电力系统综合实验指导书.doc

目录第一章 电力系统综合实验的基本要求11.1实验前的准备11.2实验的进行11.3实验总结1第二章 安全操作说明3第三章 电力系统综合实验53.1复杂电力系统稳定运行方式分析实验53.1.1实验目的53.1.2原理说明53.1.3实验内容与步骤83.1.4实验报告193.2电力系统功率特性和功率极限实验193.2.1实验目的193.2.2原理说明193.2.3实验内容与步骤203.2.4实验报告2427第一章 实验的基本要求THLZD-2型电力系统综合自动化实验平台的实验目的在于使学生掌握系统运行的原理及特性，学会通过故障运行现象及相关数据分析故障原因，并排除故障。通过实验使学生能够根据实验目的，实验内容及测取的数据，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实验报告。在整个实验过程中，必须集中精力，及时认真做好实验。现按实验过程提出下列具体要求。1.1实验前的准备实验准备即为实验的预习阶段，是保证实验能否顺利进行的必要步骤。每次实验前都应做好预习，才能对实验目的、步骤、结论和注意事项等做到心中有数，从而提高实验质量和效率。预习应做到：1复习教科书有关章节内容，熟悉与本次实验相关的理论知识。2认真学习实验指导书，了解本次实验目的和内容，掌握实验工作原理和方法，仔细阅读实验安全操作说明，明确实验过程中应注意的问题（有些内容可到实验室对照实验设备进行预习，熟悉组件的编号，使用及其规定值等）。3实验前应写好预习报告，其中应包括实验系统的详细接线图、实验步骤、数据记录表格等，经教师检查认为确实做好了实验前的准备，方可开始实验。5认真做好实验前的准备工作，对于培养学生独立工作能力，提高实验质量和保护实验设备、人身的安全等都具有相当重要的作用。1.2实验的进行在完成理论学习、实验预习等环节后，就可进入实验实施阶段。实验时要做到以下几点：1预习报告完整，熟悉设备实验开始前，指导老师要对学生的预习报告做检查，要求学生了解本次实验的目的、内容和方法，只有满足此要求后，方能允许实验。指导老师要对实验装置作详细介绍，学生必须熟悉该次实验所用的各种设备，明确这些设备的功能与使用方法。2建立小组，合理分工每次实验都以小组为单位进行，每组由4人组成。实验进行中，机组的运行控制、电力系统的监控调度、记录数据等工作都应有明确的分工，以保证实验操作的协调，数据准确可靠。3试运行在正式实验开始之前，先熟悉仪表的操作，然后按一定规范通电接通电力网络，观察所有仪表是否正常。如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切正常，即可正式开始实验。4测取数据预习时应对所测数据的范围做到心中有数。正式实验时，根据实验步骤逐次测取数据。5认真负责，实验有始有终实验完毕后，应请指导老师检查实验数据、记录的波形。经指导老师认可后，关闭所有电源，并把实验中所用的物品整理好，放至原位。1.3实验总结这是实验的最后阶段，应对实验数据进行整理、绘制波形和图表、分析实验现象并撰写实验报告。每位实验参与者要独立完成一份实验报告，实验报告的编写应持严肃认真、实事求是的科学态度。如实验结果与理论有较大出入时，不得随意修改实验数据和结果，而应用理论知识来分析实验数据和结果，解释实验现象，找出引起较大误差的原因。实验报告是根据实测数据和在实验中观察发现的问题，经过自己分析研究或分析讨论后写出的实验总结和心得体会，应简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。实验报告应包括以下内容：1实验名称、专业、班级、学号、姓名、同组者姓名、实验日期、室温等。2实验目的、实验线路、实验内容。3实验设备、仪器、仪表的型号、规格、铭牌数据及实验装置编号。4实验数据的整理、列表、计算，并列出计算所用的计算公式。5画出与实验数据相对应的特性曲线及记录的波形。6用理论知识对实验结果进行分析总结，得出正确的结论。7对实验中出现的现象、遇到的问题进行分析讨论，写出心得体会，并对实验提出自己的建议和改进措施。8实验报告应写在一定规格的报告纸上，保持整洁。9每次实验每人独立完成一份报告，按时送交指导老师批阅。第二章 安全操作说明为了顺利完成电力系统综合自动化实验平台的全部实验，确保实验时人身安全与设备的安全可靠运行，实验人员要严格遵守如下安全说明：1与控制柜的电源插头配合使用的插座，一经确定后不可随意调整，原因有二： 该插座容量要求40A，若换用其他容量较低的插座，实验时的冲击电流会导致控制柜上的电源开关跳开； 该插座与控制柜插头的相序已对应，若换用的插座与控制柜插头的相序不对应，并网实验时会对仪表和发电机组产生冲击，严重时可能导致设备损坏。