目 录
实验一 单机－无穷大系统稳态运行方式实验 ........................................................................................ 2 1.1 实验目的............................................................................................................................................... 2 1.2 原理说明............................................................................................................................................... 2 1.3 实验内容与步骤 ................................................................................................................................... 3 实验二 电力系统潮流计算分析实验 ....................................................................................................... 6 2.1 实验目的............................................................................................................................................... 6 2.2 原理说明............................................................................................................................................... 6 2.3 实验内容与步骤 ................................................................................................................................... 6 实验三 电力系统有功功率—频率特性实验 .......................................................................................... 11 3.1实验目的.............................................................................................................................................. 11 3.2 原理说明............................................................................................................................................. 11 3.3 实验内容与步骤 ................................................................................................................................. 13 实验四 电力系统无功功率—电压特性实验 .......................................................................................... 18 4.1 实验目的............................................................................................................................................. 18 4.2 原理说明............................................................................................................................................. 18 4.3 实验内容与步骤 ................................................................................................................................. 19
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实验一 单机－无穷大系统稳态运行方式实验
1.1 实验目的
1．熟悉远距离输电的线路基本结构和参数的测试方法。 2．掌握对称稳定工况下，输电系统的各种运行状态与运行参数的数值变化范围。 3．掌握输电系统稳态不对称运行的条件、参数和不对称运行对发电机的影响等。
1.2 原理说明
单机－无穷大系统模型，是简单电力系统分析的最基本，最主要的研究对象。本实验平台建立的是一种物理模型，如下图1-1所示。
图1-1 单机－无穷大系统示意图
发电机组的原动机采用国标直流电动机模拟，但其特性与电厂的大型原动机并不相似。发电机组并网运行后，输出有功功率的大小可以通过调节直流电动机的电枢电压来调节（具体操作必须严格按照调速器的正确安全操作步骤进行！可参考《微机调速装置基本操作实验》）。发电机组的三相同步发电机采用的是工业现场标准的小型发电机，参数与大型同步发电机不相似，但可将其看作一种具有特殊参数的电力系统发电机。
实验平台给发电机提供了三种典型的励磁系统 ：手动励磁、常规励磁和微机励磁系统，可以通过实验台的转换开关切换（具体操作必须严格按照励磁调节装置的正确安全操作步骤进行！
实验平台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的模拟系统电压的波动。
实验平台提供的测量仪表可以方便的测量（电压，电流，功率，功率因数，频率）并可通过切换开关显示受端和送端的P，Q，cosΦ。发电机组装设了功角测量装置，通过频闪灯可以直观，清晰的观测功角（使用前请仔细阅读附录一“功角指示装置原理说明”，注：由于功角指示的指针相对于频闪灯的发光静止，但实际是在高速运转，切勿用手触摸！），还可通过微机调速装置测来测量功角。
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1.3 实验内容与步骤
开电源前，调整实验台上的切换开关的位置，确保三个电压指示为同一相电压或线电压；发电机运行方式为并网运行；发电机励磁方式为常规励磁，他励；并网方式选择手动同期。
1．单、双回路稳态对称运行实验 1）发电机组自动准同期并网操作
输电线路选择XL2和XL4（即QF2和QF4合闸），系统侧电压US=300V，发电机组启机，建压，通过可控线路单回路并网输电。
2）调节调速装置的增、减速键，调整发电机有功功率；调节常规励磁装置给定，改变发电机的电压，调整发电机无功功率，使输电系统处于不同的运行状态，为了方便实验数据的分析和比较，在调节过程中，保持cosΦ=0.8 US=300V不变。观察并记录线路首、末端的测量表计值及线路开关站的电压值，计算、分析和比较运行状态不同时，运行参数（电压损耗、电压降落、沿线电压变化、无功功率的方向等）变化的特点及数值范围，记录数据于表1-1中。
注：在调节功率过程中发电机组一旦出现失步问题，立即进行以下操作，使发电机恢复同步运行状态：操作微机调速装置上的“－” 减速键，减少有功功率；增加常规励磁给定，提高发电机电势；单回路切换成双回路。
3）低发电机转速，并调节励磁，使得发电机发出的有功功率和无功功率接近于0，此时投入XL1和XL3（即QF1和QF3合闸），重复步骤（2），并将数据记录在表1-1中。
4）发电机组的解列和停机
保持发电机组的P=0，Q=0，此时按下QF0分闸按钮，再按下控制柜上的灭磁按钮，按下微机调速装置的停止键，转速减小到0时，关闭原动机电源。
5）实验台和控制柜设备的断电操作 依次断开实验台的“单相电源”、“三相电源”和“总电源”以及控制柜的“单相电源”、“三相电源”和“总电源”（空气开关向下扳至OFF）。
表1-1 COSΦ=0.8 US =300V P：kW Q：kVar U：V I：A 参数 线路结构 P1 0.5 单 回 路 1 1.5 0.5 双 回 路 1 1.5
Q1 P2 Q2 3
I US Usw ΔU ΔP ΔQ 2 压
P1，Q1－送端功率； P2，Q2－受端功率； I－相平均电流； Usw－中间站电ΔU－电压损耗； ΔP－有功损耗； ΔQ－无功方向 2．单回路稳态非全相运行实验
输送单回路稳态对称运行时相同的功率，此时设置发电机出口非全相运行（断开一相），观察并记录运行状态和参数变化情况。
⑴ 发电机组自动准同期并网操作 实验步骤同实验内容⒈ ⑵ 单回路稳态非全相运行
