电力系统三个实验.docx

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电力系统三个实验

实验一：

一机—无穷大系统稳态运行方式实验

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、原理与说明

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。

因此，除了通过结合实际的问题，让学生掌握此类“数值概念”外，实验也是一条很好的、更为直观、易于形成深刻记忆的手段之一。

实验用一次系统接线图如图2所示。

图2一次系统接线图

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多个接成链型的电抗线圈来模拟，其电抗值满足相似条件。

“无穷大”母线就直接用实验室的交流电源，因为它是由实际电力系统供电的，因此，它基本上符合“无穷大”母线的条件。

为了进行测量，实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等控制设备。

三、实验项目和方法

1．单回路稳态对称运行实验

在本章实验中，原动机采用手动模拟方式开机，励磁采用手动励磁方式，然后启机、建压、并网后调整发电机电压和原动机功率，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），观察记录线路首、末端的测量表计值及线路开关站的电压值，计算、分析、比较运行状态不同时，运行参数变化的特点及数值范围，为电压损耗、电压降落、沿线电压变化、两端无功功率的方向（根据沿线电压大小比较判断）等。

2．双回路对称运行与单回路对称运行比较实验

按实验1的方法进行实验2的操作，只是将原来的单回线路改成双回路运行。

将实验1的结果与实验2进行比较和分析。

表3-1

△

单回路

双回路

注：

UZ—中间开关站电压；

U—输电线路的电压损耗；

△

—输电线路的电压降落

3．单回路稳态非全相运行实验

确定实现非全相运行的接线方式，断开一相时，与单回路稳态对称运行时相同的输送功率下比较其运行状态的变化。

具体操作方法如下：

（1）首先按双回路对称运行的接线方式（不含QF5）；

（2）输送功率按实验1中单回路稳态对称运行的输送功率值一样；

（3）微机保护定值整定：

关闭重合闸动作，即“05”改为“OFF”；

（4）在故障单元，选择单相故障相；

（5）进行单相短路故障，此时微机保护切除故障相，这时迅速跳开“QF1”、“QF3”开关，即只有一回线路的两相在运行。

观察此状态下的三相电流、电压值与实验1进行比较；

（6）故障100²以后，重合闸成功，系统恢复到实验1状态。

表3-2

全相运行值

非全相运行值

四、实验报告要求

1．整理实验数据，说明单回路送电和双回路送电对电力系统稳定运行的影响，并对实验结果进行理论分析。

2．根据不同运行状态的线路首、末端和中间开关站的实验数据、分析、比较运行状态不同时，运行参数变化的特点和变化范围。

3．比较非全相运行实验的前、后实验数据，分析输电线路输送功率的变化。

五、思考题

1．何为电压损耗、电压降落？

2．“两表法”测量三相功率的原理是什么？

它有什么前提条件？

实验二：

复杂电力系统运行方式实验

一、实验目的

1．了解和掌握对称稳定情况下，输电系统的网络结构和各种运行状态与运行参数值变化范围。

2．理论计算和实验分析，掌握电力系统潮流分布的概念。

3．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相结合，提高学生的感性认识。

二、原理与说明

现代电力系统电压等级越来越高，系统容量越来越大，网络结构也越来越复杂。

仅用单机对无穷大系统模型来研究电力系统，不能全面反映电力系统物理特性，如网络结构的变化，潮流分布，多台发电机并列运行等等。

“PS-5G型电力系统微机监控实验台”是将五台“WDT-ⅢC型电力系统综合自动化实验台”的发电机组及其控制设备作为各个电源单元组成一个可变环型网络，如图4所示：

图4多机系统网络结构图

此电力系统主网按500kV电压等级来模拟，MD母线为220kV电压等级，每台发电机按600MW机组来模拟，无穷大电源短路容量为6000MVA。

A站、B站相联通过双回400km长距离线路将功率送入无穷大系统，也可将母联断开分别输送功率。

在距离100km的中间站的母线MF经联络变压器与220kV母线MD相联，D站在轻负荷时向系统输送功率，而当重负荷时则从系统吸收功率（当两组大小不同的A，B负荷同时投入时）从而改变潮流方向。

