偿; (5)、采用自动调节装置; (6)、采用直流输电。

在电力系统正常运行中,维持和控制母线电压是调度部门保证电力系统稳定运行的主要和日常工作。维持、控制变电站、发电厂高压母线电压恒定,特别是枢纽厂(站)高压母线电压恒定,相当于输电系统等值分割为若干段,这样每段电气距离将远小于整个输电系统的电气距离,从而保证和提高了电力系统的稳定性。

3、何为电压损耗、电压降落？

答：电压损耗是指网络元件首末端电压的数值差；电压降落是指网络元件首末端两点电压的向量差。

4、“两表法”测量三相功率的原理是什么？它有什么前提条件？

答：两表法是表1的电流接A相，电压接Uab；表2的电流接C相，电压接

Ucb 。两表法测量：P=P1+P2=Uab IaCOS(a+30)+Ucd IcCOS(30-c)=3UICOSΦ，U为相电压。在负荷平衡的三相供电系统中，可以采用这种方式。在A、C两相设电流互感器，并将这两个相的电流的差值作为B相电流，这样，三相电流就全了。 三相三系统可以用两表法测量,但是三相四线系统只有在三相平衡时才可以采用两表法 ,所以一般电能计量过程中,三相三线系统采用两表法,三相四线系统采用三表法.

电力系统暂态稳定实验

一、实验目的

1、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。

2、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

3、用数字式记忆示波器测出短路时短路电流的非周期分量波形图，并进行分析。

二、实验器材

同“单机—无穷大系统稳态运行实验”的实验器材。

三、实验原理

电力系统暂态稳定问题是指电力系统受到较大的扰动之后，各发电机能否继

续保持同步运行的问题。在各种扰动中以短路故障的扰动最为严重。

正常运行时发电机功率特性为：P1＝（Eo×Uo）×sinδ1/X1； 短路运行时发电机功率特性为：P2＝（Eo×Uo）×sinδ2/X2； 故障切除发电机功率特性为： P3＝（Eo×Uo）×sinδ3/X3；

对这三个公式进行比较，我们可以知道决定功率特性发生变化与阻抗和功角特性有关。而系统保持稳定条件是切除故障角δc小于δmax，δmax可由等面积原则计算出来。本实验就是基于此原理，由于不同短路状态下，系统阻抗X2不同，同时切除故障线路不同也使X3不同，δmax也不同，使对故障切除的时间要求也不同。

同时，在故障发生时及故障切除通过强励磁增加发电机的电势，使发电机功率特性中Eo增加，使δmax增加，相应故障切除的时间也可延长；由于电力系统发生瞬间单相接地故障较多，发生瞬间单相故障时采用自动重合闸，使系统进入正常工作状态。这二种方法都有利于提高系统的稳定性。

四、实验项目