电力系统分析 实验指导书 山东理工大学 电气与电子工程学院 2015.9
电力系统分析 实验指导书 山东理工大学 电气与电子工程学院 2015.9
实验一 电力系统稳定性实验 3.1.1实验目的 1)加深理解电力系统静态稳定的原理。 2)了解提高电力系统静态稳定的方法。 3.1.2原理与说明 电力系统稳态对称和不对称运行分析，除了包含许多理论概念之外，还有一些重要的“数值概 念”。一条不同电压等级的输电线路，在典型运行方式下，用相对值表示的电压损耗，电压降落等的 数值范围，是用于判断运行报表或监视控制系统测量值是否正确的参数依据。因此，除了通过结合 实际的问题，让学生掌握此类“数值概念”外，实验也是一条很好的、更为直观、易于形成深刻记 忆的手段之一。实验用一次系统接线图如图3-1所示。 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装置来实现自动调节。实验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”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。 实验台上安装有TQDB-Ⅲ多功能微机保护实验装置，可以用来测量电压、电流、功率和频率。 实验台上还设置了模拟短路故障等控制设备。 2QF 2TA 4TA 4QF 6QF 6TA B 无穷大系统 0-0 88 00 88 3QF 3TA 5TA 5QF 7QF 7TA 8T 8QF 2TV 图3-1一次系统接线图 3.1.3实验项目与方法 3.1.3.1负荷调节实验 1)启动机组，满足条件后并网运行，并网后退出同期装置，并网步骤见“同步发电机准同期并 列实验”。 2)将调速装置的工作方式设为“自动”，将励磁装置的工作方式设为“恒Ug”。 3)调节调速装置的增速减速按钮，可以调节发电机有功功率输出，调节励磁调节装置的增磁减 -1-
- 1 - 实验一 电力系统稳定性实验 3.1.1 实验目的 1) 加深理解电力系统静态稳定的原理。 2) 了解提高电力系统静态稳定的方法。 3.1.2 原理与说明 电力系统稳态对称和不对称运行分析，除了包含许多理论概念之外，还有一些重要的“数值概 念”。一条不同电压等级的输电线路，在典型运行方式下，用相对值表示的电压损耗，电压降落等的 数值范围，是用于判断运行报表或监视控制系统测量值是否正确的参数依据。因此，除了通过结合 实际的问题，让学生掌握此类“数值概念”外，实验也是一条很好的、更为直观、易于形成深刻记 忆的手段之一。实验用一次系统接线图如图3-1所示。 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装置来实现自动调节。实验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”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。 实验台上安装有 TQDB-III 多功能微机保护实验装置，可以用来测量电压、电流、功率和频率。 实验台上还设置了模拟短路故障等控制设备。 G T1 1TA 1QF 1TV 2TV 3QF 2QF 2TA 3TA 4TA 5TA 5QF 4QF 7QF 6QF 6TA 7TA 无穷大系统 8TA 8QF 3TV A B C D 图3-1 一次系统接线图 3.1.3 实验项目与方法 3.1.3.1 负荷调节实验 1) 启动机组，满足条件后并网运行，并网后退出同期装置，并网步骤见“同步发电机准同期并 列实验”。 2) 将调速装置的工作方式设为“自动”，将励磁装置的工作方式设为“恒Ug”。 3) 调节调速装置的增速减速按钮，可以调节发电机有功功率输出，调节励磁调节装置的增磁减
