电力系统自动化实验报告.docx
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电力系统自动化实验报告
电力系统自动化实验报告
学院:
专业:
电气工程及其自动化
班级:
电气一班
指导老师:
学生:
学号:
实验一励磁控制方式及其相互切换实验
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。
图1励磁控制系统示意图
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
励磁电流Ifd
0.0A
0.5A
1.5A
2.5A
显示控制角α
120°
86.6°
62.73°
38.49°
励磁电压Ufd
0
14.32
38.1
63.4
交流输入电压UAC
62.7
62.2
61.4
60.8
由公式计算的α
120°
86.6°
62.73°
38.49°
示波器读出的α
120°
84°
66°
42°
计算公式:
Ud=1.35UacCOSα(0≤α≤π/3)
(二)控制方式及其相互切换
1.恒UG=400V
表2-2
发电机频率
发电机电压(V)
励磁电流(A)
励磁电压(V)
给定电压(V)
45Hz
398.2
1.702
40.85
4.44
46Hz
400.9
1.628
39.82
4.51
47Hz
401.7
1.512
38.20
4.61
48Hz
400.0
1.433
36.57
4.70
49Hz
401.5
1.333
35.47
4.77
50Hz
400.8
1.250
34.00
4.85
51Hz
401.3
1.176
32.97
4.92
52Hz
400.6
1.106
31.7
4.99
53Hz
400.7
1.057
30.92
5.05
54Hz
400.6
1.006
30.05
5.11
55Hz
400.7
0.959
29.37
5.17
测试结论:
由测试数据可知,整定励磁调节方式为恒UG=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UG=400V的功能,满足要求。
2.恒IL=2A
选择它励恒IL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
发电机频率
发电机电压(V)
励磁电流(A)
励磁电压(V)
给定电压(V)
45Hz
419.3
1.993
46.22
4.10
46Hz
428.6
1.992
46.57
4.08
47Hz
437.5
1.993
46.65
4.07
48Hz
447.8
2.000
47.02
4.06
49Hz
456.2
1.994
47.10
4.05
50Hz
465.7
1.996
47.25
4.05
51Hz
474.6
1.995
47.27
4.05
52Hz
484.2
1.998
47.30
4.05
53Hz
493.1
1.994
47.37
4.04
54Hz
502.3
2.000
47.45
4.04
55Hz
512.1
1.999
47.57
4.03
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
序号
发电机频率(Hz)
发电机电压(V)
励磁电流
(A)
励磁电压
(V)
给定电压
(V)
1
45.0
461.6
2.696
61.20
2.99
2
46.0
470.3
2.670
61.30
2.99
3
47.0
479.7
2.655
61.37
2.98
4
48.0
489.2
2.646
61.47
2.99
5
49.0
498.8
2.631
61.45
2.99
6
50.0
507.9
2.610
61.25
2.99
7
51.0
518.1
2.617
61.40
2.98
8
52.0
527.3
2.601
61.37
2.99
9
53.0
537.2
2.606
61.52
2.99
10
54.0
547.2
2.603
61.42
2.99
11
55.0
557.3
2.601
61.65
2.99
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
序号
系统
电压
(V)
发电机
电压
(V)
发电机
电流
(A)
励磁
电流
(A)
给定
电压
(V)
有功
功率
(kW)
无功
功率
(kVar)
1
380
454.0
1.00
2.160
3.85
0.535
0.599
2
370
445.0
1.03
2.052
3.97
0.550
0.600
3
360
