电力系统综合实验指导书

电力系统仿真实验指导书
南华大学电气工程系
2016年9月
实验一大电流接地系统短路故障仿真实验
一、实验目的与要求
通过实验教学加深学生的基本概念，掌握电力系统各类短路故障的特点，使学生通过系统进行物理模拟和数学模拟，对大电流接地系统进行输电线路短路故障仿真实验，以达到理论联系实际的效果，提高学生的感性认识及对电力系统仿真过程的分析能力。

本实验要求学生掌握Simulink中电力系统常用元件的模型及使用方法，并了解建模的基本过程，以及完成模型的仿真，结合短路相关的理论知识对仿真结果加以分析。

二、实验内容
搭建如图1-1所示的系统模型并仿真，该系统有3个电源，4条输电线路，在Line1的末端设置各种类型的短路故障，观察示波器中的电压和电流波形，记录下故障电压电流的有效值。

图1-1 大电流接地系统短路故障的Simulink仿真模型
三、实验仪器设备及耗材
1.每组计算机1台、软件Matlab7.0套。

四、实验原理
1、SimuLink简要说明
SimuLink是基于 MATLAB的图形化仿真设计环境，它是MATLAB提供对系统进行建模、仿真和分析的一个软件包。

它使用图形化的系统模块对动态系统进行描述，并在此基础之上采用MATLAB引擎对动态系统在时域内进行求解。

进入SimuLink的2种方法：
1)在MATLAB命令行中敲出SimuLink，回车，就打开了SimuLink。

2)点击工具栏中的按钮，看图：
图1-2 进入Simulink
2、SimPowerSystems说明
SimuLink下的SimPowerSystems可以实现电路、电力系统、电机、电力电子电路的建模与仿真分析，它提供了典型的电气设备和元件，比如变压器、传输线、电机、电力电子器件等等。

进入SimPowerSystems的2种方法：
1)在MATLAB命令行中敲出powerlib，回车，就打开了SimPowerSystems的元件库。

2)进入simulink环境，从左侧的选出SimPowerSystems，看图：
图1-3 进入SimPowerSystems
Electrical Sources，电源库，有各种电源，交流电压源、交流电流源、直流电压源、受控电压源、受控电流源、电池、三相电源、三相可编程电压源。

Elements，元件库，有开关、传输线、电阻、电感、电容、变压器、故障等。

Machines，电机库，里面有各种各样的电机，同步、异步、永磁、步进等，还分别给出了部分电机的简化模型和详细模型，SI单位制模型和标幺值模型。

Measurements，测量库，里面有各种测量设备，电压、电流、阻抗测量，三相电流电压测量，还有万用表。

Power Electronics，电力电子库，里面包括二极管、晶闸管、理想开关、通用桥、IGBT等电力电子器件。

Application，应用库，这里面是一些整合的应用小系统，有风力发电机、特种电机等。

Extra Library，附加库。

含有control block、discrete control block、discrete measurements、measurements、phasor library等子库。

中间就有PLL，单稳态、PWM发生器、FFT、有功无功测量、有效值、平均值、相量测量等等非常有用的模块
五、主要技术重点、难点
设置算法、故障模块使用、连线的分支
六、实验步骤
1、新建一个simulink model文件。

首先进入simulink界面。

就像其他windows应用程序一样，可以通过点击“新建”快捷菜单，这个图标长的和Word中的新建是很像的；可以使用快捷键Ctrl+N；可以通过file->new->model。