① 微机保护定值整定：电流Ⅱ段“投入”，整定动作电流为2倍稳态运行时的动作电流，动作时间0.5秒，重合闸时间10秒；其它保护均退出。
② 操作短路故障设置按钮，设置单相接地短路故障，设置短路持续时间为5秒。 ③ 将短路故障投入，此时微机保护切除故障相，准备重合闸，即只有一回线路的两相在运行。观察此状态下的三相电流、电压值，记录在表1-2中，将实验结果与实验1进行比较；（备注：由于实验台的有功功率表和无功功率表只能测量三相平衡状态下的有功功率和无功功率值，所以在非全相运行状态下，有功功率和无功功率值应从微机励磁装置中读出）。
④ 断相运行10秒后，重合闸成功，系统恢复到单回路稳态运行状态。
表1-2 COSΦ=0.8 US =300V P：kW Q：kVar U：V I：A 参数 运行状态 单回路全相运行 单回路非全相运行 P1 0.5 1 Q1 UA UB UC IA IB IC A相断路 B相断路 C相断路 ⑶ 发电机组的解列和停机以及实验台和控制柜设备的断电操作。 四、实验报告
1．整理实验数据，说明单回路输电和双回路输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。
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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，分析输电线路各运行参数的变化。
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实验二 电力系统潮流计算分析实验
2.1 实验目的
1、熟悉电力系统潮流分布的典型结构
2、熟悉电力系统潮流分布变化时，对电力系统的影响 3、根据电力系统潮流分布的结果，能够分析各节点的特点
2.2 原理说明
潮流计算是研究和分析电力系统的基础。它主要包括以下内容： （1）电流和功率分布计算。 （2）电压损耗和各节点电压计算。 （3）功率损耗计算。
在本实验平台中通过模拟电力系统运行结构取得各中原始数据，可根据线路形式以及参数初步进行潮流计算分析。但可能系统中一些设备原器件的非线性，造成理论计算和实际运行数据不符合，但基本在误差范围以内的，可作为全面分析实验中各中现象的理论依据。
THLDK-2电力系统监控实验平台上，根据电力网络中典型潮流结构特点，提供了7种网络结构进行分析（本次实验只做其中三种情况）。实验过程中，构建一个电力网络，增加或减少某些机组的有功出力和无功出力，在保持系统各节点电压在允许范围内的前提下，改变系统支路的有功潮流和无功潮流。可以研究某一单一网络结构，或者多中网络结构的互相变化，观察电力系统潮流的变化。
实验过程中，要运行“THLDK-2电力系统监控及运行管理系统”上位机软件，完成各种潮流分布中功率数值和方向变化，各母线电压的变化，最后数打印各中数据和图形，加以分析。
在本实验平台上，实验人员要首先分析并熟悉各种网络结构的特点，了解可能出现的变化规律，然后在实验中潮流控制时，各发电机的功率应该缓慢调节，待系统稳定后，再进行下一步调整，还应整体把握各发电机的出力，以及各母线电压的变化，始终保证整个网络的稳定安全运行。
注意：实验过程中调节功率时，务必保证监控台上线路中的电流不超过5A！！！潮流分析实
验中，如果1#发电机与2#发电机的出口母线，通过断路器QF1连通，或者，3#发电机与4#发电机的出口母线通过断路器QF6连通，则1#、2#、3#和4#发电机的调差系数设置为+10，这样并列运行的机组才能合理分配无功功率，保证系统稳定运行。
2.3 实验内容与步骤
1、“THLDK-2电力系统监控及运行管理系统”上位机软件的运行
投入“操作电源”（向上扳至ON），启动电脑及显示器、打印机，运行上位机软件。使用步骤见光盘软件使用说明书。实验中，在上位机界面（图2-1）中可进行各种潮流分布图进行分析。
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图2-1 潮流分布图选择
2、辐射形－放射式网络结构的潮流分布实验 （1）无穷大系统的调整以及电力网的组建
1）逆时针调整自耦调压器把手至最小，投入“操作电源”之后，投入“无穷大系统电源”，合闸QF19，接通8#母线，再合闸QF18 ，顺时针调整自耦调压器把手至400V。
联络变压器的分接头选择为UN。
2）依次合闸QF18→QF14→QF12→QF10→QF1→QF3→QF4→QF5→QF6，观察1#、4#、5#母线电压为400V左右，6#母线为220V左右。
（2）各发电机组的启动和同期运行
起动1#发电机组，控制方式：微机励磁，他励，恒压控制方式，组网运行，n=1500rpm，UG=400V。
此时，通过1#发电厂的自动准同期装置，将1#发电厂并入无穷大系统，1#发电机组并网后，手动调节微机调速装置和微机励磁装置，发出一定的有功功率和无功功率。
