成都理工电力系统实验报告.docx
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成都理工电力系统实验报告
电力系统自动化报告
学院:
核技术与自动化学院
专业:
电气工程及其自动化
班级:
1班
学号:
7
姓名:
徐茁夫
指导老师:
罗耀耀
完成时间:
2015年7月6日
填写说明
1、适用于本科生所有的实验报告（印制实验报告册除外）；
2、专业填写为专业全称，有专业方向的用小括号标明；
3、格式要求：
1用A4纸双面打印（封面双面打印）或在A4大小纸上用蓝黑色水笔书写。
2打印排版：
正文用宋体小四号，1.5倍行距，页边距采取默认形式（上下2.54cm，左右2.54cm，页眉1.5cm，页脚1.75cm）。
字符间距为默认值（缩放100%，间距：
标准）；页码用小五号字底端居中。
3具体要求：
题目（二号黑体居中）；
摘要（“摘要”二字用小二号黑体居中，隔行书写摘要的文字部分，小4号宋体）；
关键词（隔行顶格书写“关键词”三字，提炼3-5个关键词，用分号隔开，小4号黑体）；
正文部分采用三级标题；
第1章××（小二号黑体居中，段前0.5行）
1.1×××××小三号黑体×××××（段前、段后0.5行）
1.1.1小四号黑体（段前、段后0.5行）
参考文献（黑体小二号居中，段前0.5行），参考文献用五号宋体，参照《参考文献著录规则（GB/T7714－2005）》。
实验一：
典型方式下的同步发电机起励实验
一、实验目的
⒈了解同步发电机的几种起励方式，并比较它们之间的不同之处。
⒉分析不同起励方式下同步发电机起励建压的条件。
二、原理说明
同步发电机的起励方式有三种：
恒发电机电压Ug方式起励、恒励磁电流Ie方式起励和恒给
定电压UR方式起励。
其中，除了恒UR方式起励只能在他励方式下有效外，其余两种方式起励
都可以分别在他励和自并励两种励磁方式下进行。
恒Ug方式起励，现代励磁调节器通常有“设定电压起励”和“跟踪系统电压起励”两种起
励方式。
设定电压起励，是指电压设定值由运行人员手动设定，起励后的发电机电压稳定在手动
设定的给定电压水平上；跟踪系统电压起励，是指电压设定值自动跟踪系统电压，人工不能干预，
起励后的发电机电压稳定在与系统电压相同的电压水平上，有效跟踪范围为85%～115%额定电
压；“跟踪系统电压起励”方式是发电机正常发电运行默认的起励方式，可以为准同期并列操作
创造电压条件，而“设定电压起励”方式通常用于励磁系统的调试试验。
恒Ie方式起励，也是一种用于试验的起励方式，其设定值由程序自动设定，人工不能干预，
起励后的发电机电压一般为20%额定电压左右。
恒UR（控制电压）方式只适用于他励励磁方式，可以做到从零电压或残压开始人工调节逐渐
增加励磁而升压，完成起励建压任务。
三、实验内容与步骤
常规励磁装置起励建压在第一章实验已做过，此处以微机励磁为主。
⒈选定实验台上的“励磁方式”为“微机控制”，“励磁电源”为“他励”，微机励磁装置菜
单里的“励磁调节方式”为“恒Ug”和“恒Ug预定值”为400V。
⑴参照第一章中的“发电机组起励建压”步骤操作。
⑵观测控制柜上的“发电机励磁电压”表和“发电机励磁电流”表的指针摆动。
⒉选定“微机控制”，“自励”，“恒Ug”和“恒Ug预定值”为400V。
操作步骤同实验1。
⒊选定“微机控制”，“他励”，“恒Ie”和“恒Ie预定值”为1400mA。
操作步骤同实验1。
⒋选定“微机控制”，“自励”，“恒Ie”和“恒Ie预定值”为1400mA。
操作步骤同实验1。
⒌选定“微机控制”，“他励”，“恒UR”和“恒UR预定值”为5000mV。
操作步骤同实验1。
四、实验报告
⒈比较起励时，自并励和他励的不同。
答：
他励直流电机的励磁绕组与电枢绕组无联接关系，而由其他直流电源对励磁绕组供电的直流电机称为他励直流电机，永磁直流电机也可看作他励直流电机。
并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组相并联，作为并励电动机来说，励磁绕组与电枢共用同一电源，从性能上讲与他励直流电动机相同。
他励直流电动机起动时，必须先保证有磁场（即先通励磁电流），而后加电枢电压。
