嘉兴学院 XXX专业实验指导书
机电工程实验中心
2010、9
目录
1 《XXX》课程实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.1 绪论
1.1.1 XXXX„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„X 1.1.2 XXXX„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„X
1.2 实验项目指导„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„X 实验一 XXXXXX„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„X 实验二 XXXXXX„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„X
2 XXX课程实验 2.1 绪论
2.1.1 XXXX„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„X 2.1.2 XXXX„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„X
2.2 实验项目指导 实验一 XXXXXX 实验二 XXXXXX
1 《电力工程基础》课程实验
1.1 绪论
《电力工程基础》的实验的目的在于使学生掌握系统运行的原理及特性，学会通过实验掌握电力系统的潮流计算的仿真与分析、电力系统的故障分析方法、根据正常、故障运行现象及相关数据分析原因，并做出正确结论；从实验中观察发电机单机带负载、发电机励磁系控制、电力系统稳定运行的原理与特性，通过实验使学生能够掌握常用仪器和实验设备的使用方法，目的在于培养学生掌握基本的实验方法与操作技能。
《电力工程基础》课程实验方式有演示型、学生分组操作型实验。在整个实验过程中，必须集中精力，认真做好实验。现按实验过程提出下列具体要求。
1.1.1、实验前的准备
实验准备即为实验的预习阶段，是保证实验能否顺利进行的必要步骤。每次实验前都应做好预习，才能对实验目的、步骤、结论和注意事项等做到心中有数，从而提高实验质量和效率。预习应做到：
1．复习教科书有关章节内容，熟悉与本次实验相关的理论知识。
2．认真学习实验指导书，了解本次实验目的和内容，掌握实验工作原理和方法，仔细阅读实验安全操作说明，明确实验过程中应注意的问题（有些内容可到实验室对照实验设备进行预习，熟悉设备的使用及其规定值等）。
3．实验前应写好预习报告，其中应包括实验系统的详细接线图、实验步骤、数据记录表格等，经教师检查认为确实做好了实验前的准备，方可开始实验。
5．认真做好实验前的准备工作，对于培养学生独立工作能力，提高实验质量和保护实验设备、人身的安全等都具有相当重要的作用。
1.1.2、实验的进行
在完成理论学习、实验预习等环节后，就可进入实验实施阶段。实验时要做到以下几点： 1．预习报告完整，熟悉设备
实验开始前，指导老师要对学生的预习报告做检查，要求学生了解本次实验的目的、内容和方法，只有满足此要求后，方能允许实验。
指导老师要对实验装置作详细介绍，学生必须熟悉该次实验所用的各种设备，明确这些设备的功能与使用方法。
2．建立小组，合理分工
每次实验都以小组为单位进行，每组由5～10人组成。实验进行中，机组的运行控制、电力系统的监控调度、记录数据等工作都应有明确的分工，以保证实验操作的协调，数据准确可靠。
3．试运行
在正式实验开始之前，先熟悉仪表的操作，然后按一定规范通电接通电力网络，观察所
有仪表是否正常。如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切正常，即可正式开始实验。
4．测取数据
预习时应对所测数据的范围做到心中有数。正式实验时，根据实验步骤逐次测取数据。 5．认真负责，实验有始有终
实验完毕后，应请指导老师检查实验数据、记录的波形。经指导老师认可后，关闭所有电源，并把实验中所用的物品整理好，放至原位。
1.1.3、实验总结
这是实验的最后阶段，应对实验数据进行整理、绘制波形和图表、分析实验现象并撰写实验报告。每位实验参与者要独立完成一份实验报告，实验报告的编写应持严肃认真、实事求是的科学态度。如实验结果与理论有较大出入时，不得随意修改实验数据和结果，而应用理论知识来分析实验数据和结果，解释实验现象，找出引起较大误差的原因。
实验报告是根据实测数据和在实验中观察发现的问题，经过自己分析研究或分析讨论后写出的实验总结和心得体会，应简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。
实验报告应包括以下内容：
1．实验名称、专业、班级、学号、姓名、同组者姓名、实验日期、室温等。 2．实验目的、实验线路、实验内容。
3．实验设备、仪器、仪表的型号、规格、铭牌数据及实验装置编号。 4．实验数据的整理、列表、计算，并列出计算所用的计算公式。 5．画出与实验数据相对应的特性曲线及记录的波形。 6．用理论知识对实验结果进行分析总结，得出正确的结论。
7．对实验中出现的现象、遇到的问题进行分析讨论，写出心得体会，并对实验提出自己的建议和改进措施。
8．实验报告应写在一定规格的报告纸上，保持整洁。 9．每次实验每人独立完成一份报告，按时送交指导老师批阅。
1.2 实验项目指导
实验一 电力系统物理模拟电气设备认识
一．实验目的
1. 了解配电室整体布局,认识相关设备；
2. 熟悉配电室相关制度及工作人员操作注意事项； 3. 初步掌握电力系统物理模拟实验的基本方法。 二．实验原理
1. 电力系统物理模拟实验的基本操作方法
（1）．通电时的操作
如图1，首先，开启同期中央音响信号屏背面的空气开关，第一个空气开至为电源总开关，第二个空气开关至原动机调速屏的塑壳式断路器，第三个空气开关至发电机励磁屏，第四个空气开关至10KV线路1#出线屏，第五个空气开关至10KV线路2#出线屏，第六个空气开关至10KV线路3#出线屏，第七个空气开关至10KV线路4#出线屏，其次打开发电机控制保护屏正面的门，合上空气开关，第一个空气开关为控制AC220V，DC24V，DC220V。AC220V的空气开关有三个，从左往右，第一个空气开关至X1-X4屏，第二个空气开关至X5-X9屏，第三个空气开关至X10屏，第四个空气开关供给DC24V的交流电源，经开关电源整流成DC24V供给给各个屏使用，从左往右依次为至X1-X4号屏，X5-X9号屏，X10号屏。DC2220V电源是经变压器隔离，在通过桥堆整流成DC220V。再打开原动机调速屏合上塑壳式断路器。