2、保存新建的文件。

文件格式为mdl。

保存有三种操作方法：快捷菜单、快捷键和菜单操作。

3、按照实验内容要求，将需要的模块“拖出来”。

拖出来的分解动作是：左键选中模块，按住左键将其拖拉到工作空间中。

仿真电路中各模块名称及提取路径
4、重命名拖出来的模块。

命名原则就是能根据名称看出它的功能；尽量简洁；符合行业规定和一般习惯。

比如，电压源一般命名为Vs，等效电阻命名为R_eq。

5、旋转模块。

选中模块，鼠标右击执行菜单Format\Rotate Block。

6、对各个模块进行参数设置。

电源采用“Three-phase source”，参数设置如图1-4所示，电源E2、E3的A相电势初相位分别为300、600，其他设置与E1相同。

输电线路仿真模块采用“Distributed Parameters Line”分布参数模型，Line1的参数设置如图1-5所示。

线路Line2、Line3、Line4的长度分别为150km、260km、300km，其他设置与Line1相同。

图1-4电源参数设置
图1-5 线路参数设置
图1-6 故障类型设置
故障类型分别设置为三相短路、A相接地短路、AB两相接地短路、AB两相相间短路，故障时间从0.08s开始，0.12s结束。

7、根据实验内容添加测量模块。

添加三相电压电流测量模块、有效值测量模块、三相序分
量分析模块。

图1-7 有效值测量模块设置
图1-8 三相序分量分析模块
三相序分量分析模块求解选项Sequence设置为 Zero，求解零序分量。

8、添加显示设备（scope），将测量模块的输出接到显示设备（scope）。

9、连线
先将光标指向连线的起点，待光标变为十字后，按下鼠标左键后拖动至终点，释放鼠标。

如果一个起点连接多个终点，将产生分支，操作方法如下：
1)将光标指向分支线的起点(即在已有信号线上的某点)。

2)按下鼠标右键，看到光标变为十字；或者按住<Ctrl>键，再按下鼠标左键。

3)拖动鼠标，直至分支线的终点处。

10、设置算法
依次点击菜单simulation->configuration parameters或者使用快捷键Ctrl+E。

出现：
图1-10 仿真参数设置
算法设置为ode23tb，仿真时间长度设置为0.2秒，其他保持为默认值。

11、开始仿真。

启动仿真有三种方法。

一是直接点击工具栏中的仿真按钮，是一个向右的黑三角，长的十分像播放器的“播放”按钮。

第二种是菜单simulation->start。

第三种就是使用快捷键Ctrl+T。

12、双击打开scope，观看电压、电流波形情况，记录下电压电流的有效值数据。

建议查
看曲线时鼠标右击选择菜单AutoScale使曲线以合适的大小显示。

七、实验报告要求
1、给出输电线路故障的仿真模型
2、说明建模步骤和仿真过程
3、给出不同短路类型下的电压、电流瞬时值波形。

4、给出零序电压、零序电流的有效值曲线。

5、整理不同短路类型下获得实验数据。

6、通过对比，对不同短路类型进行定性分析。

八、实验注意事项
注意三相测量模块、有效值测量模块、三相序分量分析模块之间的连接
九、思考题
1、什么是短路电流的最大有效值？其计算公式如何？
2、不同的短路类型，短路电流有什么特征？电压有什么特征？
实验二简单电力系统暂态稳定性仿真
一、实验目的与要求
通过实验教学加深学生的基本概念，了解系统遭受大干扰后(比如短路故障)系统能否稳定运行与故障切除时间等因素紧密相关，使学生通过系统进行物理模拟和数学模拟，对简单电力系统暂态稳定仿真实验，以达到理论联系实际的效果，增强对系统稳定性的认识与理解，提高学生的感性认识及对电力系统仿真过程的分析能力。

本实验要求学生掌握Simulink中电力系统常用元件的模型及使用方法，并了解建模的基本过程，以及完成模型的仿真，结合短路相关的理论知识对仿真结果加以分析。

二、实验内容
对如图2-1所示的单机无穷大系统，分析在f点发生短路故障，通过线路两侧开关同时断开切除线路后，系统的暂态稳定性。

图2-1 单机无穷大系统原理图
发电机的参数：
S GN=352.5MWA,P GN=300MW,U GN=10.5Kv,x d=1,x d’=0.25,x d”=0.252,x q=0.6,xl=0.18,
T d’=1.01,T d”=0.053,T q0”=0.1,Rs=0.0028,H(s)=4s;T JN=8s,负序电抗：x2=0.2
变压器T-1的参数:S TN1=360MVA,U ST1%=14%,K T1=10.5/242;
变压器T-2的参数:S TN2=360MVA,U ST2%=14%,K T2=220/121;
线路的参数：l=250km,U N=220K,X L=0.41欧/km，r L=0.07欧/km，线路的零序电抗为正序电抗的5倍。

