电气09级电力系统自动化实验指导书

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1、 电力系统自动化实验 实验一、同步发电机准同期并列实验（一）实验目的（一）实验目的1、加深理解同步发电机准同期并列原理，掌握准同期并列条件； 2、掌握微机准同期控制器及模拟式综合整步表的使用方法； 3、熟悉同步发电机准同期并列过程； 4、观察、分析有关波形。（二）原理（二）原理将同步发电机并入电力系统的合闸操作通常采用准同期并列方式。准同期并列要求在合闸前通过调整待 并机组的电压和转速，当满足电压幅值和频率条件后，根据“恒定越前时间原理” ，由运行操作人员手动或 由准同期控制器自动选择合适时机发出合闸命令，这种并列操作的合闸冲击电流一般很小，并且机组投入电 力系统后能被迅速拉入同步。根据并列操

2、作的自动化程度不同，又分为手动准同期、半自动准同期和全自动 准同期三种方式。 正弦整步电压是不同频率的两正弦电压之差，其幅值作周期性的正弦规律变化。它能反映两个待并系 统间的同步情况，如频率差、相角差以及电压幅值差。线性整步电压反映的是不同频率的两方波电压间相角 差的变化规律，其波形为三角波。它能反映两个待并系统间的频率差和相角差，并且不受电压幅值差的影响， 因此得到广泛应用。 手动准同期并列，应在正弦整步电压的最低点(同相点)时合闸，考虑到断路器的固有合闸时间，实际发出合闸 命令的时刻应提前一个相应的时间或角度。 自动准同期并列，通常采用恒定越前时间原理工作，这个越前时间可按断路器的合闸时间

3、整定。准同期 控制器根据给定的允许压差和允许频差，不断地检查准同期条件是否满足，在不满足要求时闭锁合闸并且发 出均压均频控制脉冲。当所有条件均满足时，在整定的越前时刻送出合闸脉冲。（三）实验（三）实验内容内容1 1、机组启动与建压、机组启动与建压（1 1） 手动方式手动方式 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。 【微机调速器微机调速器】上“并并 网网”灯和“微机故障微机故障”灯均为熄灭状态， “输出零输出零”灯亮；按【微机调速器微机调速器】上的“微机方式自动微机方式自动/手动手动” 按钮使“微机手动微机手动”灯亮 把实验台上【励磁方式励磁方式】开关置“微机它

4、励微机它励”, 【同期方式同期方式】开关置“OFF”位置 合上【原动机开关原动机开关】 ，按【微机调速器微机调速器】上的“停机停机/开机开机”按钮使“开机开机”灯亮 按【微机调速器微机调速器】上的“增速增速” ，启动发电机机，当机组转速升到额定转速的 95%以上时可投励磁 【微机励磁调节器微机励磁调节器】选择“恒恒 ” 运行方式，合上【励磁开关励磁开关】 ，按【微机励磁调节器微机励磁调节器】上的“增磁增磁” ，使发电机电压建压到与系统电压相等 停机：跳开【励磁开关励磁开关】 （降压为零） ，按【微机调速器微机调速器】上的“停机停机/开机开机”按钮使“停机停机”灯亮注意！注意！【微机调速器微机调

5、速器】 、 【微机励磁调节器微机励磁调节器】上的增、减按上的增、减按钮键钮键只持只持续续 5 秒内有效，秒内有效，过过了了 5 秒后如秒后如还还需要需要调节调节， ， 则则松开按松开按钮钮，重新按下。，重新按下。（2 2） 自动方式自动方式 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。 【微机调速器微机调速器】上“并并 网网”灯和“微机故障微机故障”灯均为熄灭状态， “输出零输出零”灯亮；按【微机调速器微机调速器】上的“微机方式自动微机方式自动/手动手动” 按钮使“微机自动微机自动”灯亮 把实验台上【励磁方式励磁方式】开关置“微机它励微机它励”, 【同期方式同期方式

6、】开关置“OFF”位置 合上【原动机开关原动机开关】 ，按【微机调速器微机调速器】上的“停机停机/开机开机”按钮使“开机开机”灯亮 发电机将自动增速，直到发电机机达额定转速后可投励磁 【微机励磁调节器微机励磁调节器】选择“恒恒 UF” 运行方式，合上【励磁开关励磁开关】使发电机自动建压到与系统电压相等 停机：跳开【励磁开关励磁开关】 （降压为零） ，按【微机调速器微机调速器】上的“停机停机/开机开机”按钮使“停机停机”灯 亮2 2、手动准同期、手动准同期（1 1） 按准同期并列条件合闸按准同期并列条件合闸 合上实验台上【系系统统电电压压开开关关 】和线路开关 【QF1】 、 【QF3】 ，检查

7、系统电压接近额定值 380V 当发电机已处于开机建压后，将【同期方式同期方式】转换开关置“手动手动”位置 观察【同期表同期表】上的压差，相应操作【微机励磁调节器微机励磁调节器】上的“增磁增磁”或“减磁减磁”进行调压直到压差为 零 观察【同期表同期表】上的频差，相应操作【微机调速器微机调速器】上的“增速增速”或“减速减速“进行调速，直至频差为零 当压差、频差均满足条件，观察【同期表同期表】上指针旋转指到 S 位置前某一合适时刻时，即可合闸（操作 【发电机开关发电机开关】合闸） 。观察并记录合闸时的冲击电流 合闸完毕，马上将【同期方式同期方式】转换开关置“OFF”位置 解列操作：将【发电机开关发电

