电力系统分析课程实验汇总

12 电力系统分析 课程实验 12 1 绪论 电力系统分析 的实验的目的在于使学生掌握系统运行的原理及特性 学会通过实 验掌握电力系统的潮流计算的仿真与分析 电力系统的故障分析方法 根据正常 故障运 行现象及相关数据分析原因 并做出正确结论 从实验中观察发电机单机带负载 电力系 统稳定运行的特性与原理 通过实验使学生能够掌握常用仪器和实验设备的使用方法 目 的在于培养学生掌握基本的实验方法与操作技能 电力系统分析 课程实验方式有演示型 学生分组操作型实验 在整个实验过程中 必须集中精力 认真做好实验 现按实验过程提出下列具体要求 1 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 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 5 10 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 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 12 2 实验项目指导 实验一 电力系统物理模拟电气设备认识 一 实验目的 1 了解配电室整体布局 认识相关设备 2 熟悉配电室相关制度及工作人员操作注意事项 3 初步掌握电力系统物理模拟实验的基本方法 二 实验原理 1 电力系统物理模拟实验的基本操作方法 1 通电时的操作 如图 1 首先 开启同期中央音响信号屏背面的空气开关 第一个空气开至为电源总 开关 第二个空气开关至原动机调速屏的塑壳式断路器 第三个空气开关至发电机励磁屏 第四个空气开关至 10KV 线路 1 出线屏 第五个空气开关至 10KV 线路 2 出线屏 第六个空 气开关至 10KV 线路 3 出线屏 第七个空气开关至 10KV 线路 4 出线屏 其次打开发电机控 制保护屏正面的门 合上空气开关 第一个空气开关为控制 AC220V DC24V DC220V AC220V 的空气开关有三个 从左往右 第一个空气开关至 X1 X4 屏 第二个空气开关至 X5 X9 屏 第三个空气开关至 X10 屏 第四个空气开关供给 DC24V 的交流电源 经开关电源整流成 DC24V 供给给各个屏使用 从左往右依次为至 X1 X4 号屏 X5 X9 号屏 X10 号屏 DC2220V 电源是经变压器隔离 在通过桥堆整流成 DC220V 再打开 原动机调速屏合上塑壳式断路器 图 1 电力系统物理模拟实验室的结构 最后合上模拟屏的系统电源投入塑壳式断路器 此时电源已完成投入 2 停电时的操作 依次断开实验设备上的 空载 线路的断路器 QF 电源开关 总电源开关 3 开电源前各开关位置 调整实验设备上的切换开关的位置 发电机运行方式为并网运行开关的位置 发电机 励磁方式为自动励磁 手动励磁 开关的位置 励磁电源为他励 自并励 开关的位置 并网方 式选择手动同期 自动同期 开关的位置等 4 微机自动装置 对于微机准同期装置 微机调速装置和微机励磁装置 必须了解微机装置的参数设置 内容和所需设置参数的范围 并进行选择性设置 选取参数 5 发电机组起动 建压 并网 双回线输电的操作 发电机组起动 合上原动机断路器 通过微机调速器自动起动发电机组至额定转速 1500rad min 如果转速不满足 手动调整调速器 将转速调至 1500rad min 建压 并网 双回线输电 发电机励磁控制方式有微机励磁控制和手动励磁控制方式 可以任意选择其中一种方法起励建压 并网运行时应同时满足电压幅值差最小 频率差最 小 相角差最小时 方可并网 手动 自动 同期条件满足后合发电机断路器 QF0 6 发电机组的解列和停机 调节调速装置和励磁装置 使发电机组有功功率 P 0 发电机无功功率 Q 0 断开发 电机断路器 QF0 并网断路器分闸 完成并网解列 按下微机调速装置的停止键 转速减 小到零时关闭原动机电源完成停机 2 安全操作规程 为了顺利完成电力系统综合实验台的全部实验 确保实验时人身安全与设备的安全可 靠运行 实验设备通电前实验人员必须仔细阅读实验装置的简介内容和实验内容的注意事 项 实验前应学习相关实验的理论和充分了解实验的内容 第一次使用设备的人员必须阅 读实验设备各功能部件的操作原理实验 