（3）潮流分布的控制以及潮流分布图的打印
依次按下QF8，QF9，QF11，QF13“合闸”按钮，网络结构如图2-2。在上位机软件中可选择潮流分布图中“第一种 辐射形－放射式”窗口。
通过调节发电厂的有功功率和无功功率的输出，以及调整无穷大系统的电压，观察各种运行情况下，潮流分布数据，打印对应的潮流分布图、区域总体调度图。
（4）各发电机组的解列和停机
切除负载LD1、LD2、LD3和LD4，手动调节1#发电厂发出的有功功率和无功功率为0，按下监控实验台的QFG1“分闸”按钮，完成1#发电厂的解列操作，然后进行1#发电机组的停机操作。
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图2-2 辐射形－放射式原理图
3、环形－双端供电网络（2）网络结构的潮流分布实验 （1）无穷大系统的调整以及电力网的组建
1）逆时针调整自耦调压器把手至最小，投入“操作电源”之后，投入“无穷大系统电源”，合闸QF19，接通8#母线，再合闸QF18 ，顺时针调整自耦调压器把手至400V。
联络变压器的分接头选择为UN。
2）依次合闸QF1→QF15→QF7→ QF14→QF10→QF12，观察1#、4#母线电压为400V左右。再按下QF8，QF9，QF11，QF13“合闸”按钮，投入负荷LD1、LD2、LD3、LD4，完成放射式结构的变换。
网络结构如图2-3。在上位机软件中可选择潮流分布图中“第四种 环形－双端供电网络（2）”窗口。
（2）各发电机组的启动和同期运行
起动1#、4#发电机组，控制方式：微机励磁，他励，恒压控制方式，组网运行，n=1500rpm，UG=400V。
此时，通过1#发电厂的自动准同期装置，将4#发电厂并入无穷大系统，4#发电机组完成并网操作后，手动调节微机调速装置和微机励磁装置，发出一定的有功功率和无功功率。
进行同样操作，完成4#发电机组的启动和同期运行，并发出一定的有功功率。
（3）通过调节发电厂的有功功率和无功功率的输出，以及调整无穷大系统的电压，观察各种运行情况下，潮流分布数据，打印对应的潮流分布图、区域总体调度图。
切除负载LD3和LD4，手动调节1#发电厂发出的有功功率和无功功率为0，按下监控实验台
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的QFG1“分闸”按钮，完成1#发电厂的解列操作，然后进行1#发电机组的停机操作。
然后按同样操作，依次完成4#发电机组的解列和停机操作。
图2-3 环形－双端供电网络（2）原理图
4、环形－环式（1）网络结构的潮流分布实验 （1）无穷大系统的调整以及电力网的组建
1）逆时针调整自耦调压器把手至最小位置，投入“操作电源”之后，投入“无穷大系统电源”，合闸QF19，接通8#母线，再合闸QF18，顺时针调整自耦调压器把手至400V。
联络变压器的分接头选择为UN。
2）依次合闸QF1→QF2→QF3→QF4→QF5→QF6→QF7→QF15→QF16→QF17→QF14→QF10→QF12，观察1#、4#、5#母线电压为400V左右，6#母线为220V左右。
（2）1#、4#、5#发电机组的启动和同期运行
起动1#发电机组，控制方式：微机励磁，他励，恒压控制方式，组网运行，n=1500rpm，UG=400V。
此时，通过1#发电厂的自动准同期装置，将1#发电厂并入无穷大系统，完成1#发电机组的并网运行，并手动调节微机调速装置和微机励磁装置，发出一定的有功功率和无功功率。
进行同样操作，完成4#、5#发电机组的启动和同期运行，并发出一定的有功功率。 （3）潮流分布的控制以及潮流分布图的打印
依次按下QF8，QF9，QF11，QF13“合闸”按钮，投入负荷LD1、LD2、LD3、LD4，网络结构如图2-4。在上位机软件中可选择潮流分布图中“第六种 环形－环式（1）”窗口。
通过调节发电厂的有功功率和无功功率的输出，以及调整无穷大系统的电压，潮流分布的变化，观察各种运行情况下，潮流分布数据，打印对应的潮流分布图、区域总体调度图。
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图2-4 环形－环式（1）原理图
（4）各发电机组的解列和停机
手动调节1#发电厂发出的有功功率和无功功率为0，按下监控实验台的QFG1“分闸”按钮，完成1#发电厂的解列操作，然后进行1#发电机组的停机操作。
然后按同样操作，依次完成4#、5#发电机组的解列和停机操作。
四、实验报告
1、整理各种潮流结构下的潮流分布图，并且结合各发电厂的运行曲线图，线路上的各运行数据，对比分析。
2、分析潮流结构变化时，电力系统运行参数的变化情况，对各种数据和曲线实行对比分析。
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实验三 电力系统有功功率—频率特性实验