434.5
1.06
1.966
4.08
0.574
0.596
4
350
427.3
1.10
1.883
4.16
0.573
0.603
5
390
460.0
0.97
2.231
3.77
0.516
0.586
6
400
465.0
0.93
1.266
3.65
0.507
0.569
7
410
476.0
0.87
2.400
3.42
0.474
0.566
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±0.034KVA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
系统电压
发电机电压
发电机电流
励磁电流
控制角α
有功功率
380V
345V
2.15A
1.7A
73.7
1100W
360V
335V
2.2A
1.7A
73.7
1200W
390V
349V
2.05A
1.7A
73.7
1300W
410V
354V
2.05A
1.7A
73.7
1600W
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
发电机状态
励磁电流
励磁电压
控制角α
空载
1.27
34.50
66°
半负载
2.25
52.45
48°
额定负载
2.48
56.77
40.8°
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
发电机状态
励磁电流
励磁电压
控制角α
空载
2.3A
35V
68.2
半负载
2.6A
41.5V
64.2
额定负载
3.1A
48V
59.8
实验二复杂电力系统运行方式实验
一、实验目的
1.了解和掌握对称稳定情况下,输电系统的网络结构和各种运行状态与运行参数值变化范围。
2.理论计算和实验分析,掌握电力系统潮流分布的概念。
3.加深对电力系统暂态稳定内容的理解,使课堂理论教学与实践相结合,提高学生的感性认识。
三、实验项目和内容
1.单、双回路稳态对称运行实验
表3-1COSφ=0.8UX=300VP:
kWQ:
kVarU:
VI:
A
参数
线路结构
P1
Q1
P2
Q2
I
UF
UZ
ΔU
ΔP
ΔQ
单回路
0.5
0.32
0.45
0.15
1.00
357.2222
330
57.2
0.01
+
1.0
0.70
0.98
0.06
1.88
383.66
345
83.6
0.02
+
1.5
1.09
1.45
进相
2.79
387.1
324
87.0
0.05
-
双回路
0.5
0.31
0.48
0.22
1.05
338.0
320
38.0
0.02
+
1.0
0.69
0.99
0.30
1.99
361.9
335
61.0
0.01
+
1.5
1.10
1.45
0.32
2.84
381.5
342
81.5
0.05
+
2.0
1.42
1.90
0.40
3.69
392.0
345
82.0
0.10
+
P1,Q1——送端功率P2,Q2——受端功率I——相平均电流UZ——中间站电压ΔU——电压损耗ΔP——有功损耗ΔQ——无功方向。
结论:
在发出同样的有功功率的情况下,双回路比单回路的电压损耗更低,运行更稳定。
2.单回路稳态非全相运行实验
表3-2COSφ=0.8UX=300VP:
kWQ:
kVarU:
VI:
A
参数
运行状态
P1
Q1
UA
UB
UC
IA
IB
IC
单回路全相运行
0.5
0.375
200
201
202
1.017
1.011
0.968
1.0
0.746
218
218
218
1.901
1.898
1.834
单回路非全相运行
A相断路
0.5
0.27
205
201
195
0
1.360
1.366
1.0
0.776
230
220
205
0
2.862
2.858
B相断路
0.5
0.276
195
205
294
1.473
0
1.362
1.0
0.864
201
230
220
3.064
0
2.903
C相断路
0.5
0.258
202
195
205
1.378
1.423
0
1.0
0.744
221
200
230
2.864
2.982
0
实验三一机—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。
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
P
Q
I
UF
UZ
U
U
△
单回路
0.4
0.38
1.625
400
385
367
35
20
0.8
0.4
1.25
390
375
365