实验过程中必须认真按照实验步骤进行 实验人 员必须严格遵守如下安全规程 1 在进行实验前 必须详细掌握各实验设备的操作方法才可进行实验 2 实验过程中 绝对不允许实验人员触摸输出接线端子 否则人体将触电 危及生命 安全 3 实验人员必须首先完成本实验设备中的各种微机装置的基本操作实验 才可以进行 系统实验 否则会由于对微机装置的错误操作 引起设备的损坏 4 发电机组与系统间的解列操作 必须保证发电机组的 P 0 Q O 因为如果发电机 的出力很大 直接断开并网断路器 将使得断路器触点产生较强的 拉弧 现象 可能直 接损坏断路器或缩短了断路器的使用寿命 因此要先减小发电机的出力 使电机组的有功 功率 P 0 无功功率 Q O 5 微机准同期装置 微机调速装置和微机励磁装置在实验过程中出现了设备问题 应 立即停止实验 进行检修 6 每次实验前一定要检查微机准同期装置 微机励磁装置和微机线路保护装置是否为 原始设置状态 如果不是 应立即修改相关设置 因为实验装置的原始设置状态是为大多 数实验内容而设计的 只有在特定实验中才需要改变其设置参数 每次修改参数后 完成 实验时要改回原始设置 为下次实验做准备 同时每次实验前也应检查各参数的设置情况 三 实验设备与器材 电力系统电力系统物理模拟实验屏 四 实验内容与记录 1 电气设备的认识 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 电力系统的开 停机操作 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 按照试验步骤完成开 停机操作 五 实验注意事项 1 调速器处停机状态时 如果 合闸 灯不亮 不可开机 2 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 六 实验预习与思考题 1 预习报告完整 建立小组 合理分工 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 每次实验都以小组为单位进行 每组由 5 10 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 2 思考题 1 发电机起励的条件是什么 为什么 2 发电机并网的条件是什么 七 实验报告要求 1 写出电力系统模拟实验系统的操作步骤 2 回答思考题 实验二 电力系统潮流计算 仿真 一 实验目的 1 熟悉PowerWorld电力系统仿真软件 简称PWS 的基本操作 2 用PWS 建立一个简单的电力系统模型 3 简单电力系统潮流计算的方法 二 实验原理 1 PowerWorld电力系统仿真软件的基本操作 在进行电力系统分析时 为了表示实际三相电力系统 常用单线图来表示实际的三相 输电线路 采用单线图的目的是为了图形化地显示电力系统 本实验要求同学们通过上机 实际操作 学会单线图的快捷菜单 文件菜单 编辑菜单 插入菜单 格式菜单 窗口菜 单 仿真控制等菜单的使用 使用电力世界仿真器的关键在于它的两种不同的模式 编辑模式和运行模式 操作过 程中大家要注意当前工作模式 模式选择不正确 会不能正确进行相应的操作 编辑模式用于创建新的样程和单线图或者修改已存在的样程和单线图 通过点击程序 栏的 编辑模式 EDIT MODE 按钮可切换到本模式 运行模式可求解单步潮流计算问题以及运行电力系统的时域仿真 在程序栏上点击 运行模式 RUN MODE 按钮进入该模式 2 用仿真器建立一个简单的电力系统模型 以下简述怎样应用仿真器建立一个简单的电力系统模型 首先从开始 程序 PowerWorld PowerWorld Simulator 或者双击 Simulator 的图标 启动 Simulator 系统 在主菜单上依次点击 File New Case 屏幕背景将变成黄色 新单线图缺省背景色为黄色 黄色背景表示你将要创建单线图的空页 画一条母线 1 在主菜单上点击 Insert Bus 或插入工具栏上点击母线图元按钮 2 在想放置新母线的地方单击左键 打开 Bus Option 对话框 3 在 Bus Option 对话框中设定母线名称 母线号和母线名 母线外观 显示大 小 放置方向和线条粗细 母线所在的地区 地区号和地区名 母线所在的区域 区域 