电力系统及其自动化实验报告学院：专业：电气工程及其自动化班级：姓名：学号：指导老师：THLZD-2型电力系统综合自动化实验平台认识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，展示了现代电能发出和输送全过程的工作原理。
这套实验装置由THLZD-2 电力系统综合自动化实验台（简称“实验台”）、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。
一、THLZD-2 型电力系统综合自动化实验台包括以下单元：1．输电线路单元：采用双回路输电线路，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联络阻抗。
输电线路的具体结构如下图所示：图1-3单机－无穷大系统电力网络结构图输电线路分“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，可通过调节实验台面板上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。
具体功能如下：⑴励磁电源：为 THLCL-1 型常规励磁装置和 THLWL-3 型微机励磁装置功率部分提供电源。
（发电机电压），⑵THLCL-1 型常规励磁装置：采用 PI 调节；具有恒 Ug（发电机额定电压）；具有最小、最大励磁电流值的限制。
恒压精度为 0.5%UgN⑶ THLWL-3 型微机励磁装置：能够测量三相电压、电流、有功功率、无功功率、频率、功率因数、励磁实验一发电机组的起动与运转实验一、实验目的1．了解微机调速装置的工作原理和掌握其操作方法。
2．熟悉发电机组中原动机（直流电动机）的基本特性。
3．掌握发电机组起励建压，并网，解列和停机的操作二、原理说明在本实验平台中，原动机采用直流电动机模拟工业现场的汽轮机或水轮机，调速系统用于调整原动机的转速和输出的有功功率，励磁系统用于调整发电机电压和输出的无功功率。
图3-1-1 为调速系统的原理结构示意图，图3-1-2 为励磁系统的原理结构示意图。
图3-1-1 调速系统原理结构示意图装于原动机上的编码器将转速信号以脉冲的形式送入THLWT-3 型微机调速装置，该装置将转速信号转换成电压，和给定电压一起送入ZKS-15 型直流电机调速装置，采用双闭环来调节原动机的电枢电压，最终改变原动机的转速和输出功率。
三、实验内容与步骤1．发电机组起励建压2．发电机组停机3．发电机组并网4．发电机组发出有功和无功功率5．发电机组解列6．发电机组组网运行四、实验思考：1．为什么发电机组送出有功和无功时，先送无功？如果先送有功，工作特性曲线就会出现在第二象限，发电机吸收无功，产生无功缺额，电压下降，进入进相运行，使有功功率缺额，频率下降。
会使定子端子过热，损坏绝缘。
2．为什么要求发电机组输出的有功和无功为0 时才能解列？是为了保护断路器尽量带电流分闸维护系统稳定，不发生功率突变，保护发电机避免突然电负荷的冲击，如果有功负荷未减至0，解列时电磁制动力矩突然消失，在电机过剩力矩作用下引起机组超速，降有功为0 是防止发电机突然丢失电荷造成电机过速，降无功为0 是防止发电机瞬间过电压。
综上：按实验步骤可顺利完成发电机组的起励建压、并网、解列、停机等相关操作，实验现象与指导书中的描述一致，满足要求。
实验二励磁调节控制方式及其相互切换的实验一、实验目的1．加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务；2．了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点；3．熟悉三相全控桥整流、逆变的工作波形；观察触发脉冲及其相位移动；4．了解微机励磁调节器的基本控制方式。
二、原理与说明同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。
励磁控制系统的三大基本任务是：稳定电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳定性。
实验用的励磁控制系统示意图如图1所示。
可供选择的励磁方式有两种：自并励和它励。
三、实验项目和方法（一）不同α角（控制角）对应的励磁电压波形观测表2-1计算公式： Ud=1.35UacCOSα（0≤α≤π/3) （二）控制方式及其相互切换1．恒U G=400V表2-2测试结论：由测试数据可知，整定励磁调节方式为恒U G=400V时，当发电机频率在50±5Hz范围内变化时，励磁调节器可将发电机电压恒定在400±2V的范围内，即实现了恒U G=400V的功能，满足要求。