三、实验仪器设备及耗材
1.每组计算机1台、软件Matlab7.0套。

四、实验原理
1、powergui说明
powergui是一个环境模块，它利用Simulink功能连接不同的电气元件，是分析电力系统
模型有效的图形化用户接口工具。

任何一个含有SimPowerSystems模块的模型中必须含有一个。

它储存了电路模型的等效数学模型（状态空间方程）。

没有它，仿真不能启动，会给出一个错误提示。

1）powergui模块可以显示系统处于稳定状态时的电流和电压及电路所有状态的变量值。

为了执行仿真，powergui模块允许修改初始状态。

2）Powergui可以执行负载潮流计算。

3）当电路中出现阻抗测量模块时，powergui也可以显示阻抗随频率变化的波形。

4）可以生成扩展名为rep的结果报告文件。

powergui指定了解电路的方法。

主要有：1)使用变步长Simulink求解策略的（时间）连续方法；2）理想开关（时间）连续方法；3）固定时间步长的（时间）离散方法；4）相量方法。

找到powergui的2种方法：
1）在simulink库浏览器的树形目录左侧点一下SimPowerSystems,右侧显示出来的图表中最后一个就是它。

2）直接在MATLAB的命令行里敲进powerlib，调出powerlib库，它也是出现在最后一个。

2、SimPowerSystems工作机制
每次仿真的时候，都要调用一个特殊的初始化机制。

这个初始化机制计算出电路模型的状态空间模型，搭建出可以供Simulink软件仿真的等价模型。

这个机制的等效步骤是这样的：1) 将所有的SimPowerSystems模块分为线性和非线性两类，提取模块的参数，得出模型的网络拓扑结构。

每一个电气节点自动赋予一个节点标号。

2) 网络拓扑得到后，线性模块的状态空间模型（矩阵A、B、C、D）被计算。

本阶段，同时完成所有的稳态计算和初始化。

3) 搭建起电路模型的Simulink模型，将其存储于Powergui模块中。

五、主要技术重点、难点
同步发电机模块、调速器模块、励磁控制器模块、发电机参数输出模块的使用
六、实验步骤
仿真电路中各模块名称及提取路径
1、按照图2-2把各个模块从Sinmulink库中提取出来，放在合适的位置。

图2-2 暂态稳定性SimuLink仿真模型图
图2-3 发电机模块参数设置
2、设置各模块参数
1)在仿真模型中，发电机采用” Synchronous Machine pu Standard”模型，额定容量为352.5MWA，额定电压为10.5Kv,参数设置如图3-3所示。

发电机调速器模块设置如图2-4所示：
图2-4 发电机调速器模块参数设置
发电机励磁控制系统模块设置如图2-5所示：
图2-5 发电机励磁控制模块参数设置
发电机模块输出参数m由两个Bus Selector引出，一个Bus Selector将运行参数反馈到调速器和励磁系统，另一个Bus Selector将信号输出到 Scope显示。

其中一Bus Selector设置如
图2-6所示，另一个Bus Selector设置按照模型2-2进行。

图2-6 发电机运行参数m由Bus Selector引出
2)无穷大系统采用”Three-phase source”模型，其参数设置如图2-4所示。

图2-7 无穷大系统等值电源模块参数设置
3）和发电机相连的升压变压器参数设置如图2-8所示。

和无穷大系统相连的降压变压器参数设置：原边高压侧ABC接线方式为Yg，电压阻抗参数分别为220e3、0、0.07，低压侧接线方式为Delta(D1)，电压阻抗参数分别为110e3、0、0.07。