号和区域名 母线额定电压 标幺值 有名值和相角 以及是否为系统松弛节点 平衡节 点 等 并且设定与之相连的负荷及对地电容补偿 4 按 Ok 键完成母线的设定 并且关闭母线选择对话框 这时母线已经出现在设 定的位置上 例如 要画一条母线到新的样程 先在主菜单上点击 Insert Bus 然后点击屏幕中部 任意一处 打开 Bus Option 对话框 你可以在此输入关于母线的资料 在 Bus Number 一 栏中自动显示 1 Simulator 中每一个母线都有一个唯一的编号 为了方便起见 我们使 用缺省值 在 Bus Name 一栏中 可以填入一个不超过 8 个字符的名称 例如填入 ONE 然后选中位于对话框下部的 System Slack Bus 复选框 将此条母线设定为系统的松弛节点 平衡节点 对于其余栏目我们可以不进行设定 而保持它们的缺省值 按对话框下部点 击 Ok 键就把母线画上了 现在可以看到屏幕中部已经出现了一个水平母线 画一台发电机 1 在主菜单上点击 Insert Generator 或在插入工具栏上点击发电机按钮 2 在需要安装发电机的母线上单击一下左键 打开 Generator Option 对话框 3 在对话框中设定发电机的名称 发电机号 发电机名 ID 号 控制节点号 外观 显示大小 放置方向和线条粗细 输出功率控制和电压控制 有功功率 有功功率 极限 无功功率极限 电压设定值和计费方式 4 点击 Generator Option 对话框的 Ok 键 完成创建发电机并关闭对话框 这时单 线图上已经出现了一台发电机 正是连在第 2 步所选的母线上 按以上操作步骤在松弛节点上 也就是母线 1 上安装了一台发电机 当 Generator Option 对话框打开时 不需要进行设定 使用缺省值即可 样程存盘 在主菜单上选择 File Save Case 在无其他设定的情况下 缺省的样程将以 PowerWorld Binary 形式进行存储 pwb 画一条带负荷的母线 再画一条母线 在主菜单上选取 Insert Bus 或在插入工具栏中点击母线的按钮 然后 在单线图中母线 1 的右侧单击左键打开 Bus Option 对话框 在 Bus Number 一栏中就使用 缺省值 2 Bus Name 填入 TWO 我们还要在母线上加上一个 200MW 100MVR 的负荷 点击 Attached Devices 标签 其中有一个 Load Summary Information 编辑框 在 Base MW 和 Base MVR 栏目中分别填入 200 和 100 然后按 Ok 键就把母线画上了 添加负荷 此时 尽管母线 2 上并没有出现负荷 但负荷实际上已经在电力系统模型中 要想证 实这一点 可以右击母线 2 在弹出式菜单中选择 Bus Information Dialog 然后再检查 Load Summary Information 栏目 要想在单线图上画一个负荷 选择主菜单上的 Insert Lord 或 直接在屏幕下方的插入工具栏上点击负荷图元的按钮 在母线上单击左键 打开 Load Option 对话框 通过此对话框可以看出负荷是 200MW 100MVR 此外 Simulator 还允 许用户建立随电压变化的负荷模型 Orientation 栏决定了所画负荷元件的方向 选择 Up 负荷指向上 然后 选定 Anchored 把负荷固定在母线上 这样母线移动时 负荷也会随着移动 点击 Ok 键 负 荷就画上了 每个负荷都自动带一个断路器 如果要移动母线 2 先把鼠标移到母线上 不是负荷上 按住左键 移动鼠标 这就 是拖动 负荷也会移动 因为它已经被固定了 要想改变负荷在母线上的位置 只要用左 键按住负荷 就可以把它拖到其他位置 画一条输电线 1 在主菜单上选择 Insert Transmission Line 或在插入工具栏上点击输电线图元的 按钮 2 在输电线的起始点上单击左键 这个点通常在一个线路的始端母线上 3 放开鼠标键 移动鼠标 将看到一条线段 一端在起始点 另一端随鼠标移动 输电线和变压器由一串连续的线段组成 如果结束此线段 只要点击鼠标左键 如果开始 画下一条线段 只要再移动鼠标即可 每次点击左键都会确定一条线段 同时确定一个顶 点 可以移动或删除这些顶点来改变输电线 4 