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电力系统自动装置实验指导书

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2020年4月19日
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电力系统自动装置实验

实验一、自动准同期装置实验
一、实验目的
了解并掌握准同期装置的工作原理和使用方法。
二、实验要求
熟悉实验接线，观测各主要电路工作波形，作好实验记录，根据思考题和实验记录曲线，写出实验报告。
三、实验仪器及实验设备
1、准同期实验装置。
2、TFZY—1同期仿真测试仪。
3、双踪示波器。
四、实验内容及步骤
（一）滑差电压波形测量实验
1、按图1接线，并检查接线是否正确。

同期仿真测试仪Ux 0 UG

示波器
Y1 G Y2

图1、同期仿真仪接线原理图

2、接通同期仿真仪电源开关，分别调节Ux和UF旋钮，使其输出的电压为70V，频率为50Hz（仿真仪上电时的初始值为50Hz）。
3、用示波器观察正弦脉动电压的波形，分析当电压幅值及频率变化时，对脉动电压波形的影响。
注意：Y1、Y2输入端分别接Ux和UF，Y轴工作模式置于Y1+Y2档。示波器量程输入幅值在100V档,即Y轴的Y1、Y2置于10V/cm档。
①记录：当发电机电压和系统电压Ux=UF=90V时，滑差电压Us的波形。
②记录：改变同期仿真仪中发电机的频率，即fF变化时，记录滑差电压Us的波形（注意观察滑差信号灯的变化）。
③记录：Ux=90V，UF=60V时，滑差电压Us的波形。把上面波形曲线记录在图2上。

UF＝Ux
UF≠Ux
t
fF≠fx
t
Us

t

图2

（二）准同期装置与电网并列操作（演示）
演示准同期装置与电网并列的实际操作过程。

思考题：
1、 准同期装置与电网并列操作必须满足哪三个并列条件？
2、 根据上面实验结果，分析正弦脉动电压与准同期三个条件的关系，并与理论分析进行对照。

实验二、同步发电机励磁控制系统实验

一、实验目的
了解并掌握准同步发电机励磁控制系统的工作原理和使用方法。
二、实验要求
观测主要电路工作波形，作好实验记录，根据思考题和实验记录，写出实验报告。
三、实验仪器及实验设备
1、微机励磁自动调节实验装置。
2、交直流电压、电流表，示波器。
四、实验内容及步骤
同步发电机励磁控制系统实验接线如下图所示。可供选择的励磁方式有两种：自并励和她励。当三相全控桥的交流输入电源取自于发电机机端时，构成自并励励磁系统。而当交流输入电源取自380V市电时，构成她励励磁系统。两种励磁方式的可控整流桥均是由微机自动励磁控制器控制的，触发脉冲为双脉冲，具有最小α角限制。
微机励磁调节器
A
V
VD
T
GS
~
TA
QF
TV
FU
KM
KM
KMR
RM
自励
手动励磁
VT
她励
至市电
至机端

励磁控制系统实验接线图

微机励磁调节器的控制方式有四种：恒UF（保持机端电压为定值）、恒IL（保持励磁电流为定值）、恒Q（保持发电机输出无功功率为定值）、恒α（保持控制角恒定）。其中，恒α方式是一种开环控制方式，只限于她励方式下使用。
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。

（一）、不同α角（控制角）对应的励磁电压波形观测实验
1、 实验操作步骤
（1） 励磁系统选择她励励磁方式。操作“励磁方式开关”切到“微机她励”方式，调节面板上的“她励”指示灯亮。
（2） 励磁调节器选择恒α运行方式。操作调节面板上的“恒α”按钮选择为恒α方式，调节面板上的“恒α”指示灯亮。
（3） 先按下“灭磁开关”按钮，再合上“励磁开关”。
（4） 在不起动机组的状态下，松开“灭磁开关”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。
实验时，调节励磁电流为表1规定的若干值，对应记下微机励磁调节器显示的α 角，同时经过接在三相全控桥电压输出端的示波器观测全控桥输出的电压波形，记下全控桥输出电压值Ufd和交流输入电压值UAC，将以上数据记入表1中。经过Ufd、UAC和数学计算公式也能够计算出一个α角来，在完成表1数据后，比较三种途径得出的有无不同，分析其原因。
（5） 调节控制角大于90°但小于120°，观察全控桥输出电压波形，与理想波形对比。
（6） 调节控制角大于120°，观察全控桥输出电压波形，与理想波形对比。
表1 控制角α的对比数据
励磁电流Ifd /（A）