3.1实验目的
1、掌握同步发电机组的有功功率－频率特性 2、掌握电力系统负荷的有功功率－频率特性 3、掌握电力系统的有功功率－频率特性 4、掌握机组间有功功率分配的原理和操作方法
3.2 原理说明
1、同步发电机组的有功功率特性－频率
同步发电机组是电力系统中的有功功率源，因此，研究同步发电机组的频率－有功功率特性具有重要意义。同步发电机转子的转速n、转子极对数p与定子电压的频率f之间有如下关系：
fpn 此式说明，调频就是调速，调速就能调频。 60同步发电机的频率-有功功率特性，表述同步发电机输出的有功功率与其频率之间的关系。它是同步发电机的一个重要特征，在调速器投入运行的条件下，该特性就是调速器的调差特性。
同步发电机组输出的有功与其频率的关系，称为同步发电机组的频率—有功功率特性（如图3-1所示），在调速器投入运行的条件下该特性就等于调速器的调差特性。
图3-1 同步发电机组的频率—有功功率特性
有功调差系数R是用来描述同步发电机组的频率—有功功率特性曲线特征的重要参数，它定义为：
RfPfpNN
有功功率调差系数R在数值上等于机组的有功负荷从零值增加到机组的额定有功功率时（有功功率增量为一个标幺值），其频率增量的标幺值的绝对值。公式中的负号表示：下倾的曲线为正调差特性，上升的曲线为负调差特性，水平线是零调差特性。分析可知，零调差和负调差特性的机组不能并联运行，只有具有正调差特性的机组并联运行时，才可以稳定分配有功功率。
2、电力系统负荷的有功功率－频率特性
负荷波动是影响频率稳定的重要原因。电力系统有功功率负荷具有多种形式，将它们按与频
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率的关系划分为不同的类型。在电力系统中，高于三次方的负荷比例很小，故通常在计算中只能取到三次方即可。
研究负荷的工频特性，主要关心额定频率附近的一段曲线，在小范围研究问题时，数学上可以近似将曲线用直线来代替，在标幺值坐标里，这根直线的斜率反映了，负荷消耗的有功功率与电源频率之间的定量关系，即：
kL*PLPLN ffN负荷的功频特性（如图3-2所示）具有单调上升的特点，当电力系统发生有功功率缺额时，频率将下降，由于频率的下降，负荷将自动减小其消耗的有功功率，系数kL*越大，减小得越多，由于负荷消耗有功功率的自动减小，使得系统有功功率在较低频率下重新得以平衡。
图3-2 电力系统负荷的有功功率－频率特性
可见，负荷参与了有功功率平衡调节，它对系统频率的稳定起了有利的调节作用，而系数
kL*正反映了负荷的这种调节能力的大小，称为负荷的频率调节效应系数，也称为负荷的单位调
节功率。
电力系统负荷频率-有功功率特性是指负荷取用有功功率与系统频率之间的关系，它取决于负荷的类型。电力系统综合负荷的功频特性是由各种类型负荷的功频特性按比例组合而成。
本实验系统用电阻器作为有功功率负荷，电阻器取用频率正比于其他电源电压的平方。当发电机励磁控制系统工作于恒压方式下，电阻器取用功率与频率无关；当励磁控制系统工作于恒励磁电流方式时，由于机端电压正比于转速（即频率），所以电阻器取用功率与频率成平方关系。
3、电力系统的有功功率－频率特性
当电力系统发生频率波动时，同步发电机的调速器控制作用和负荷的频率调节效应是同时进行的。由于发电机调速器是按照偏差负反馈原理构成的，所以具有正调差，具有下倾的特性。也就是说，当电力系统频率下降时，同步发电机输出功率增加，发电机调差系数KG越小，发电机组分担的变动功率△P越大，反之则越小。另外，负荷的频率调节也相应减少，这一特点有助于在电力系统频率变动时功率重新获得平衡。因为当系统负荷突然增大时，发电机组输出功率因调节系统的延时而不能及时跟上，电力系统频率必然下降，而负荷吸收功率的减少，显然有助于功率的平衡。
电力系统中有许多台发电机组和不同类型的负荷，为了分析电力系统频率的方便，必须将所有发电机组和负荷（输电网络的损耗看成是负荷的一部分），分别并为一个等效发电机组和等效
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负荷。
图3-3 频率的一次调整
图3-4 频率的二次调整
备注：PG″为无差调节。
调速器的调节作用：一次调节。频率的一次调整曲线如图3-3。
移动发电机的功频特性：二次调节（无差调节）：手动或自动地操作调频器，使发电机组的频率特性平行地移动，从而使负荷变动引起的频率偏移可保持在允许范围内。频率的二次调整曲线如图3-4。
4、机组间有功功率分配
系统负荷总量应在各并列运行机组间稳定而合理地得到分配，合理的含义是：各并联运行的机组所分配到的有功功率，按各机组自身容量为基准折算成标幺值时均相等，当电力负荷有功功率波动时，并列运行的机组中，调差系数较大的机组，将承担较小的有功功率增量；调差系数较小的机组，将承担较大的有功功率增量。
