電力系統(tǒng)分析實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、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(guò)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(wèn)題的能力。二、原理與說(shuō)明所謂簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)，一般是指發(fā)電機(jī)通過(guò)變壓器、輸電線路與無(wú)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E¢）恒定

2、。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(wèn)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(guò)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(wú)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Ux、發(fā)電機(jī)電勢(shì)保持E

3、q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(wú)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°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(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)。（3）d角由功角指示器讀出。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)使其輸出有功

6、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°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(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)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(wú)調(diào)節(jié)勵(lì)磁時(shí)所得的結(jié)果比較分析，說(shuō)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；

8、（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(wú)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°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(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)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(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(wú)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

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(jī)自并勵(lì)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(jī)它勵(lì)（恒流或恒壓控制方式），實(shí)驗(yàn)步驟自擬。表4-9 單回線 微機(jī)它勵(lì)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(jī)它勵(lì)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(xiàng)：實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，通過(guò)勵(lì)磁調(diào)節(jié)使無(wú)功輸出為零，通過(guò)調(diào)速器調(diào)節(jié)使有功輸出為零，解列之后逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)原動(dòng)機(jī)調(diào)速的旋鈕使發(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)結(jié)

13、果進(jìn)行比較。2認(rèn)真整理實(shí)驗(yàn)記錄，通過(guò)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(shuō)明產(chǎn)生誤差的原因。并作出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)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

14、通過(guò)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(guò)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。二、原理與說(shuō)明 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)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(wèn)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×Uo）×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)

15、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(lái)。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(guò)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（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(guò)對(duì)操作臺(tái)上

16、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(wú)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)間可以通過(guò)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間繼電器進(jìn)行定，同時(shí)要設(shè)定重合閘開關(guān)是否投切。在手動(dòng)勵(lì)磁方式下（恒控制）通過(guò)順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)原動(dòng)機(jī)調(diào)速旋鈕調(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)定輸出的極限，注意觀察有功表的讀數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)出于

17、振蕩臨界狀態(tài)時(shí)，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(xì)操作方法WDTIIC綜合自動(dòng)化試驗(yàn)臺(tái)使用說(shuō)明書。）表5-2 短路切除時(shí)間t=0.5s 短路類型：?jiǎn)蜗嘟拥囟搪稱F1QF2QF3QF4Pmax(W) 最大短路電流（A） 111120005.6010116005.50 (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 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(shí)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(shí)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(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，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)原動(dòng)機(jī)調(diào)速旋鈕增加發(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 QF21 QF31 QF41 表5-6 短路類型：?jiǎn)蜗嘟拥囟搪繁Ｗo(hù)動(dòng)作時(shí)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(qiáng)行勵(lì)磁（恒U控制）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： 大大提高供電可靠性； 提高電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性； 對(duì)繼電保護(hù)誤動(dòng)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，保護(hù)裝置切除故障線路后，經(jīng)過(guò)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(guò)對(duì)操作臺(tái)上的短路按鈕組合，選擇不同的故障相。順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)原動(dòng)機(jī)調(diào)速的旋鈕調(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)間通過(guò)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間繼電器進(jìn)行整定，同時(shí)要選擇進(jìn)行重合閘投切。