2上电前，应做如下工作： 检查实验台、控制柜和发电机组间的电缆线是否正确可靠连接。 原动机的光电编码器与控制柜间的连线是否可靠连接。 实验台和控制柜间的通信线是否可靠连接。3上电后，实验前，检查微机准同期装置、微机励磁装置和微机线路保护装置的“系统设置”内的参数是否为实验要求的值。如果不是，请修改相关设置。4实验过程中，人体不可接触带电线路，如自耦调压器的输入、输出接线端。5发电机组在启动后，切勿推拉发电机组。6在进行发电机组与系统间的解列操作时，要使发电机组的有功功率P和无功功率Q接近于零，即：零功率解列。7控制柜上的总电源应由实验指导教师来控制，其他人员只能经指导教师允许后方可操作，不得自行合闸。8在进行“THLDK-2型 电力系统监控实验平台”实验前，必须熟练掌握“THLZD-2型 电力系统综合自动化实验平台”全部实验，掌握操作方法，以及各微机设备的使用方法。9实验过程中，绝对不允许实验人员用手触摸自耦调压器的输入、输出接线端子，否则电源将通过人体与大地构成回路，人体将触电，危及生命安全！所以严禁人体任何部位触碰自耦调压器的接线端子！10实验过程中，不允许实验人员打开实验台的任何一扇门，这样不利于负载的散热，可能会造成设备损坏。11在做多机系统联网实验时，在“THLZD-2型 电力系统综合自动化实验台”上，必须发电机运行方式切至“组网”，同时，除并网开关QF0，其余线路开关均不能合闸，并且“短路故障设置”部分各按钮都不要按下。对多机电力网络系统而言，“THLZD-2型 电力系统综合自动化实验平台”仅仅只是用其发电机组及其控制调速、励磁系统和同期操作设备，及相关测量仪表。如将该实验台的无穷大系统电源和线路开关合上，很可能造成两个无穷大系统短路，实验者应特别注意这一点，以免进行误操作，损坏设备！12在做多机电力系统网络线路发生三相短路实验时，由于短路电流很大，应保证线路保护的动作时间很快，实验前，确定实验台里的时间继电器，选择在“sec”位置，量程选择在“10”档，动作时间严格按实验要求调节，否则会毁坏实验设备！13在做“THLDK-2电力系统监控实验平台”实验时，不允许接到该实验台的“THLZD-2型 电力系统综合自动化实验平台”做单机的相关实验。14为防止发电机组非同期并入无穷大系统，在THLDK-2型 电力系统监控实验平台上，手动操作QF19只能分闸，不能合闸（合闸按钮只做指示用）。合闸操作只能通过上位机系统完成。当做独立系统实验时，只要有任何一个发电厂的QF0合闸（即QFG1QFG6合闸），上位机系统不能进行QF19 合闸控制。第三章 电力系统综合实验3.1复杂电力系统稳定运行方式分析实验3.1.1实验目的1掌握发电机励磁系统工作原理及其调整方法；2掌握同步发电机并列运行条件及起励建压、并网、解列和停机的操作；3掌握实验条件下发电机组网构成复杂电力系统的方法；4复杂电力系统稳定运行方式下的潮流分布。3.1.2原理说明1同步发电机励磁系统工作原理在本实验平台中，原动机采用直流电动机模拟工业现场的汽轮机或水轮机，调速系统用于调整原动机的转速和输出的有功功率，励磁系统用于调整发电机电压和输出的无功功率。图1为调速系统的原理结构示意图，图2为励磁系统的原理结构示意图。图1 调速系统原理结构示意图 图2 励磁系统的原理结构示意图装于原动机上的编码器将转速信号以脉冲的形式送入THLWT-3型微机调速装置，该装置将转速信号转换成电压，和给定电压一起送入ZKS-15型直流电机调速装置，采用双闭环来调节原动机的电枢电压，最终改变原动机的转速和输出功率。发电机出口的三相电压信号送入电量采集模块1，三相电流信号经电流互感器也送入电量采集模块1，信号被处理后，计算结果经485通信口送入微机励磁装置；发电机励磁交流电流部分信号、直流励磁电压信号和直流励磁电流信号送入电量采集模块2，信号被处理后，计算结果经485通信口送入微机励磁装置；微机励磁装置根据计算结果输出控制电压，来调节发电机励磁电流。2同步发电机自动准同期工作原理早期的准同期装置是利用脉动电压这一特性进行工作的。所谓脉动电压是指待并发电机的电压Ug和系统电压US之间的电压差，通常用Ud来表示。发电机电压和系统电压的瞬时值，可用下式表示： 3.1.2-1 3.1.2-2式中：Ug.m、Us.m为发电机和系统电压的幅值；1 、2为发电机电压和系统电压的初相。设，从式3-3-1-1和3-3-1-2可得脉动电压： 3.1.2-3若初始相角，则式3-3-1-3可简化为: 3.1.2-4脉动电压ud随时间变化的轨迹示于图3.1.2-1。令为脉动电压ud的幅值，则 3-3-1-5令d= g-s，式中d为滑差角速度，则 3-3-1-6图3.1.2-1 脉动电压变化轨迹关于脉动电压的概念还可以用相量来描述。