电力系统功率特性和功率极限实验

第三章一机—无穷大系统稳态运行方式实验一、实验目的1．了解和掌握对称稳定情况下，输电系统的各种运行状态与运行参数的数值变化范围；2．了解和掌握输电系统稳态不对称运行的条件；不对称度运行参数的影响；不对称运行对发电机的影响等。

二、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”。

为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。

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。

为了进行测量，实验台设置了测量系统，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。

三、实验项目和方法1．单回路稳态对称运行实验在本章实验中，原动机采用手动模拟方式开机，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、末端的测量表计值及线路开关站的电压值，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。

电力系统及自动化综合实验报告姓名：学号：第三章一机中间开关站电压；DU 输电线路的电压降落3、单回路稳态非全相运行实验确定实现非全相运行的接线方式，断开一相时，与单回路稳态对称运行时相同的输送功率下比较其运行状态的变化。

具体操作方法如下：（1）首先按双回路对称运行的接线方式（不含QF5）；（2）输送功率按实验1中单回路稳态对称运行的输送功率值一样；（3）微机保护定值整定：动作时间0秒，重合闸时间100秒；（4）在故障单元，选择单相故障相，整定故障时间为0²<t<100²；（5）进行单相短路故障，此时微机保护切除故障相，准备重合闸，这时迅速跳开“QF1”、“QF3”开关，即只有一回线路的两相在运行。

观察此状态下的三相电流、电压值与实验1进行比较；（6）故障100²以后，重合闸成功，系统恢复到实验1状态。

表3-2UAUBUCIAIBICPQS全相运行值2102102100000002102102100000、、1非全相运行值2102102050000002122152000000、100、121522518000、50、750、300、322023017001、221、320、500、52052152100000002122052100000、100、12251902100、350、500、300、32301752151、221、2300、500、5四、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、末端和中间开关站的实验数据、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、比较非全相运行实验的前、后实验数据，分析输电线路输送功率的变化。

五、思考题1、影响简单系统静态稳定性的因素是哪些？答：由静稳系数SEq=EV/X，所以影响电力系统静态稳定性的因素主要是：系统元件电抗，系统电压大小，发电机电势以及扰动的大小。

实验一：一机—无穷大系统稳态运行方式实验一、实验目的1．了解和掌握对称稳定情况下，输电系统的各种运行状态与运行参数的数值变化范围；2．了解和掌握输电系统稳态不对称运行的条件；不对称度运行参数的影响；不对称运行对发电机的影响等。

二、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”。

为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。

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。

为了进行测量，实验台设置了测量系统，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。

三、实验项目和方法1．单回路稳态对称运行实验在本章实验中，原动机采用手动模拟方式开机，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、末端的测量表计值及线路开关站的电压值，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。

电力系统分析理论试验汇报一．单机—无穷大系统稳态运行试验（一）、试验目旳1．理解和掌握对称稳定状况下，输电系统旳多种运行状态与运行参数旳数值变化范围；2．理解和掌握输电系统稳态不对称运行旳条件；不对称度运行参数旳影响；不对称运行对发电机旳影响等。

（二）、原理与阐明电力系统稳态对称和不对称运行分析，除了包括许多理论概念之外，尚有某些重要旳“数值概念”。

为一条不一样电压等级旳输电线路，在经典运行方式下，用相对值表达旳电压损耗，电压降落等旳数值范围，是用于判断运行报表或监视控制系统测量值与否对旳旳参数根据。

因此，除了通过结合实际旳问题，让学生掌握此类“数值概念”外，试验也是一条很好旳、更为直观、易于形成深刻记忆旳手段之一。

试验用一次系统接线图如图2所示。

图2 一次系统接线图本试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，它们旳特性与大型原动机是不相似旳。