为此，要使有功功率负荷增量在各并联运行机组间得到合理稳定分配，就要求各机组具有相同的调差系数。同步发电机组典型的频率—有功功率特性曲线的调差系数一般在3%～5%之间。
3.3 实验内容与步骤
在本实验1～3步骤中，采用的电力网络结构如图3-5所示；实验4步骤中采用的电力网络结构如图3-6所示。在实验中，负荷LD2选择为“阻抗性”负载
1、同步发电机的频率-有功功率特性（发电机的有功调差特性）的测定
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1）4#发电厂起动
控制方式：手动励磁，组网运行，n=1500rpm，UG=400V。 2）同步发电机频率-有功功率特性测定
按下THLZD-2电力系统综合自动化实验台上QF0“合闸”按钮，记录此时的功率和频率P0
和f0。
依次按下监控台上的QF8、QF9“合闸”按钮，读取4#母线上7#智能仪表的数据，记录发电机组的两组功率和频率P1和f1、P2和f2，记录于表中3-1，作出有功功率-频率特性曲线。
图3-5 电力系统的频率—有功功率特性测定电力网络结构
图3-6 并列运行机组间的有功功率分配电力网络结构
计算发电机组的调差系数和发电机组的单位调节功率。
有功功率等于零值时的频率f0和有功功率等于非零值时的频率f1，按下列公式即可计算出机组的有功调差系数R为：
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R表3-1 有功功率 P（kW） 频率 f（Hz） ((f0f1)fN)100%
（(P0P1）/PNP0=0 P1 P2 2、负荷的频率-有功功率（负荷的频率调节效应）的测定 1）恒UG机端电压方式，负荷的有功功率-频率曲线的测定 ① 4#发电厂起动
控制方式：常规励磁，他励，组网运行，n=1500rpm，UG=400V。 ② 负荷的有功功率-频率曲线的测定
按下THLZD-2电力系统综合自动化实验台上QF0“合闸”按钮，再依次按下监控台的QF8、QF9“合闸”按钮，投入负荷LD1、LD2。
调节微机调速装置，手动调节原动机的频率，读取4#母线上7#智能仪表的数据，记录此时发电机组的P，记录于表3-2中，作出有功功率-频率特性曲线。 表3-2 频率 f（HZ） 有功功率 P（W） 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 2）恒IL励磁电流方式，负荷的有功功率-频率曲线的测定 ① 4#发电厂起动
控制方式：手动励磁，组网运行，n=1500rpm，UG=400V。 ② 负荷的有功功率-频率曲线的测定
按下THLZD-2电力系统综合自动化实验台上QF0“合闸”按钮，再依次按下监控台的QF8“合闸”按钮，投入负荷LD1。
调节微机调速装置，手动调节原动机的频率，记录此时发电机组的P，记录于表3-3中，作出有功功率-频率特性曲线。 表3-3 频率 f（HZ） 有功功率 P（W） 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 再按下QF9“合闸”按钮，投入负荷LD2。手动调节原动机的频率，记录此时发电机组的P，记录于表3-4中，作出有功功率-频率特性曲线。
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表3-4 频率 f（HZ） 有功功率 P（W） 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 3）计算两次实验测定的负荷调节效应系数。 3、电力系统的频率—有功功率特性的测定 1）4#发电厂起动
控制方式：手动励磁，并网运行，n=1500rpm，UG=400V。 2）频率的一次调整
在同一标里，绘制实验步骤1的发电机有功功率-频率特性曲线、步骤2在中的恒IL励磁电流方式，负荷有功功率-频率特性曲线，其交点为（P1、f1）、（P2、f2）。
3）频率的二次调整
手动调节调速器的增速按钮，使f=50HZ，记录此时发电机的功率和频率（P3、f3）。然后按下QF9分闸按钮，退出负荷LD2，记录此时发电机的（P4、f4）。最后按下QF2分闸按钮，退出全部负荷，记录此时发电机的（P5、f5）。
由以上步骤做出电力系统频率控制曲线（图3-7）。PL1为同时投入负荷LD1时，负荷有功功率-频率特性曲线；PL2为同时投入负荷LD1和LD2时，负荷有功功率-频率特性曲线。PG为频率的一次调整曲线，PG＇为频率的二次调整曲线。
图3-7 电力系统频率控制曲线
4、并列运行机组间的有功功率分配实验 1）3#、4#发电厂起动，并列运行
控制方式：常规励磁，他励，无功调节档位调节为10档，组网运行，n=1500rpm，UG=400V。 2）负荷的分配
① 两个发电厂机组起动运行后，3#发电厂THLZD-2电力系统综合自动化实验台上QF0“合闸”按钮，通过4#发电厂的准同期装置完成3#、4#发电机组的并列运行，依次按下监控台的QF8、