其他设置和升压变压器设置相同。

图2-8 升压变压器模块参数设置
4）线路模型采用三相”Π”形等值线路模块，参数设置如图2-9所示：
图2-9 输电线路参数设置
5）故障点的故障类型等参数采用三相线路故障模块”Three-Phase Fault”来设置，由于故障后线路两侧的断路器应同时断开切除线路，所以模型中的两个断路器模块Breaker的动作参数应与故障模块中的动作参数设置相配合。

在故障模块中设置故障类型为AB两相接地故障，Transition time(s)设置为[0.1 9]，即0.1s时发生故障，9s时结束。

如果在故障后0.1s切除线路，则两个断路器模块的参数设置应如图2-10所示。

如果在故
障后0.5s切除线路，断路器模块的参数Transition time(s)设置为[0.6 9]，即0.6s断路器动作切除线路。

6)母线 Bus采用的是三相电压电流测量模块”Three⁃PhaseV⁃I Measurement”，将其Back Color设置为black即可。

7）完成以上设置后，利用Powergui模块对电机进行初始设置。

单击Powergui，在 Simulation Type选项中选择Discretize electrical model,Sample time(s)设置为1e-5。

打开”Load Flow and Machine Initialization ”潮流计算和电机初始化窗口，设置发电机节点的类型为PV节点，机端电压10.5kV,输出功率3e8MVA,然后点击按钮”Update Load Flow ”更新潮流计算。

3、连线
4、设置算法
算法设置为Discrete离散算法，仿真时间长度设置为5s，其他保持为默认值。

5、开始仿真。

将断路器模块的参数Transition time(s) 分别设置为[0.2 9]、[0.6 9]两种情况进行仿真。

6、双击打开scope，查看发电机转速、功角、电压、电流等波形情况。

建议查看曲线时鼠标右击选择菜单AutoScale使曲线以合适的大小显示。

七、实验报告要求
1、给出单机无穷大系统暂态稳定性Simulink仿真模型。

2、说明建模步骤和仿真过程
3、给出故障切除时间分别为故障后0.1s、0.5s两种情况下发电机转速、功角曲线。

4、给出电压电流波形曲线。

5、对比不同故障切除时刻的仿真结果。

八、实验注意事项
注意发电机模块、调速器、励磁模块之间的连接
九、思考题
1、功角和发电机惯性时间常熟T J的物理意义是什么？
2、提高电力系统静态稳定和暂态稳定的措施主要有哪些？
实验三电力系统潮流计算仿真实验
一、实验目的与要求
通过实验教学加深学生的基本概念，了解电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行的一项基本计算，使学生通过系统进行物理模拟和数学模拟，对电力系统进行潮流计算的仿真实验，以达到理论联系实际的效果，提高学生的感性认识及对电力系统仿真过程的分析能力。

本实验要求学生掌握Simulink中电力系统常用元件的模型及使用方法，并了解建模的基本过程，以及完成模型的仿真，结合短路相关的理论知识对仿真结果加以分析。

二、实验内容
如图3-1所示的2机5节点电力系统，分别采用潮流计算软件MATPOWER和电力图形用户分析界面（Powergui）对电网进行潮流分析。

图3-1 2机5节点系统
三、实验仪器设备及耗材
1.每组计算机1台、软件Matlab7.0套。

四、实验原理
1．MATPOWER软件安装步骤
●下载完毕后，解压缩。

●右击Matlab，点击性。

点击“ 打开文件位置”找到Matlab的安装目录。

按下Backspace,
找到toolbox文件夹。


将解压缩的 matpower 复制到 toolbox 文件夹下。


打开 Matlab,点击 File,在下拉菜单中找到 setpath。

点击 setpath,如图。

20



点击 Add with subfolds，在弹出框中将你复制到 toolbox 点击 确定。

点击 save 然后离开。

"matpower"文件夹找到。


在 Matlab 中 输入
test_matpower 回车后，出现以下命令，就代表已经安装好了。

t_nested_struct_copy....ok t_mpoption..............ok t_loadcase..............ok t_ext2int2ext...........ok t_jacobian..............ok t_hessian...............ok t_margcost..............ok t_totcost...............ok t_modcost...............ok
21