原动机输出功率旳大小，可通过给定直流电动机旳电枢电压来调整。

试验系统用原则小型三相似步发电机来模拟电力系统旳同步发电机，虽然其参数不能与大型发电机相似，但也可以当作是一种具有特殊参数旳电力系统旳发电机。

发电机旳励磁系统可以用外加直流电源通过手动来调整，也可以切换到台上旳微机励磁调整器来实现自动调整。

试验台旳输电线路是用多种接成链型旳电抗线圈来模拟，其电抗值满足相似条件。

“无穷大”母线就直接用试验室旳交流电源，由于它是由实际电力系统供电旳，因此，它基本上符合“无穷大”母线旳条件。

为了进行测量，试验台设置了测量系统，以测量多种电量（电流、电压、功率、频率）。

为了测量发电机转子与系统旳相对位置角（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。

（三）、试验环节：1、开机环节：⑴进行冷检查，确定无误后启动发电机电源进行热检查，确定之后再进行下列环节；⑵启动励磁开关，励磁开机；⑶开机（手动调整励磁旋钮）；⑷使发电机工作，并调整调速旋钮，使发电机旳功角指示器由一种角变成几种角（试验中旳功角指示器有四个角，表达电机为四极电机，p=2，额定转速为1500r/min ；8个角对应旳转速为1500r/min，当功角指示器旳几种角不稳定期，表达额定转速也许不小于或不不小于额定转速，此时应尽量调整调速器使转速为额定转速）；⑸加励磁，调整机端电压与系统相似（本试验为380V）；⑹进行投切操作，在操作时，由于有延误，因此应保留一种小余量，保证准时精确地投入系统；此时应调整原动机，当转动不太快，角度在0到5度时投入；2、关机环节：⑴调整调速器使输出功率（有功）P降为0；⑵调整励磁使励磁电流If降为0，虽然无功降为0；⑶此时会发既有功又增大了，因此应继续调整调速器使有功降为0；⑷解联（断开电机并网断路器）；⑸调整励磁使电压U降为0；⑺调整调速器使转速降为0；⑻退出开机再关闭励磁。

学生学号实验课成绩实验课程名称电力系统分析开课学院自动化指导老师姓名谢建凯学生姓名学生专业班级电气 1203 班2014 —2015 学年第二学期实验课程名称：实验项目名称 电力系统功率特性和功率极限实验 实验成绩 实验者专业班级学号同组者实验日期年 月 日第一部分：实验预习报告（包括实验目的、意义，实验基本原理与方法，主要仪器设备及耗材，实验方案与技术路线等）一、实验目的1．初步掌握电力系统物理模拟实验的基本方法；2． 加深理解功率极限的概念，在实验中体会各种提高功率极限措施的作用；3．通过对实验中各种现象的观察，结合所学的理论知识，培养理论结合实际及分析问题的能力。

二、原理与说明所谓简单电力系统，一般是指发电机通过变压器、输电线路与无限大容量母线联接而且不计各元件的电阻和导纳的输电系统。

对于简单系统，如发电机至系统d 轴和q 轴总电抗分别为X d ∑和X q ∑，则发电机的功率特性为：δδ2sin 2sin 2∑∑∑∑∑⋅-⨯+=q d q d d q Eq X X X X U X U E P当发电机装有励磁调节器时，发电机电势E q 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：δδ2sin 2sin 2∑∑∑∑∑⋅'-'⨯+''='q dq dd qEq X X X X U X U E P或 δ'''='∑sin dq EX U E P这时功率极限为∑'='d EmX UE P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。