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QF9“合闸”按钮，记录此时各发电机组的P、f，以及负荷的有功功率于表3-5、3-6中。 表3-5 有功功率 3# 发电厂 P（W） 频率 f（HZ） 有功功率 4# 发电厂 P（W） 频率 f（HZ） 有功负荷总量 表3-6 投入负荷 负荷状态 LD1 LD1 有功功率 P（W） 负荷 功率总量
②投入负荷LD3，记录此时各发电机组的P、f，以及负荷的有功功率于表3-12、3-13中。 ③投入负荷LD4，记录此时各发电机组的P、f，以及负荷的有功功率于表3-12、3-13中。 四、实验报告
1、根据实验数据，作出同步发电机组的有功功率－频率曲线 2、根据实验数据，作出电力系统负荷的有功功率－频率曲线 3、根据实验数据，作出电力系统的有功功率－频率曲线
4、根据实验步骤和数据：负荷功率和各发电机组功率，分析机组间有功功率分配的原理，总结操作方法
5、分析调差特性对机组并列运行的影响。
投入负荷 LD1和LD2 LD1 LD2 投入负荷 LD1、LD2和LD3 LD1 LD2 LD3 投入负荷 LD1、LD2 LD3和LD4 LD1 LD2 LD3 LD4 17
实验四 电力系统无功功率—电压特性实验
4.1 实验目的
1、掌握同步发电机的无功功率—电压特性 2、掌握电力系统负荷的无功功率—电压特性 3、掌握变压器的无功功率损耗特性 4、掌握输电线路的无功功率损耗特性
4、掌握机组间参与并列运行机组的无功功率分配的原理和操作方法
4.2 原理说明
1、同步发电机的无功功率—电压特性 （1） 无功功率—电压率特性与调差
同步发电机的机端电压随其输出无功功率变化的特性，称为同步发电机的无功功率—电压特性。无功功率调差系数δ是用来描述同步发电机组的无功功率—电压特性曲线特征的重要参数，它定义为：
δ
UUN
QQN图4-1 一台无差调节特性的机组与有差调节特性机组的并列运行
图4-2 两台无差调节特性的机组的并列运行 图4-3 正调差特性的发电机的并列运行
无功功率调差系数δ在数值上等于机组的无功负荷从零值增加到机组的额定无功功率时（无功功率增量为一个标幺值），其电压增量的标幺值的绝对值。公式中的负号表示：下倾的曲线为正调差特性，上升的曲线为负调差特性，水平线是零调差特性。分析可知，零调差和负调差特性
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的机组不能在发电机电压母线上并联运行，只有具有正调差特性的机组并联运行时，才可以稳定分配有功功率（分析参考图4-1、4-2、4-3）。
（2）调差与无功分配
验证两台并列运行机组的无功功率分配是按其调差系数的倒数进行的，最好是将两台机组直接在机端并列。如果两台机组各经过一段线路再与无穷大系统并列，则需要将线路的自然调差系数一并考虑在内，必要时励磁调节器工作在负调差状态。
将两台机组并入无穷大系统，用改变无穷大系统电压的方法改变无功功率输出总量，分别测定无功功率总量和各机组输出的无功功率，如果计量点相同，无功功率总量应等于两机组输出无功功率之和，否则因线路上的无功损耗使得上述关系不成立。无论怎样，两台机组无功增量的标幺值与各自调差系数的乘积应该相等。
两台正调差特性的发电机组在公共母线上并列运行，当系统无功负荷波动是，起电压偏差相同，调差系数较小的发电机承担较多的无功电流增量。通常要求各台发电机无功负荷的波动量和它们的额定容量成正比，这就要求在公共母线上并列运行的发电机组具有相同的调差系数。
（3）电力系统负荷的无功功率—电压特性
异步电动机在电力系统负荷中占很大的比重，故电力系统的无功负荷与电压的静态特性主要由异步电动机决定。
电力系统中的变压器和输电线路在运行中也消耗无功功率，在考虑无功功率平衡时也可以将其视作为无功负荷。
变压器中的无功损耗分为两部分，即励磁支路损耗和绕组漏抗损耗。其中，绕组漏抗损耗占的比重较大，系统中变压器无功功率损耗较有功功率损耗大的多。
输电线路等效的无功消耗特性取决于输电线路传输的功率与运行电压水平。当线路传输功率较大，电抗中消耗的无功功率大于电容中发出的无功功率时，线路等效为消耗无功；当传输功率较小、线路运行电压水平较高，电容中产生的无功功率大于电抗中消耗的无功功率时，线路等效为无功电源。
（4）无功功率平衡与运行电压水平
电力系统中所有无功电源发出的无功功率，是为了满足整个系统无功负荷和网络无功损耗的需要。在电力系统运行的任意时刻，电源发出的无功功率总和一定等于同时刻系统负荷和网络的无功损耗之和。
系统无功电源充足时，可以维持系统在较高的电压水平下运行为保证系统电压质量，在进行规划设计和运行时，需制定无功功率的供需平衡关系，并保持系统有一定的备用无功容量。在无功电源不足时，应增设无功补偿装置。
4.3 实验内容与步骤