t_hasPQcap..............ok t_mips..................ok t_qps_matpower..........ok (216 of 324 skipped) t_pf....................ok t_cpf...................ok t_islands...............ok t_opf_model.............ok t_opf_fmincon...........ok t_opf_mips..............ok t_opf_mips_sc...........ok t_opf_dc_mips...........ok t_opf_dc_mips_sc........ok t_opf_dc_ot.............ok t_opf_userfcns..........ok t_runopf_w_res..........ok t_dcline................ok t_makePTDF..............ok t_makeLODF..............ok t_total_load............ok t_scale_load............ok t_psse..................not ok ##### Ran 137 of 137 tests: 135 passed, 2 failed t_off2case..............ok t_auction_mips..........ok t_runmarket.............ok Ran 3156 of 3156 tests: 2938 passed, 2 failed, 216 skipped Elapsed time 57.16 seconds.
2. 简要说明 字段 baseMVA 是一个标量，用来设置基准容量，如 100MVA。

字段 bus 是一个矩阵，用来设置电网中各母线参数。

① bus_i 用来设置母线编号(正整数)。

② type 用来设置母线类型, 1 为 PQ 节点母线, 2 为 PV 节点母线, 3 为平衡(参考)节点母线， 4 为孤立节点母线。

③ Pd 和 Qd 用来设置母线注入负荷的有功功率和无功功率。

④ Gs、Bs 用来设置与母线并联电导和电纳。

⑤ baseKV 用来设置该母线基准电压。

⑥ Vm 和 Va 用来设置母线电压的幅值、相位初值。

⑦ Vmax 和 Vmin 用来设置工作时母线最高、最低电压幅值 ⑧ area 和 zone 用来设置电网断面号和分区号， 一般都设置为 1， 前者可设置范围为 1～100， 后者可设置范围为 1～999。

字段 gen 为一个矩阵，用来设置接入电网中的发电机(电源)参数。

① bus 用来设置接入发电机(电源)的母线编号。

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1—打印少量进程信息 2—打印大量进程信息 3—打印所有进程信息 32 OUT_ALL -1 结果的打印控制 -1— 用分散的标志来控制哪些 需要输出 0—不打印任何内容 1—打印所有内容
五、实验步骤 1. 编写 2 机 5 节点 M 文件
function mpc=case5_01 %% MATPOWER Case Format : Version 2 mpc.version = '2'; %%----Power Flow Data -----%%
%% system MVA base mpc.baseMVA = 100; %% bus data % bus_i type Pd Qd Gs Bs area Vm Va baseKV zone Vmax Vmin mpc.bus =[1 1 160 80 0 0 1 1 0 100 1 1.1 0.94; 2 1 200 100 0 0 1 1 0 100 1 1.1 0.94; 3 1 370 130 0 0 1 1 0 100 1 1.1 0.94; 4 2 0 0 0 0 1 1.050 0 100 1 1.1 0.94; 5 3 0 0 0 0 1 1.050 0 100 1 1.1 0.94;] %% generator data % bus Pg Qg Qmax Qc2min Qmin Qc2max Vg mBase status Pmax Pmin Pc1 Pc2 apf Qc1min Qc1max ramp_agc ramp_10 ramp_30 ramp_q
mpc.gen = [4 500 0 9990 -9999 1.05 100 1 600 0; 5 0 0 9990 -9999 1.05 100 1 600 0;] %% branch data % fbus tbus angmin r angmax x b rateA rateB rateC ratio angle status
mpc.branch = [2 1 0.04 0.25 0.5 0 0 0 0 0 1 -360 360; 3 1 0.1 0.35 0 0 0 0 0 0 1 -360 360; 2 3 0.08 0.3 0.5 0 0 0 0 0 1 -360 360; 3 5 0 0.03 0 0 0 0 1.05 0 1 -360 360; 2 4 0 0.015 0 0 0 0 1.05 0 1 -360 360;] return;
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2.在 Matlab 的命令窗口输入运行命令 runpf('case5_01') 3.分析迭代过程中的各节点电压变化情况和迭代过程中的各节点功率误差变化情况。