图1 电力系统物理模拟实验室的结构
最后合上模拟屏的系统电源投入塑壳式断路器，此时电源已完成投入。
（2）．停电时的操作
依次断开实验设备上的(空载)线路的断路器QF、电源开关、总电源开关。 （3）．开电源前各开关位置
调整实验设备上的切换开关的位置；发电机运行方式为并网运行开关的位置；发电机励磁方式为自动励磁(手动励磁)开关的位置；励磁电源为他励(自并励)开关的位置；并网方式选择手动同期(自动同期)开关的位置等。 （4）．微机自动装置
对于微机准同期装置、微机调速装置和微机励磁装置，必须了解微机装置的参数设置内容和所需设置参数的范围，并进行选择性设置、选取参数。 （5）．发电机组起动、建压、并网、双回线输电的操作
发电机组起动：合上原动机断路器，通过微机调速器自动起动发电机组至额定转速1500rad／min。如果转速不满足，手动调整调速器，将转速调至1500rad／min。
建压、并网、双回线输电：发电机励磁控制方式有微机励磁控制和手动励磁控制方式。可以任意选择其中一种方法起励建压；并网运行时应同时满足电压幅值差最小、频率差最小、相角差最小时，方可并网(手动、自动)，同期条件满足后合发电机断路器QF0 （6）．发电机组的解列和停机
调节调速装置和励磁装置，使发电机组有功功率P=0，发电机无功功率Q=0，断开发电机断路器(QF0并网断路器分闸)．完成并网解列；按下微机调速装置的停止键，转速减小到零时关闭原动机电源完成停机。
2. 安全操作规程
为了顺利完成电力系统综合实验台的全部实验，确保实验时人身安全与设备的安全可靠运行，实验设备通电前实验人员必须仔细阅读实验装置的简介内容和实验内容的注意事项。实验前应学习相关实验的理论和充分了解实验的内容，第一次使用设备的人员必须阅读实验设备各功能部件的操作原理实验。实验过程中必须认真按照实验步骤进行。实验人员必须严格遵守如下安全规程。
(1)在进行实验前，必须详细掌握各实验设备的操作方法才可进行实验。
(2)实验过程中，绝对不允许实验人员触摸输出接线端子，否则人体将触电，危及生命安全。
(3)实验人员必须首先完成本实验设备中的各种微机装置的基本操作实验，才可以进行系统实验，否则会由于对微机装置的错误操作，引起设备的损坏。
(4)发电机组与系统间的解列操作，必须保证发电机组的P=0、Q=O。因为如果发电机的出力很大，直接断开并网断路器，将使得断路器触点产生较强的“拉弧”现象，可能直接损坏断路器或缩短了断路器的使用寿命，因此要先减小发电机的出力，使电机组的有功功率P=0，无功功率Q=O。
(5)微机准同期装置、微机调速装置和微机励磁装置在实验过程中出现了设备问题，应
立即停止实验，进行检修。
(6)每次实验前一定要检查微机准同期装置、微机励磁装置和微机线路保护装置是否为原始设置状态。如果不是，应立即修改相关设置。因为实验装置的原始设置状态是为大多数实验内容而设计的，只有在特定实验中才需要改变其设置参数，每次修改参数后，完成实验时要改回原始设置，为下次实验做准备，同时每次实验前也应检查各参数的设置情况。 三．实验设备与器材
电力系统电力系统物理模拟实验屏。 四．实验内容与记录 1．电气设备的认识
指导老师要对实验装置作详细介绍，学生必须熟悉该次实验所用的各种设备，明确这些设备的功能与使用方法。
2. 电力系统的开、停机操作
在正式实验开始之前，先熟悉仪表的操作，然后按一定规范通电接通电力网络，观察所有仪表是否正常。如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切正常，即可正式开始实验。按照试验步骤完成开、停机操作。 五．实验注意事项
1．调速器处停机状态时，如果“合闸”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．实验预习与思考题
1．预习报告完整、建立小组，合理分工
实验开始前，指导老师要对学生的预习报告做检查，要求学生了解本次实验的目的、内容和方法，只有满足此要求后，方能允许实验。
每次实验都以小组为单位进行，每组由5～10人组成。实验进行中，机组的运行控制、电力系统的监控调度、记录数据等工作都应有明确的分工，以保证实验操作的协调，数据准确可靠。
2.思考题
（1）发电机起励的条件是什么？为什么？ （2）发电机并网的条件是什么？ 七．实验报告要求
1．写出电力系统模拟实验系统的操作步骤。 2．回答思考题
实验二 电力系统潮流计算（仿真）
一．实验目的
1. 熟悉PowerWorld电力系统仿真软件（简称PWS）的基本操作； 2．用PWS 建立一个简单的电力系统模型。 3. 简单电力系统潮流计算的方法； 二．实验原理
1. PowerWorld电力系统仿真软件的基本操作
在进行电力系统分析时，为了表示实际三相电力系统，常用单线图来表示实际的三相输电线路。采用单线图的目的是为了图形化地显示电力系统。本实验要求同学们通过上机实际操作，学会单线图的快捷菜单、文件菜单、编辑菜单、插入菜单、格式菜单、窗口菜单、仿真控制等菜单的使用。
使用电力世界仿真器的关键在于它的两种不同的模式：编辑模式和运行模式。操作过程中大家要注意当前工作模式，模式选择不正确，会不能正确进行相应的操作。
编辑模式用于创建新的样程和单线图或者修改已存在的样程和单线图。通过点击程序栏的“编辑模式”（EDIT MODE）按钮可切换到本模式。
运行模式可求解单步潮流计算问题以及运行电力系统的时域仿真。在程序栏上点击“运行模式”（RUN MODE）按钮进入该模式。
2．用仿真器建立一个简单的电力系统模型
以下简述怎样应用仿真器建立一个简单的电力系统模型。首先从开始－程序－PowerWorld－PowerWorld Simulator或者双击Simulator的图标，启动Simulator系统。在主菜单上依次点击File→New Case，屏幕背景将变成黄色，新单线图缺省背景色为黄色。黄色背景表示你将要创建单线图的空页。 画一条母线
（1）．在主菜单上点击Insert→Bus或插入工具栏上点击母线图元按钮。 （2）．在想放置新母线的地方单击左键，打开Bus Option对话框。
（3）．在Bus Option对话框中设定母线名称（母线号和母线名）、母线外观（显示大小、放置方向和线条粗细）、母线所在的地区（地区号和地区名）、母线所在的区域（区域号和区域名）、母线额定电压（标幺值、有名值和相角）以及是否为系统松弛节点（平衡节点）等，并且设定与之相连的负荷及对地电容补偿。
（4）．按Ok键完成母线的设定，并且关闭母线选择对话框，这时母线已经出现在设定的位置上。