1、同步发电机的无功功率调差特性的测定 本实验电力网络结构如图4-4所示。
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图4-4 同步发电机的无功功率调差特性的测定
（1）1#发电机组的调差系数测定 1）1#发电厂起动
控制方式：微机励磁，他励，恒发电机电压UG控制方式，组网运行，n=1500rpm，UG=400V。设置调差系数为+5%
2）1#发电厂并网运行
投入无穷大系统电源，依次按下QF1、QF18、QF19“合闸”按钮，通过1#发电厂的自动准同期装置，将1#发电厂并入无穷大系统。
3）降低无穷大系统侧的电压，保持有功功率为0，直到1#发电厂发出额定无功功率，记录此时1#发电厂的出口电压和8#母线电压在表4-1中，计算1#发电机组的调差系数，分析调差特性。
表4-1 调差系数 参数 UG（V） US（V）
4）实验时，改变调差系数整定值-5%，重复上述实验。 2、并列运行机组的无功功率分配 本实验电力网络结构如图4-5所示。
图4-5 并列运行机组的无功功率分配
1）3#、4#发电厂起动
控制方式：微机励磁，他励，恒压控制方式，设置调差系数为+10，组网运行，n=1500rpm，UG=400V。
2）3#、4#发电厂并网运行
投入无穷大系统电源，依次按下QF6、QF7、QF15、QF19“合闸”按钮，通过3#发电厂的自
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+5% -5% 动准同期装置，将3#发电厂并入无穷大系统。 然后通4#发电厂的自动准同期装置，将4#发电厂并入无穷大系统。记录此时的各发电厂无功功率于表3-15中。
3）逐渐降低无穷大系统的电压，分别记录5～8组各发电厂的无功功率情况于表3-15中。 表4-2 3#发电厂 4#发电厂 无功功率 Q（KW） 无功功率 Q（KW） 无功负荷总量 3、变压器的空载和负载时无功功率损耗的测定 本实验电力网络结构如图4-6所示。
图4-6 变压器的空载和负载时无功功率损耗的测定
电力变压器是电力输送的重要设备，也是造成无功功率损耗的主要因素。 1）空载时无功功率损耗的测定
手动调整监控台右侧的变压器分接头选择开关：UN。投入无穷大系统电源，依次按下QF19、QF18、QF14“合闸”按钮，向变压器高压侧供电（其他两侧空载），改变无穷大系统电压，记录4～6组变压器电压与吸收无功功率之间的关系数据于表4-3中。改变分接头为+10%、-10%，重复以上步骤，记录数据。 表4-3 平均相电压 UN U（V） 无功功率 Q（kVar） 平均相电压 +10% U（V） 无功功率
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Q（kVar） 平均相电压 -10% U（V） 无功功率 Q（kVar） 2）负载时无功功率损耗的测定
起动5#发电厂，依次按下QF19、QF18、QF14、QF10“合闸”按钮，通过5#发电厂的自动准同期装置，将5#发电厂并入无穷大系统。依次按下QF12、QF13“合闸”按钮，投入负荷LD4。
改变无穷大系统电压，记录5～8组变压器高、中、低各侧无功功率、电压和电流于表4-4中。7#母线侧为高压侧、5#母线侧为中压侧、6#母线侧为低压侧。中压侧的参数从5#发电厂的微机励磁装置中读出。 表4-4 无功功率 Q（kVar） 高压侧 平均相电压 U（V） 平均相电流 Ia（A） 无功功率 Q（kVar） 中压侧 线电压 U（V） 平均相电流 Ia（A） 无功功率 Q（kVar） 低压侧 平均相电压 U（V） 平均相电流 Ia（A） 4、输电线路的无功功率损耗的测定 本实验电力网络结构如图4-4所示。
1）控制方式：常规励磁，他励，组网运行，n=1500rpm,UG=400V。 2）无功功率损耗的测定
投入无穷大系统电源，依次按下QF19、QF18、QF1“合闸”按钮，调节8#母线的电压为400V，通过1#发电厂的自动准同期装置，将1#发电厂并入无穷大系统。
改变无穷大系统电压，记录5～8组XL1、XL6线路首、末两端电压以及无功功率于表4-5
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中。 表4-5 平均相电压 始端 U（V） 无功功率 Q（kVar） 平均相电压 末端 U（V） 无功功率 Q（kVar）
四、实验报告
1、根据同步发电机的无功功率调差特性及并列机组运行相关实验数据，分析多台机组并列运行时，无功功率分配与调差特性的关系。
2、结合变压器无功损耗测定实验数据，分析在变压器无功损耗特性，以及电力系统网络结构中，变压器对整个无功分布的影响。
3、分析输电线路电力系统网络中无功分布的影响。
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