否则在加励磁电流之前，电枢中一直为起动电流（或理解为电能只以电枢绕组中热量的形式释放）
⒉比较各种起励方式有何不同。
答：
他励：
一般用于机端电压高于400V的发电机组。
他励是指利用外电源对发电机进行起励。
自并励：
一般用于机端电压低于或等于400V的发电机组。
自并励，又叫“自并激励”，是利用发电机定子线圈的残余电压通过一定的技术方法整流后送回其转子线圈，再对定子线圈进行相互激励使发电机电压在“自激励”过程中不断升高到设定值。
五、实验心得
灭磁的时候应该注意发电机的状态，一定不能在并网的状态下灭磁。
实验二：
伏赫限制实验
一、实验目的
1．了解伏赫限制的意义。
2．熟悉伏赫限制的工作原理。
二、原理说明
V/Hz（伏/赫）限制就是限制发电机的端电压与频率的比值，其目的是防止发电机在空载、甩负荷和机组启动期间，由于电压升高或频率降低使发电机励磁电流增大，导致发电机铁芯饱和而引起发电机转子过热。
已知公式：
U=4.44KN1fBS
式中：
U－发电机的相电势；N－每相绕组的串联匝数；
KN1－绕组系数；B－发电机的磁感应强度；S－发电机铁芯截面积
对于给定的发电机，N和S是常数，令K=4.44NKN1S，则U/f=BK
根据整定的最大允许伏赫比Bmax和当前频率f，计算出当前允许的最高电压Umax=Bmax·f,将其与当前发电机端电压Ug比较，取两者中间的最小值作为Uref进行调节Uref=min{Uref,Umax}调节的结果必然是发电机端电压Ug=Uref，即满足U/f≤Bmax,达到伏赫限制的目的。
考虑到机组并网运行时，比值U/f一般不会越限，故伏赫限制器解列运行时投入，并网后退出。
三、实验内容与步骤
⑴合上控制柜上的所有电源开关；然后合上实验台上的所有电源开关。
合闸顺序：
先总开
关，后三相开关，再单相开关。
⑵选定THLZD-2电力系统综合自动化实验台面板上的旋钮开关的位置：
将“励磁方式”
旋钮开关打到“微机控制”位置；将“励磁电源”旋钮开关打到“他励”位置。
⑶发电机组起励建压，使原动机转速为1500rmp，发电机电压为420V。
⑷设置THLWL-3微机励磁装置的“伏赫限制系数”为“85~95”。
⑸按下THLWL-3微机调速装置上的“＋”键或“－”键，调节发电机组频率下降至45Hz，
每间隔1Hz记录发电机电压，直到伏赫限制灯亮（伏赫限制动作），记录此时的发电机电压和频
率。
记录相关数据在表3-2-5-1中。
表3-2-5-1
发电机频率f（Hz）50494847
机端电压Ug（V）419.6416.6416.3415.7
⑹发电机组停机。
四、实验心得
这次实验让我们掌握了伏赫限制的作用和原理，通过伏赫限制防止发电机在空载、甩负荷和机组启动期间，由于电压升高或频率降低使发电机励磁电流增大，导致发电机铁芯饱和引起发电机转子过热。
这能有效快速保护电机及机组的正常运行，但理解理论有点复杂，需要通过实验来理解，但也要认真将其掌握。
实验三：
励磁调节器控制方式及其相互切换实验
一、实验目的
⒈了解微机励磁调节器的几种控制方式及其各自特点。
⒉通过实验理解励磁调节器无扰动切换的重要性。
二、原理说明
励磁调节器具有四种控制方式：
恒发电机电压Ug，恒励磁电流Ie，恒给定电压UR和恒无功Q。
其中，恒UR为开环控制，而恒Ug，恒Ie和恒Q三种控制方式均采用PID控制，PID控制原理框图如图2-3-1所示，系统由PID控制器和被控对象组成，PID算法可表示为：
e（t）=r（t）-c（t）2-3-1
u（t）=KP{e（t）+1/TI∫e（t）dt+TDd[e（t）]/dt}2-3-2
其中：
u（t）—调节计算的输出；KP—比例增益；
TI—积分常数；TD—微分常数。
因上述算法用于连续模拟控制，而此处采用采样控制，故对上述两个方程离散化，当采样周期T很小时，用一阶差分代替一阶微分，用累加代替积分，则第n次采样的调节量为：
u（n）=KP{e（n）+T/TIΣe（i）+TD/T[e（n）-e（n-1）]}+u02-3-3
式中：
u0—偏差为0时的初值。
则第n-1次采样的调节量为：
u（n-1）=KP{e（n-1）+T/TIΣe（i）+TD/T[e（n-1）-e（n-2）]}+u02-3-4
