电力系统自动化设计报告
设计课题：电力系统功率特性和功率极限试验
专业班级：
学生姓名：
学生学号：
指导教师：
成 绩：
刘袁伟
二○一一年四月
一、设计目的
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
二、设计要求
通过电力系统物理模拟实验的基本方法，加深理解功率极限的概念，在试验中体会各种提高功率极限措施的作用；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。
三、方案所需设备
1．WDT-III 电力系统综合自动化试验台
四、设计原理
（一）发电机的功率特性方程
发电机输出的电磁功率和功率角的关系，称为发电机的功率特性。这是分析电力系统稳定性问题的一个重要方法。
1．隐极式发电机的功率特性方程
隐极式发电机的转子是对称的，因而它的纵轴同步电抗和横轴同步电抗是相等的，当不计各元件的电阻及对地导纳支路时，发电机至系统总电抗为Xd 。
①以空载电动势和同步电抗表示的功率特性方程
当发电机与无限大容量母线相连时，母线电压U=定值，如果发电机有自动调节励磁装置，并保持Eq=定值，则式（5-1）中将只有一个变量——功率角，可做出发电机的功率特性曲线，如图 5-1所示。 由图可见，发电机功率特性曲线为一正弦曲线，其最大值为称功率极限。 功率角 在电力系统稳定问题的研究中占有特别重要的地位。它除了表示电动势和电压之间的相位差，即表征系统的电磁关系之外，还表示了各发电机转子之间的相对空间位置。 角随时间的变化描述了各发电机转子间的相对运动。如两个发电机电气角速度相同，则 角保持不变。如增大送端发电机的原动机功率，使PT1>PT0，则由于发电机转子上的转子平衡遭到破坏，发电机转子加速，发电机转子间的相对空间位置便要发生变化，功率角 增大，直至达到新的平衡点。
②以暂态电动势和暂态电抗表示的功率特性方程
在分析暂态稳定或近似地分析某些有自动调节励磁装置的静态稳定时，往往以横轴暂态电动势和纵轴暂态电抗表示发电机。在这种情况下的功率特性方程为：
当发电机与无限大容量母线相连时，U=定值，且发电机装有自动调节励磁装置，并能保持q E =定值。取不同的 值代入式（6-8）中，可绘制出这种情况下发电机的功率特性曲线. 由于纵轴暂态电抗和其同步电抗不等，出现了一个按两倍功率角正弦 sin2 变化的功率分量，一般称暂态磁阻功率。由于它的存在，使功率特性曲线发生了畸变，而使功率极限略有增加，
并出现在功率角大于 90 处。
2．凸极式发电机的功率特性方程
如发电机为凸极机，则其纵轴和横轴同步电抗不相等。当不计各元件的电阻及对地导纳时，发电机至系统 d 轴总电抗为Xd ，q 轴总电抗为Xq 。
（二）简单电力系统的功率特性
1．简单电力系统的功率特性方程
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： 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Eq （或E ）恒定。
2．提高功率极限的措施
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：①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②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③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。
五、设计过程
5．1 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
（6）输电线路为双回线，重复上述步骤
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。
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（EqUx）发电机的功一角特性曲线和功率极限。
实验步骤： 电力系统及自动化综合实验指导书
（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
（5） 输电线为单回线，并网前 Eq>Ux，重复上述步骤
5．2 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。
实验步骤：
（1）单回线输电线路；
（2）发电机与系统并列后，使校正初始值；
（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。
5.3 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；
2．微机它励（恒流或恒压控制方式），实验步骤自拟。
注意事项：
1．调速器处停机状态时，如果“输出零”灯不亮，不可开机；
2．实验结束后，通过励磁调节使无功输出为零，通过调速器调节使有功输出为零，解列之后按下调速器的停机按钮使发电机转速至零。跳开操作台所有开关之后，方可关断操作台上的操作电源开关。
六、结论与心得
通过本次设计，有助于培养了求真务实的科学精神。学习不仅需要智力、能力，更需要求真务实的科学精神。仪表误差、读数误差、电源电压不稳、线路接触不良、接线错误等故障都会影响实验结果，造成实践与理论。这就要求在实验过程中，要实事求是如实地记录实验数据和现象，不允许人为改动，积极思考、认真分析错误产生误差的原因。然后，尽可能安排学生重做实验，直至得出正确的实验结果。最后培养了学生严谨、求实的科学作风。