图3.1.2-2是滑差电压相量图。图中用g和s表示发电机电压和系统电压的相量，当d不等于零时，g和s之间的相角差（滑差）=dt，将随时间t不断改变。假定以s为参考相量保持不动，则g将以角速度d作逆时针旋转。因而脉动电压d的瞬时值也在不断变化。图3.1.2-2 脉动电压相量图脉动电压不仅反映Ug和Us的相角差特性，而且与它们的幅值有关，所以可以利用自动装置检测滑差电压，判断准同期并网条件，完成发电机组的准同期并网操作。因此研究滑差电压的特性是非常必要的。图3.1.2- 3 自动准同期并列装置的原理框图自动准同期并列装置设置与半自动准同期并列装置相比，增加了频差调节和压差调节功能，自动化程度大大提高。微机准同期装置的均频调节功能，主要实现滑差方向的检测以及调整脉冲展宽，向发电机组的调速机构发出准确的调速信号，使发电机组与系统间尽快满足允许并列的要求。微机准同期装置的均压调节功能，主要实现压差方向的检测以及调整脉冲展宽，向发电机的励磁系统发出准确的调压信号，使发电机组与系统间尽快满足允许并列的要求。此过程中要考虑励磁系统的时间常数，电压升降平稳后，再进行一次均压控制，以使压差达到较小的数值，更有利于平稳地进行并列。3电力系统潮流分析原理潮流计算是研究和分析电力系统的基础。它主要包括以下内容：（1）电流和功率分布计算。（2）电压损耗和各节点电压计算。（3）功率损耗计算。无论进行电力系统的规划设计，还是对各种运行状态的研究分析，都须进行潮流计算。电力系统日常运行的潮流计算其实是对运行方式的调整从而制定合理的运行方式。潮流计算的方法有手算的解析计算法和电子计算机计算法。在本实验平台中通过模拟电力系统运行结构取得各中原始数据，可根据线路形式以及参数初步进行潮流计算分析。但可能系统中一些设备原器件的非线性，造成理论计算和实际运行数据不符合，但基本在误差范围以内的，可作为全面分析实验中各中现象的理论依据。电力系统潮流控制，包含有功潮流控制和无功潮流控制。电力网络中，各种结构都有自身的特点，因此潮流控制对电力系统安全与稳定、电力系统经济运行均具有重要意义。THLDK-2电力系统监控实验平台上，根据电力网络中典型潮流结构特点，提供了7种网络结构进行分析。实验过程中，构建一个电力网络，增加或减少某些机组的有功出力和无功出力，在保持系统各节点电压在允许范围内的前提下，改变系统支路的有功潮流和无功潮流。可以研究某一单一网络结构，或者多中网络结构的互相变化，观察电力系统潮流的变化。实验过程中，要运行“THLDK-2电力系统监控及运行管理系统”上位机软件，完成各种潮流分布中功率数值和方向变化，各母线电压的变化，最后数打印各中数据和图形，加以分析。在本实验平台上，实验人员要首先分析并熟悉各种网络结构的特点，了解可能出现的变化规律，然后在实验中潮流控制时，各发电机的功率应该缓慢调节，待系统稳定后，再进行下一步调整，还应整体把握各发电机的出力，以及各母线电压的变化，始终保证整个网络的稳定安全运行。注意：实验过程中调节功率时，务必保证监控台上线路中的电流不超过5A！潮流分析实验中，如果1#发电机与2#发电机的出口母线，通过断路器QF1连通，或者，3#发电机与4#发电机的出口母线通过断路器QF6连通，则1#、2#、3#和4#发电机的调差系数设置为+10，这样并列运行的机组才能合理分配无功功率，保证系统稳定运行。注意：为保证发电机的输出电压不超过额定值允许范围，本实验中，可通过适量降低无穷大系统电压，增加发电机的无功功率输出。3.1.3实验内容与步骤1发电机组起励建压 先将实验台的电源插头插入控制柜左侧的大四芯插座（两个大四芯插座可通用）。接着依次打开控制柜的“总电源”、“三相电源”和“单相电源”的电源开关；再打开实验台的“三相电源”和“单相电源”开关。 将控制柜上的“原动机电源”开关旋到“开”的位置，此时，实验台上的“原动机启动”光字牌点亮，同时，原动机的风机开始运转，发出“呼呼”的声音。 按下THLWT-3型微机调速装置面板上的“自动/手动”键，选定“自动”方式，开机默认方式为“自动方式”。 按下THLWT-3型微机调速装置面板上的“启动”键，此时，装置上的增速灯闪烁，表示发电机组正在启动。当发电机组转速上升到1500rpm时，THLWT-3型微机调速装置面板上的增速灯熄灭，启动完成。 当发电机转速接近或略超过1500rpm时，可手动调整使转速为1500rpm，即：按下THLWT-3型微机调速装置面板上的“自动/手动”键，选定“手动”方式，此时“手动”指示灯会被点亮。按下THLWT-3型微机调速装置面板上的“”键或“”键即可调整发电机转速。 发电机起励建压有三种方式，可根据实验要求选定。