25
10
1.2
0.45
2.2
375
350
367
10
-5
1.0
0.4
1.5
387
372
367
20
5
双回路
1.0
0.5
1.625
390
370
365
25
5
1.4
0.49
2.5
375
365
365
10
0
1.8
0.5
3.25
360
350
365
-5
15
0.6
0.5
1.25
390
380
365
25
15
注:
UZ—中间开关站电压;U—输电线路的电压损耗;△
—输电线路的电压降落
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。
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。
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。
实验四同步发电机励磁控制实验
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;
5.了解电力系统稳定器的作用;观察强励现象及其对稳定的影响;
6.了解几种常用励磁限制器的作用;
7.掌握励磁调节器的基本使用方法。
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。
图1励磁控制系统示意图
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。
当三相全控桥的交流励磁电源取自发电机机端时,构成自并励励磁系统。
而当交流励磁电源取自380V市电时,构成它励励磁系统。
两种励磁方式的可控整流桥均是由微机自动励磁调节器控制的,触发脉冲为双脉冲,具有最大最小α角限制。
微机励磁调节器的控制方式有四种:
恒UF(保持机端电压稳定)、恒IL(保持励磁电流稳定)、恒Q(保持发电机输出无功功率稳定)和恒α(保持控制角稳定)。
其中,恒α方式是一种开环控制方式,只限于它励方式下使用。
同步发电机并入电力系统之前,励磁调节装置能维持机端电压在给定水平。
当操作励磁调节器的增减磁按钮,可以升高或降低发电机电压;当发电机并网运行时,操作励磁调节器的增减磁按钮,可以增加或减少发电机的无功输出,其机端电压按调差特性曲线变化。
发电机正常运行时,三相全控桥处于整流状态,控制角α小于90°;当正常停机或事故停机时,调节器使控制角α大于90°,实现逆变灭磁。
电力系统稳定器――PSS是提高电力系统动态稳定性能的经济有效方法之一,已成为励磁调节器的基本配置;励磁系统的强励,有助于提高电力系统暂态稳定性;励磁限制器是保障励磁系统安全可靠运行的重要环节,常见的励磁限制器有过励限制器、欠励限制器等。
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
(1)合上操作电源开关,检查实验台上各开关状态:
各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄;
(2)励磁系统选择它励励磁方式:
操作“励磁方式开关”切到“微机它励”方式,调节器面板“它励”指示灯亮;
(3)励磁调节器选择恒α运行方式:
操作调节器面板上的“恒α”按钮选择为恒α方式,面板上的“恒α”指示灯亮;
(4)合上励磁开关,合上原动机开关;
(5)在不启动机组的状态下,松开微机励磁调节器的灭磁按钮,操作增磁按钮或减磁按钮即可逐渐减小或增加控制角α,从而改变三相全控桥的电压输出及其波形。
注意:
微机自动励磁调节器上的增减磁按钮键只持续5秒内有效,过了5秒后如还需要调节,则松开按钮,重新按下。
实验时,调节励磁电流为表1规定的若干值,记下对应的α角(调节器对应的显示参数为“CC”),同时通过接在Ud+、Ud-之间的示波器观测全控桥输出电压波形,并由电压波形估算出α角,另外利用数字万用表测出电压Ufd和UAC,将以上数据记入下表,通过Ufd,UAC和数学公式也可计算出一个α角来;完成此表后,比较三种途径得出的α角有无不同,分析其原因。
表2-1
励磁电流Ifd
0.0A
0.5A
1.5A
2.5A
显示控制角α
120 °
86.6 °
62.73 °
38.49 °
励磁电压Ufd
0
14.32
38.1
63.4
交流输入电压UAC
62.7
62.2
61.4
60.8
由公式计算的α
120 °
86.6 °
62.73 °
38.49 °
示波器读出的α
120 °
84°
66 °
42 °
(6)调节控制角大于90度但小于120度,观察全控桥输出电压波形,与课本所画波形有何不同?
为什么?
(7)调节控制角大于120度,观察全控桥输出电压波形,与课本所画波形有何不同?
为什么?