例如：要画一条母线到新的样程。先在主菜单上点击Insert→Bus，然后点击屏幕中部任意一处，打开Bus Option对话框，你可以在此输入关于母线的资料。在Bus Number一栏中自动显示“1”，Simulator中每一个母线都有一个唯一的编号，为了方便起见，我们使用
缺省值。在Bus Name一栏中，可以填入一个不超过8个字符的名称，例如填入ONE。然后选中位于对话框下部的System Slack Bus复选框，将此条母线设定为系统的松弛节点(平衡节点)。对于其余栏目我们可以不进行设定，而保持它们的缺省值。按对话框下部点击Ok键就把母线画上了。现在可以看到屏幕中部已经出现了一个水平母线。 画一台发电机
（1）．在主菜单上点击Insert→Generator或在插入工具栏上点击发电机按钮。 （2）．在需要安装发电机的母线上单击一下左键，打开Generator Option对话框。 （3）．在对话框中设定发电机的名称（发电机号、发电机名、ID号、控制节点号）、外观（显示大小、放置方向和线条粗细）、输出功率控制和电压控制（有功功率、有功功率极限、无功功率极限、电压设定值和计费方式。
（4）．点击Generator Option对话框的Ok键，完成创建发电机并关闭对话框。这时单线图上已经出现了一台发电机，正是连在第2步所选的母线上。
按以上操作步骤在松弛节点上，也就是母线1上安装了一台发电机，当Generator Option对话框打开时，不需要进行设定，使用缺省值即可。 样程存盘
在主菜单上选择File→Save Case。在无其他设定的情况下，缺省的样程将以PowerWorld Binary形式进行存储（*.pwb）。 画一条带负荷的母线
再画一条母线，在主菜单上选取Insert→Bus或在插入工具栏中点击母线的按钮，然后在单线图中母线1的右侧单击左键打开Bus Option对话框，在Bus Number一栏中就使用缺省值2，Bus Name填入TWO。我们还要在母线上加上一个200MW，100MVR的负荷，点击Attached Devices标签，其中有一个Load Summary Information编辑框，在Base MW和Base MVR栏目中分别填入200和100，然后按Ok键就把母线画上了。 添加负荷
此时，尽管母线2上并没有出现负荷，但负荷实际上已经在电力系统模型中。（要想证实这一点，可以右击母线2在弹出式菜单中选择Bus Information Dialog，然后再检查Load Summary Information栏目）。要想在单线图上画一个负荷，选择主菜单上的Insert→Lord或直接在屏幕下方的插入工具栏上点击负荷图元的按钮，在母线上单击左键，打开Load Option对话框，通过此对话框可以看出负荷是200MW，100MVR。此外，Simulator还允许用户建立随电压变化的负荷模型。
Orientation栏决定了所画负荷元件的方向，选择Up，负荷指向上。然后，选定Anchored，把负荷固定在母线上，这样母线移动时，负荷也会随着移动。点击Ok键，负荷就画上了。每个负荷都自动带一个断路器。
如果要移动母线2，先把鼠标移到母线上（不是负荷上），按住左键，移动鼠标（这就是拖动）。负荷也会移动，因为它已经被固定了。要想改变负荷在母线上的位置，只要用左
键按住负荷，就可以把它拖到其他位置。 画一条输电线
（1）．在主菜单上选择Insert→Transmission Line或在插入工具栏上点击输电线图元的按钮。
（2）．在输电线的起始点上单击左键，这个点通常在一个线路的始端母线上。 （3）．放开鼠标键，移动鼠标，将看到一条线段，一端在起始点，另一端随鼠标移动。输电线和变压器由一串连续的线段组成。如果结束此线段，只要点击鼠标左键。如果开始画下一条线段，只要再移动鼠标即可。每次点击左键都会确定一条线段，同时确定一个顶点，可以移动或删除这些顶点来改变输电线。
（4）．确定输电线的最后段，在结束处双击鼠标左键，这个点通常在另一个母线上。此时出现一个Transmission Line/Transformer对话框。
（5）．在对话框中设定输电线的参数，按Ok键就出现一条输电线。
现在我们在母线1和母线2之间画上一条输电线。在主菜单上选择Insert→Transmission Line，然后在母线1上适当位置上单击左键，画出输电线的一个点。把鼠标向上移一小段距离单击左键，然后把鼠标平移到母线2的上方单击左键，再把鼠标移到母线2的适当位置上，双击左键立即会出现Transmission Line/Transformer对话框。在From Bus Number一栏中已经自动填入1，To Bus Number中已经自动填入2。在Resistance(R)，Reactance(X)和Changing(R or C)栏目中填入线路参数的标幺值，这三个栏目分别填入0.02，0.08，0.1。在LimitA（MVA）一栏中填入线路的额定视在功率，填入400。最后点击Ok键，输电线就画完成了。右击输电线路上的饼图，在弹出对话框的MVA Rating项也可以改变线路的额定视在功率。 放置断路器
现在放置断路器（如果线路两端本来就带有断路器，那么断路器已经画在图上了，选择Options→Default Drawing Values，可以在Default Drawing Option对话框中对此进行设定），断路器用来控制线路的状态。点击Insert→Circuit Breaker然后在输电线靠近母线1一端单击鼠标左键，会出现一个Circuit Breaker Options对话框，From Bus和To Bus已经分别填入1和2，如果是0的话可以自己重新输入。在Size栏中填入1（可以写入，也可以使用旁边的上下箭头进行设置）。击一下Ok键，断路器就设置好了。 写上标题和母线、线路注释
要在图上标出母线有关参数的注释，步骤如下： 1．右击母线，打开母线上的弹出式菜单。
2．在弹出式菜单上选择Add New Fields around Bus，打开Insert New Fields around Selected Objects对话框。
3．使用此对话框可以设置你想要加入的注释，每个母线可以加入8个注释。 4．点击Ok键，单线图上母线周围将出现所设置的注释。
对样程进行求解
在程序工具栏上点击Run Mode进入运行模式。注意，如果网络中含有错误，进入运行模式前必需根据Massage Log的提示把错误改正，否则程序不能正常演示和存盘。要进行模拟运行，只需要点击Simulation Control→Start/Restart。如果只想演示一下单步运行的潮流状态，在程序栏上点击Single Solution。 三．实验设备与器材
