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1、电力系统实验报告实验三 电力系统稳定控制实验姓名：胡馨学号：09292036班级：电气0910任课老师：夏明超实验老师：王小君实验时间：2012年5月28日16：0018：00电力系统功率特性分析实验一、实验目的加深理解电力系统稳定运行和失去稳定的过程；掌握各种运行方式的功率特性，加深对功率极限的理解；掌握各种运行方式的功率特性对系统稳定的影响。二、实验内容 观察电力系统稳定运行和失稳过程； 绘制功率特性，求取功率极限； 不同运行方式下潮流分布的比较分析。三、实验使用工程文件及参数工程文件名：电力系统功率分析实验G1：300+j180MVA（PQ节点）B1：Sn=360MVA，变比=18/11
2、0 KV，Uk=14.3，Pk=230KW，P0=150KW，I0/In=1；B2：Sn=360MVA，变比=110/18KV，Uk=10.5，Pk=128KW，P0=40.5KW，I0/In=3.5；固定频率电源S：Un=18 KV（平衡节点）；L1、L2：长度：100km，电阻：0.02/km，电抗：0.3256/km，电纳：2.7410-6S/km。 四、实验方法和步骤 电力系统稳定运行和失去稳定的过程打开名为“电力系统功率分析实验”的工程文件，该工程中有一个双回线网络，并带有一个三相故障点，模拟系统在发生故障后的失稳现象。系统网络结构图如图所示，输入给定参数，完成实验系统建立。运行仿真
3、，在输出图页上观察故障前系统稳定运行时的电压、电流波形，以及在发生故障后，系统失稳状态的电压、电流波形。将电压电流波形记录下来，并大致标明稳定运行和失稳状态的阶段。 功率特性实验无励磁调节时的功率特性设置不同的功角，运行仿真，测量发电机的输出功率，结果填入表，并利用实验结果在图中绘制功率特性曲线，求出功率极限。 无励磁调节功率记录表 8.41622.53135P120180300400450 五、思考题 什么叫做电力系统失稳现象？什么情况下电力系统会失稳？答：电力系统正常应该处于“稳定状态”，即：系统的频率一致，电压和潮流稳定并在允许的范围之内。这种平衡状态的破坏，就称为“失稳”。“失稳”通常
4、是由各种故障“扰动”引起的，例如非同期并列引起的系统冲击，联络线跳闸引起的潮流变化，大机组跳闸或大面积甩负荷引起的功率不平衡等。“失稳”的现象一般表现为：系统局部或大面积“震荡”，电压和电流剧烈波动，电压和频率偏离正常范围，有可能引起电网解列或电网瓦解。 什么叫做功角特性？发电机励磁对功率特性有什么影响？对功率极限有什么影响？答：同步发电机的功角特性是指发电机的有功功率(P)、无功功率(Q)与发电机电抗(Xd、Xq)、内电动势(Ed)、机端电压(U)和功角()的关系特性。(1) 发电机功角特性。1)有功特性：发电机输出的有功功率为P = Ed*U*Sin/Xd + U2*Sin2*(1/Xq
5、1/Xd)/22)无功特性：发电机输出的无功功率为Q = Ed*U*Cos/Xd + U2*Cos2*(1/Xq 1/Xd)/2 - U2*(1/Xq + 1/Xd)/2(2)隐极发电机功角特性。对于隐极发电机，取Xd = Xq。1)有功特性：发电机输出的有功功率为P = Ed*U*Sin/Xd，P代表发电机输出的有功功率，对发电机产生制动的电磁转矩。在一定的电压和励磁电流下，发电机的有功功率P与功角多是函数关系。2)无功特性：发电机输出的无功功率为Q = Ed*U*Cos/Xd + U2/Xd，式中第一项与Ed和有关，它表示由转子励磁经电磁感应传递到定子的无功功率，值随角的余弦而改变。由于U
6、*Cos = Ed Id*Xd，则上式第一项可改写为 Ed2/Xd Ed*Id，第二项与Ed和无关，它代表发电机维持一定端电压U所需励磁的无功功率。因为Ed = U*Cost + Id*Xd，故Q = Ed*Id Id2*Xd，即供给电网的无功功率等于主磁通转换的无功功率减去电枢绕组电感的无功损耗。由此可见，增加发电机的励磁电流(即加大Ed)，便可增大发电机的无功输出。对于隐极发电机，取Xd = Xq。此时发电机输出的有功功率为 P = Ed*U*Sin/Xd，但当 = 90时，P为最大功率（即极限功率）。功角特性是同步发电机的基本特性之一。通过功角特性，可以确定稳态运行时发电机所能发出的最大
7、电磁功率。功角特性还是研究同步发电机并联运行时经常应用的重要特性。 功角特性曲线和电力系统稳定有什么影响？答： 由等面积定则可知：多边形abce的面积小于degf的面积时，系统稳定，否则不稳定。暂态稳定分析实验一、实验目的进一步认识电力系统暂态失稳过程，学会绘制摇摆曲线；掌握影响电力系统暂态稳定的因素，掌握故障切除时间（角）对电力系统暂态稳定的影响；掌握提高电力系统暂态稳定的方法。二、实验内容 电力系统暂态失稳实验； 故障类型对电力系统暂态稳定的影响；电力系统暂态稳定的影响因素实验。三、 实验使用工程文件及参数G1：300+j180MVA（PQ节点）B1：Sn=360MVA，变比=18/242