每种控制方式对应一套PID参数（KP、KI和KD），可根据要求设置，设置原则：
比例系数加大，系统响应速度快，减小误差，偏大，振荡次数变多，调节时间加长，太大，系统趋于不稳定；积分系数加大，可提高系统的无差度，偏大，振荡次数变多；微分系数加大，可使超调量减少，调节时间缩短，偏大时，超调量较大，调节时间加长。
为了保证各控制方式间能无扰动的切换，本装置采用了增量型PID算法。
三、实验准备
以下内容均由THLWL-3微机励磁装置完成，励磁采用“它励”；系统与发电机组间的线路
采用双回线。
具体操作如下：
（1）合上控制柜上的所有电源开关；然后合上实验台上的所有电源开关。
合闸顺序：
先总开关，后三相开关，再单相开关。
（2）⑵选定实验台面板上的旋钮开关的位置：
将“励磁方式”旋钮开关打到“微机控制”位置；将“励磁电源”旋钮开关打到“他励”位置。
⑶使实验台上的线路开关QF1，QF3，QF2，QF6，QF7和QF4处于“合闸”状态，QF5处于“分闸”状态。
1．恒Ug方式
⑴设置THLWL-3微机励磁装置的“励磁调节方式”为“恒Ug”，具体操作如下：
进入主菜单，选定“系统设置”，接着按下“确认”键，进入子菜单，然后不断按下“▼”键，翻页找到子菜单“励磁调节方式”，再次按下“确认”键。
最后按下“＋”键，选择“恒Ug”方式。
1设置THLWL-3微机励磁装置的“恒Ug预定值”为“400V”，具体操作同上。
⑶发电机组起励建压（操作见第一章），使原动机转速为1500rmp，发电机电压为额定电压400V。
⑷发电机组不并网，通过调节原动机转速来调节发电机电压的频率，频率变化在45Hz～55Hz之间，频率数值可从THLWL-3微机励磁装置读取。
具体操作：
按下THLWT-3微机调速装置面板上的“＋”键或“－”键来调节原动机的转速。
⑸从THLWL-3微机励磁装置读取发电机电压、励磁电流和给定电压的数值并记录到表表3-2-3-1
序号
发电机频率
fg（Hz）
发电机低电压
Ug（V）
励磁电流
Il（A）
励磁电压
Ug（V）
1
47.0
400.4
1.347
3.98
2
48.0
401.6
1.297
4.04
3
49.0
400.6
1.241
4.10
4
50.0
400.2
1.188
4.16
5
51.0
399.9
1.13
4.23
6
52.0
399.5
1.095
4.28
7
53.0
400.2
1.060
4.33
2．恒Ie方式
⑴设置THLWL-3微机励磁装置的“励磁调节方式”为“恒Ie”，具体操作同恒Ug方式实验步骤⑴
⑵设置THLWL-3微机励磁装置的“恒Ie预定值”为“1400mA”，具体操作同恒Ug方式实验步骤⑵。
重复恒Ug方式实验步骤⑶、⑷，从THLWL-3微机励磁装置读取发电机电压、励磁电流和给定电压的数值并记录于表3-2-3-2中。
表3-2-3-2
序号
发电机频率
fg（Hz）
发电机电压
Ug（V）
励磁电流
Ie（A）
励磁电压
Ue（V）
1
47.0
401.1
1.393
3.88
2
48.0
411.5
1.386
3.89
3
49.0
420.8
1.383
3.89
4
50.0
428.6
1.329
3.89
5
51.0
437.1
1.384
3.88
6
52.0
445.8
1.381
3.88
7
53.0
455.6
1.399
3.88
3．恒UR方式
⑴设置THLWL-3微机励磁装置的“励磁调节方式”为“恒UR”，具体操作同恒Ug方式实验步骤⑴
⑵设置THLWL-3微机励磁装置的“恒UR预定值”为“4760mV”，具体操作同恒Ug方式实验步骤⑵。
⑶重复恒Ug方式实验步骤⑶、⑷，从THLWL-3微机励磁装置读取发电机电压、励磁电流和给定电压的数值并记录于表3-2-3-3中。
4．恒Q方式
1重复恒Ug方式实验步骤⑴、⑵和⑶。
（2）发电机组与系统并网。
（具体操作见实验一）
（3）并网后，通过调节调速装置使发电机组发出一定的有功，通过调节励磁或系统电压使发电机组发出一定的无功。
要求保证发电机功率因数为0.8。
具体操作如下：
按下THLWT-3微机调速装置面板上的“＋”键或“－”键来增大或减小有功功率；降低15kVA自耦调压器的电压,使发电机发出一定的无功功率。
