1、第四章 電力系統功率特性和功率極限實驗一、實驗目的1 初步掌握電力系統物理模擬實驗的基本方法；2 加深理解功率極限的概念，在實驗中體會各種提高功率極限措施的作用；3 通過對實驗中各種現象的觀察，結合所學的理論知識，培養理論結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，一般是指發電機通過變壓器、輸電線路與無限大容量母線聯接而且不計各元件的電阻和導納的輸電系統。對于簡單系統，如發電機至系統d軸和q軸總電抗分別為XdS和XqS，則發電機的功率特性為：當發電機裝有勵磁調節器時，發電機電勢Eq隨運行情況而變化。根據一般勵磁調節器的性能，可認為保持發電機E¢q（或E¢）恒定

2、。這時發電機的功率特性可表示成：或這時功率極限為隨著電力系統的發展和擴大，電力系統的穩定性問題更加突出，而提高電力系統穩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的功率極限，從簡單電力系統功率極限的表達式看，提高功率極限可以通過發電機裝設性能良好的勵磁調節器以提高發電機電勢、增加并聯運行線路回路數或串聯電容補償等手段以減少系統電抗、受端系統維持較高的運行電壓水平或輸電線采用中繼同步調相機或中繼電力系統以穩定系統中繼點電壓等手段實現。三、實驗項目和方法（一）無調節勵磁時功率特性和功率極限的測定1網絡結構變化對系統靜態穩定的影響（改變x）在相同的運行條件下（即系統電壓Ux、發電機電勢保持E

3、q保持不變，即并網前Ux=Eq），測定輸電線單回線和雙回線運行時，發電機的功一角特性曲線，功率極限值和達到功率極限時的功角值。同時觀察并記錄系統中其他運行參數（如發電機端電壓等）的變化。將兩種情況下的結果加以比較和分析。實驗步驟：（1）輸電線路為單回線；（2）發電機與系統并列后，調節發電機使其輸出的有功和無功功率為零；（3）功率角指示器調零；（4）逐步增加發電機輸出的有功功率，而發電機不調節勵磁；（5）觀察并記錄系統中運行參數的變化，填入表4-1中；（6）輸電線路為雙回線，重復上述步驟，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）有功功率應緩慢調節，每次調節后，需等待一段時間，觀察系統是否穩定，以取得準確的測量數值。（2）當系統失穩時，減小原動機出力，使發電機拉入同步狀態。（3）d角由功角指示器讀出。2發電機電勢Eq不同對系統靜態穩定的影響在同一接線及相同的系統電壓下，測定發電機電勢Eq不同時（Eq<Ux或Eq>Ux）發電機的功一角特性曲線和功率極限。實驗步驟：（1） 輸電線為單回線，并網前Eq<Ux；（2） 發電機與系統并列后，調節發電機使其輸出有功

6、功率為零； （3） 逐步增加發電機輸出的有功功率，而發電機不調節勵磁；（4） 觀察并記錄系統中運行參數的變化，填入表4-3中；（5） 輸電線為單回線，并網前Eq>Ux，重復上述步驟，填入表4-4中。表4-3 單回線 并網前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）手動調節勵磁時，功率特性和功率極限的測定給定初始運行方式，在增加發電機有功輸出時，手動調節勵磁保持發電機端電壓恒定，測定發電機的功一角曲線和功率極限，并與無調節勵磁時所得的結果比較分析，說明勵磁調節對功率特性的影響。實驗步驟：（1）單回線輸電線路；

8、（2）發電機與系統并列后，使P=0，Q=0，d=0，校正初始值；（3）逐步增加發電機輸出的有功功率，調節發電機勵磁，保持發電機端電壓恒定或無功輸出為零；（4）觀察并記錄系統中運行參數的變化，填入表4-5中。表4-5 單回線 手動調節勵磁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 手動調節勵磁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）自動調節勵磁時，功率特性和功率極限的測定將自動調節勵磁裝置接入發電機勵磁系統，測定功率特性和功率極限，并將結果與無調節勵磁和手動調節勵磁時的結果比較，分析自動勵磁調節器的作用。1微機自并勵（恒流或恒壓控制方式），實驗步驟自擬；表4-7 單回線 微機自并勵方式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 微機自并勵方式d0°10°20°30°40°50°60°70°80°90°P044790014402215IA00.821.802.543.77

11、UF380379.53788381379.5Ifd2.02.22.42.60292Q0701402103002微機它勵（恒流或恒壓控制方式），實驗步驟自擬。表4-9 單回線 微機它勵方式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 微機它勵方式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：實驗結束后，通過勵磁調節使無功輸出為零，通過調速器調節使有功輸出為零，解列之后逆時針旋轉原動機調速的旋鈕使發電機轉速至零。跳開操作臺所有開關之后，方可關斷操作臺上的操作電源開關。四、實驗報告要求1根據實驗裝置給出的參數以及實驗中的原始運行條件，進行理論計算。將計算結果與實驗結

