实验二 电力系统暂态稳定分析.doc

实验二 电力系统暂态稳定分析
一、实验目的
1. 通过实验加深对电力系统暂态稳定内容的理解，使理论教学与实践结合，提高学生的感性认识；
2. 学生通过实际操作，从试验中观察到系统失步现象和掌握正确处理的措施。
二、实验原理
电力系统的暂态稳定问题是指电力系统受到较大的扰动之后，各发电机能否继续保持同步运行的问题，在各种扰动中，以短路故障的扰动最为严重。在故障发生时及故障切除通过强励磁增加发电机的电势，可用于提高系统的稳定性。由于电力系统发生瞬间单相接地故障较多，发生瞬间单相故障时采用自动重合闸，使系统进入正常工作状态。这两种方法都有利于提高系统的稳定性。
暂态稳定是指电力系统在某个运行情况下突然受到大的干扰后，能否经过暂态过程达到新的稳态运行状态或则恢复到原来的状态。
这里所谓的大干扰是相对小干扰来说的，一般指短路故障，突然断开线路或则发电机等。如果收到干扰后系统能够回到稳态运行，就说系统在这种运行情况下是暂态稳定。反之，各发电机组转子间一直有相对运动，相对角不断变化，系统的功率、电流、电压都不断振荡，导致系统不能继续运行下去，则称系统在这种运行情况下不能保持暂态稳定。一个系统的暂态稳定情况和系统原来的运行方式及干扰方式有关，同一个系统在某个运行方式下和某种干扰下系统是暂态稳定，而在另一个运行方式和另外一种干扰下它也可能是不稳定的。
干扰最严重的是三相短路故障，单相接地故障比较多。系统的暂态时间有些可以在1S内都失去同步，有些可以维持几分钟。
模拟电力系统暂态稳定性实验接线图一般采用发电机-变压器-双回线路-无穷大系统。
以下我们来分析一下发电机在正常运行-短路故障-故障切除三种状态下功率特性曲线。如下图：原动机输出的机械功率用PT表示，发电机向系统送的电磁功率用P0表示。正常运行的时候PT= P0。假设不计故障之后几秒钟调速器的作用，机械功率始终保持P0，图中a表示发电机正常运行点在曲线PⅠ上，发生短路后功率特性降为PⅡ，由于转子的惯性，转子角度不会立刻变化，运行点有a变至b点，电磁功率显著减小，而原动机PT不变，三相短路时PⅡ曲线越低，此时将加速，其相对速度和相对角度（同步）增加，有b点向c点移动，如果故障一直存在，则始终存在过剩功率，发电机一直加速，直到系统失去同步。实际上，此时继电保护动作，故障切除，功率特性曲线变为PⅢ，发电机的运行点有c点变为e点，此时发电机的输出功率大于机械功率，转子速度减小，但是此时的速度还是大于同步转速的，功角还是在继续增大，到达f时，速度相等，制动结束，但是在f点是不能稳定运行的，此时机械功率和电磁功率不相等，转子减速，功角减小，有f点向e、k点转换，在到达k点以前一直减速，转换子速度低于同步转速，在k点虽然2个功率相等但是速度不平衡，继续减速，一旦低于k点，开始加速，如果没有阻尼，则在PⅢ曲线上来回振荡，实际上存在阻尼的，振荡几次稳定运行的k点。
如果故障切除的时间比较晚，在到达h时转子速度还是大于同步转速，越过h点后，继续加速，系统回不到原来点，系统失去同步。

判断方法：加速面积等于减速面积。加速面积小于减速面积系统可以稳定，加速面积大于减速面积系统不可以稳定。此时和故障切除的时间有关，故障切除的越晚，系统越不可能稳定，此外还有故障类型也有影响。
方法：快速切除故障、利用重合闸。
重合后有两种情况：一种重合后短路故障切除，此时显著增加减速面积，利用系统稳定。另外一种，减小减速面积，系统能否稳定取决于再次切除故障的快慢。
提高暂态稳定性的措施：快速切除故障、自动重合闸应用、提高发电机的输出电磁功率、减小原动机的机械功率。

重合闸重合成功

重合闸重合没有成功
三、实验步骤短路对电力系统暂态稳定的影响：
1. 短路类型对暂态稳定的影响
首先按照前述步骤启动发电机组，进行并网操作。
本实验台通过对操作台上的短路选择按钮的组合可进行单相接地短路，两相相间短路，两相接地短路和三相短路试验。观察不同短路故障时对电力系统稳定性的影响。
2. 故障切除时间对暂态稳定的影响
固定短路点，短路类型和系统运行条件，使发电机向电网输送有功功率，测定不同故障切除时间能保持系统稳定时发电机所能输送的最大功率，分析故障切除时间对暂态稳定的影响。