2．恒IL=2A选择它励恒I L方式，开机建压不并网，改变机组转速45Hz～55Hz，记录频率与发电机电压、励磁电流、控制角α的关系数据。
表2-3测试结论：由测试数据可知，整定励磁调节方式为恒IL=2A后，当发电机频率在50±5Hz范围内变化时，励磁调节器可将励磁电流恒定在2±0.01A的范围内，即实现了恒IL=2A的功能，故认为满足要求。
⒊恒Ug=3V表2-4测试结论：由测试数据可知，整定励磁调节方式为恒Ug=3V 后，当发电机频率在50±5Hz 范围内变化时，励磁调节器可将给定电压恒定在3±0.015V 的范围内，即实现了恒Ug=3V 的功能，故认为满足要求。
⒋恒Q=0.569Kvar表2-5测试结论：由测试数据可知，整定励磁调节方式为恒Q=0.569Kvar后，当系统电压在350～410V范围内变化时，励磁调节器可将无功功率Q恒定在0.569±0.034 KVA的范围内，即实现了恒Q=0.569Kvar的功能，故认为满足要求。
4．恒Q方式表2-6注意：四种控制方式相互切换时，切换前后运行工作点应重合。
5．负荷调节表2-7测试结论：控制回路工作正常，符合设计要求。
调节调速器的增速减速按钮，可以调节发电机输出有功功率，调节励磁调节器的增磁减磁按钮，可以调节发电机输出无功功率。
由于输电线路比较长，当有功功率增到额定值时，功角较大（与电厂机组相比），必要时投入双回线；当无功功率到额定值时，线路两端电压降落较大，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，必要时投入双回线。
记录发电机额定运行时的励磁电流，励磁电压和控制角。
将有功、无功减到零值作空载运行，记录发电机空载运行时的励磁电流，励磁电压和控制角。
了解额定控制角和空载控制角的大致度数，了解空载励磁电流与额定励磁电流的大致比值。
表2-8实验三电力系统功率特性和功率极限实验一、实验目的1．加深理解发电机功率特性和功率极限的概念。
2．通过实验了解提高电力系统功率极限的措施。
二、原理说明图3-8 为一个简单电力系统示意图，其中发电机通过升压变压器T1、输电线路和降压变压器T2 接到无限大容量系统，为了分析方便，往往不计各元件的电阻和导纳。
图3-8 简单电力系统的等值电路及相量图设发电机至系统d 轴和q 轴总电抗分别为XdΣ和XqΣ⑴隐极发电机功率的功率特性：发电机电势Eq 点的功率为：3-11发电机输送到系统的功率为：3-12发电机无调节励磁时，电势Eq 为常数，从上公式可知：3-13当发电机装有励磁调节器时，为了维持发电机端压水平，发电机电势Eq 随运行情况而变化。
⑵凸极发电机功率的功率特性：3-14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、实验内容与步骤1．无调节励磁时功率特性和功率极限的测定2．手动调节励磁时，功率特性和功率极限的测定给定初始运行方式，在增加发电机有功输出时，手动调节励磁保持发电机端电压恒定，测定发电机的功一角曲线和功率极限，并与无调节励磁时所得的结果比较分析，说明励磁调节对功率特性的影响3．自动调节励磁时，功率特性和功率极限的测定四、实验数据1、无调节励磁时功率特性和功率极限的测定测试记录及数据处理：表5-1 单回线 UX=300V 无功基本保持0kVar, 76°失步P 1——送端功率ΔQ1——送端无功方向 P2——受端功率U F UZ——发电机侧，中间站线电压 IA——发电机相电流 If——发电机励磁电流P：KW Q：KVAR U：V I：A表5-2 双回线 UX=300V 无功基本保持0kVar ,78°失步结论：相同电压下，当即将失步时，双回线比单回线的有功功率高。
即功率极限更高，所以双回线比单回线更稳定。
2.输电线为单回线，保证并网前 Eq＜Ux，Eq=290V，并网后，不调节发电机的励磁电流，测试记录及数据处理表5-3 单回线 UX =300V 并网前Eq=290V＜UX76°失步3.输电线仍然为单回线，保证并网前 Eq＞Ux，Eq=310V，并网后，不调节发电机的励磁电流测试记录及数据处理表5-4 单回线 UX =300V 并网前Eq=310V＞UX78°失步结论：比较实验2和3，相同系统电压和线路电抗的情况下，电势越高，功率极限越大。
4.手动调节励磁时，功率特性和功率极限的测定, 逐步增加发电机输出有功功率，调节发电机励磁电流，保持端电压恒定,观察并记录系统中运行参数的变化，测试记录及数据处理表 5-5 单回线 UX=300V 手动调节励磁5. 自动调节励磁时，功率特性和功率极限的测定, 逐步增加发电机输出有功功率,观察并记录系统中运行参数的变化.测试记录及数据处理表 5-6 单回线 U=300V 常规他励 130°失步X结论：比较实验4和5 可知，有励磁调节时，功率极限要高，同时，因为发电机组和系统之间有线路电抗，所以功角大于90°。