13、果進行比較。2認真整理實驗記錄，通過實驗記錄分析的結果對功率極限的原理進行闡述。同時對理論計算和實驗記錄進行對比，說明產生誤差的原因。并作出P(d) Q(d)特性曲線，對其進行描述。3分析、比較各種運行方式下發電機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？如何調節其零點？當日光燈供電的相發生改變時，所得的功角值發生什么變化？2多機系統的輸送功率與功角d的關系和簡單系統的功角特性有什么區別？3自并勵和它勵的區別和各自特性是什么？4自動勵磁調節器對系統靜態穩定性有何影響？5實驗中，當發電機瀕臨失步時應采取哪些挽救措施才能避免電機失步？第五章 電力系統暫態穩定實驗一、實驗目的1

14、通過實驗加深對電力系統暫態穩定內容的理解，使課堂理論教學與實踐結合，提高學生的感性認識。2學生通過實際操作，從實驗中觀察到系統失步現象和掌握正確處理的措施。二、原理與說明 電力系統暫態穩定問題是指電力系統受到較大的擾動之后，各發電機能否繼續保持同步運行的問題。在各種擾動中以短路故障的擾動最為嚴重。正常運行時發電機功率特性為：P1（Eo×Uo）×sin1/X1；短路運行時發電機功率特性為：P2（Eo×Uo）×sin2/X2；故障切除發電機功率特性為： P3（Eo×Uo）×sin3/X3； 對這三個公式進行比較，我們可以知道決定功率特性發

15、生變化與阻抗和功角特性有關。而系統保持穩定條件是切除故障角c小于max，max可由等面積原則計算出來。本實驗就是基于此原理，由于不同短路狀態下，系統阻抗X2不同，同時切除故障線路不同也使X3不同，max也不同，使對故障切除的時間要求也不同。 同時，在故障發生時及故障切除通過強勵磁增加發電機的電勢，使發電機功率特性中Eo增加，使max增加，相應故障切除的時間也可延長；由于電力系統發生瞬間單相接地故障較多，發生瞬間單相故障時采用自動重合閘，使系統進入正常工作狀態。這二種方法都有利于提高系統的穩定性。三、實驗項目與方法（一）短路對電力系統暫態穩定的影響1短路類型對暫態穩定的影響本實驗臺通過對操作臺上

16、的短路選擇按鈕的組合可進行單相接地短路，兩相相間短路，兩相接地短路和三相短路試驗。固定短路地點，短路切除時間和系統運行條件，在發電機經雙回線與“無窮大”電網聯網運行時，某一回線發生某種類型短路，經一定時間切除故障成單回線運行。短路的切除時間可以通過保護動作時間繼電器進行定，同時要設定重合閘開關是否投切。在手動勵磁方式下（恒控制）通過順時針或逆時針旋轉原動機調速旋鈕調節發電機向電網的出力，測定不同短路運行時能保持系統穩定時發電機所能輸出的最大功率，并進行比較，分析不同故障類型對暫態穩定的影響。將實驗結果與理論分析結果進行分析比較。Pmax為系統可以穩定輸出的極限，注意觀察有功表的讀數，當系統出于

17、振蕩臨界狀態時，記錄有功讀數，最大電流讀數可以從操作面板上的電流表讀出，選擇重合閘投切為OFF。（詳細操作方法WDTIIC綜合自動化試驗臺使用說明書。）表5-2 短路切除時間t=0.5s 短路類型：單相接地短路QF1QF2QF3QF4Pmax(W) 最大短路電流（A） 111120005.6010116005.50 (0：表示對應線路開關斷開狀態 1：表示對應線路開關閉合狀態)表5-3 短路切除時間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故障切除時間對暫態穩定的影響固定短路地點，短路類型和系統運行條件，順時針旋轉原動機調速旋鈕增加發電機向電網的出力，在測定不同故障切除時間能保持系統穩定時發電機所能輸出的最大功率，分析故障切除時間對暫態穩定的影響。一次接線方式： QF11 QF21 QF31 QF41 表5-6 短路類型：單相接地短路保護動作時間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）研究提高暫態穩定的措施1強行勵磁（恒U控制）在微機勵磁方式下短路故障發生后，微機將自動投入強勵以提高發電機電勢。觀察它對提高暫態穩定的作用。2單相重合閘在電力系統的故障中大多數是送電線路（特別是架空線路）的“瞬時性”故障，除此之外也有“永久性故障”。在電力系統中采用重合閘的技術經濟效果，主要可歸納如下： 大大提高供電可靠性； 提高電力系統并列運行的穩定性； 對繼電保護誤動作而引起的誤跳閘，也能起到糾正的作用。對瞬時性故障，保護裝置切除故障線路后，經過延時一定時間將自動重合原線路，從而恢復全相供電，提高了故障切除后的功率特性曲線。同樣通過對操作臺上的短路按鈕組合，選擇不同的故障相。順時針或逆時針旋轉原動機調速的旋鈕調節發電機向電網的出力，觀察它對提高暫態穩定的作用，觀察它對提高暫態穩定的作用。其故障的切除時間通過保護動作時間繼電器進行整定，同時要選擇進行重合閘投切。