(二)同步发电机起励实验
同步发电机的起励有三种:
恒UF方式起励,恒α方式起励和恒IL方式起励。
其中,除了恒α方式起励只能在它励方式下有效外,其余两种方式起励都可以分别在它励和自并励两种励磁方式下进行。
恒UF方式起励,现代励磁调节器通常有“设定电压起励”和“跟踪系统电压起励”的两种起励方式。
设定电压起励,是指电压设定值由运行人员手动设定,起励后的发电机电压稳定在手动设定的电压水平上;跟踪系统电压起励,是指电压设定值自动跟踪系统电压,人工不能干预,起励后的发电机电压稳定在与系统电压相同的电压水平上,有效跟踪范围为85%~115%额定电压;“跟踪系统电压起励”方式是发电机正常发电运行默认的起励方式,而“设定电压起励”方式通常用于励磁系统的调试试验。
恒IL方式起励,也是一种用于试验的起励方式,其设定值由程序自动设定,人工不能干预,起励后的发电机电压一般为20%额定电压左右;恒α方式起励只适用于它励励磁方式,可以做到从零电压或残压开始由人工调节逐渐增加励磁,完成起励建压任务。
1.恒UF方式起励步骤
(1)将“励磁方式开关”切到“微机自励”方式,投入“励磁开关”;
(2)按下“恒UF”按钮选择恒UF控制方式,此时恒UF指示灯亮;
(3)将调节器操作面板上的“灭磁”按钮按下,此时灭磁指示灯亮,表示处于灭磁位置;
(4)启动机组;
(5)当转速接近额定时,(频率≥47Hz),将“灭磁”按钮松开,发电机起励建压。
注意观察在起励时励磁电流和励磁电压的变化(看励磁电流表和电压表)。
录波,观察起励曲线,测定起励时间,上升速度,超调,振荡次数,稳定时间等指标,记录起励后的稳态电压和系统电压。
上述的这种起励方式是通过手动解除“灭磁”状态完成的,实际上还可以让发电机自动完成起励,其操作步骤如下:
(1)将“励磁方式开关”切到“微机自励”方式,投入“励磁开关”;
(2)按下“恒UF”按钮选择恒UF控制方式,此时恒UF指示灯亮;
(3)使调节器操作面板上的“灭磁”按钮为弹起松开状态(注意,此时灭磁指示灯仍然是亮的);
(4)启动机组;
(5)注意观察,当发电机转速接近额定时(频率≥47Hz),灭磁灯自动熄灭,机组自动起励建压,整个起励过程由机组转速控制,无需人工干预,这就是发电厂机组的正常起励方式。
同理,发电机停机时,也可由转速控制逆变灭磁。
改变系统电压,重复起励(无需停机、开机,只需灭磁、解除灭磁),观察记录发电机电压的跟踪精度和有效跟踪范围以及在有效跟踪范围外起励的稳定电压。
按下灭磁按钮并断开励磁开关,将“励磁方式开关”改切到“微机它励”位置,恢复投入“励磁开关”(注意:
若改换励磁方式时,必须首先按下灭磁按钮并断开励磁开关!
否则将可能引起转子过电压,危及励磁系统安全。
)本励磁调节器将它励恒UF运行方式下的起励模式设计成“设定电压起励”方式(这里只是为了试验方便,实际励磁调节器不论何种励磁方式均可有两种恒UF起励方式),起励前允许运行人员手动借助增减磁按钮设定电压給定值,选择范围为0~110%额定电压。
用灭磁和解除灭磁的方法,重复进行不同设定值的起励试验,观察起励过程,记录设定值和起励后的稳定值。
2.恒IL方式起励步骤
(1)将“励磁方式开关”切到“微机自励”方式或者“微机它励”方式,投入“励磁开关”;
(2)按下“恒IL”按钮选择恒IL控制方式,此时恒IL指示灯亮;
(3)将调节器操作面板上的“灭磁”按钮按下,此时灭磁指示灯亮,表示处于灭磁位置;
(4)启动机组;
(5)当转速接近额定时(频率>=47Hz),将“灭磁”按钮松开,发电机自动起励建压,记录起励后的稳定电压。
起励完成后,操作增减磁按钮可以自由调整发电机电压。
3.恒α方式起励步骤
(1)将“励磁方式开关”切到“微机它励”方式,投入“励磁开关”;
(2)按下恒α按钮选择恒α控制方式,此时恒α指示灯亮;
(3)将调节器操作面板上的“灭磁
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