C站，一方面经70km短距离线路与B站相联，另一方面与E站并联经200km中距离线路与无穷大母线MG相联，本站还有地方负荷。

此电力网是具有多个节点的环形电力网，通过投切线路，能灵活的改变接线方式，如切除XLC线路，电力网则变成了一个辐射形网络，如切除XLF线路，则C站、E站要经过长距离线路向系统输送功率，如XLC、XLF线路都断开，则电力网变成了T型网络等等。

在不改变网络主结构前提下，通过分别改变发电机有功、无功来改变潮流的分布，可以通过投、切负荷改变电力网潮流的分布，也可以将双回路线改为单回路线输送来改变电力网潮流的分布，还可以调整无穷大母线电压来改变电力网潮流的分布。

在不同的网络结构前提下，针对XLB线路的三相故障，可进行故障计算分析实验，此时当线路故障时其两端的线路开关QFC、QFF跳开（开关跳闸时间可整定）。

三、实验项目与方法

1．网络结构变化对系统潮流的影响

在相同的运行条件下，即各发电机的运行参数保持不变，改变网络结构，观察并记录系统中运行参数的变化，并将结果加以比较和分析。

实验方案同学们自己设计，并记录下各开关状态。

表7-1网络结构变化前

G-A

G-B

G-C

G-D

G-E

COS

QFA

QFC

QFD

QFG

QFH

QFI

QFJ

COS

表7-2网络结构变化后

G-A

G-B

G-C

G-D

G-E

COS

QFA

QFC

QFD

QFG

QFH

QFI

QFJ

COS

2．投、切负荷对系统潮流的影响

在相同的网络结构下各发电机向系统输送一定负荷，投入各地方负荷LDA、LDB和LDC。

观察并记录系统中运行参数的变化并将结果加以分析和比较。

网络结构和各发电机输出功率大小由同学们自己设计，并记录下各开关状态。

表7-3投地方负荷前

G-A

G-B

G-C

G-D

G-E

COS

QFA

QFC

QFD

QFG

QFH

QFI

QFJ

COS

表7-4投地方负荷后

G-A

G-B

G-C

G-D

G-E

COS

QFA

QFC

QFD

QFG

QFH

QFI

QFJ

COS

注：

LDA负荷的性质可以通过台后三刀三掷开关切换。

即纯电阻负荷，感性负荷，纯电感负荷。

3．短路对电力系统暂态稳定的影响

同学们自己设计网络结构，发电机运行参数以及切除故障线路的保护动作时间，分析比较实验结果。

注意：

在此多机电力系统中，三相短路时故障电流很大，故线路保护动作时间整定在0.1～0.3秒以内。

四、实验报告要求

1．整理实验数据，分析比较网络结构的变化和地方负荷投，切对潮流分布的影响，并对实验结果进行理论分析

五、思考题

1．影响电力系统静态稳定性的因素有哪些？

实验三：

电力系统功率特性和功率极限实验

一、实验目的

1．初步掌握电力系统物理模拟实验的基本方法；

2．加深理解功率极限的概念，在实验中体会各种提高功率极限措施的作用；

3．通过对实验中各种现象的观察，结合所学的理论知识，培养理论结合实际及分析问题的能力。

二、原理与说明

所谓简单电力系统，一般是指发电机通过变压器、输电线路与无限大容量母线联接而且不计各元件的电阻和导纳的输电系统。

对于简单系统，如发电机至系统d轴和q轴总电抗分别为Xd和Xq，则发电机的功率特性为：

当发电机装有励磁调节器时，发电机电势Eq随运行情况而变化。

根据一般励磁调节器的性能，可认为保持发电机E¢q（或E¢）恒定。

这时发电机的功率特性可表示成：

或

这时功率极限为

随着电力系统的发展和扩大，电力系统的稳定性问题更加突出，而提高电力系统稳定性和输送能力的最重要手段之一是尽可能提高电力系统的功率极限，从简单电力系统功率极限的表达式看，提高功率极限可以通过发电机装设性能良好的励磁调节器以提高发电机电势、增加并联运行线路回路数或串联电容补偿等手段以减少系统电抗、受端系统维持较高的运行电压水平或输电线采用中继同步调相机或中继电力系统以稳定系统中继点电压等手段实现。