1．PowerWorld电力系统仿真软件； 2. 计算机 四．实验内容与记录
下图展示的是母线数据和线路数据在一起的五母线电力系统单线图，此系统称之为A实例。用PowerWorld Simulator和原始的数据、单线图文件，求解下面各问题
图1 电力系统实验接线图
1、对于A实例电力系统，应用PowerWorld仿真软件确定把V3增加到1.00p.u母线3上并联电容器组MVAr额定的容量。确定电容器组对线路载荷和总功率损耗的影响。
2、对于A实例运行原始的系统潮流，你发现电压越界吗？（通常母线电压范围假定是在0.95~1.05p.u）。现在假设本系统的两个变压器是分接头可变的变压器，其分接头以每步0.05p.u增加，从0.85p.u变化到1.15p.u。为了增加母线3上的电压到0.95p.u，确定分接头的设置，而其他母线尽可能不引起高电压越界。
3、在母线2和母线5之间安装一台新变压器，使新变压器与母线2和母线5之间原有的变压器并联，新变压器和原有的变压器完全一样，两台变压器的分接头设置在1.0p.u，确定每台变压器对母线5提供的有功、无功和总功。
4、引用A 实例单线图，假设在母线3和母线4之间架设一条附加线路，附加线路与原有的线路3--4相同，确定对母线3、线路载荷和总功率损耗的影响
5、在问题2中，你已经运行了A 实例，进行潮流计算，并且发现了低电压越界。为了
把母线3的电压提升至0.95p.u，在母线3上放置一电容器组，确定电容器组的大小。现在假设为了维修切除母线3和母线5之间的线路，再次运行系统，是否满足要求？如果不行，为了保持母线3电压在0.95p.u之上 ，确定必须在母线3上卸载的负荷为多少，在母线3切除相同百分比的有功和无功。
Initial Bus Records
Bus PU Volt Volt (kV) Angle (Deg) Load MW Load MVR Gen MW Gen MVR 1 1.05000 15.75 -0.500 80.00 40.00 520.00 238.94 2 1.00000 15.00 0.000 390.70 26.16 3 0.87580 302.15 -21.256 800.00 280.00 4 1.02871 354.90 -2.755 5 0.99196 342.23 -4.495 Line Records (Base MVA = 400)
From To Xfrmr R X B MVA Lim 4 1 Yes 0.00300 0.04000 0.00 1000.0 2 5 Yes 0.00600 0.08000 0.00 600.0 4 3 No 0.03600 0.40000 0.44 1200.0 5 3 No 0.01800 0.20000 0.44 1200.0 4 5 No 0.00900 0.10000 0.22 1200.0 五．预习与思考题
1．实验预习，以B2.PWB为例进行如下操作：
（1）选择主菜单的Case Information Case Summary项，了解当前样程的概况。 （2）不更改样程的原有的设置，进入运行模式。从主菜单上选择Simulation Control，Start/Restart开始模拟运行。
（3）当电力系统正在运行的时候，你可能需要查看或者修改某些参数。 （4）将母线1上的发电机Max MW Output设置为400，观察系统运行的情况。 （5）从主菜单中依次选择Options Simultion Option Simultion Unexpected Event Often设置突发性事件出现的频率，观察系统运行的情况。
（6）设置为平电压启动，观察系统运行的情况。
（7） 将母线1上的发电机Max MW Output设置为400，将母线2上的发电机Max MW Output设置为200，更改负载曲线设置，观察系统运行的情况。
2. 思考题
饼图在报警前正常工作时的填充色如何设置？
六．实验报告要求 1．完成并记录实验数据； 2.心得体会及其它。
实验三 电力系统短路计算（仿真）
一．实验目的
1. 熟悉PowerWorld电力系统仿真软件（简称PWS）的基本操作； 2．用PWS 建立一个电力系统模型。
3. 简单电力系统故障分析（仿真）计算的方法； 二．实验原理
通过选择下面四种故障处故障类型中的一种来进行计算： 单相对地短路（Single Line-to-Ground）
通过用户定义的一个对地故障阻抗来进行单相对地短路计算。把A相设为故障相。 两相短路（Line-to-Line）
假设一个值为999+j999的对地阻抗进行两相短路计算。把B相和C相设为故障相。 三相短路（3 Phase Balanced）
通过用户定义的一个对地故障阻抗来进行三相短路计算。 两相对地短路（Double Line-to-Ground）
通过定义一个接地故障阻抗来进行两相对地短路计算。 电流单位（Current Units）
允许用户是选择观察故障时标幺值还是电流的实际值。
故障结果在故障分析对话框下部以表格的形式显示，故障结果也可以在单线图里以图形化的形式显示出来。通过选择，可以把任何一个三相值单独地显示出来，或者是使三相值同时显示。
三．实验设备与器材
1．PowerWorld电力系统仿真软件； 2. 计算机 四．实验内容与记录
1．用PowerWorld Simulator和原始的数据、单线图文件，绘制待分析的电网络图形并输入各电网对象的属性值
2. 图中各个元件的参数如下：
线路2—3：正序阻抗：Z1 = 0.08 + j0.30； 零序阻抗：Z0 = j0.75；
1/2对地电纳：B/2 = j0.25；
线路1—2：正序阻抗：Z1 = 0.04 + j0.25； 零序阻抗：Z0 = j0.7；
1/2对地电纳：B/2 = j0.25；
线路1—3：正序阻抗：Z1 = 0.1 + j0.35； 零序阻抗：Z0 = j1.0；
1/2对地电纳：B/2 = 0；
变压器T1：正序阻抗：Z1 = j0.015； 零序阻抗：Z0 = j0.015；
变比：K = 1.05；接线方式：Y0/△；结构：单相变压器组；
变压器T2：正序阻抗：Z1 = j0.03； 零序阻抗：Z0 = j0.03；
变比：K = 1.05；接线方式：Y0/△；结构：单相变压器组；
负荷L1： 功率：1.6 + j0.8；正、负序阻抗均为无穷大；
零序阻抗：j0.05；
负荷L2： 功率：2 + j1；正、负、零序阻抗均为无穷大； 负荷L3： 功率：3.7 + j1.3；正、负、零序阻抗均为无穷大； 发电机G1：次暂态电抗：Xdj0.02； 零序电抗：X0 = j0.012；