确定输电线的最后段 在结束处双击鼠标左键 这个点通常在另一个母线上 此时出现一个 Transmission Line Transformer 对话框 5 在对话框中设定输电线的参数 按 Ok 键就出现一条输电线 现在我们在母线 1 和母线 2 之间画上一条输电线 在主菜单上选择 Insert Transmission Line 然后在母线 1 上适当位置上单击左键 画出输电线的一个点 把鼠标向上移一小段距离单击左键 然后把鼠标平移到母线 2 的上方单击左键 再把鼠标 移到母线 2 的适当位置上 双击左键立即会出现 Transmission Line Transformer 对话框 在 From Bus Number 一栏中已经自动填入 1 To Bus Number 中已经自动填入 2 在 Resistance R Reactance X 和 Changing R or C 栏目中填入线路参数的标幺值 这三个栏 目分别填入 0 02 0 08 0 1 在 LimitA MVA 一栏中填入线路的额定视在功率 填入 400 最后点击 Ok 键 输电线就画完成了 右击输电线路上的饼图 在弹出对话框的 MVA Rating 项也可以改变线路的额定视在功率 放置断路器 现在放置断路器 如果线路两端本来就带有断路器 那么断路器已经画在图上了 选 择 Options Default Drawing Values 可以在 Default Drawing Option 对话框中对此进行设定 断路器用来控制线路的状态 点击 Insert Circuit Breaker 然后在输电线靠近母线 1 一端 单击鼠标左键 会出现一个 Circuit Breaker Options 对话框 From Bus 和 To Bus 已经分别 填入 1 和 2 如果是 0 的话可以自己重新输入 在 Size 栏中填入 1 可以写入 也可以使 用旁边的上下箭头进行设置 击一下 Ok 键 断路器就设置好了 写上标题和母线 线路注释 要在图上标出母线有关参数的注释 步骤如下 1 右击母线 打开母线上的弹出式菜单 2 在弹出式菜单上选择 Add New Fields around Bus 打开 Insert New Fields around Selected Objects 对话框 3 使用此对话框可以设置你想要加入的注释 每个母线可以加入 8 个注释 4 点击 Ok 键 单线图上母线周围将出现所设置的注释 对样程进行求解 在程序工具栏上点击 Run Mode 进入运行模式 注意 如果网络中含有错误 进入运 行模式前必需根据 Massage Log 的提示把错误改正 否则程序不能正常演示和存盘 要进 行模拟运行 只需要点击 Simulation Control Start Restart 如果只想演示一下单步运行的 潮流状态 在程序栏上点击 Single Solution 三 实验设备与器材 1 PowerWorld电力系统仿真软件 2 计算机 四 实验内容与记录 下图展示的是母线数据和线路数据在一起的五母线电力系统单线图 此系统称之为 A 实例 用 PowerWorld Simulator 和原始的数据 单线图文件 求解下面各问题 图 1 电力系统实验接线图 1 对于 A 实例电力系统 应用 PowerWorld 仿真软件确定把 V3 增加到 1 00p u 母线 3 上并联电容器组 MVAr 额定的容量 确定电容器组对线路载荷和总功率损耗的影响 2 对于 A 实例运行原始的系统潮流 你发现电压越界吗 通常母线电压范围假定是 在 0 95 1 05p u 现在假设本系统的两个变压器是分接头可变的变压器 其分接头以每 步 0 05p u 增加 从 0 85p u 变化到 1 15p u 为了增加母线 3 上的电压到 0 95p u 确定 分接头的设置 而其他母线尽可能不引起高电压越界 3 在母线 2 和母线 5 之间安装一台新变压器 使新变压器与母线 2 和母线 5 之间原有 的变压器并联 新变压器和原有的变压器完全一样 两台变压器的分接头设置在 1 0p u 确定每台变压器对母线 5 提供的有功 无功和总功 4 引用 A 实例单线图 假设在母线 3 和母线 4 之间架设一条附加线路 附加线路与 原有的线路 3 4 相同 确定对母线 3 线路载荷和总功率损耗的影响 