一是手动起励建压；一是常规起励建压；一是微机励磁。发电机建压后的值可由用户设置，此处设定为发电机额定电压300V，具体操作如下： 手动起励建压1) 选定“励磁调节方式”和“励磁电源”。将实验台上的“励磁调节方式”旋钮旋到“手动调压”，“励磁电源”旋钮旋到 “他励”。2) 打开励磁电源。将控制柜上的“励磁电源”打到“开”。3) 建压。调节实验台上的“手动调压”旋钮，逐渐增大，直到发电机电压（线电压）达到设定的发电机电压。 常规励磁起励建压1) 选定“励磁方式”和“励磁电源”。将实验台上的“励磁方式”旋钮旋到“常规控制”，“励磁电源”旋钮旋到 “自并励”或“他励”。2) 重复手动起励建压步骤3) 励磁电源为“自并励”时，需起励才能使发电机建压。先逐渐增大给定，可调节THLCL-2常规可控励磁装置面板上的“给定输入”旋钮，逐渐增大到3.5V左右，按下THLCL-2常规可控励磁装置面板上的“起励”按钮然后松开，可以看到控制柜上的“发电机励磁电压”表和“发电机励磁电流“表的指针开始摆动，逐渐增大给定，直到发电机电压达到设定的发电机电压。4) 励磁电源为“他励”时，无需起励，直接建压。逐渐增大给定，可调节THLCL-2常规励磁装置面板上的“给定输入”旋钮，逐渐增大，直到发电机电压达到设定的发电机电压。 微机励磁起励建压1) 选定“励磁方式”和“励磁电源”。将实验台上的“励磁方式”旋钮旋到“微机控制”，“励磁电源”旋钮旋到 “自并励”或“他励”。2) 按下THLWL-3微机励磁装置面板上的“启动”键（选用自并励方式时，无须按启动按键，他励时需按启动键），发电机开始起励建压，直至THLWL-3微机励磁装置面板上的“增磁”指示灯熄灭，表示起励建压完成。2发电机组并网 首先投入无穷大系统，具体操作参见第一部分“无穷大系统”，将实验台上的“发电机运行方式”切至“并网”方式。打开控制柜的“总电源”、“三相电源”和“单相电源”的电源开关；再打开实验台的“三相电源”和“单相电源”开关。 发电机与系统间的线路有“单回”和“双回”可选。根据实验要求选定一种，此处选“单回”。单回：断路器QF1和QF3（或者QF2、QF4和QF6）处于“合闸”状态，其他处断路器处于“分闸”状态；双回：断路器QF1、QF2、QF3、QF4和QF6处于“合闸”状态，其他处断路器处于“分闸”状态。 合上断路器QF7，调节自耦调压器的手柄，逐渐增大输出电压，直到接近发电机电压。 投入同期表。将实验台上的“同期表控制”旋钮打到“投入”状态。 发电机组并网有三种方式，可根据实验要求选定。一是手动并网；一是半自动并网；一是自动并网。为了保证发电机在并网后不进相运行，并网前应使发电机的频率和电压略大于系统的频率和电压。 手动并网所谓“手动并网”，就是手动调整频差和压差，满足条件后，手动操作并网断路器实现并网。1) 选定“同期方式”。将实验台上的“同期方式”旋钮旋到“手动”状态。2) 观测同期表的指针旋转。同期时，以系统为基准，fg fs 时同期表的相角指针顺时针旋转，频率指针转到“+”的部分；UgUs 时压差指针转到“+”。反之相反。fg和Ug表示发电机频率和电压；fs 和Us表示系统频率和电压。根据同期表指针的位置，手动调整发电机的频率和电压，直至频率指针和压差指针指向“0”位置。表示频率差和压差接近于“0”，此时相角指针转动缓慢，当相角指针转至中央刻度时，表示相角差为“0”，此时按下断路器QF0的“合闸”按钮。完成手动并网。 半自动并网所谓“半自动并网”，就是手动调整频差和压差至满足条件后，系统自动操作并网断路器实现并网。1) 选定“同期方式”。将THLZD-2电力系统综合自动化实验台上的“同期方式”旋钮旋到“半自动”状态。2) 检查THLWZ-3微机准同期装置的系统设置菜单的“系统设置”的相关参数和设置。具体如下：“导前时间”设置为200ms“允许频差”设置为0.3Hz“允许压差”设置为2V“自动调频”设置为“退出”“自动调压”设置为“退出”“自动合闸”设置为“投入”上述的设置操作可参见附录八，同时，还需设置合闸时间，即设定THLZD-2电力系统综合自动化实验台上的“QF0合闸时间设定”为0.11 s0.12s（考虑控制回路继电器的动作时间），该时间继电器的显示格式为00.00s。如实验中对上述参数没有要求，为了延长设备的寿命，一律按上述设置设定。3) 投入微机准同期。按下THLWZ-3微机准同期装置面板上的“投入”键。4) 根据THLWZ-3微机准同期显示的值，手动调整频差和压差，满足条件后，自动并网。 自动并网所谓“自动并网”，就是自动调整频差和压差，满足条件后，自动操作并网断路器，实现并网。1) 选定“同期方式”。