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。

2．双回路对称运行与单回路对称运行比较实验按实验1的方法进行实验2的操作，只是将原来的单回线路改成双回路运行。

将实验1的结果与实验2进行比较和分析。

表3-1注：U Z —中间开关站电压；∆U —输电线路的电压损耗；△U&—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0"<t<100"；（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100"以后，重合闸成功，系统恢复到实验1状态。

表3-2四、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。

由实验数据，我们得到如下变化规律：（1）保证励磁不变的情况下，同一回路，随着有功输出的增加，回路上电流也在增加，这是因为输出功率P=UIcos Φ，机端电压不变所以电流随着功率的增加而增加；（2）励磁不变情况下，同一回路，随着输出功率的增大，首端电压减小，电压损耗也在减小，这是由于输出功率的增大会使发电机输出端电压降低，在功率流向为发电机到系统的情况下，即使电压虽好降低有由于电压降落的横向分量较小，所以电压降落近似为电压损耗；（3）出现电压降落为负的情况是因为系统倒送功率给发电机的原因。

单回路供电和双回路供电对电力系统稳定性均有一定的影响，其中双回路要稳定一些，单回路稳定性较差。

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。

由实验数据，我们可以得到如下结论：（1）送出相同无功相同有功的情况下：单回路所需励磁电压比双回路多，线路电流大小相等，单回路的电压损耗比双回路多；（eg.P=1,Q=0.5时）（2）送出相同无功的条件下，双回路比单回路具有更好的静态稳定性，双回路能够输送的有功最大值要多于单回路；发生这些现象的原因是：双回路电抗比单回路小，所以所需的励磁电压小一些，电压损耗也要少一些，而线路电流由于系统电压不改变；此外，由于电抗越大，稳定性越差，所以单回路具有较好的稳定性。

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：电力系统静态稳定是指电力系统受到小干扰后，不发生非周期性的失步，自动恢复到起始运行状态的能力。

电力系统的静态稳定性是电力系统正常运行时的稳定性,电力系统静态稳定性的基本性质说明,静态储备越大则静态稳定性越高。

影响简单系统静态稳定性的因素主要指来自各个方面的小干扰；还有就是发电机的电势、系统电压、系统元件电抗。

小干扰通常指的是正常的负荷波动和系统操作、少量负荷的投入和切除以及系统接线的切换等。

2．提高电力系统静态稳定有哪些措施？答:电力系统具有静态稳定性是系统正常运行的必要条件。

要提高系统的静态稳定性，主要是提高输送功率的极限。

从简单电力系统的功率极限表达式PM =EV/X来看，可以从提高发电机的电势E、提高系统电压V 和减小系统元件电抗X这三方面入手。

提高静态稳定性的措施很多，但是根本性措施是缩短"电气距离"。

主要措施有:（1）提高发电机的电势E：调节空载电动势，主要可以通过采用自动励磁装置，根据运行状态变量的偏移改变励磁，调节发电机励磁电流，以调节空载电动势。

（2）减小系统元件的电抗X：所以常减小输电线路的电抗，可采用分裂导线、串联电容器补偿、增多输电线路的回路数等方法来减小电抗。

（3）提高系统的电压等级，可以提高系统的稳定性，电压越高，电压损耗越小，且增加了输送功率。

（4）提高系统的运行电压，通过备有足够的无功功率来完成，如装设调相机、静止补偿器等。

（5）改善系统的结构，加强系统联系，缩小电气距离，例如增加回路数等。

（6）采用直流输电。

3.何为电压损耗、电压降落？答：电压损耗是指始末端电压的数值差(U1 –U2 )，也用∆U表示：∆U= U1 –U2 ；电压降落△U&是指始末端电压的向量差△U&= (U1 –U2 )。

当两点电压的相角差相差不大时，可近似的认为电压损耗就等于电压降落。

4.“两表法”测量三相功率的原理是什么？它有什么前提条件？答：①两表法的测量原理：两表法是表1的电流接A相，电压接U ab；表2的电流接C相，电压接Ucb ，则有P=P1+P2=U ab I a cos(30°+ Φ）+ U cb I c cos(30°-Φ)=3UΦIΦcosΦ②两表法测量的前提条件：三相三系统可以用两表法测量,但是三相四线系统只有在三相平衡时才可以采用两表法，所以一般电能计量过程中,三相三线系统采用两表法,三相四线系统采用三表法。

实验心得：并网的位置时并网。

非常接近，调节励磁使两者的电压相等，然后观察同期系统，当指针指可以速让同步电机动起来，调节同步机的转速使其频率与电网的频率（50赫兹）让我们大概了解电力系统的基本运作；同步电机的并网的操作：开始先调转.第四章 电力系统功率特性和功率极限实验一、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 d q 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。

三、实验项目和方法（一）无调节励磁时功率特性和功率极限的测定 1．网络结构变化对系统静态稳定的影响（改变x ）在相同的运行条件下（即系统电压U x 、发电机电势保持E q 保持不变，即并网前U x =E q ），测定输电线单回线和双回线运行时，发电机的功一角特性曲线，功率极限值和达到功率极限时的功角值。

同时观察并记录系统中其他运行参数（如发电机端电压等）的变化。

将两种情况下的结果加以比较和分析。

实验步骤：（1）输电线路为单回线；（2）发电机与系统并列后，调节发电机使其输出的有功和无功功率为零； （3）功率角指示器调零；（4）逐步增加发电机输出的有功功率，而发电机不调节励磁；（5）观察并记录系统中运行参数的变化，填入表4-1中；（6）输电线路为双回线，重复上述步骤，填入表4-2中。

表4-1 单回线表4-2 双回线注意：（1）有功功率应缓慢调节，每次调节后，需等待一段时间，观察系统是否稳定，以取得准确的测量数值。

（2）当系统失稳时，减小原动机出力，使发电机拉入同步状态。

2．发电机电势E q不同对系统静态稳定的影响在同一接线及相同的系统电压下，测定发电机电势E q不同时（E q<U x或E q>U x）发电机的功一角特性曲线和功率极限。