显示控制角α /（°）
85
80
75
70
65
60
励磁电压 Ufd/（V）

交流输入电压UAC/（V）

由公式算出的α /（°）

示波器读出的α /（°）

思考题：
1、三相可控桥对触发脉冲有什么要求？
2、控制角大于90°但小于120°的全控桥输出电压波形与课本所画的波形有何不同：为什么？
3、逆变灭磁与跳励磁开关灭磁主要有什么区别？

（二）不同控制控制方式运行实验
1、 恒UF方式
选择她励恒UF方式，开机建压不并网，改变机组转速使频率在45～55HZ范围内变化，记录频率与发电机电压、励磁电流、控制角α的关系数据于表2中。
表2 转速变化时恒UF方式实验数据
发电机频率 F/（HZ）
48
49
50
51
52
发电机电压UF /（V）

励磁电流Ifd /（A）

控制角α /（°）

2、 恒IL方式
选择她励恒IL方式，开机建压不并网，改变机组转速使频率在45～55HZ范围内变化，记录频率与发电机电压、励磁电流、控制角α的关系数据于表3中。
表3 转速变化时恒IL方式实验数据
发电机频率 F/（HZ）
48
49
50
51
52
发电机电压UF /（V）

励磁电流Ifd /（A）

控制角α /（°）

3、 恒α方式
选择她励恒α方式，开机建压不并网，改变机组转速使频率在45～55HZ范围内变化，记录频率与发电机电压、励磁电流、控制角α的关系数据于表4中。
表4 转速变化时恒α方式实验数据
发电机频率 F/（HZ）
48
49
50
51
52
发电机电压UF /（V）

励磁电流Ifd /（A）

控制角α /（°）

4、 恒Q 方式
选择她励恒UF方式，开机建压，并网后选择恒Q方式（注：并网前恒Q方式非法，调节器拒绝接受恒Q命令），带一定的有功、无功负荷后，记录在系统电压为800V时的发电机的运行参数（Ug、Ub、P、Q等），注意在进行方式切换时，为方便进行比较对比，都要恢复到此状态下进行。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α 、无功功率的关系数据于表5中。
表5 系统电压变化时恒Q 方式实验数据
系统电压 UX /（V）

发电机电压UF /（V）

励磁电流Ifd /（A）

控制角α /（°）

无功功率 Q /（var）

将电压恢复到800V，励磁调节器控制方式选择为恒UF方式，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α 、无功功率的关系数据于表6中。
表6 系统电压变化时恒UF 方式实验数据
系统电压 UX /（V）

发电机电压UF /（V）

励磁电流Ifd /（A）

控制角α /（°）

无功功率 Q /（var）

将电压恢复到800V，励磁调节器控制方式选择为恒IL方式，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α 、无功功率的关系数据于表7中。
表7 系统电压变化时恒IL 方式实验数据
系统电压 UX /（V）

发电机电压UF /（V）

励磁电流Ifd /（A）

控制角α /（°）

无功功率 Q /（var）

将电压恢复到800V，励磁调节器控制方式选择为恒α方式，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α 、无功功率的关系数据于表8中。
表8 系统电压变化时恒α 方式实验数据
系统电压 UX /（V）

发电机电压UF /（V）

励磁电流Ifd /（A）

控制角α /（°）

无功功率 Q /（var）

思考题：
1、 比较上面恒UF、恒IL、恒Q、恒α、四种控制方式的特点，试说明它们各适合在何种场合应用？
2、 对电力系统而言，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。
（注意：为了进行比较，四种控制方式切换时，切换前后运行工作点应重合。）

（三）调差系数测定实验
在微机励磁调节器中使用的调差公式为(按标幺值计算)，它是将无功功率的一部分叠加到电压给定值上。
实验步骤与实验（三）的恒UF 方式相同，用降低系统电压的方法以增加发电机无功输出，可将表6中UF和Q的数据记于表9中。

序号
发电机端电压UF / V
发电机无功输出Q/var
1

2

3

4

5

思考题：1、作出调节特性曲线，并计算出调差系数。
2、并联运行的发电机组，应如何根据机组容量的大小来合理选择调差系数？