有功功率：P = 5；发电机母线电压模值：V = 1.05
发电机G2：次暂态电抗：Xdj0.02； 零序电抗：X0 = j0.012；
发电机母线电压：V = 1.05
以上参数均为标幺值，潮流计算时，母线5作为平衡节点，母线4为PV节点，其余为PQ节点。
这是一个5节点系统，对线路1—2中间发生各种不对称短路时，进行短路计算。 3. 将计算结果报表打印（包括网络各节点的三序电压和各支路的三序电流）。
表1 线路1—2中间不对称短路时各节点的电压
节 1 2 3 4 5 表1 线路1—2中间不对称短路时各支路的电流
支 1-2 故 路 障 单相接地 两相接地 两相短路 故 点 障 单相接地 两相接地 两相短路
2-3 1-3 3-5 2-4 五．实验预习与思考题
1．预习PowerWorld的建模环境； 2. 短路的原因是什么？
3. 短路的类型有几种，最常见的是哪一种？ 4. 单相短路电流一定比三相短路小吗？ 六．实验报告要求
1．将实验结果采用图示、报表列出。 2. 与教材计算结果进行分析比较。 3. 心得体会及其它
实验三、同步发电机空载、短路实验
一、实验目的
1.掌握直流励磁电流和空载电动势的关系。 2.掌握三相同步发电机空载特性曲线测量方法。
3.熟悉电力系统三相相间短路故障时，对各发电厂以及输电线路运行参数的影响。 4.了解切除三相相间短路故障的实验步骤。 二、原理与说明
同步发电机的转子绕组上加直流励磁，电枢绕组开路，即为同步发电机的空载运行。此时，空载运行中只有一个由转子励磁的机械旋转磁场。该磁场截切电枢绕组将感应三相对称的空载电动势B，由于电枢绕组开路，同步发电机的端电压等于空载电动势B。空载运行特性就是讨论直流励磁电流If和空载电动势E0的关系。在实际运行时，发电机空载运行是很少遇到的，但空载运行特性却是同步发电机的一个重要特性，体现电机中磁与电的关系。
同步发电机的空载特性常用标幺值表示，取额定相电压UN为基值，E0=UN时的励磁电流If=IN为励磁电流的基值。用标幺值表示的发电机的空载特性见表3—1中的数据，利用这些数据可以得出一条典型的空载特性曲线。可用这条典型的空载特性曲线与设计好的和已制成的同步发电机的空载特性相比较，用以判断电机的磁路饱和度。
表3—1 典型的空载特性
If* E0* 0.5 0.58 1.0 1.0 1.5 1.21 2.0 1.33 2.5 1.40 3.0 1.46 3.5 1.51 同步发电机的短路特性是指在发电机三相稳态短路实验时，电枢短路电流，IK与励磁电流之间的关系曲线。它不仅可以用来说明同步发电机的性能，更主要的是可以用来测定同步发电机的参数。
同步发电机短路特性是指发电机在同步转速下，电枢绕组在出线端处三相短接(先接人)，电枢短路电流Ik与励磁电流If的关系。短路时，发电机的端电压U=0，限制短路电流的仅是发电机内部阻抗。由于一般同步发电机的电枢电阻Ra远小于同步电抗，所以短路电流可认为是纯感性的。这时电枢电流几乎全部为直轴电流，它所产生的电枢磁通势基本上是一个纯去磁作用的直轴磁通势，此时电枢绕组的电抗为直轴同步电抗Xd。 三．实验设备与器材
电力系统模拟实验屏、发电机、电动机 四、实验内容与记录 1．发电机组的空载实验
空载实验是在发电机的转速保持为同步转速(n=n1)、电枢电流(I=0)的情况下，空载电压(U0=E0)与励磁电流If的关系曲线(U0=f(I0)。空载特性曲线本质上就是电机的磁化曲线，用实验测定空载特性时，由于磁滞现象的影响，当励磁电流If从零改变到某一最大值，再由此值减小到零时，将得到上升和下降两条曲线。一般采用从U0=1.3UN开始直至If=0的下降曲线。
所以在实验过程中只能单方向调节励磁电流，中途不能来回调 节励磁电流If。
接通电源前，调整实验台上各切换开关的位置，确保:发电机运行方式为单机运行，发电机励磁方式为手动励磁、他励。 实验步骤如下。
（1）合上原动机开关，通过微机调速器自动起动发电机组至额定转速1500rad／min。如果转速不满足，手动调节调速器，将转速调至1500rad／min。
（2）手动将励磁电流调至最小位置，然后合上励磁电源开关，单方向缓慢增大励磁电流，直到U0=1.3UN为止。在此过程中记下10组左右励磁电流对应的发电机端电压值，填人表3—2中；然后再单方向减小励磁电流，直到励磁电流为零。在此过程中同样记录10组左右励磁电流对应的发电机端电压值；填入表3—3中，在Uo=UN附近多测几组数据。 （3）发电机组的灭磁和停机。数据全部记录完成后，调节手动调压变压器，使电压调至最小，灭磁、减速，按下微机调速装置的停止键，转速减小到零时，此时将原动机电源开关关断。停机操作完成。
（4）实验台设备的断电操作。依次断开实验台的单相电源开关、三相电源开关和总电源开关。
表3—2 同步发电机空载实验数据记录表(励磁电流上升) (n=1500rad／min) 测量参数 U0（V） I0（V） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 表3—3 同步发电机空载实验数据记录表(励磁电流下降) (n=1500rad／min) 测量参数 U0（V） I0（V） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2．发电机组的短路实验*
接通电源前，调整实验上各切换开关的位置，确保发电机运行方式为单机运行；发电机励磁方式为手动励磁、他励。 实验步骤如下。
（1）通过微机调速器，自动起动发电机组至额定转速1500rad／min。如果转速不满足，手动调节调速器，将转速调至1500rad／min。
（2）设置发电机出口短路，观察机端电压与电枢电流的现象，并记录。
观察发电机的机端电压、电流的波动，并记录。
（3）发电机组的灭磁和停机。数据全部记录完成后，调节手动调压变压器，调至最小，进行灭磁。按下微机调速装置的停止键来减速，当转速减小到零时，将原动机电源开关关断。
停机操作完成。
(4)实验台设备的断电操作。断电时，依次断开实验台的单相电源开关、三相电源开关和总电源开关。 五．实验注意事项
1. 实验开始前，需仔细阅读实验内容，实验严格按照实验步骤进行。
2. 操作规程：通电时，依次合上实验屏上总电源开关、三相电源开关、单相电源开关，空载合线路上的断路器；停电时，依次断开实验台上(空载)线路上的断路器、单相电源开关、三相电源开关、总电源开关。
3. 在做短路实验过程时，注意观测发电机的电枢电流，不能超过1．25倍的额定电流。 4. 实验结束后，将发电机励磁电流降到零，然后灭磁、停机，将短路用的导线拔掉。 六．预习与思考题
1. 分析上升曲线与下降曲线有什么异同，为什么?
