實驗二 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析

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1、實驗二 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析 一、實驗目的 1. 通過實驗加深對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定內容的理解，使理論教學與實踐結合，提高學生的感性認識； 2. 學生通過實際操作，從試驗中觀察到系統(tǒng)失步現(xiàn)象和掌握正確處理的措施。 二、實驗原理 電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定問題是指電力系統(tǒng)受到較大的擾動之后，各發(fā)電機能否繼續(xù)保持同步運行的問題，在各種擾動中，以短路故障的擾動最為嚴重。在故障發(fā)生時及故障切除通過強勵磁增加發(fā)電機的電勢，可用于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于電力系統(tǒng)發(fā)生瞬間單相接地故障較多，發(fā)生瞬間單相故障時采用自動重合閘，使系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)。這兩種方法都有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 暫態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)在某個

2、運行情況下突然受到大的干擾后，能否經過暫態(tài)過程達到新的穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)或則恢復到原來的狀態(tài)。 這里所謂的大干擾是相對小干擾來說的，一般指短路故障，突然斷開線路或則發(fā)電機等。如果收到干擾后系統(tǒng)能夠回到穩(wěn)態(tài)運行，就說系統(tǒng)在這種運行情況下是暫態(tài)穩(wěn)定。反之，各發(fā)電機組轉子間一直有相對運動，相對角不斷變化，系統(tǒng)的功率、電流、電壓都不斷振蕩，導致系統(tǒng)不能繼續(xù)運行下去，則稱系統(tǒng)在這種運行情況下不能保持暫態(tài)穩(wěn)定。一個系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定情況和系統(tǒng)原來的運行方式及干擾方式有關，同一個系統(tǒng)在某個運行方式下和某種干擾下系統(tǒng)是暫態(tài)穩(wěn)定，而在另一個運行方式和另外一種干擾下它也可能是不穩(wěn)定的。 干擾最嚴重的是三相短路故障，單相

3、接地故障比較多。系統(tǒng)的暫態(tài)時間有些可以在1S內都失去同步，有些可以維持幾分鐘。 模擬電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性實驗接線圖一般采用發(fā)電機-變壓器-雙回線路-無窮大系統(tǒng)。 以下我們來分析一下發(fā)電機在正常運行-短路故障-故障切除三種狀態(tài)下功率特性曲線。如下圖：原動機輸出的機械功率用PT表示，發(fā)電機向系統(tǒng)送的電磁功率用P0表示。正常運行的時候PT= P0。假設不計故障之后幾秒鐘調速器的作用，機械功率始終保持P0，圖中a表示發(fā)電機正常運行點在曲線PⅠ上，發(fā)生短路后功率特性降為PⅡ，由于轉子的慣性，轉子角度不會立刻變化，運行點有a變至b點，電磁功率顯著減小，而原動機PT不變，三相短路時PⅡ曲線越低，此時將加速

4、，其相對速度和相對角度（同步）增加，有b點向c點移動，如果故障一直存在，則始終存在過剩功率，發(fā)電機一直加速，直到系統(tǒng)失去同步。實際上，此時繼電保護動作，故障切除，功率特性曲線變?yōu)镻Ⅲ，發(fā)電機的運行點有c點變?yōu)閑點，此時發(fā)電機的輸出功率大于機械功率，轉子速度減小，但是此時的速度還是大于同步轉速的，功角還是在繼續(xù)增大，到達f時，速度相等，制動結束，但是在f點是不能穩(wěn)定運行的，此時機械功率和電磁功率不相等，轉子減速，功角減小，有f點向e、k點轉換，在到達k點以前一直減速，轉換子速度低于同步轉速，在k點雖然2個功率相等但是速度不平衡，繼續(xù)減速，一旦低于k點，開始加速，如果沒有阻尼，則在PⅢ曲線上來回振

