第四章 电力系统功率特性和功率极限实验

第四章电力系统功率特性和功率极限实验一、实验目的掌握电力系统物理模拟实验的基本操作方法。理解功率特性与功率极限的物理概念，认识励磁调节、线路回路数对静态稳定的影响。培养从实验现象分析问题、验证理论的能力。二、实验原理1.简单电力系统发电机经变压器、线路接入无穷大系统（U=常数），不计电阻与对地电纳，等值电路如下图。2.功率特性公式无励磁调节（Eq[P_{e}=\frac{E_{q}U}{X_{d\Sigma}}\sin\delta+\frac{U^{2}}{2}\cdot\frac{X_{d\Sigma}-X_{q\Sigma}}{X_{d\Sigma}X_{q\Sigma}}\sin2\delta]有励磁调节（Eq[P_{e}'=\frac{E_{q}'U}{X_{d\Sigma}'}\sin\delta]功率极限：P−δ曲线的最大值，对应静态稳定极限；励磁调节可抬升极限、扩大稳定区。3.提高功率极限的措施减小总电抗XdΣ提高发电机电势Eq提高系统电压U。三、实验设备与系统接线实验台：WDT-ⅢC/PS-7G电力系统综合实验台；同步发电机、无穷大系统模拟母线、升压/降压变压器、单/双回输电线路、励磁调节器（手动/自动）、功率角指示器、电压表/电流表/功率表。四、实验内容与步骤（一）无调节励磁时功率特性与功率极限测定接线：单回线运行，U_S=300,\text{V}，并网前Eq并网与初始化：准同期并列，有功P=0、无功Q=0，功率角δ调零。测P−δ曲线：保持励磁不变，逐步增加有功，记录δ（0∘~90∘）、P、Q、UG、I双回线重复：改双回线，同条件复测，对比单/双回结果。（二）手动调节励磁时功率特性测定单回线并网，初始P=0、UG增有功同时手动调励磁维持UG恒定，记录δ、P、Q、I与无励磁调节结果对比。（三）自动调节励磁时功率特性测定投入微机自动励磁调节器（恒压方式）。增有功，调节器自动维持UG，记录数据至失步，比较三种励磁方式的极限与δ（四）不同Eq对稳定的影响（选做）单回线，U_S=300,\text{V}，分别在Eq<US、五、数据记录（参考表格）表1无励磁调节（单回线）U_S=300,\text{V}，E_q=300,\text{V}δ（°）0102030405060708090失步P（W）Q（var）UG表2无励磁调节（双回线）（格式同上）表3手动励磁（恒UG）（格式同上）表4自动励磁（恒UG）（格式同上）六、实验结果与分析绘制P−δ曲线：在同一坐标系画出四种工况（单回无励、双回无励、手动励磁、自动励磁）的曲线，标注功率极限Pmax与极限角δ结果分析线路电抗影响：双回线XΣ小，Pmax显著提高，励磁调节作用：无励磁：Eq固定，Pmax最低，手动励磁：维持UG，Eq随P上升而增大，自动励磁：快速强励，Eq'恒定，Pmax最高，δ失步现象：接近极限时，UG波动、IG激增、机组振荡，最终七、思考题为什么双回线的功率极限比单回线高？答：双回线使总电抗XdΣ减小，功率极限P自动励磁调节器为何能提高功率极限？答：自动励磁可快速增大励磁电流，提升发电机暂态电势Eq'，维持机端电压，使静态稳定的判据是什么？答：\boldsymbol{dP/d\delta>0}；当dP/dδ=0时达到功率极限，dP/dδ<0则失稳。八、实验结论电力系统功率极限与总电抗成反