（4）选择“恒Q”方式，具体操作如下：
按下THLWL-3微机励磁装置面板上的“恒Q”键。
（注：
并网前按下“恒Q”键是非法操作，装置将视该操作为无效操作。
）
⑸改变系统电压，从THLWL-3微机励磁装置读取发电机电压、励磁电流、给定电压和无功功率数值并记录于表3-2-3-4中。
序号
发电机频率
fg（Hz）
发电机电压
Ug（V）
励磁电流
Ie（A）
励磁电压
Ue（V）
1
47.0
277.2
0.712
4.75
2
48.0
282.6
0．715
4.75
3
49.0
289.7
0.717
4.75
4
50.0
296.8
0.718
4.75
5
51.0
300．9
0.714
4.75
6
52.0
306.7
0.715
4.75
7
53.0
312.4
0.710
4.75
表3-2-3-4：
序号
系统电压
Us（V）
发电机电压Ug（V）
发电机电流Ig（A）
励磁电流
Ie（A）
励磁电压
UR（V）
有功功率
P（kW）
无功功率
Q（kVar）
1
380
406.6
1.001
1.545
44.20
0.562
0.460
2
370
393.6
1.034
1.441
42．25
0.567
0.446
3
360
384.8
1.077
1.392
41.32
0.585
0.437
4
350
376.7
1.076
1.356
40.52
0.575
0.446
5
390
413.8
0.984
1.552
44.35
0.565
0.444
6
400
420.9
0.998
1.603
45.37
0.575
0.450
7
410
425.5
0.995
1.610
45.40
0.579
0.420
注：
四种控制方式相互切换时，切换前后运行工作点应重合。
5．负荷调节
⑴设置子菜单“励磁调节方式”为“恒Ug”方式，操作参照恒Ug方式实验步骤⑴。
⑵将系统电压调到300V（调节自耦调压器到300V），发电机组并网，具体操作参照第一章。
⑶调节发电机发出的有功和无功到额定值,即：
P=2kW,Q=1.5kVar。
调节有功，即按下
THLWT-3微机调速装置面板上的“＋”键或“－”键来增大或减小有功功率；调节无功，即按下THLWL-3微机调速装置面板上的“＋”键或“－”键来增大或减小无功功率。
⑷从THLWL-3微机调速装置读取功角，从THLWL-3微机调速装置读取励磁电流和励磁电压，并记录数据于表3-2-3-5
⑸重复步骤⑶，调节发电机发出的有功和无功为额定值的一半。
⑹重复步骤⑷
⑺重复步骤⑶，调节发电机输出的有功和无功接近0。
⑻重复步骤⑷
发电机状态
励磁电流Ie（A）
励磁电压Ue（V）
功角δ（°）
空载
0.752
27.70
0°
半负载
1.526
43.52
27°
额定负载
2.339
59.05
43°
四、实验总结
1、微机励磁调节器四种运行方式的特点什么？
各适合于那种场合应用？
对电力系统运行而言，哪一种运行方式最好？
答：
微机励磁调节器四种运行方式为：
a、恒Ug方式；b、恒Ie方式；c、恒UR方式；d、恒Q方式。
其中恒UR方式属于开环控制，控制结构简单，属于有差调节。
而恒Ug方式、恒Ie方式、恒Q方式，采用PID控制可以实现误差调节，调整量可自行设计，是比较完整的控制系统。
2、分析励磁调节器的工作过程及其作用。
答：
励磁调节器的作用：
控制机端电压，控制无功功率分配，提高同步发电机并联运行的稳定性，改善电力系统的运行条件。
学生实验心得
这次实验使我们掌握系统运行的原理及特性，学会了典型方式下同步电机起励、伏赫限制的运行方式、励磁调节控制及其相互切换。
在罗耀耀老师的认真指导与帮助下，实验非常顺利和安全。
这次实验加深我们对于理论知识的理解同时，也培养我们认真细心的态度。
学生（签名）：
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指导
教师
评语
成绩评定：
指导教师（签名）：
年月日
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