8、机开关】断开（2 2）偏离准同期并列条件合闸）偏离准同期并列条件合闸 实验分别在单独一种并列条件不满足的情况下合闸，观察功率表冲击情况 实验条件：开机、加压，然后选择人工调速和人工调压。将【同期方式同期方式】转换开关置“手动手动”位置 电压差相角差条件满足，频率差不满足（约为 0.5HZ） ，在 fFfX或fFVX或 VFfXfFVXVF fX或者 fF VX 或者 VF VX下并列，机端有功功率表及无功功率表的指示有何特点？为什么同步发电机励磁控制实验同步发电机励磁控制实验（一）实验目的（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

9、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（二）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 1-1 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

10、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 角限制。图 1-1 励磁控制系统示意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（保持控制角稳定） 。其中，恒 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

11、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 小于 90；当正常停机或事故停机时，调节器使控制角 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（三）实验内容内容1 1、不同、不同 角（控制角）对应的励磁电压角（控制角）对应的励磁电压（1）合上【操作电源开关操作电源开关】 ，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮

12、、红灯熄 （2） 【励磁方式励磁方式】选择“微机它励微机它励”励磁方式， 【微机励磁调节器微机励磁调节器】面板“它励它励”指示灯亮，按【微机调速器微机调速器】 上的“微机方式自动微机方式自动/手动手动”按钮使“微机自动微机自动”灯亮 （3） 【微机励磁调节器微机励磁调节器】上选择“恒恒 ” ， “恒恒 ”指示灯亮 （4）合上【原动机开关原动机开关】 ，按【微机调速器微机调速器】上的“停机停机/开机开机”按钮使“开机开机”灯亮，发电机自动升速 （5）松开【微机励磁调节器微机励磁调节器】的“灭磁灭磁”按钮，操作“增磁增磁”按钮或“减磁减磁”按钮即可逐渐减小或增加控制 角 ，从而改变三相全控桥的电压

13、输出大小注意！注意！微机自微机自动动励磁励磁调节调节器上的增减磁按器上的增减磁按钮键钮键只持只持续续 5 秒内有效，秒内有效，过过了了 5 秒后如秒后如还还需要需要调节调节， ，则则松松 开按开按钮钮，重新按下。，重新按下。实验时，调节励磁电流为表 2-1 规定的若干值，记下对应的 角（调节器对应的显示参数为“CC” ） ，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 角来；完成此表后，比较二种途径得出的 角有无不同，分析其原因。表 1-1显示控制角 / 度90 80 励磁电流 Ifd/ A励磁电压 Ufd/ V交流输入电压

14、 UAC/ V300400由公式计算的 / 度2 2、控制方式及其相互切换、控制方式及其相互切换【微机励磁调节器微机励磁调节器】具有恒“UF” 、 “恒 IL” 、 “恒 Q” 、 “恒 ”等四种控制方式，分别 具有各自特点，请通过以下试验自行体会和总结。（1 1）不并网实验）不并网实验 恒 UF方式 选择它励、恒 UF方式，开机建压到额定参数，改变机组转速 45HZ55HZ，记录频 率与发电机电压、励磁电流、控制角 的关系数据填入表 1-2表 1-2发电机频率发电机电压/ V励磁电流/ A励磁电压/ V控制角/ 度50Hz 38049Hz48Hz47Hz 46Hz 50Hz51Hz52Hz5

15、3Hz54Hz 恒 方式 选择它励、恒 方式，开机建压到额定参数，改变机组转速 45HZ55HZ，记录频率 与发电机电压、励磁电流、控制角 的关系数据填入表 1-3表 1-3发电机频率发电机电压/ V励磁电流/ A励磁电压/ V控制角/ 度50Hz 38049Hz48Hz47Hz 46Hz 50Hz51Hz52Hz53Hz54Hz（2 2）并网实验）并网实验 恒 方式选择它励、恒 方式开机、建压、并网，然后改变系统电压，记录系统电压与发电机 电压、励磁电流、控制角 ，无功功率的关系数据填入表 1-4，然后解列表 1-4系统电压/ V发电机电压/ V发电机电流/ A励磁电流/ A控制角/ 度有功功率/ W无功功率/ R380V380370V360V350V390V400V恒 UF方式选择它励、恒方 UF式开机、建压、并网，记录系统电压与发电机电压、励磁电流、 控制角 ，无功功率的关系数据填入表 1-5，然后解列 表 1-5系统电压/ V发电机电压/ V发电机电流/ A励磁电流/ A控制角 / 度有功功率/ W无功功率/ R380V380370V360V350V390V400V注意：注意：二种控制方式相互切二种控制方式相互切换时换时，切，切换换前后运行工作点前后运行工作点应应重合。重合。3 3、负荷调节、负荷调节 调节调速器的增速减速按钮，可以调