8、 KV，Uk=14.3，Pk=230KW，P0=150KW，I0/In=1；B2：Sn=360MVA，变比=220/18KV，Uk=10.5，Pk=128KW，P0=40.5KW，I0/In=3.5；固定频率电源S：Un=18 KV（平衡节点）；线路L1、L2：长度：100km，电阻：0.02/km，电抗：0.3256/km，电纳：2.7410-6S/km。四、实验方法和步骤 电力系统暂态失稳实验打开名为“暂态稳定分析实验”的工程文件。该工程中有一个双回线网络，并带有一个故障点，模拟电力系统发生故障后的暂态失稳现象。网络结构图如图15-6所示，输入给定参数，完成实验系统建立。 图15-6 带故
9、障点双回路网络结构图运行仿真，在输出图页上观察故障前系统稳定运行时的电压、电流波形，以及在发生故障后，系统失稳状态的电压、电流波形，并将电压电流波形记录到图15-7和图15-8(仿真时间：15秒；故障时刻：第5秒；故障持续时间：0.5秒；故障距离：50；故障类型：三相短路)。1）整体图2）发生故障前3）发生故障时4）发生故障后 故障类型对电力系统暂态稳定的影响实验模型中，在故障点设置不同类型短路，按表15-6运行仿真，观察结果，记录波形。(故障跳闸：仿真时间：15秒；故障时刻：第5秒；故障持续时间：0.5秒；故障距离：50；断路器第一次动作时间（分闸）：5.5秒；1. 故障跳闸：a. 单相短路
10、 1）故障时 2）故障前3）故障后4）发电机输出功率故障时故障后b.两相短路1）故障前2）故障时3）故障后4）发电机输出功率整体图故障时c.两相接地短路1）故障时2）发电机输出功率整体图故障时d.三相短路1）整体图2）短路后3）发电机输出功率整体图故障时图2.故障不跳闸：仿真时间：15秒；故障时刻：第5秒；故障持续时间：10秒；故障距离：50；)a单相短路1）故障前2）故障时3）故障后4）发电机输出功率b.两相短路1)故障时2）发电机输出功率 c.两相接地短路1）整体图2）发电机输出功率d三相短路2）发电机输出功率结论：由以上波形可知在各种不同类型情况下，故障时输出电压电流和发电机功率波形不一
11、样，而故障后单相短路、两相短路、和两相接地短路的电压、电流和发电机输出功率波形基本上能够达到故障前的稳定状态。只有三相短路时，发电机的功角会发生振荡，并逐渐增大，最终会发散至接近180，所以在这种情况下，系统是不能保持暂态稳定的。电力系统暂态稳定的影响因素实验打开名为“暂态稳定分析实验”的工程文件，该工程中有一个双回线网络，并带有一个故障点，网络结构图如图15-9所示，输入给定参数，完成实验系统建立。将发电机的有功功率P设置为0，调整发电机电压为18KV，仿真时间为15秒，故障时刻为第5秒，故障持续时间为0.5秒，故障距离为0.1。图15-9 双回路带故障的结构图a 运行仿真，在监控图页上不断
12、改变发电机的输出功率，通过短路故障来得出暂态稳定极限功率。分别进行以下类型的故障：单相接地短路、两相短路、两相接地短路、三相短路，分别求出相应的暂态稳定极限。b 将故障持续时间改为1.0秒，重复a的实验内容，并求出各种故障条件下的暂态稳定极限。c 将故障地点改为线路末端，重复a的实验内容，并求出各种故障条件下的暂态稳定极限。d 将发电机P为0时的发电机电压调整成17.2KV，重复a的实验内容，并求出各种故障条件下的暂态稳定极限。将以上实验a、b、c、d所得的暂态稳定极限填入表15-7中。表15-7 暂态稳态极限值记录表顺序排列单相接地两相短路两相接地三相短路a300300283208b3003
13、00198128c300300265195d300300283208结论单相接地短路和两相相间短路时其暂态稳定极限都达到了发电机的额定输出功率，说明通常情况下电力系统发生单相接地短路和两相相间短路时在0.5s的持续时间内都能够恢复到稳定运行状态。发电机的极端电压的大小不影响暂态稳定极限的大小，而两相接地短路的暂态稳定极限要高于三相短路。五、思考题 什么叫电力系统暂态稳定？暂态稳定极限和哪些因素有关？答：电力系统暂态稳定是指电力系统受到大的干扰后，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳定运行方式的能力。暂态稳定极限和正常运行情况及扰动情况有关。正常运行情况包括发电机向系统输出的有功功率、发电机暂态电势。扰动情况包括发生故障的类型、故障切除时间、故障发生的地点。 用实验结果说明故障切除时间（角）对系统暂态稳定性的影响。答：因为a中故障持续时间为0.5s，b中故障持续时间为1.0s，通过表15-7中的a、b两种情况对比可知，b中各种故障类型（两项接地和三相短路）的暂态稳态极限值均小于a中的。所以快速切除故障对于提高电力系统暂态稳定性有决定性的作用。因为快速切除故障减小了加速面积，增加了减速面积，提高了发电机之间并列运行的稳定性。另一方面，快速切除故障也可使负荷中的电动机端电压迅速回升，减小了电动机失速和停顿的危险，提高了负荷的稳定性。