将THLZD-2电力系统综合自动化实验台上的“同期方式”旋钮旋到“自动”状态。2) 检查THLWZ-3微机准同期装置的系统设置内显示菜单的“系统设置”的相关参数和设置。具体如下：“导前时间”设置为200ms“允许频差”设置为0.3Hz“允许压差”设置为2V“自动调频”设置为“投入”“自动调压”设置为“投入”“自动合闸”设置为“投入”上述设置的操作可参见附录八，同时，还需设置合闸时间，即设定THLZD-2电力系统综合自动化实验台上的“QF0合闸时间设定”为0.11 s0.12s（考虑控制回路继电器的动作时间），该时间继电器的显示格式为00.00s。如实验中对上述参数没有要求，为了延长设备的寿命，一律按上述设置设定。3) 投入微机准同期。按下THLWZ-3微机准同期装置面板上的“投入”键。4) 检查THLWT-3微机调速装置和THLWL-3微机励磁装置是否处于“自动”状态，如果不是，调整到“自动”状态，操作可参见THLWT-3微机调速装置使用说明书和THLWL-3微机励磁装置使用说明书。5) 满足条件后，并网完成。6) 退出同期表。将THLZD-2电力系统综合自动化实验台上的“同期表控制”旋钮打到“退出”状态。3发电机组发出有功和无功功率 调节励磁装置，调整发电机组发出的无功，使Q=0.75kVar，PF=0.8。具体操作： 手动励磁：调节THLZD-2电力系统综合自动化实验台上的“手动调压”旋钮，逐步增大励磁，直到达到要求的无功值。 常规励磁：调节THLCL-1常规可控励磁装置面板上的“给定输入”旋钮，逐步增大给定，直至达到要求的无功值 微机励磁：多次按下THLWL-3微机励磁装置面板上的“”键，逐步增大励磁，直至达到要求的无功值。 调节调速器，调整发电机组发出的有功，具体操作：多次按下THLWT-3微机调速装置“+”键，逐步增大发电机有功输出，使P=1kW。4发电机组解列 将发电机组输出的有功和无功减为0。具体操作： 多次按下THLWT-3微机调速装置“”键，逐步减少发电机有功输出，直至有功接近0。 调节励磁，减小无功。多次按下THLWL-3微机励磁装置面板上的“”键，逐步减少发电机无功输出，直至无功接近于0。备注：在调整过程中，注意不要让发电机进相。 按下THLZD-2电力系统综合自动化实验台上的断路器QF0的“分闸”按钮，将发电机组和系统解列。然后发电机停机，具体参照实验内容“发电机组停机”。5发电机组停机 减小发电机励磁至0。 按下THLWT-3微机调速器装置面板上的“停止”键。 当发电机转速减为0时，将THLZD-2电力系统综合自动化控制柜面板上的“励磁电源”打到“关”，“原动机电源”打到“关”。 6发电机组组网运行 该功能是配合THLDK-2电力系统监控实验台而设定的。 将THLZD-2电力系统综合自动化实验台上的“发电机运行方式”切至“联网”方式。 将THLZD-2电力系统综合自动化实验台左侧的电缆插头接入THLDK-2电力系统监控实验台。 重复实验1发电机组起励建压步骤。 采用手动并网方式，将发电机组并入THLDK-2电力系统监控实验台上的电力网。具体操作参见THLDK-2电力系统监控实验指导书。注意以下切换方式务必在停机状态下操作！u 手动、半自动、微机励磁方式切换；u 手动、半自动、微机准同期方式切换；u 单机、并网、组网方式切换。7发电机组组网运行后潮流分析（1）“THLDK-2电力系统监控及运行管理系统”上位机软件的运行投入“操作电源”（向上扳至ON），启动电脑及显示器、打印机，运行上位机软件。使用步骤见光盘软件使用说明书。实验中，在上位机界面（图3.1.3-1）中可进行各种潮流分布图进行分析。图3.1.3-1 潮流分布图选择（2）辐射形放射式网络结构的潮流分布实验无穷大系统的调整以及电力网的组建1）逆时针调整自耦调压器把手至最小，投入“操作电源”之后，投入“无穷大系统电源”，合闸QF19，接通8#母线，再合闸QF18 ，顺时针调整自耦调压器把手至400V。 联络变压器的分接头选择为UN。2）依次合闸QF18QF14QF12QF10QF1QF3QF4QF5QF6，观察1#、4#、5#母线电压为400V左右，6#母线为220V左右。各发电机组的启动和同期运行起动1#发电机组，控制方式：微机励磁，他励，恒压控制方式，组网运行，n=1500rpm，UG=400V。此时，通过1#发电厂的自动准同期装置，将1#发电厂并入无穷大系统，1#发电机组并网后，手动调节微机调速装置和微机励磁装置，发出一定的有功功率和无功功率。潮流分布的控制以及潮流分布图的打印依次按下QF8，QF9，QF11，QF13“合闸”按钮，网络结构如图3.1.3-2。在上位机软件中可选择潮流分布图中“第一种 辐射形放射式”窗口。