实验一 手动准同期并网实验
一、实验目的
1．掌握三相同步发电机投入并联运行的条件和操作方法。
2．掌握三相同步发电机并联运行时有功功率与无功功率的调节。
二、实验并网条件
1）发电机的频率和电网频率要相同；在实际工作中要求频率差△f不超过（0.2%~0.5%）fe。
2）发电机和电网电压大小相同；在实际工作中要求电压差△U不超过（5%~10%）Ue。
3）相位要相同；在实际工作中要求合闸时相位差δ不超过10°。
4）发电机和电网相序要相同。
三、实验内容
1．用手动准同期方法将三相同步发电机投入电网并联运行。
2．用自同期方法将三相同步发电机投入电网并联运行。
3．三相同步发电机与电网并联运行时有功功率的调节。
4．三相同步发电机与电网并联运行时无功功率的调节。
四、实验设备

序号
型号
名称
数量
1
DD01.3-3
导轨、测速发电机及转速表
1台
2
DJ21.3-1
直流电动机(原动机)
1台
3
DJ18-1
三相同步发电机
1台
4
ZB35
真有效值交流电流表
1只
5
ZBL64
真有效值交流电压表
1只
6
ZBL62
智能功率、功率因数表
1只
7
ZB31
直流数字电压、电流表
1只
8
ZBL57
可控励磁发电系统组件（四）
1台
9
ZBL58
可控励磁发电系统组件（五）
1台
10
ZBL59
可控励磁发电系统组件（六）
1台
11
ZBL60
可控励磁发电系统组件（七）
1台
12
ZBL54
可调电阻器、试验元件
1台
13
DZB01
三相自耦调压器
1台
三相交流电源
1路
14
ZBL51
旋转灯、整步表
1台
五、实验步骤
1）按图接线，GS为三相同步发电机，带动GS旋转的原动机采用DJ23校正直流测功机MG。Rst选用ZBL54上180Ω电阻，Rf1选用ZBL54上1800Ω电阻，开关QF为ZBL57挂箱上的模拟断路器，QFG为ZBL57挂箱上的模拟灭磁开关，并把开关QF打在“断开”位置，开关QFG在断开状态，灭磁电阻RFS经QFG常闭触点并联在同步发电机励磁绕组两端。
2）三相调压器旋转退至零位，在电枢电源及励磁电源开关都在“关断”位置的条件下，合上电源总开关，按下“开”按钮，调节调压器使电压升至额定电压100伏。可通过V1表观测。
3）按他励电动机的起动步骤（校正直流测功机MG电枢串联最大起动电阻Rst，励磁调节电阻Rf1调至最小，先接通控制屏上励磁电源，后接通控制屏上电枢电源）起动MG并使MG电机转速达1500r/min且保持恒定。将灭磁开关QFG合上，励磁电源接入同步发电机的励磁绕组两端，调节2RPb以改变GS的励磁电流IL，使同步发电机发出额定电压100伏，可通过V2表观测，ZBL51整步表上琴键开关打在“断开”位置。
4）观察三组相灯，若依次明灭形成旋转灯光，则表示发电机和电网相序相同，若三组相灯同时发亮、同时熄灭则表示发电机和电网相序不同。当出现发电机和电网相序不同时，则应停机（先将Rst回到最大位置，断开控制屏上的电枢电源开关，再按下交流电源的“停”按钮），并把三相调压器旋转至零位。在确保断电的情况下，调换发电机或电网三相电源任意二根端线以改变相序后，按前述方法重新起动MG。
5）当发电机和电网相序相同时，调节2RPb改变同步发电机励磁电流使同步发电机电压和电网（电源）电压相同。再进一步细调原动机转速。使各相灯光缓慢地轮流旋转发亮，此时接通ZBL51整步表上琴键开关，观察ZBL51上表上指针在中间位置，S表指针顺时针缓慢旋转。待A相灯熄灭时合上并网开关QF，把同步发电机投入电网并联运行（为选准并网时机，可让其循环几次再并网）。
6）然后调节增加原动机输入功率和调节2RPb增大输入同步发电机的励磁电流，至GS带上额定的有功和无功功率。
7）停机时应先断开ZBL51整步表上琴键开关，减小输入原动机的功率及减小GS转子的励磁电流，使同步发电机定子电流为零或最小值，然后按下ZBL57挂箱上的QF分闸按钮，即断开与电网的并联开关QF，将Rst调至最大，断开电枢电源，再断开励磁电源，把三相调压器旋至零位。
六、实验心得体会
1．具体分析手动准同期方法和自同期方法的优缺点。
2．阐述并联运行条件不满足时进行并网操作将引起什么后果？