功率极限原理
功率极限原理是电工学中的一个重要原理，它指出任何电路中的功率都有一个极限值。

换句话说，无论是直流电路还是交流电路，当电路中的电流或电压超过一定数值时，电路的元件或电源可能会过载或损坏。

为了更好地理解功率极限原理，我们先来了解一下功率的定义。

功率是指单位时间内能量的转移率，通常用Watt（瓦）作为
单位。

在一个电路中，功率可以通过以下公式计算：
功率=电流×电压
根据这个公式，我们可以看出当电流或电压过大时，功率将会增加。

然而，电子元件和电源是有一定的功率承受能力的。

超过这个限制值，就容易造成电路中的元件或电源过热，甚至发生短路或燃烧等危险情况。

为了保护电路和电子元件的安全运行，我们需要根据其额定功率进行正确的选择和使用。

在购买和使用电子设备时，需要仔细查看设备上的技术参数，了解其允许的最大功率值，以确保不超过其承受范围。

需要注意的是，不同类型的电子设备和电路具有不同的功率极限。

例如，家用电器的功率极限一般较低，而大型工业设备的功率极限较高。

因此，在进行电路设计和电子设备选择时，要根据具体使用情况考虑功率极限，并确保不超过其额定值。

综上所述，功率极限原理是电工学中的重要原则，指出电路中的功率有其最大承受限制。

正确理解和应用功率极限原理，可以保护电路和电子元件的安全运行，避免损坏和危险情况的发生。

功率极限的原理
功率极限的原理是指在电路中，电流通过导体时，由于导体自身内阻和传输过程中的能量损耗等因素的存在，导致电路中的功率有一定的上限。

这个上限即为功率极限。

具体来说，当电流通过导体时，导体本身会存在一定的电阻，导致电压的降低和能量的损失。

如果电流过大，就会导致导体过热甚至熔断，从而使电路无法正常工作。

在电路设计和安装中，需要根据导体材料、截面积、长度以及环境温度等条件来确定电路的功率极限。

一般来说，功率极限是由导体的散热能力以及材料的耐热性决定的。

当电路中的功率接近或超过导体的功率极限时，需要采取相应的措施，如增大导体的截面积或使用散热装置来降低温度，以保证电路的安全和稳定工作。

总之，功率极限是指电路中导体能够承受的最大功率，考虑了导体的材料、尺寸和散热能力等因素。

在电路设计和使用中，需合理选择导体，并根据功率极限来确保电路的正常运行。

（OA自动化）EAL电力系统综合自动化实验指导书目录实验一电机启动、建压和停机实验1实验二自动准同期条件测试实验4实验三线性整步电压测试实验11实验四导前时间整定及测量实验14实验五压差闭锁和整定实验17实验六频差方向及频差闭锁与整定实验21实验七相差闭锁与整定实验26实验八调频脉宽整定实验31实验九手动准同期并列实验34实验十半自动准同期并列实验37实验十一全自动准同期并列实验40实验十二同步发电机励磁控制实验44（一）同步发电机励磁起励控制实验47（二）控制方式相互切换实验51（三）可控励磁系统主电路负荷调节实验54（四）伏赫限制实验56（五）调差实验58实验十三同步发电机的解列、灭磁与停机实验61实验十四一机—无穷大系统稳态运行方式实验64实验十五电力系统功率特性和功率极限实验68（一）无调节励磁时功率特性和功率极限的测定69（二）手动调节励磁时功率特性和功率极限的测定74（三）自动调节励磁时功率特性和功率极限的测定76实验十六电力系统暂态稳定实验79（一）短路对电力系统暂态稳定的影响80（二）研究提高暂态稳定的措施83实验十七单机带负荷实验87实验十八微机线路保护实验92实验一电机启动、建压和停机实验一、实验目的1、掌握实验设备的正确使用方法。

二、预习与思考1、本实验系统由几部分组成？各部分的功能是什么？2、在实验中需要注意什么？三、原理说明实验台由三相交流电源、双回路、准同期控制器、微机线路保护、发电机励磁系统、原动机调速系统和发电机组几部分组成。

四、实验设备五、实验内容与步骤1、电机启动和建压实验1）、打开电脑；2）、合上实验台左侧的断路器；3）、打开LIBVIEW7.0软件，运行实验届面7.7点击如下图标；检查实验台（界面）各开关状态，EAL-01上的断开指示灯亮（绿灯），合闸指示灯熄灭。

进入实验届面EAL-02双回路中，将实验台上的各开关状态打在OFF（绿色）状态。

；（备注：在运行实验界面时先运行一分钟点后击停止按钮，再点击运行按停止钮）。

WDT- ⅢC 型电力系统综合自动化试验平台性能指标1．设备的主要用途、功能及特点电力系统综合自动化试验台是一个自动化程度很高的多功能试验平台，它由发机电组、双回路输电路线及模型、无穷大电源等一次设备组成，通过中间开关站与单回、双回路线的组合，可构成发机电与无穷大系统之间有四种不同联络阻抗，供系统实验分析比较时使用。

每台原动机都配有微机自动调速装置与手动调速装置，并且有微机过速保护功能，每台发机电配有微机自动准同期装置与手动同期装置，输电路线还配微机过流保护与重合闸装置。

每套自动装置都有三种控制方式供选择，并且微机励磁的运行方式与运行参数可在线修改。

综合试验台具有各种微机自动装置与手动控制装置，便于学生进行比较实验。

电力系统综合自动化试验台是一个自动化程度很高的多功能试验平台。

有如下特点：系统由发机电组、输电路线单元、微机保护单元、负荷调节与同期单元、短路摹拟单元等组成，并能与电力系统微机监控实验系统相联，可扩展为 7＋ 1 系统；系统结构紧凑、占地面积小、安装调试与检修方便快捷；模型参数可以调节，可摹拟不同参数的输电路线；实验系统安全可靠、操作方便灵便、物理现象直观，并有正规出版社的配套教材；综合试验台具有各种微机自动装置与手动控制装置，便于学生进行比较实验。

2．系统完成的教学实验打印报表，实现遥测、遥信、遥控、遥调等电力系统调度自动化功能，能完成下述实验：发机电启动与调整实验；(1)电力系统运行方式实验；(2)负荷调整实验。

(3)手动准同期并列实验；(4)半自动准同期并列实验；(5)全自动准同期并列实验；(6)各种信号波形观测。

(7)同控制角( )的励磁电压波形观测实验；(8)同步发机电起励实验；(9)控制方式及其相互切换实验；(10)逆变灭磁与跳灭磁开关灭磁实验；(11)伏赫限制实验；(12)第 2 页同步发机电强励实验；(13)欠励限制实验；(14)调差特性实验；(15)过励限制实验；(16)PSS 实验。