通过调节发电厂的有功功率和无功功率的输出，以及调整无穷大系统的电压，观察各种运行情况下，潮流分布数据，打印对应的潮流分布图、区域总体调度图。各发电机组的解列和停机切除负载LD1、LD2、LD3和LD4，手动调节1#发电厂发出的有功功率和无功功率为0，按下监控实验台的QFG1“分闸”按钮，完成1#发电厂的解列操作，然后进行1#发电机组的停机操作。图3.1.3-2 辐射形放射式原理图（3）辐射形干线式网络结构的潮流分布实验无穷大系统的调整以及电力网的组建1）逆时针调整自耦调压器把手至最小，投入“操作电源”之后，投入“无穷大系统电源”，合闸QF19，接通8#母线，再合闸QF18，顺时针调整自耦调压器把手至400V。 联络变压器的分接头选择为UN。2）依次合闸QF14QF10QF12QF3QF4QF5QF6，观察4#母线电压为400V左右，6#母线为220V左右。各发电机组的启动和同期运行起动4#发电机组，控制方式：微机励磁，他励，恒压控制方式，组网运行，n=1500rpm，UG=400V。此时，通过4#发电厂的自动准同期装置，将4#发电厂并入无穷大系统，4#发电机组完成并网操作后，手动调节微机调速装置和微机励磁装置，发出一定的有功功率和无功功率。潮流分布的控制以及潮流分布图的打印依次按下QF8，QF9，QF11，QF13“合闸”按钮，投入负荷LD1、LD2、LD3、LD4，网络结构如图3.1.3-3。在上位机软件中可选择潮流分布图中“第二种 辐射形干线式”窗口。通过调节发电厂的有功功率和无功功率的输出，以及调整无穷大系统的电压，观察各种运行情况下，潮流分布数据，打印对应的潮流分布图、区域总体调度图。各发电机组的解列和停机切除负载LD1、LD2、LD3和LD4，手动调节4#发电厂发出的有功功率和无功功率为0，按下监控实验台的QFG1“分闸”按钮，完成1#发电厂的解列操作，然后进行1#发电机组的停机操作。图3.1.3-3 辐射形干线式原理图（4）环形双端供电网络网络结构的潮流分布实验无穷大系统的调整以及电力网的组建1）逆时针调整自耦调压器把手至最小，投入“操作电源”之后，投入“无穷大系统电源”，合闸QF19，接通8#母线，再合闸QF18 ，顺时针调整自耦调压器把手至400V。 联络变压器的分接头选择为UN。2）依次合闸QF1QF15QF7，观察1#、4#母线电压为400V左右。各发电机组的启动和同期运行起动1#、4#发电机组，控制方式：微机励磁，他励，恒压控制方式，组网运行，n=1500rpm，UG=400V。此时，通过1#发电厂的自动准同期装置，将4#发电厂并入无穷大系统，4#发电机组完成并网操作后，手动调节微机调速装置和微机励磁装置，发出一定的有功功率和无功功率。进行同样操作，完成4#发电机组的启动和同期运行，并发出一定的有功功率。潮流分布的控制以及潮流分布图的打印网络结构如图3.1.3-4。在上位机软件中可选择潮流分布图中“第三种 环形双端供电网络”窗口。通过调节发电厂的有功功率和无功功率的输出，以及调整无穷大系统的电压，观察各种运行情况下，潮流分布数据，打印对应的潮流分布图、区域总体调度图。图3.1.3-4 环形双端供电网络（1）原理图各发电机组的解列和停机手动调节1#发电厂发出的有功功率和无功功率为0，按下监控实验台的QFG1“分闸”按钮，完成1#发电厂的解列操作，然后进行1#发电机组的停机操作。然后按同样操作，依次完成4#发电机组的解列和停机操作。环形双端供电网络网络结构的潮流分布实验在环形双端供电网络运行结构的基础上，依次合闸QF14QF10QF12，再按下QF8，QF9，QF11，QF13“合闸”按钮，投入负荷LD1、LD2、LD3、LD4，完成放射式结构的变换。网络结构如图3.1.3-5。在上位机软件中可选择潮流分布图中“第四种 环形双端供电网络”窗口。通过调节发电厂的有功功率和无功功率的输出，以及调整无穷大系统的电压，观察各种运行情况下，潮流分布数据，打印对应的潮流分布图、区域总体调度图。切除负载LD3和LD4，手动调节1#发电厂发出的有功功率和无功功率为0，按下监控实验台的QFG1“分闸”按钮，完成1#发电厂的解列操作，然后进行1#发电机组的停机操作。然后按同样操作，依次完成4#发电机组的解列和停机操作。图3.1.3-5 环形双端供电网络（2）原理图6、环形双端供电网络（3）网络结构的潮流分布实验在环形双端供电网络（2）运行结构的基础上，按以下操作，形成环形双端供电网络结构（3），然后进行潮流分析。（1）电力网的组建依次合闸QF3QF4QF5，观察2#、3#母线电压为400V左右，6#母线为220V左右。（2）2#、3#发电机组的启动和同期运行起动2#发电机组，控制方式：微机励磁，他励，恒压控制方式，组网运行，n=1500rpm，UG=400V。