4.构建 2 机 5 节点电力系统潮流计算仿真模型， 见图 3-2 利用 Powergui 计算电力系统潮流，
A B m
A B m
Terminator Constant m -CPm A B -CConstant1 Vf_ C
C c c C A B a b a A b B
C
Terminator2 Load1
C
Terminator3 Load2 m Pm -CTerminator1 Constant2
a A b B c C
A B C L1
A B C
a A b B c C
A a B b C c
a b c
A B C
A B Vf_ C -CConstant3
G1
T1
M2 M6
A a B b C c
M7
M8 M1
A a B b C c
M3
T2
G2
C
L2
C A B
L3
C
C c
A
M5
M4
A a
B b
A a
C c
B b
B
C
A
B
A
B
Discrete, Ts = 5e-005 s.
Load3
A B C m
Terminator4
图 3-2 2 机 5 节点电力系统潮流计算仿真模型图
5.模型参数计算及设置
图 3-3 变压器 T1 参数设置
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图 3-4 线路 L1 的参数设置
图 3-5 负荷 Load1 的参数设置 6. 在 Powergui 模块更新潮流，获得潮流结果。

7.计算结果及比较。

节点号
电压幅值（p.u.） Powergui MATPOWER 差值%
电压角度/° Powergui MATPOWER 差值 %
1 2
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3 4 5 六、实验报告要求 1、给出 MATPOWER 潮流计算程序和数据结果。

2、说明建模步骤和仿真过程 3、给出 Powergui 模块潮流计算结果。

4、整理两种方式下潮流计算结果。

5、通过对比，进行分析。

七、思考题 1、潮流计算的目的。

2、有功功率 P 和无功功率 Q 对系统潮流分布的影响。

3、影响系统网损和线损的因素。

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实验四
一、实验目的
单机带负荷实验（103 实验室 THLZD-2 平台）
1．了解和掌握单机带负荷运行方式的特点。

2． 了解在单机带负荷运行方式下原动机的转速和功角与单机－无穷大系统运行方式下 有什么不同。

3．通过独立电力网与大电力系统的分析比较实验进一步理解系统稳定概念。

二、原理说明 单机带负荷运行方式与单机对无穷大系统运行方式有着截然不同的概念，单机对无穷 大系统在稳定运行时，发电机的频率与无穷大频率一样，它是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。

而单机带负荷它 是一个独立电力网。

发电机是唯一电源，任何负荷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 将发电机的频率和电压调至额定值。

图 3-7-1
单机带负荷接线图
三相可调负载箱与实验台的连接:实验台的右侧面留有本地负荷的接口， 即三相带中性 线的强电护套座，实验平台通电前，将三相自耦调压器原副边电缆解下，用实验平台配套 设备中的强电实验连接线将三相自耦调压器的原边接入右侧面强电护套座，副边接入三相 可调负载箱的电感性负载,通过调压器调节电感负载的大小。

三相可调电阻性负载与调压器 的原边并联接入。

负载箱阻抗的分配如下： 阻性负载包括一组 3×1600Ω /0.2A（0.1kW）板式电阻，两组 3×800Ω /0.4A（0.2kW） 板式电阻，一组 3×320Ω /1A（0.5kW）板式电阻和两组 3×160Ω /2A 1kW 板式电阻，通过 开关投切可调节阻性负载的大小。

感性负载由三个 200mH 的电感和自耦调压器构成，通过开关投切可调节感性负载的大 小。

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；然 后通过开关，控制三组负载的投退。

电感的投入方式： 按照上述接线方法正确接线后， 三相自耦调压器先逆时针旋至最小， 此时副边电压为零，相当于电抗器没有消耗无功功率，然后顺时针旋转自耦调压器旋钮， 增大加在电抗上的电压，增加了无功负荷，改变了负荷的功率因数，故通过调节自耦调压 器副边电压可以改变无功负荷的大小，也就调整了负荷的功率因数。