2. 通过实验曲线，将上升曲线值与典型的空载特性值比较，分析误差特点。 七．实验报告要求
1. 整理实验数据，在同一坐标系中描绘发电机空载特性实验曲线。 2. 心得体会及其他
实验四 发电机单机带负载实验
一．实验目的
1. 了解和掌握单机带负载运行方式的特点。 2. 了解在单机带负载运行方式下原动机的转速和功角
3. 通过独立带负载运行与单机—无穷大系统运行方式的分析比较进一步理解系统稳定概念。 二．实验原理
1. 单机带负载运行方式与单机一无穷大系统运行方式有着截然不同的概念，单机一无穷大系统在稳定运行时，发电机的频率与无穷大频率一样，受大系统的频率牵制，随系统的频率变化而变化。发电机的容量只占无穷大系统容量的很小一部分。单机带负载是一个独立电力网。发电机是唯一电源，任何负载的投切都会引起发电机的频率和电压变化(原动机的调速器、发电机的励磁调节器均为有差调节)。此时，也可以通过二次调节(二次调节即设置自动调频和调压)将发电机的频率和电压调至额定值。
三相可调负载箱与单机系统连接图如图所示。本实验系统有三组负载，一组阻性负载两台异步作为感性负载，调节电感负载的大小。改变负载的阻感性。
QF1QF2三相负载
图1 单机带负载接线图
(1) 电阻的投入方式。按照上述接线方法正确接线后，负载箱接通后，三相电阻投入，取不同的电阻值开关与电感负载配合，完成的阻抗匹配。
(2) 电感的投入方式。按照上述接线方法正确接线后，调整电动机的投入量，相当于消耗无功功率。即增加了无功负载，改变了负载的功率因数。故通过调调整电动机的投入量可以改变无功负载的大小，也就调整了负载的功率因数。 三．实验设备与器材
电力系统模拟实验屏 四．实验内容与记录
1．接通电源前，调整实验屏上各切换开关的位置，确保：三个电压指示为同一相电压或线电压；发电机运行方式为单机运行；发电机励磁方式励磁自动(手动、常规即调励磁给定)他励；并网方式手动同期(自动)。
实验步骤如下。
(1) 三相可调负载箱按照上述说明接入实验系统的本地负载接口。启动原动机，将机组起动至15000rad／min，通过调节手动(常规)励磁给定，使发电机电压为6KV。
(2)合上输电线路的所有断路器，发电机通过线路送电到负载。
(3)通过控制负载箱的投人与退出改变有功负载的大小(电阻不能少于150Ω，即R >150Ω)，通过调节自耦调压器的电压改变无功负载的大小，但调节过程中始终保持负载功率因数为0.8不变(即受端功率因数保持0.8不变)，记录在不同负载下发电机转速，送、受
端的电压，有功功率，功率因数和电流，将数据记录在表4-1中。由于负载对称，只需记录一相电流即可。根据记录的数据分析发电机转速与受端功率、受端电压和功率与负载阻抗、受端功率和电压的关系。
表4-1 线路与网络参数的变化表 (常规他励) 次数 P1(KW) cosΦ P2(KW) UG(V) Us(V) I(A) n(rad/min)
2．投、切不同负载和甩负载实验 实验步骤如下。
(1) 同上实验的步骤(1)。
(2) 在发电机组带额定负载的情况下，分别切除不同性质的负载，观察机组转速和受端电压的变化，分析比较不同性质负载时对系统的影响。
(3) 甩负载实验，在发电机输电带阻感性负载后，同时断开QF3、QF4，使发电机组突甩负载，观察机组转速和送、受端电压的变化。
3．并网后投、切不同负载和甩负载实验 (1) 同上实验的步骤(1)。
(2) 在发电机组和电网并后，分别切除不同性质的负载，观察机组转速和受端电压的变化，分析比较不同性质负载时对系统的影响。
(3) 甩负载实验，系统突然甩负载，观察机组转速和送、受端电压的变化。 五．实验注意事项
实验结束后，通过调节励磁电流使无功功率至零，通过调速器使有功功率至零，系统解列。解列之后按下调速器的停机按钮使发电机转速至零。断开灭磁开关，依次断开实验台的单相电源开关、三相电源开关和总电源开关。 六．实验预习与思考题
1. 根据负载大小不同时转速的不同，绘出转速和有功功率的关系曲线，计算出原动机的调差系数。
2.单机带负载与单机～无穷大系统有什么不同?