5 在问题 2 中 你已经运行了 A 实例 进行潮流计算 并且发现了低电压越界 为 了把母线 3 的电压提升至 0 95p u 在母线 3 上放置一电容器组 确定电容器组的大小 现在假设为了维修切除母线 3 和母线 5 之间的线路 再次运行系统 是否满足要求 如果 不行 为了保持母线 3 电压在 0 95p u 之上 确定必须在母线 3 上卸载的负荷为多少 在 母线 3 切除相同百分比的有功和无功 Initial Bus Records Bus PU Volt Volt kV Angle Deg Load MW Load MVR Gen MW Gen MVR 1 1 05000 15 75 0 500 80 00 40 00 520 00 238 94 2 1 00000 15 00 0 000 390 70 26 16 3 0 87580 302 15 21 256 800 00 280 00 4 1 02871 354 90 2 755 5 0 99196 342 23 4 495 Line Records Base MVA 400 From To Xfrmr R X B MVA Lim 4 1 Yes 0 00300 0 04000 0 00 1000 0 2 5 Yes 0 00600 0 08000 0 00 600 0 4 3 No 0 03600 0 40000 0 44 1200 0 5 3 No 0 01800 0 20000 0 44 1200 0 4 5 No 0 00900 0 10000 0 22 1200 0 五 预习与思考题 1 实验预习 以 B2 PWB 为例进行如下操作 1 选择主菜单的 Case Information Case Summary 项 了解当前样程的概况 2 不更改样程的原有的设置 进入运行模式 从主菜单上选择 Simulation Control Start Restart 开始模拟运行 3 当电力系统正在运行的时候 你可能需要查看或者修改某些参数 4 将母线 1 上的发电机 Max MW Output 设置为 400 观察系统运行的情况 5 从主菜单中依次选择 Options Simultion Option Simultion Unexpected Event Often 设置突发性事件出现的频率 观察系统运行的情况 6 设置为平电压启动 观察系统运行的情况 7 将母线 1 上的发电机Max MW Output设置为 400 将母线 2 上的发电机Max MW Output设置为 200 更改负载曲线设置 观察系统运行的情况 2 思考题 饼图在报警前正常工作时的填充色如何设置 六 实验报告要求 1 完成并记录实验数据 2 心得体会及其它 实验三 电力系统短路计算 仿真 一 实验目的 1 熟悉PowerWorld电力系统仿真软件 简称PWS 的基本操作 2 用PWS 建立一个电力系统模型 3 简单电力系统故障分析 仿真 计算的方法 二 实验原理 通过选择下面四种故障处故障类型中的一种来进行计算 单相对地短路 Single Line to Ground 通过用户定义的一个对地故障阻抗来进行单相对地短路计算 把A相设为故障相 两相短路 Line to Line 假设一个值为 999 j999 的对地阻抗进行两相短路计算 把B相和C相设为故障相 三相短路 3 Phase Balanced 通过用户定义的一个对地故障阻抗来进行三相短路计算 两相对地短路 Double Line to Ground 通过定义一个接地故障阻抗来进行两相对地短路计算 电流单位 Current Units 允许用户是选择观察故障时标幺值还是电流的实际值 故障结果在故障分析对话框下部以表格的形式显示 故障结果也可以在单线图里以图 形化的形式显示出来 通过选择 可以把任何一个三相值单独地显示出来 或者是使三相 值同时显示 三 实验设备与器材 1 PowerWorld电力系统仿真软件 2 计算机 四 实验内容与记录 1 用PowerWorld Simulator和原始的数据 单线图文件 绘制待分析的电网络图形并 输入各电网对象的属性值 2 图中各个元件的参数如下 线路 2 3 正序阻抗 Z1 0 08 j0 30 零序阻抗 Z0 j0 75 1 2 对地电纳 B 2 j0 25 线路 