此时，通过2#发电厂的自动准同期装置，将2#发电厂并入无穷大系统，2#发电机组完成并网操作，手动调节微机调速装置和微机励磁装置，发出一定的有功功率和无功功率。进行同样操作，完成3#发电机组的启动和同期运行，并发出一定的有功功率。（3）网络结构如图3.1.3-6。在上位机软件中可选择潮流分布图中“第五种 环形双端供电网络（3）”窗口。通过调节发电厂的有功功率和无功功率的输出，以及调整无穷大系统的电压，观察环形双端供电网络由（1）或（2）变为（3）改变，潮流分布的变化，观察各种运行情况下，潮流分布数据，打印对应的潮流分布图、区域总体调度图。（4）各发电机组的解列和停机手动调节1#发电厂发出的有功功率和无功功率为0，按下监控实验台的QFG1“分闸”按钮，完成1#发电厂的解列操作，然后进行1#发电机组的停机操作。然后按同样操作，依次完成2#4#发电机组的解列和停机操作。图3.1.3-6 环形双端供电网络（3）原理图7、环形环式（1）网络结构的潮流分布实验（1）无穷大系统的调整以及电力网的组建1）逆时针调整自耦调压器把手至最小位置，投入“操作电源”之后，投入“无穷大系统电源”，合闸QF19，接通8#母线，再合闸QF18，顺时针调整自耦调压器把手至400V。 联络变压器的分接头选择为UN。2）依次合闸QF1QF2QF3QF4QF5QF6QF7QF15QF16QF17QF14QF10QF12，观察1#、4#、5#母线电压为400V左右，6#母线为220V左右。（2）1#、4#、5#发电机组的启动和同期运行起动1#发电机组，控制方式：微机励磁，他励，恒压控制方式，组网运行，n=1500rpm，UG=400V。此时，通过1#发电厂的自动准同期装置，将1#发电厂并入无穷大系统，完成1#发电机组的并网运行，并手动调节微机调速装置和微机励磁装置，发出一定的有功功率和无功功率。进行同样操作，完成4#、5#发电机组的启动和同期运行，并发出一定的有功功率。（3）潮流分布的控制以及潮流分布图的打印依次按下QF8，QF9，QF11，QF13“合闸”按钮，投入负荷LD1、LD2、LD3、LD4，网络结构如图3.1.3-7。在上位机软件中可选择潮流分布图中“第六种 环形环式（1）”窗口。通过调节发电厂的有功功率和无功功率的输出，以及调整无穷大系统的电压，潮流分布的变化，观察各种运行情况下，潮流分布数据，打印对应的潮流分布图、区域总体调度图。图3.1.3-7 环形环式（1）原理图（4）各发电机组的解列和停机手动调节1#发电厂发出的有功功率和无功功率为0，按下监控实验台的QFG1“分闸”按钮，完成1#发电厂的解列操作，然后进行1#发电机组的停机操作。然后按同样操作，依次完成4#、5#发电机组的解列和停机操作。8、环形环式（2）网络结构的潮流分布实验在环形环式（1）运行结构的基础上，按以下操作，形成环形环式结构（2），然后进行潮流分析。（1）电力网的组建合闸QF3，断开QF2，观察1#母线电压为400V左右。 （2）2#、3#发电机组的启动和同期运行起动2#发电机组，控制方式：微机励磁，他励，恒压控制方式，组网运行，n=1500rpm，UG=400V。此时，通过2#发电厂的自动准同期装置，将2#发电厂并入无穷大系统，2#发电机组的完成并网操作后，手动调节微机调速装置和微机励磁装置，发出一定的有功功率和无功功率。进行同样操作，完成3#发电机组的启动和同期运行，并发出一定的有功功率和无功功率。（3）网络结构如图3.1.3-8。在上位机软件中可选择潮流分布图中“第七种 环形环式（2）”窗口。通过调节发电厂的有功功率和无功功率的输出，以及调整无穷大系统的电压，潮流分布的变化，观察环形环式由（1）变为（2），各种运行情况下，潮流分布数据，打印对应的潮流分布图、区域总体调度图。图3.1.3-8 环形环式（2）原理图（4）各发电机组的解列和停机手动调节1#发电厂发出的有功功率和无功功率为0，按下监控实验台的QFG1“分闸”按钮，完成1#发电厂的解列操作，然后进行1#发电机组的停机操作。然后按同样操作，依次完成2#5#发电机组的解列和停机操作。3.1.4实验报告1简述发电机组起励建压，并网，解列和停机的操作步骤。2为什么要求发电机组输出的有功和无功为0时才能解列？3准同期并列的理想条件有哪些？ 4理论分析与测试观察结果是否一致，为什么？5为什么准同期装置都是利用脉动电压这一特性进行工作的？6分析并打印组网后系统潮流。3.2单机无穷大系统稳态运行方式实验、电力系统功率特性和功率极限实验3.2.1实验目的1熟悉远距离输电的线路基本结构和参数的测试方法；2掌握对称稳定工况下，输电系统的各种运行状态与运行参数的数值变化范围；3掌握输电系统稳态不对称运行的条件、参数和不对称运行对发电机的影响等；4加深理解发电机功率特性和功率极限的概念； 5通过实验了解提高电力系统功率极限的措施。 