3.在电源电动势给定、输电系统阻抗和负载功率因数一定情况下，分析负载阻抗与受端功率极限的关系。 七．实验报告要求
1．根据实验数据，结合教材，分析受端电压和功率随负载阻抗的变化规律。 2. 分析比较投切不同性质负载对转速和受端电压的影响。 3. 心得体会及其它
实验五、同步发电机励磁控制
一、实验目的
1．加深理解同步发电机励磁调节的原理和励磁控制系统的基本任务。 2．了解自励励磁方式和它励励磁方式的特点。 3．了解微机励磁调节器的基本控制方式。
4．掌握同步发电机有功功率和无功功率的调整方法。 5．掌握同步发电机无扰动投入和退出系统时的操作方法。 二．实验原理
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2—1所示。可供选择的励磁方式有两种：自励和它励。当三相全控桥的交流励磁电源取自发电机机端时，构成自励（或称为自并励）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，以防逆变颠覆。
图2——1 励磁控制系统原理图
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。
同步发电机并入电力系统之前，原动机调速装置能维持机端电压频率在给定水平。当操作调速器器的增减速按钮，可以升高或降低原动机转速、即发电机电压频率；当发电机并网运行时，操作调速器的增减速按钮，可以增加或减少发电机的有功输出，其发电机转子磁场
超前电枢合成磁场角度按功角特性曲线变化。
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°，一般工作在30~50°，受最小励磁和最大励磁限制控制；当正常停机或事故停机时，实际系统是励磁调节器使控制角α大于90°，实现逆变灭磁；本装置是励磁调节器接通励磁绕组放电回路，进行放电灭磁。
三．实验设备与器材
模拟发配电教学实验实训系统 四．实验内容与记录 1．同步发电机起励实验
同步发电机的起励方式有三种：恒压（恒UF）方式、恒流（恒IL）方式和试验方式。三种起励方式都可以分别在它励和自并励两种励磁状态下进行。
（1）恒UF方式起励：励磁调节器为跟踪系统电压起励，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。
恒UF方式起励步骤：
① 在原动机调速屏上，按“合闸”按钮，使直流电动机起动，自动调速器使电动机转速接近额定值，（频率≥47Hz）。
② 在发电机励磁屏上，励磁调节器选择“自励”方式，励磁调节器的选择开关均置于“停止”位置，即默认的恒UF运行方式，微机励磁控制器的“恒UF”指示灯亮。
③ 在同期中央音响信号屏上，将同期选择开关置“1#”位置。
④ 按下发电机励磁屏上的“合闸”按钮，此时微机励磁控制器的“投助磁”指示灯闪亮。
⑤ 机组残压较低时按下“起励”按钮，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）。记录起励后的稳态电压和系统电压。
改变系统电压，分别选择额定值的90%、110%、50%重复起励，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。
表2—1 恒压起励跟踪情况记录
系统电压 机端 电压 自励 他励 100%额定值 90%额定值 110%额定值 50%额定值 按下发电机励磁屏上的“跳闸”按钮，将“励磁方式开关”改切到“它励”，重复以上过程，数据记录到表2—1。
注意：若改换励磁方式时，必须首先按下发电机励磁屏上的“跳闸”按钮，即断开励磁开关！否则将可能引起转子过电压，危及励磁系统安全。
上述的这种起励方式是通过手动完成的，实际上还可以让发电机自动完成起励，其操作
步骤如下：
① 开启工控机，进入启动控制界面。
② 旋转励磁方式按钮选择“恒UF”控制方式。 ③ 启动机组。
④ 注意观察，当发电机转速接近额定时（频率≥47Hz），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或电阻放电灭磁。
（2）恒IL方式起励：励磁调节器设定为在恒定电流下起励，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。相当于保持转子磁场恒定，主要用于手动控制运行、系统试验和事故处理。
恒IL方式起励步骤：
① 在发电机励磁屏上，励磁调节器选择“自励”方式，励磁调节器的选择开关分别置于“停止”位置和“恒IF”位置，此时微机励磁控制器的“恒IL”指示灯亮。
② 在同期中央音响信号屏上，将同期选择开关置“1#”位置。
③ 按下发电机励磁屏上的“合闸”按钮，此时微机励磁控制器的“投助磁”指示灯闪亮。
④ 机组残压较低时按下“起励”按钮，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）。记录起励后的稳态电压和系统电压。
⑤ 起励完成后，操作增减磁按钮可以自由调整发电机电压。
（3）试验方式起励：励磁调节器设定为在某一设定电压下起励，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，这种“设定电压起励”方式通常用于励磁系统的调试试验，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。
试验方式起励步骤：
① 在发电机励磁屏上，励磁调节器选择“自励”方式，励磁调节器的选择开关分别置于“停止”位置和“试验”位置，此时微机励磁控制器的“试验”指示灯亮。
② 在同期中央音响信号屏上，将同期选择开关置“1#”位置。
③ 按下发电机励磁屏上的“合闸”按钮，此时微机励磁控制器的“投助磁”指示灯闪亮。
④ 按下“起励”按钮，然后手动增磁，直到发电机起励建压。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）。记录起励后的稳态电压和系统电压。
⑤ 起励完成后，操作增减磁按钮可以自由调整发电机电压。 ⑥ 注意比较试验方式起励与前两种起励方式有何不同。
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、控制方式及其相互切换
同步发电机励磁控制系统的控制方式有五种：恒压（恒UF）方式、恒流（恒IL）方式、恒无功（恒Q）方式、恒功率因数（恒cosφ）方式和恒α方式。
本微机励磁控制器具有以上全部五种控制方式，各控制方式均为采用PID控制的闭环系统，为了保证各控制方式间能无扰动的切换，采用了增量型PID算法。励磁采用“它励”，系统与发电机组间的线路采用双回线，即将35KV线路的Ⅰ、Ⅱ段断路器均合上。
分别具有各自特点，通过恒压方式、恒流方式、恒无功方式的实验，自行体会和总结。 （1）恒压方式
选择它励恒UF方式，开机建压不并网，改变机组转速46Hz～52Hz，记录频率与发电机电压、励磁电流、控制角α的关系数据，填入表2—2。
表2—2 恒压控制运行情况记录
发电机频率 46Hz 47Hz 48Hz 49Hz 50Hz 51Hz 52Hz （2）恒流方式
选择它励恒IL方式，开机建压不并网，改变机组转速46Hz～52Hz，记录频率与发电机电压、励磁电流、控制角α的关系数据，填入表2—3。
表2—3 恒流控制运行情况记录
发电机频率 46Hz 47Hz 48Hz 49Hz 50Hz 51Hz 52Hz 发电机电压 励磁电流 励磁电压 控制角α 给定电压 发电机电压 励磁电流 励磁电压 控制角α 给定电压 （3）恒无功方式
选择它励恒无功方式，开机建压并网后，通过调节调速装置使发电机组发出一定的有功功率，通过调节励磁或系统电压使发电机组发出一定的无功功率。如Q = 0.8MVar，要求保
证发电机功率因数为0.8，可得出有功功率。
