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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Xd?和Xq?，则发电机的功率特性为：
PEq?EqUXd?U2Xd??Xq?sin???sin2?
2Xd??Xq?当发电机装有励磁调节器时，发电机电势Eq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：
???Xq?U2Xd??PEqsin???sin2?
?????Xq?Xd2Xd??或 PE?UEq??Xdsin??
?UEq这时功率极限为
??PEmE?U Xd?
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Ux、发电机电势保持Eq保持不变，即并网前Ux=Eq），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
? P IA UF Ifd Q 0? 0 0 10? 171 0.27 20? 433 0.73 30? 650 1.03 40? 886 1.37 353 2.10 -84 50? 956 1.52 350 2.10 -127 60? 1169 1.93 336.7 2.10 -186 70? / / / / / 80? / / / / / 90? / / / / / 371.8 370.0 365.8 360.2 2.09 0 2.10 0 2.09 -15 2.10 -27
表4-2 双回线
? P IA UF Ifd Q 0? 0 0 374.7 2.12 0 10? 20? 442 0.69 369.4 2.12 -34 30? 40? 1320 2.11 354.7 2.12 -104 50? 60? 1821 3.34 316.7 2.12 -164 70? 80? 2083 3.91 293.4 2.12 -202 90? 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。 （3）?角由功角指示器读出。
2．发电机电势Eq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Eq不同时（Eq
实验步骤：
（1） 输电线为单回线，并网前Eq （2） 发电机与系统并列后，调节发电机使其输出有功功率为零； （3） 逐步增加发电机输出的有功功率，而发电机不调节励磁； （4） 观察并记录系统中运行参数的变化，填入表4-3中； （5） 输电线为单回线，并网前Eq>Ux，重复上述步骤，填入表4-4中。 表4-3 单回线 并网前Eq ? P IA UF Ifd Q 0? 0 0 370 2.10 0 －10? 20? 440 0.68 368 2.10 -50 30? 40? 880 1.52 352 2.10 -170 50? 60? 1200 2.15 345 2.10 -300 70? / / / / / 80? / / / / / 90? / / / / / 表4-4 单回线 并网前 Eq>Ux ? P IA UF Ifd Q 0? 0 0 390 2.5 0+ 10? 20? 440 0.68 384 2.5 100 30? 40? 880 1.60 374 2.5 -50 50? 60? 1200 2.20 369 2.5 -120 70? 1300 2.30 360 2.5 -180 80? / / / / / 90? / / / / / （二）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。 实验步骤： （1）单回线输电线路； （2）发电机与系统并列后，使P=0，Q=0，?=0，校正初始值； （3）逐步增加发电机输出的有功功率，调节发电机励磁，保持发电机端电压恒定或无功输出为零； （4）观察并记录系统中运行参数的变化，填入表4-5中。 表4-5 单回线 手动调节励磁 ? P IA UF Ifd Q 0? 0 0 380 2.0 0 10? 20? 450 0.7 380 2.2 10 30? 40? 900 1.7 380 2.51 15 50? 60? 1300 2.35 380 2.7 17 70? 80? 1800 3.10 380 2.9 14 90? 表4-6 双回线 手动调节励磁 ? P IA UF Ifd Q 0? 0 0 380 2.0 0 10? 20? 450 0.7 380 2.0 2.0 30? 40? 900 1.80 380 2.0 18 50? 60? 1343 2.40 380 2.0 24 70? 80? 1800 3.2 380 2.0 10 90? 2100 3.5 380 2.0 19 （三）自动调节励磁时，功率特性和功率极限的测定 将自动调节励磁装置接入发电机励磁系统，测定功率特性和功率极限，并将结果与无调节励磁和手动调节励磁时的结果比较，分析自动励磁调节器的作用。 1．微机自并励（恒流或恒压控制方式），实验步骤自拟； 表4-7 单回线 微机自并励方式 ? P IA UF Ifd Q 0? 0 0 380 2.0 0 10? 20? 450 0.75 379.7 2.2 50 30? 40? 870 1.75 379.7 2.4 100 50? 60? 1350 2.42 380.2 2.52 180 70? 80? 90? 2200 3.7 379.6 2.9 250