磁按钮，可以调节发电机输出的无功功率。 4)将有功、无功减到零值作空载运行，记录空载励磁电流。 5)保持励磁装置的状态不变，调节调速装置的增速按钮，增加发电机有功输出，观察有功增加 时无功功率及励磁电流的变化，并记录有功功率为50%额定有功功率时的励磁电流的大小。 6保持调速装置的状态不变，调节励磁装置的增磁按钮，增加发电机的无功输出，观察无功功 率增加时，有功功率和励磁电流的变化，并记录无功功率为50%额定无功功率时的励磁电流的大小。 当无功功率较大时，线路两端的电压降落较大，但由于发电机电压具有上限限制，所以需要降低系 统电压来使无功功率上升。在实验中当调节机端电压设定值在380V时，如仍要增加无功输出，则可 以通过降低系统电压的方法来实现。 )调节调速装置的减速按钮，使有功功率为零，注意观察有功下降时无功功率的变化：使系统 电压恢复为正常值(380V),调节励磁装置的减磁按钮，将发电机无功重新调节为零，注意观察无 功减小时，有功功率的变化。 数据可通过机组控制屏上方的表计或励磁装置的显示屏上读取。 注意： 调节过程中，定子电流不应超过额定值3.61A。 表3-1发电机不同状态下的励磁电流 发电机状态 励磁电流(A) 有功功率无功功率均为0 50%额定有功功率(1KW) 50%额定无功功率(0.75KVR) 3.1.3.2单回路与双回路稳态对称运行比较实验 A.单回路稳态对称运行实验 在本节实验中，原动机采用手动方式开机，励磁采用手动励磁方式，然后启机、建压，并网后 调整发电机电压和原动机功率，使输电系统处于不同的运行状态（输送功率的大小，线路首、末端 电压的差别等)，观察记录线路首、末端的数值，计算、分析、比较运行状态不同时，运行参数变化 的特点及数值范围，为电压损耗、电压降落、沿线电压变化、两端无功功率的方向（根据沿线电压 大小比较判断)等。 实验步骤： 1)合上实验台的3QF、5QF、6QF、7QF、8QF和9QF,构成单回线路。 2)将机组控制屏3TV二次侧A相电压引入到实验台上的“微机保护装置端子图”中的UA端子： 将实验台的4TV二次侧A相电压引入到端子UB。3TV二次侧电压公共端与4TV二次侧电压公共端相连 后引入端子UN。 这样接线的作用是：利用微机保护装置同时监测A母线（线路始端）电压和B母线（线路末端） -2-
- 2 - 磁按钮，可以调节发电机输出的无功功率。 4) 将有功、无功减到零值作空载运行，记录空载励磁电流。 5) 保持励磁装置的状态不变，调节调速装置的增速按钮，增加发电机有功输出，观察有功增加 时无功功率及励磁电流的变化，并记录有功功率为50％额定有功功率时的励磁电流的大小。 6) 保持调速装置的状态不变，调节励磁装置的增磁按钮，增加发电机的无功输出，观察无功功 率增加时，有功功率和励磁电流的变化，并记录无功功率为50％额定无功功率时的励磁电流的大小。 当无功功率较大时，线路两端的电压降落较大，但由于发电机电压具有上限限制，所以需要降低系 统电压来使无功功率上升。在实验中当调节机端电压设定值在380V时，如仍要增加无功输出，则可 以通过降低系统电压的方法来实现。 7) 调节调速装置的减速按钮，使有功功率为零，注意观察有功下降时无功功率的变化；使系统 电压恢复为正常值（380V），调节励磁装置的减磁按钮，将发电机无功重新调节为零，注意观察无 功减小时，有功功率的变化。 数据可通过机组控制屏上方的表计或励磁装置的显示屏上读取。 注意： 调节过程中，定子电流不应超过额定值3.61A。 表3-1 发电机不同状态下的励磁电流 发电机状态 励磁电流（A） 有功功率无功功率均为 0 50％额定有功功率（1KW） 50％额定无功功率(0.75KVR) 3.1.3.2 单回路与双回路稳态对称运行比较实验 A. 