电力系统自动化设计报告
设计课题：电力系统功率特性和功率极限试验
专业班级：
学生姓名：
学生学号：
指导教师：
成 绩：
刘袁伟
二○一一年四月
一、设计目的
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
二、设计要求
通过电力系统物理模拟实验的基本方法，加深理解功率极限的概念，在试验中体会各种提高功率极限措施的作用；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。
三、方案所需设备
1．WDT-III 电力系统综合自动化试验台
四、设计原理
（一）发电机的功率特性方程
发电机输出的电磁功率和功率角的关系，称为发电机的功率特性。这是分析电力系统稳定性问题的一个重要方法。
1．隐极式发电机的功率特性方程
隐极式发电机的转子是对称的，因而它的纵轴同步电抗和横轴同步电抗是相等的，当不计各元件的电阻及对地导纳支路时，发电机至系统总电抗为Xd 。
①以空载电动势和同步电抗表示的功率特性方程
当发电机与无限大容量母线相连时，母线电压U=定值，如果发电机有自动调节励磁装置，并保持Eq=定值，则式（5-1）中将只有一个变量——功率角，可做出发电机的功率特性曲线，如图 5-1所示。 由图可见，发电机功率特性曲线为一正弦曲线，其最大值为称功率极限。 功率角 在电力系统稳定问题的研究中占有特别重要的地位。它除了表示电动势和电压之间的相位差，即表征系统的电磁关系之外，还表示了各发电机转子之间的相对空间位置。 角随时间的变化描述了各发电机转子间的相对运动。如两个发电机电气角速度相同，则 角保持不变。如增大送端发电机的原动机功率，使PT1>PT0，则由于发电机转子上的转子平衡遭到破坏，发电机转子加速，发电机转子间的相对空间位置便要发生变化，功率角 增大，直至达到新的平衡点。
②以暂态电动势和暂态电抗表示的功率特性方程
在分析暂态稳定或近似地分析某些有自动调节励磁装置的静态稳定时，往往以横轴暂态电动势和纵轴暂态电抗表示发电机。在这种情况下的功率特性方程为：
当发电机与无限大容量母线相连时，U=定值，且发电机装有自动调节励磁装置，并能保持q E =定值。取不同的 值代入式（6-8）中，可绘制出这种情况下发电机的功率特性曲线. 由于纵轴暂态电抗和其同步电抗不等，出现了一个按两倍功率角正弦 sin2 变化的功率分量，一般称暂态磁阻功率。由于它的存在，使功率特性曲线发生了畸变，而使功率极限略有增加，
并出现在功率角大于 90 处。
2．凸极式发电机的功率特性方程
如发电机为凸极机，则其纵轴和横轴同步电抗不相等。当不计各元件的电阻及对地导纳时，发电机至系统 d 轴总电抗为Xd ，q 轴总电抗为Xq 。
（二）简单电力系统的功率特性
1．简单电力系统的功率特性方程
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： 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Eq （或E ）恒定。
2．提高功率极限的措施
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：①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②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③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。
五、设计过程
5．1 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
（6）输电线路为双回线，重复上述步骤
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。
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（EqUx）发电机的功一角特性曲线和功率极限。
实验步骤： 电力系统及自动化综合实验指导书
（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
（5） 输电线为单回线，并网前 Eq>Ux，重复上述步骤
5．2 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。
实验步骤：
（1）单回线输电线路；
（2）发电机与系统并列后，使校正初始值；
（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。
5.3 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；
2．微机它励（恒流或恒压控制方式），实验步骤自拟。
注意事项：
1．调速器处停机状态时，如果“输出零”灯不亮，不可开机；
2．实验结束后，通过励磁调节使无功输出为零，通过调速器调节使有功输出为零，解列之后按下调速器的停机按钮使发电机转速至零。跳开操作台所有开关之后，方可关断操作台上的操作电源开关。
六、结论与心得
通过本次设计，有助于培养了求真务实的科学精神。学习不仅需要智力、能力，更需要求真务实的科学精神。仪表误差、读数误差、电源电压不稳、线路接触不良、接线错误等故障都会影响实验结果，造成实践与理论。这就要求在实验过程中，要实事求是如实地记录实验数据和现象，不允许人为改动，积极思考、认真分析错误产生误差的原因。然后，尽可能安排学生重做实验，直至得出正确的实验结果。最后培养了学生严谨、求实的科学作风。