5、蕩，實際上存在阻尼的，振蕩幾次穩(wěn)定運行的k點。 如果故障切除的時間比較晚，在到達h時轉子速度還是大于同步轉速，越過h點后，繼續(xù)加速，系統(tǒng)回不到原來點，系統(tǒng)失去同步。 判斷方法：加速面積等于減速面積。加速面積小于減速面積系統(tǒng)可以穩(wěn)定，加速面積大于減速面積系統(tǒng)不可以穩(wěn)定。此時和故障切除的時間有關，故障切除的越晚，系統(tǒng)越不可能穩(wěn)定，此外還有故障類型也有影響。 方法：快速切除故障、利用重合閘。 重合后有兩種情況：一種重合后短路故障切除，此時顯著增加減速面積，利用系統(tǒng)穩(wěn)定。另外一種，減小減速面積，系統(tǒng)能否穩(wěn)定取決于再次切除故障的快慢。 提高暫態(tài)穩(wěn)定性的措施：快速切除故障、自動重合閘

6、應用、提高發(fā)電機的輸出電磁功率、減小原動機的機械功率。 重合閘重合成功 重合閘重合沒有成功 三、實驗步驟短路對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響： 1. 短路類型對暫態(tài)穩(wěn)定的影響 首先按照前述步驟啟動發(fā)電機組，進行并網(wǎng)操作。 本實驗臺通過對操作臺上的短路選擇按鈕的組合可進行單相接地短路，兩相相間短路，兩相接地短路和三相短路試驗。觀察不同短路故障時對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。 2. 故障切除時間對暫態(tài)穩(wěn)定的影響 固定短路點，短路類型和系統(tǒng)運行條件，使發(fā)電機向電網(wǎng)輸送有功功率，測定不同故障切除時間能保持系統(tǒng)穩(wěn)定時發(fā)電機所能輸送的最大功率，分析故障切除時間對暫態(tài)穩(wěn)定的影響。 實驗一

7、 手動準同期并網(wǎng)實驗 一、實驗目的 1．掌握三相同步發(fā)電機投入并聯(lián)運行的條件和操作方法。 2．掌握三相同步發(fā)電機并聯(lián)運行時有功功率與無功功率的調節(jié)。 二、實驗并網(wǎng)條件 1）發(fā)電機的頻率和電網(wǎng)頻率要相同；在實際工作中要求頻率差△f不超過（0.2%~0.5%）fe。 2）發(fā)電機和電網(wǎng)電壓大小相同；在實際工作中要求電壓差△U不超過（5%~10%）Ue。 3）相位要相同；在實際工作中要求合閘時相位差δ不超過10°。 4）發(fā)電機和電網(wǎng)相序要相同。 三、實驗內容 1．用手動準同期方法將三相同步發(fā)電機投入電網(wǎng)并聯(lián)運行。 2．用自同期方法將三相同步發(fā)電機投入電網(wǎng)并聯(lián)運行。 3．三相同步

8、發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)運行時有功功率的調節(jié)。 4．三相同步發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)運行時無功功率的調節(jié)。 四、實驗設備 序號 型號 名稱 數(shù)量 1 DD01.3-3 導軌、測速發(fā)電機及轉速表 1臺 2 DJ21.3-1 直流電動機(原動機) 1臺 3 DJ18-1 三相同步發(fā)電機 1臺 4 ZB35 真有效值交流電流表 1只 5 ZBL64 真有效值交流電壓表 1只 6 ZBL62 智能功率、功率因數(shù)表 1只 7 ZB31 直流數(shù)字電壓、電流表 1只 8 ZBL57 可控勵磁發(fā)電系統(tǒng)組件（四） 1臺 9 ZBL58 可控勵