3.2.2原理说明单机无穷大系统模型，是简单电力系统分析的最基本，最主要的研究对象。本实验平台建立的是一种物理模型，如下图3.2.2-1所示。图3.2.2-1 单机无穷大系统示意图发电机组的原动机采用国标直流电动机模拟，但其特性与电厂的大型原动机并不相似。发电机组并网运行后，输出有功功率的大小可以通过调节直流电动机的电枢电压来调节（具体操作必须严格按照调速器的正确安全操作步骤进行！可参考微机调速装置基本操作实验）。发电机组的三相同步发电机采用的是工业现场标准的小型发电机，参数与大型同步发电机不相似，但可将其看作一种具有特殊参数的电力系统发电机。实验平台给发电机提供了三种典型的励磁系统 ：手动励磁、常规励磁和微机励磁系统，可以通过实验台的转换开关切换（具体操作必须严格按照励磁调节装置的正确安全操作步骤进行！可参考微机励磁装置基本操作实验）。实验平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。“无穷大系统”采用大功率三相自耦调压器，三相自耦调压器的容量远大于发电机的容量，可近似看作无穷大电源，并且通过调压器可以方便的模拟系统电压的波动。实验平台提供的测量仪表可以方便的测量（电压，电流，功率，功率因数，频率）并可通过切换开关显示受端和送端的P，Q，cos。发电机组装设了功角测量装置，通过频闪灯可以直观，清晰的观测功角（使用前请仔细阅读附录一“功角指示装置原理说明”，注：由于功角指示的指针相对于频闪灯的发光静止，但实际是在高速运转，切勿用手触摸！），还可通过微机调速装置测来测量功角。图3.2.2-2为一个简单电力系统示意图，其中发电机通过升压变压器T1、输电线路和降压变压器T2接到无限大容量系统，为了分析方便，往往不计各元件的电阻和导纳。图3.2.2-2 简单电力系统的等值电路及相量图设发电机至系统d轴和q轴总电抗分别为Xd和Xq 隐极发电机功率的功率特性：发电机电势Eq点的功率为：发电机输送到系统的功率为：发电机无调节励磁时，电势Eq为常数，从上公式可知：当发电机装有励磁调节器时，为了维持发电机端压水平，发电机电势Eq随运行情况而变化。 凸极发电机功率的功率特性： 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。3.2.3实验内容与步骤单机无穷大系统稳态运行方式实验内容与步骤开电源前，调整实验台上的切换开关的位置，确保三个电压指示为同一相电压或线电压；发电机运行方式为并网运行；发电机励磁方式为常规励磁，他励；并网方式选择手动同期。1单回路稳态对称运行实验 发电机组自动准同期并网操作输电线路选择XL2和XL4（即QF2和QF4合闸），系统侧电压US=300V，发电机组启机，建压，通过可控线路单回路并网输电。 调节调速装置的增、减速键，调整发电机有功功率；调节常规励磁装置给定，改变发电机的电压，调整发电机无功功率，使输电系统处于不同的运行状态，为了方便实验数据的分析和比较，在调节过程中，保持cos=0.8 US=300V不变。观察并记录线路首、末端的测量表计值及线路开关站的电压值，计算、分析和比较运行状态不同时，运行参数（电压损耗、电压降落、沿线电压变化、无功功率的方向等）变化的特点及数值范围，记录数据于表3.2.2-1中。注：在调节功率过程中发电机组一旦出现失步问题，立即进行以下操作，使发电机恢复同步运行状态：操作微机调速装置上的“” 减速键，减少有功功率；增加常规励磁给定，提高发电机电势；单回路切换成双回路。 发电机组的解列和停机保持发电机组的P=0，Q=0，此时按下QF0分闸按钮，再按下控制柜上的灭磁按钮，按下微机调速装置的停止键，转速减小到0时，关闭原动机电源。 实验台和控制柜设备的断电操作依次断开实验台的“单相电源”、“三相电源”和“总电源”以及控制柜的“单相电源”、“三相电源”和“总电源”（空气开关向下扳至OFF）。表3.2.2-1 COS=0.8 US =300V P：kW Q：kVar U：V I：A 参数线路结构P1Q1P2Q2IUSUswUPQ单 回 路0.511.5双 回 路0.511.52P1，Q1送端功率； P2，Q2受端功率； I相平均电流； Usw中间站电压U电压损耗； P有功损耗； Q无功方向2双回路对称运行与单回路对称运行比较实验实验步骤基本同按实验内容，只是将原来的单回线路改成双回路运行。观察并记录数据于表3-4-1中，并将实验结果与实验进行比较和分析。3单回路稳态非全相运行实验输送单回路稳态对称运行时相同的功率，此时设置发电机出口非全相运行（断开一相），观