改变系统电压380V～410V，读取发电机电压、励磁电流、给定电压和无功功率等数值并记录于表2—4中。
表2—4 恒无功控制运行情况记录
系统电压 380V 370V 360V 350V 390V 400V 410V 发电机电压 发电机电流 励磁电流 给定电压 有功功率 无功功率 注意：当频率降到43Hz时励磁控制器自动灭磁停机。
控制角在微机励磁控制器液晶显示屏上读出。
不并网不能工作在恒无功方式，先设为恒压方式起励，并网后切换为恒无功方式。 3、发电机组负荷调整
设定同步发电机励磁控制器的控制方式为恒压方式，与无穷大系统并网，按动发电机励磁控制屏上的“增磁”、“减磁”按钮，调整励磁电压的大小，便可改变机组输出的无功功率；调整原动机转速的大小，便可改变机组输出的有功功率。
（1）调节励磁装置，调整发电机组发出的无功功率，使Q = 0.8MVar，具体操作： ① 手动励磁：调节发电机励磁控制屏上的“增磁”、“减磁”按钮，逐步增大励磁，直到达到要求的无功功率值。
② 微机励磁：多次按下微机励磁控制装置面板上的“增磁”键，逐步增大励磁，直至达到要求的无功功率值。
（2）调节原动机调速器，调整发电机组发出的有功功率，使P = 3.8MW，具体操作： ① 手动调速：调节原电机调速屏上的“增速”、“减速”按钮，逐步增大转速，直到达到要求的有功功率值。
② 微机调速：多次按下微机调速控制装置面板上的“+”键，逐步增大转速，直至达到要求的有功功率值。
调节发电机负荷分别为空载、半负载和额定负载时，记录励磁电压、电流和功角，填入2—5表。
表2—5 负荷调节情况记录 发电机状态 励磁电流 励磁电压 功角δ°
空载 半负载 额定负载 4．停机灭磁
/ （1）当同步发电机输出的有功功率、无功功率均为零时，操作发电机控制保护屏上的发电机侧断路器分断开关，使同步发电机与系统解列。
（2）按动发电机励磁屏上的“跳闸”按钮，使指示灯亮，即可自动停机，微机励磁调节器自动灭磁。待机组停稳后按动原动机“跳闸”按钮，原动机停止。
（3）断开各段线路的断路器，断开无穷大电源开关。 （4）切断操作电源开关。 五．实验注意事项
1. 在实验时改换励磁方式时，必须断开励磁开关！否则将可能引起转子过电压，危及励磁系统安全。
2．当频率大于47Hz时才能启动励磁控制器。 六．预习与思考题
1．比较恒UF方式起励、恒IL方式起励有何不同？
2．比较几种运行方式的特点，说说他们各适合在何种场合应用？对电力系统运行而言，哪一种运行方式最好？试就电压质量，无功负荷平衡，电力系统稳定等方面进行比较。 七．实验报告要求
1．对实验内容所列的起励、控制方式及切换、发电机组负荷调整特性进行分析。 2．用各项的实验数据，进行作图，比较分析其产生的原因。
3．分析比较各种励磁方式和各种控制方式对电力系统安全运行的影响；
实验六 电力系统稳定运行实验
一．实验目的
1. 了解和掌握对称稳定情况下，输电系统各种运行状态与运行参数的数值变化范围； 2．掌握输电系统稳态运行时的操作规程。 3．了解励磁系统、发电机建压的基本原理和过程。 二．实验原理
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。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。同步发电机输出功率可改变，系统电压、同步发电机电压也可改变。“无穷大系统”采用大功率三相自耦调压器。三相自耦调压器的容量远大于发电机的容量，可近似看作无穷大电源，并且通过调压器可以方便地模拟系统电压的波动。实验屏上的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。
为了进行测量，设置了测量系统，以测量各种电量（电流、电压、功率、频率）。为了测量发电机转子与系统的相对位置角（功率角），在发电机轴上装设了闪光测角装置。此外，台上还设置了模拟短路故障等控制设备。
（1）发电机机端电压U1、功率P1、Q1，功率因数、频率 （2）负载端电压U2、功率P2、Q2、功率因数、频率
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：
PEqEqUXdU2XdXqsinsin2
2XdXq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。这时发电机的功率特性可表示成：
XqU2XdPEqsinsin2
XqXd2XdPE这时功率极限为
UEqUEqXdsin
PEmEU Xd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．实验设备与器材
电力系统模拟实验屏 四．实验内容与记录
开电源前，调整配电屏上的切换开关的位置，确保接通电源前，调整实验台上每个切换开关的位置，确保：并网前的同步发电机与系统的相序相同，发电机运行方式为并网运行，发电机励磁为手动励磁(自动)，励磁电源为他励，手动同期并网(自动同期并网)。 (1)发电机组起机、建压、并网、设置双回线输电；保持系统电压不变。
发电机组起机：合上原动机断路器，通过微机调速器自动起动发电机组至额定转速1500rad／min。如果转速不满足，手动调节调速器，将转速调至1500rad／min。
建压：发电机励磁控制方式有微机励磁控制和手动励磁控制方式。可以任意选择其中一种方法起励建压。
1)方式一：微机励磁控制方式(自动起励建压)，设恒UG起励方式的起励(保持机端电压为定值或其他控制方式、励磁电源为自并励方式或他励方式)，微机调速装置上的加、减速键，始终保持转速n=1500rpm。合励磁电源开关，设置微机励磁方式下的各参数(恒UG、自动励磁、建电压的范围、选取控制角等)，起动微机励磁控制系统，自动完成稳定同步发电机电压和分配同步发电机输出功率。
2)方式二：手动励磁控制方式，将微机励磁控制方式改为手动起励建压，起动发电机组至额定转速1500rad／min。在手动励磁方式下时，设励磁电源为自并励方式或他励方式，合励磁电源开关，手动调节励磁调压器，使发电机电压逐渐升到6KV(观察实验屏上的励磁
电流表和电压表)。
并网运行：并网运行既同时满足电压幅值差最小、频率差最小、角差最小方可并网(手 动、自动)这三个条件。同期条件满足后合发电机断路器QF，保持系统电压Us=400V。
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5-1中； ⑥输电线路为双回线，重复上述步骤，填入表5-2中。 表5-1 单回线 P UF Ifd Q 0 0 0 表5-2 双回线 P UF Ifd Q 0 0 0 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、自动调节励磁时，系统静态稳定的影响
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5-3 单回线 微机自并励方式 P IA Uz UF Ifd Q 0 0 0 0 表5-4 双回线 微机自并励方式
P IA Uz UF Ifd Q 0 0 0 0 （2）微机它励（恒流或恒压控制方式），实验步骤自拟。
表5-5 单回线 微机它励方式
P UF Ifd Q 0 0 0 表5-6 双回线 微机它励方式 P UF Ifd Q 0 0 0 五．实验注意事项
1．调速器处停机状态时，如果“合闸”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．预习与思考题
1． 影响简单系统静态稳定性的因素是哪些？
2． 提高电力系统静态稳定有哪些措施？ 3．何为电压损耗、电压降落。 七．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。 4. 心得体会及其他
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