单回路稳态对称运行实验 在本节实验中，原动机采用手动方式开机，励磁采用手动励磁方式，然后启机、建压，并网后 调整发电机电压和原动机功率，使输电系统处于不同的运行状态（输送功率的大小，线路首、末端 电压的差别等），观察记录线路首、末端的数值，计算、分析、比较运行状态不同时，运行参数变化 的特点及数值范围，为电压损耗、电压降落、沿线电压变化、两端无功功率的方向（根据沿线电压 大小比较判断）等。 实验步骤： 1) 合上实验台的 3QF、5QF、6QF、7QF、8QF 和 9QF，构成单回线路。 2) 将机组控制屏3TV二次侧A相电压引入到实验台上的“微机保护装置端子图”中的UA端子； 将实验台的4TV二次侧A相电压引入到端子UB。3TV二次侧电压公共端与4TV二次侧电压公共端相连 后引入端子UN。 这样接线的作用是：利用微机保护装置同时监测A母线（线路始端）电压和B母线（线路末端）
电压。 3)启动机组，满足条件后并网运行，并网后退出同期装置，并网步骤见“同步发电机准同期并 列实验”。 4)改变发电机组的运行状态，记录励磁装置上的有功(P)、无功(Q)、发电机机瑞电流()、 机端电压(U)以及多功能微机保护实验装置显示屏上的UA(线路首端电压Up)和UB(线路末端电 压U)。 B.双回路对称运行与单回路对称运行比较实验 合上实验台上的2QF、4QF,将线路改为双回路运行。重复上面实验步骤，并将结果进行比较 和分析。 表3-2单双回线运行方式下各状态参数表 e AU 单回路 双回路 注：△U一输电线路的电压损耗△U=Up-Ue: 3.1.4实验报告要求 1)整理实验数据，说明单回路送电和双回路送电对电力系统稳定运行的影响，并对实验结果进 行理论分析。 2)根据不同运行状态的线路首、末端的实验数据、分析、比较运行状态不同时，运行参数变化 的特点和变化范围。 3.1.5思考题 1)影响简单系统静态稳定性的因素是哪些？ 2)提高电力系统静态稳定有哪些措施？ 3)什么是电压损耗、电压降落？ -3-
- 3 - 电压。 3) 启动机组，满足条件后并网运行，并网后退出同期装置，并网步骤见“同步发电机准同期并 列实验”。 4) 改变发电机组的运行状态，记录励磁装置上的有功（P）、无功（Q）、发电机机端电流（Ig）、 机端电压（Ug）以及多功能微机保护实验装置显示屏上的UA（线路首端电压Up）和UB（线路末端电 压Ue）。 B. 双回路对称运行与单回路对称运行比较实验 合上实验台上的 2QF、4QF，将线路改为双回路运行。重复上面实验步骤，并将结果进行比较 和分析。 表 3-2 单双回线运行方式下各状态参数表 P Q Ig Ug Up Ue U 单回路 双回路 注：U—输电线路的电压损耗U=Up-Ue； 3.1.4 实验报告要求 1) 整理实验数据，说明单回路送电和双回路送电对电力系统稳定运行的影响，并对实验结果进 行理论分析。 2) 根据不同运行状态的线路首、末端的实验数据、分析、比较运行状态不同时，运行参数变化 的特点和变化范围。 3.1.5 思考题 1) 影响简单系统静态稳定性的因素是哪些？ 2) 提高电力系统静态稳定有哪些措施？ 3) 什么是电压损耗、电压降落？
实验二电力系统潮流分布和线损分析实验 5.1.1实验目的 (1)了解常用潮流计算方法。 (2)了解影响潮流分布的因素。 (3)掌握利用电力网信号源控制系统软件组态电力网络及潮流分析的方法。 5.1.2实验说明 本实验内容是利用“电力网信号源控制系统”软件任意组态电力网模型，并观察潮流分布情况。 本实验系统出厂时提供了一组潮流计算实验模型，可直接利用该模型或自行组态任意结构的新实验 模型。提供的潮流计算模型结构图如图5-1。 