1 2 正序阻抗 Z1 0 04 j0 25 零序阻抗 Z0 j0 7 1 2 对地电纳 B 2 j0 25 线路 1 3 正序阻抗 Z1 0 1 j0 35 零序阻抗 Z0 j1 0 1 2 对地电纳 B 2 0 变压器 T1 正序阻抗 Z1 j0 015 零序阻抗 Z0 j0 015 变比 K 1 05 接线方式 Y0 结构 单相变压器组 变压器 T2 正序阻抗 Z1 j0 03 零序阻抗 Z0 j0 03 变比 K 1 05 接线方式 Y0 结构 单相变压器组 负荷 L1 功率 1 6 j0 8 正 负序阻抗均为无穷大 零序阻抗 j0 05 负荷L2 功率 2 j1 正 负 零序阻抗均为无穷大 负荷 L3 功率 3 7 j1 3 正 负 零序阻抗均为无穷大 发电机 G1 次暂态电抗 零序电抗 X0 j0 012 d X j002 有功功率 P 5 发电机母线电压模值 V 1 05 发电机 G2 次暂态电抗 零序电抗 X0 j0 012 d X j002 发电机母线电压 V 1 05 以上参数均为标幺值 潮流计算时 母线 5 作为平衡节点 母线 4 为PV节点 其余为 PQ节点 这是一个 5 节点系统 对线路 1 2 中间发生各种不对称短路时 进行短路计算 3 将计算结果报表打印 包括网络各节点的三序电压和各支路的三序电流 表 1 线路 1 2 中间不对称短路时各节点的电压 单相接地 两相接地 两相短路 1 2 3 4 5 表 1 线路 1 2 中间不对称短路时各支路的电流 单相接地 两相接地 两相短路 1 2 故 障 节 点 障 支 路 2 3 1 3 3 5 2 4 五 实验预习与思考题 1 预习 PowerWorld 的建模环境 2 短路的原因是什么 3 短路的类型有几种 最常见的是哪一种 4 单相短路电流一定比三相短路小吗 六 实验报告要求 1 将实验结果采用图示 报表列出 2 与教材计算结果进行分析比较 3 心得体会及其它 实验四 发电机单机带负载实验 一 实验目的 1 了解和掌握单机带负载运行方式的特点 2 了解在单机带负载运行方式下原动机的转速和功角 3 通过独立带负载运行与单机 无穷大系统运行方式的分析比较进一步理解系统稳定 概念 二 实验原理 1 单机带负载运行方式与单机一无穷大系统运行方式有着截然不同的概念 单机一无 穷大系统在稳定运行时 发电机的频率与无穷大频率一样 受大系统的频率牵制 随系统 的频率变化而变化 发电机的容量只占无穷大系统容量的很小一部分 单机带负载是一个 独立电力网 发电机是唯一电源 任何负载的投切都会引起发电机的频率和电压变化 原动 机的调速器 发电机的励磁调节器均为有差调节 此时 也可以通过二次调节 二次调节 即设置自动调频和调压 将发电机的频率和电压调至额定值 三相可调负载箱与单机系统连接图如图所示 本实验系统有三组负载 一组阻性负载 两台异步作为感性负载 调节电感负载的大小 改变负载的阻感性 三相负载 QF1QF2 图 1 单机带负载接线图 1 电阻的投入方式 按照上述接线方法正确接线后 负载箱接通后 三相电阻投入 取不同的电阻值开关与电感负载配合 完成的阻抗匹配 2 电感的投入方式 按照上述接线方法正确接线后 调整电动机的投入量 相当于 消耗无功功率 即增加了无功负载 改变了负载的功率因数 故通过调调整电动机的投入 量可以改变无功负载的大小 也就调整了负载的功率因数 三 实验设备与器材 电力系统模拟实验屏 四 实验内容与记录 1 接通电源前 调整实验屏上各切换开关的位置 确保 三个电压指示为同一相电 压或线电压 发电机运行方式为单机运行 发电机励磁方式励磁自动 手动 常规即调励磁 给定 他励 并网方式手动同期 自动 实验步骤如下 1 三相可调负载箱按照上述说明接入实验系统的本地负载接口 启动原动机 将机组起动至 15000rad min 通过调节手动 常规 励磁给定 使发电机电压为 6KV 2 合上输电线路的所有断路器 发电机通过线路送电到负载 3 通过控制负载箱的投人与退出改变有功负载的大小 电阻不能少于 150 即 R 150 通过调节自耦调压器的电压改变无功负载的大小 但调节过程中始终保持负载功 率因数为 0 8 不变 即受端功率因数保持 0 8 不变 记录在不同负载下发电机转速 送 受端的电压 有功功率 功率因数和电流 将数据记录在表 4 1 中 