浅谈电力系统分析实践教学探索电力系统分析为电气工程学科的重要组成部分，是电气类有关专业学生的必修课程之一，为了使学生更好地掌握这门课程的专业知识、培养学习兴趣、提高专业实践能力，提出通过搭建电力系统自动化与监控实践平台结合该课程完成实践教学任务。

论述了利用电力系统综合自动化实践平台和电力系统监控实践平台与电力系统分析课程内容相结合可开发的相关实验，并结合学校的大学生创新项目、课程设计和毕业设计开设相关课题研究。

标签：电力系统分析；电力系统自动化与监控实践平台；实践教学0 引言电力系统分析课程主要包含电力系统潮流分布计算、电力系统有功功率和频率调整、电力系统无功功率和电压调整、电力系统短路计算等内容，为电气工程学科的重要组成部分，是电气类有关专业学生的必修课程之一，为了使学生更好地掌握这门课程的专业知识、培养学习兴趣、提高专业实践能力，宁夏理工学院结合教学内容，搭建了电力系统实践平台。

该实践平台综合性强，要求学生掌握“工厂供电”、“电力系统分析”、“电气控制技术”、“电力系统继电保护”等相关课程知识。

指导教师在实验课前要对相关实验项目进行操作和分析计算，确保实验安全和可靠，实验过程以学生动手为主教师指导为辅共同完成实践教学任务。

由于属于新建实践教学平台，缺乏相关专职实验管理和开发人员，目前仅开发了三个实验：发电机启动和运转实验、同步发电机手动准同期并网实验、单机带负荷实验。

需要结合电力系统分析课程内容，开发相关实验和相关课题研究，将对电力系统分析实践教学起到良好的促进作用。

1 电力系统实践平台简介电力系统实践平台由电力系统综合自动化实践平台和电力系统监控实践平台两部分构成。

电力系统综合自动化实践平台是一套可模拟发电过程、各种电力故障、有功和无功功率调整等功能的整合实验设备，反映了传统发电厂电能从产生→升压→传输→降压→分配等完整的供电原理。

该套实验设备包括了原动机、发电机、控制柜、实验操作台、三相可调负载箱和自耦调压器。

第一部分 THLZD-2型电力系统综合自动化实验平台THLZD-2型电力系统综合自动化实验平台是一套集多种功能于一体的综合型实验装置THLZD-2电力系统综合自动化控制柜简称 控制柜”）、无穷大系统 和发电机组和三相可调负载箱等组成。

、THLZD-2型电力系统综合自动化实验台实验台包括以下单元: ，每回输电线路分两段，并设置有中间开关站，可 以构成四种不同的 输电线路分可控线路”和不可控线路”在线路XL4上可设置故障，该线路为可控线路”，其他线路不能 设置故障，为不可控线路”。

2 •微机线路保护单元：采用TSL-300/01微机线路保护装置，主要实现线路保护和自动重合 闸等功能，配合输电线路完成稳态非全相运行和暂态稳定等相关实验项目，使用说明见附录六。

3.控制方式选择单元：包括发电机组的运行方式、同期方式和励磁方式的选择 的凸轮开关旋钮来实现不同的控制方式。

4.监测仪表单元：采用模拟式仪表，测量信号为交流信号。

包括3只交流电压表、3只交流电流表、2只频率表、1只三相有功功率表、1只三相无功功率表、1只功率因数表和 1只同期表。

5•指示单元：包括光字牌指示和并网指示。

二、THLZD-2 型电力系统综合自动化控制柜 控制柜包括以 下单元：1.测量仪表单元：采用指针式测量仪表，包括2只直流电压表、2只直流电流表和 1只交 流电压表。

可 测量如下电量参数：原动机电枢电压，原动机电枢电流，发电机励磁电压，发电机 励磁电流和单相电源电压 该电源为隔离电源）。

各测量仪表的量程和精度等级见表1-2所示。

注：各仪表请不要超量程使用，以免损坏设备。

2 •原动机控制单元：包括原动机电源，ZKS-15型调速器和THLWT-3型微机调速装置。

具体功能如下：（⑴原动机电源：为ZKS-15型调速器提供电源。

（2） ZKS-15型调速器：为原动机提供电枢电压和励磁电压，具有过流保护功能。

3.发电机励磁单元：包括励磁电源、THLCL-1型常规励磁装置、THLWL-3 型微机励磁装 置和波形观测 孔。