电力系统分析课程实验汇总.pdf

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12《电力系统分析》课程实验

《电力系统分析》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、电力系统稳定运行的特性与原理,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。
《电力系统分析》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。
、实验前的准备
实验准备即为实验的预****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****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****应做到:
,熟悉与本次实验相关的理论知识。,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****熟悉组件的编号,使用及其规定值等)。
,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。
,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。
、实验的进行
在完成理论学****实验预****等环节后,就可进入实验实施阶段。实验时要做到以下几点:
告完整,熟悉设备
实验开始前,指导老师要对学生的预****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。
,合理分工
每次实验都以小组为单位进行,每组由510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。

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。

预****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。,
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。
、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:、专业、班级、学号、姓名、同组者姓名、实验日期、室温等。
、实验线路、实验内容。
、仪器、仪表的型号、规格、铭牌数据及实验装置编号。、列表、计算,
并列出计算所用的计算公式。。
,得出正确的结论。、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。
,保持整洁。
,按时送交指导老师批阅。:.

实验一电力系统物理模拟电气设备认识

,认识相关设备;
;
。
二•实验原理

(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AC220VDC24VDC220VAC220V
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勺交流电源,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
严
1
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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。
購II:
剤卿:.
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。

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****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。
电力系统电力系统物理模拟实验屏。
,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。
、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。

,如果“合闸”灯不亮,不可开机;,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。

、建立小组,合理分工
实验开始前,指导老师要对学生的预****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510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。

(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?
。

实验二电力系统潮流计算(仿真)

(简称PWS)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”(EDITMODE)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”(RUNMODE)按钮进入该模式。
。首先
从开始-程序-
PowerWorld-PowerWorldSimulator或者双击Simulator的图标,启动Simulator系统。在主菜单上依
次点击FileNewCase,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
T
的空页。
画一条母线
(1).在主菜单上点击InsertTBus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BusOption对话框。
(3).在BusOption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InsertTBus,然后点击屏幕中部
任意一处,打开BusOption对话框,你可以在此输入关于母线的资料。在BusNumber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BusName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SystemSlackBus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InsertfGenerator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GeneratorOption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GeneratorOption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GeneratorOption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FilefSaveCasa在无其他设定的情况下,缺省的样程将以PowerWorldBinary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InsertfBus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BusOption对话框,在BusNumber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AttachedDevices标签,其中有一个LoadSummaryInformation编辑框,在BaseMW和BaseMVR
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BusInformationDialog,然后再检查LoadSummary
Information栏目)。要想在单线图上画一个负荷,选择主菜单上的InsertfLord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LoadOption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InsertfTransmissionLine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
TransmissionLine/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InsertfTransmissionLine,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FromBusNumber一栏中已经自动填入1,ToBusNumber中已经自动填
入2。在Resistance(R),Reactance(X)和Changing(RorC)栏目中填入线路参数的标幺值,这三个栏
,,。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MVARating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OptionsfDefault
DrawingValues,可以在DefaultDrawingOption对话框中对此进行设定),断路器用来控制线路的状态。点
击InsertfCircuitBreaker然后在输电线靠近母线1一端单击鼠标左键,会出现一个CircuitBreakerOptions
对话框,FromBus和ToBus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:
,打开母线上的弹出式菜单。
,打开InsertNew
FieldsaroundSelectedObjects对话框。

你想要加入的注释,每个母线可以加入8个注释。
,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RunMode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MassageLog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SimulationControl宀Start/Restart。如果只想演示一下单步运行的潮流状
SingleSolution。
态,在程序栏上点击

;


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
实例。用
PowerWorld
Simulator和原始
的数据、单线图文
件,求解下面各问
题
1
、

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
~)。现在假设本系统的两个变压器是分接头可变的变压器,,
。,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,,
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:.
,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,
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。
InitialBusRecords
BusPUVoltVolt(kV)Angle(Deg)LoadMWLoadGenGen
MVRMWMVR
-



-

-

-
LineRecords(BaseMVA=400)
FromTorRXBMVA
XfrmLim






,:
(1)选择主菜单的CaseInformationCaseSummary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SimulationControl,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MaxMWOutput设置为400,观察系统运行的情况。
(5)从主菜单中依次选择OptionsSimultionOptionSimultionUnexpectedEventOften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MaxMWOutput设置为400,将母线2上的发电机MaxMWOutput设
置为200,更改负载曲线设置,观察系统运行的情况。
?

;
。
实验三电力系统短路计算(仿真)

(简称PWS)的基本操作;
。
(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(SingleLine-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Cf设为故障相。
三相短路(3PhaseBalaneed)
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(DoubleLine-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(CurrentUnits)
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。

;


、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
L2L3
LI
:
线路2—3:正序阻抗:乙=+;零序阻抗:Zo=;:.
1/2对地电纳:B/2=
+Z0=
2:正序阻抗:乙=;零序阻抗:
1-
B/2=
1/2对地电纳:

线路-
:正序阻抗:乙=+;零序阻抗:Z0=;
1-3
1/2对地电纳:B/2=0;
T
变压器:正序阻抗:乙=;零序阻抗:Z0=j|;
1
变比:K=;接线方式:Y0/△;结构:单相变压器组;
T
变压器:正序阻抗:乙=;零序阻抗:Zo=;
2
变比:K=;接线方式:Y0/△;结构:单相变压器组;
负荷
:功率:+;正、负序阻抗均为无穷大;
L1
零序阻抗:;
负荷功率:2+j1;正、负、零序阻抗均为无穷大;
L2:
负荷
:功率:+;正、负、零序阻抗均为无穷大;
L3L3
发电机G1:次暂态电抗:X、;零序电抗:X=;
。
有功功率:P=5;发电机母线电压模值:V=
发电机G2次暂态电抗:X=;零序电抗:X=;
d0
发电机母线电压:V=
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。

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