由于负载对称 只需 记录一相电流即可 根据记录的数据分析发电机转速与受端功率 受端电压和功率与负载 阻抗 受端功率和电压的关系 表 4 1 线路与网络参数的变化表 常规他励 次数 P1 KW cos P2 KW UG V Us V I A n rad min 2 投 切不同负载和甩负载实验 实验步骤如下 1 同上实验的步骤 1 2 在发电机组带额定负载的情况下 分别切除不同性质的负载 观察机组转速和受 端电压的变化 分析比较不同性质负载时对系统的影响 3 甩负载实验 在发电机输电带阻感性负载后 同时断开 QF3 QF4 使发电机组突 甩负载 观察机组转速和送 受端电压的变化 3 并网后投 切不同负载和甩负载实验 1 同上实验的步骤 1 2 在发电机组和电网并后 分别切除不同性质的负载 观察机组转速和受端电压的 变化 分析比较不同性质负载时对系统的影响 3 甩负载实验 系统突然甩负载 观察机组转速和送 受端电压的变化 五 实验注意事项 通过调节励磁电流使无功功率至零 通过调速器使有功功率至零 系统解列 解列之 后按下调速器的停机按钮使发电机转速至零 断开灭磁开关 依次断开实验台的单相电源 开关 三相电源开关和总电源开关 六 预习与思考题 1 根据负载大小不同时转速的不同 绘出转速和有功功率的关系曲线 计算出原动 机的调差系数 2 单机带负载与单机 无穷大系统有什么不同 3 在电源电动势给定 输电系统阻抗和负载功率因数一定情况下 分析负载阻抗与受 端功率极限的关系 七 实验报告要求 1 根据实验数据 结合教材 分析受端电压和功率随负载阻抗的变化规律 2 分析比较投切不同性质负载对转速和受端电压的影响 3 心得体会及其它 实验五 电力系统稳定运行实验 一 实验目的 1 了解和掌握对称稳定情况下 输电系统各种运行状态与运行参数的数值变化范围 2 掌握输电系统稳态运行时的操作规程 3 了解励磁系统 发电机建压的基本原理和过程 二 实验原理 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 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 同步发电机输出功率可改变 系统电压 同步发电机电压也可改变 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地模拟系统电压的波动 实验屏上的的输电线路是用 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 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 1 发电机机端电压 U1 功率 P1 Q1 功率因数 频率 2 负载端电压U2 功率P2 Q2 功率因数 频率 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 2sin 2 sin 2 qd qd d q Eq XX XX U X UE P 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 2sin 2 sin 2 qd qd d q Eq XX XX U X UE P sin d q E X UE P 这时功率极限为 d Em X UE P 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 实验设备与器材 电力系统模拟实验屏 四 实验内容与记录 开电源前 调整配电屏上的切换开关的位置 确保接通电源前 调整实验台上每个切换 开关的位置 确保 并网前的同步发电机与系统的相序相同 发电机运行方式为并网运行 发电机励磁为手动励磁 自动 励磁电源为他励 手动同期并网 自动同期并网 1 发电机组起机 建压 并网 设置双回线输电 保持系统电压不变 发电机组起机 合上原动机断路器 通过微机调速器自动起动发电机组至额定转速 1500rad min 如果转速不满足 手动调节调速器 将转速调至 1500rad min 建压 发电机励磁控制方式有微机励磁控制和手动励磁控制方式 可以任意选择其中一种 方法起励建压 1 方式一 微机励磁控制方式 自动起励建压 设恒 UG起励方式的起励 保持机端电压 为