LGJ-185 10KV 110kV 110kV A rl=0x1=0.4 C 10kV 60km 0=0x0=1.4 13QF 心 ⑧ W D ⊙ 24+i18)MVA B 31.5MVA 31.5MVA rl=0 x1=0.26 2QF 40km 50km (24+j18)MVA Po=0kW 3QF Po=0kW t2=0x2=0.26 r1=0x1=0.26 Ud=10.5% W Ud=10.5% r0=0x0=0.26 r2=0x2=0.26 r0=0x0=0.26 中L1 F30Mvar L2 L3 图5-1电力系统潮流计算实验模型 5.1.3实验内容 5.1.3.1网络组态 组态一个新电力网模型的方法： 1)在P℃机上运行“电力网信号源控制系统”软件，参考《电力网信号源控制系统使用说明书》 组态一个新的电力网模型。 2)打开“电力网信号源控制系统”软件安装路径下Projects文件夹，拷贝“电力系统潮流计算 实验模型.ddb”,并粘贴，重新命名，如“潮流计算实验模型1.ddb”。 在P℃机上运行“电力网信号源控制系统”软件，打开“潮流计算实验模型1.db”,并在此模 型基础上进行修改，构建新的电力网模型。 如果利用实验台提供的“电力系统潮流计算实验模型”，则不需要进行网络组态。 5.1.3.2实验过程 (1)切除系统中的补偿电容器，改变系统所带负载，观察系统各支路潮流和母线电压的变化。 将从模型图中读取的电压数据记入表5-1，潮流及线损数据记入表5-2。 其中L1为纯有功负载，容量为6MVA,L2容量为(4+j5)MVA,L3为纯无功负载，容量为j5MVA, 电容器容量为30Mvar。 -4
- 4 - 实验二 电力系统潮流分布和线损分析实验 5.1.1 实验目的 (1) 了解常用潮流计算方法。 (2) 了解影响潮流分布的因素。 (3) 掌握利用电力网信号源控制系统软件组态电力网络及潮流分析的方法。 5.1.2 实验说明 本实验内容是利用“电力网信号源控制系统”软件任意组态电力网模型，并观察潮流分布情况。 本实验系统出厂时提供了一组潮流计算实验模型，可直接利用该模型或自行组态任意结构的新实验 模型。提供的潮流计算模型结构图如图 5-1。 110kV 10kV A B C 1QF 2QF 3QF 110kV (24+j18)MVA r1=0 x1=0.26 r2=0 x2=0.26 r0=0 x0=0.26 31.5MVA Po=0kW Ud=10.5% LGJ-185 r1=0 x1=0.4 r0=0 x0=1.4 31.5MVA Po=0kW Ud=10.5% 10kV L1 L2 60km 40km 50km (24+j18)MVA r1=0 x1=0.26 r2=0 x2=0.26 r0=0 x0=0.26 L3 30Mvar 3QF 图 5-1 电力系统潮流计算实验模型 5.1.3 实验内容 5.1.3.1 网络组态 组态一个新电力网模型的方法： 1) 在 PC 机上运行“电力网信号源控制系统”软件，参考《电力网信号源控制系统使用说明书》 组态一个新的电力网模型。 2) 打开“电力网信号源控制系统”软件安装路径下 Projects 文件夹，拷贝“电力系统潮流计算 实验模型.ddb”，并粘贴，重新命名，如“潮流计算实验模型 1.ddb”。 在 PC 机上运行“电力网信号源控制系统”软件，打开“潮流计算实验模型 1.ddb”，并在此模 型基础上进行修改，构建新的电力网模型。 如果利用实验台提供的“电力系统潮流计算实验模型”，则不需要进行网络组态。 5.1.3.2 实验过程 (1) 切除系统中的补偿电容器，改变系统所带负载，观察系统各支路潮流和母线电压的变化。 将从模型图中读取的电压数据记入表 5-1，潮流及线损数据记入表 5-2。 其中 L1 为纯有功负载，容量为 6MVA，L2 容量为（4+j5）MVA，L3 为纯无功负载，容量为 j5MVA， 电容器容量为 30Mvar