三、实验项目和方法

（一）无调节励磁时功率特性和功率极限的测定

1．网络结构变化对系统静态稳定的影响（改变x）

在相同的运行条件下（即系统电压Ux、发电机电势保持Eq保持不变，即并网前Ux=Eq），测定输电线单回线和双回线运行时，发电机的功一角特性曲线，功率极限值和达到功率极限时的功角值。

同时观察并记录系统中其他运行参数（如发电机端电压等）的变化。

将两种情况下的结果加以比较和分析。

实验步骤：

（1）输电线路为单回线；

（2）发电机与系统并列后，调节发电机使其输出的有功和无功功率为零；

（3）功率角指示器调零；

（4）逐步增加发电机输出的有功功率，而发电机不调节励磁；

（5）观察并记录系统中运行参数的变化，填入表4-1中；

（6）输电线路为双回线，重复上述步骤，填入表4-2中。

表4-1单回线

Ifd

表4-2双回线

Ifd

注意：

（1）有功功率应缓慢调节，每次调节后，需等待一段时间，观察系统是否稳定，以取得准确的测量数值。

（2）当系统失稳时，减小原动机出力，使发电机拉入同步状态。

2．发电机电势Eq不同对系统静态稳定的影响

在同一接线及相同的系统电压下，测定发电机电势Eq不同时（EqUx）发电机的功一角特性曲线和功率极限。

实验步骤：

（1）输电线为单回线，并网前Eq

（2）发电机与系统并列后，调节发电机使其输出有功功率为零；

（3）逐步增加发电机输出的有功功率，而发电机不调节励磁；

（4）观察并记录系统中运行参数的变化，填入表4-3中；

（5）输电线为单回线，并网前Eq>Ux，重复上述步骤，填入表4-4中。

表4-3单回线并网前Eq

Ifd

0－

表4-4单回线并网前Eq>Ux

Ifd

（二）手动调节励磁时，功率特性和功率极限的测定

给定初始运行方式，在增加发电机有功输出时，手动调节励磁保持发电机端电压恒定，测定发电机的功一角曲线和功率极限，并与无调节励磁时所得的结果比较分析，说明励磁调节对功率特性的影响。

实验步骤：

（1）单回线输电线路；

（2）发电机与系统并列后，使P=0，Q=0，d=0，校正初始值；

（3）逐步增加发电机输出的有功功率，调节发电机励磁，保持发电机端电压恒定或无功输出为零；

（4）观察并记录系统中运行参数的变化，填入表4-5中。

表4-5单回线手动调节励磁

Ifd

表4-6双回线手动调节励磁

Ifd

（三）自动调节励磁时，功率特性和功率极限的测定

将自动调节励磁装置接入发电机励磁系统，测定功率特性和功率极限，并将结果与无调节励磁和手动调节励磁时的结果比较，分析自动励磁调节器的作用。

1．微机自并励（恒流或恒压控制方式），实验步骤自拟；

表4-7单回线微机自并励方式

Ifd

表4-8双回线微机自并励方式

Ifd

2．微机它励（恒流或恒压控制方式），实验步骤自拟。

表4-9单回线微机它励方式

Ifd

表4-10双回线微机它励方式

Ifd

注意事项：

实验结束后，通过励磁调节使无功输出为零，通过调速器调节使有功输出为零，解列之后按下调速器的停机按钮使发电机转速至零。

跳开操作台所有开关之后，方可关断操作台上的操作电源开关。

四、实验报告要求

1．根据实验装置给出的参数以及实验中的原始运行条件，进行理论计算。

将计算结果与实验结果进行比较。

2．认真整理实验记录，通过实验记录分析的结果对功率极限的原理进行阐述。

同时对理论计算和实验记录进行对比，说明产生误差的原因。

并作出Uz（），P（）Q（）特性曲线，对其进行描述。

3．分析、比较各种运行方式下发电机的功—角特性曲线和功率极限。

五、思考题

1．功率角指示器的原理是什么？

如何调节其零点？

当日光灯供电的相发生改变时，所得的功角值发生什么变化？

2．多机系统的输送功率与功角d的关系和简单系统的功—角特性有什么区别？

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