9、磁發(fā)電系統(tǒng)組件（五） 1臺 10 ZBL59 可控勵磁發(fā)電系統(tǒng)組件（六） 1臺 11 ZBL60 可控勵磁發(fā)電系統(tǒng)組件（七） 1臺 12 ZBL54 可調電阻器、試驗元件 1臺 13 DZB01 三相自耦調壓器 1臺 三相交流電源 1路 14 ZBL51 旋轉燈、整步表 1臺 五、實驗步驟 1）按圖接線，GS為三相同步發(fā)電機，帶動GS旋轉的原動機采用DJ23校正直流測功機MG。Rst選用ZBL54上180Ω電阻，Rf1選用ZBL54上1800Ω電阻，開關QF為ZBL57掛箱上的模擬斷路器，QFG為ZBL57掛箱上的模擬滅磁開關，并把開關QF打在

10、“斷開”位置，開關QFG在斷開狀態(tài)，滅磁電阻RFS經QFG常閉觸點并聯(lián)在同步發(fā)電機勵磁繞組兩端。 2）三相調壓器旋轉退至零位，在電樞電源及勵磁電源開關都在“關斷”位置的條件下，合上電源總開關，按下“開”按鈕，調節(jié)調壓器使電壓升至額定電壓100伏?？赏ㄟ^V1表觀測。 3）按他勵電動機的起動步驟（校正直流測功機MG電樞串聯(lián)最大起動電阻Rst，勵磁調節(jié)電阻Rf1調至最小，先接通控制屏上勵磁電源，后接通控制屏上電樞電源）起動MG并使MG電機轉速達1500r/min且保持恒定。將滅磁開關QFG合上，勵磁電源接入同步發(fā)電機的勵磁繞組兩端，調節(jié)2RPb以改變GS的勵磁電流IL，使同步發(fā)電機發(fā)出額定電壓1

11、00伏，可通過V2表觀測，ZBL51整步表上琴鍵開關打在“斷開”位置。 4）觀察三組相燈，若依次明滅形成旋轉燈光，則表示發(fā)電機和電網(wǎng)相序相同，若三組相燈同時發(fā)亮、同時熄滅則表示發(fā)電機和電網(wǎng)相序不同。當出現(xiàn)發(fā)電機和電網(wǎng)相序不同時，則應停機（先將Rst回到最大位置，斷開控制屏上的電樞電源開關，再按下交流電源的“?！卑粹o），并把三相調壓器旋轉至零位。在確保斷電的情況下，調換發(fā)電機或電網(wǎng)三相電源任意二根端線以改變相序后，按前述方法重新起動MG。 5）當發(fā)電機和電網(wǎng)相序相同時，調節(jié)2RPb改變同步發(fā)電機勵磁電流使同步發(fā)電機電壓和電網(wǎng)（電源）電壓相同。再進一步細調原動機轉速。使各相燈光緩慢地輪流旋轉發(fā)

12、亮，此時接通ZBL51整步表上琴鍵開關，觀察ZBL51上表上指針在中間位置，S表指針順時針緩慢旋轉。待A相燈熄滅時合上并網(wǎng)開關QF，把同步發(fā)電機投入電網(wǎng)并聯(lián)運行（為選準并網(wǎng)時機，可讓其循環(huán)幾次再并網(wǎng)）。 6）然后調節(jié)增加原動機輸入功率和調節(jié)2RPb增大輸入同步發(fā)電機的勵磁電流，至GS帶上額定的有功和無功功率。 7）停機時應先斷開ZBL51整步表上琴鍵開關，減小輸入原動機的功率及減小GS轉子的勵磁電流，使同步發(fā)電機定子電流為零或最小值，然后按下ZBL57掛箱上的QF分閘按鈕，即斷開與電網(wǎng)的并聯(lián)開關QF，將Rst調至最大，斷開電樞電源，再斷開勵磁電源，把三相調壓器旋至零位。 六、實驗心得體會 1．具體分析手動準同期方法和自同期方法的優(yōu)缺點。 2．闡述并聯(lián)運行條件不滿足時進行并網(wǎng)操作將引起什么后果？