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三、实验内容与步骤 开电源前，调整实验台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；发电机励磁方式常规励磁，他励；并网方式手动同期； 1．独立系统特性及调速器的调差特性实验 ⑴ 三相可调负载箱按照上述说明接入实验台右侧面的本地负荷接口。

原动机开关旋至 开，按下微机调速器启动按钮，自动将机组启动至 1500rpm，通过调节常规励磁给定，使 发电机电压为 300V。

⑵ 合上输电线路的所有断路器，发电机通过两回线送电到负载。

⑶ 通过控制电阻性负载的投退改变有功负载的大小， 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， 有功功率和功率因数以及电流。

将数据记录在表 3-7-1 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。

⑷ 上述实验步骤完成后，将输电线路改为单回路，重复上述实验步骤。

注：负载箱的调节方法详见本章实验原理与说明。

表 3-7-1 参数 线路结构 Ug =400V COSΦ=0.8 P1 COSΦ1 常规他励 P：kW P2 UTr URe U：V I：A n：rpm IA n
双回线
单回线
P1，COSΦ1－送端功率，功率因数 P2－受端功率 UTr－送端线电压 URe－受端线电 压 2．投，切不同负荷和甩负荷实验 ⑴ 同上实验步骤 1 ⑵ 采用双回线送电：先合上 QF0、QF1、QF2 和 QF6，然后同时合上 QF3、QF4，观 察发电机机组的振荡过程。

待系统稳定运行后，观察机组转速和受端电压的变化。

分析比 较投入负载分别为纯阻性，纯感性，阻感性。

⑶ 在发电机组带额定负荷的情况下， 分别切除不同性质的负荷， 观察机组转速和受端 电压的变化，分析比较不同性质负荷时对系统的影响。

⑷ 甩负载实验 在发电机双回线输电带阻感性负载后，同时断开 QF3、QF4，使发电机组突甩负荷，
29


观察机组转速和送、受端电压的变化。

⑸实验结束后，通过调节励磁使无功至零，通过调速器使有功至零，然后将发电机与系统解列，解列之后按下调速器的停机按钮使发电机转速至零，跳灭磁开关。

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）。

四、实验报告
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．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。

3．分析比较投切不同性质负载对转速和受端电压的影响。

4．单机带负载与单机无穷大系统有什么不同？
5．在电源电势给定，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。

6．分析功率极限与负载功率因数的关系。

实验五同步发电机V形曲线及零功率因数测定实验
一、实验目的
1．通过实验掌握V形曲线的测定方法
2．掌握同步发电机V形曲线的含义
二、原理说明
同步发电机零功率因数负载特性实验是指保证发电机以额定转速（n=n1)运行，电枢电流I g=I N的情况下发电机端电压U与励磁电流I e的关系,即U=f(I e)。

零功率因数负载特性常采用同步发电机带三相纯电感性负载实验测出，在实验室里，常使用三相对称的电感线圈(本实验用三相感应自耦调压器和三相可调负载箱的电抗器)作为电感负载，虽然这种负载不是纯电感性的，但因COSΦ＜0.2，可近似地认为负载是纯电感负载。

在没有纯电感性负载或发电机较大无法使用纯电感负载的情况下，可以将发电机并联运行于U=U N的电网上来进行测试，发电机的有功功率应该为零，调节发电机的励磁电流，零功率负载特性要测量两个关键点，一点为调节发电机的励磁电流使无功电流达到I M，此点为U=U N时对应的励磁电流I e1，该点可以在V形曲线测定时一起进行，另一点为做发电机稳态短路实验中测取的I g=I gN时对应的励磁电流I e2，此点为零功率负载特性曲线上U=0对应的点。

以上两点为同步发电机零功率负载特性曲线的两个关键点U=0和U=U N，如果要绘制零功率因数负载特性曲线，可以通过这两个关键点和空载特性曲线，利用零功率因数负载特性和空载特性之间相差的特性三角形，用绘图的方法就可以求取零功率因数特性曲线。

同步发电机的“V”形曲线是指在有功功率保持不变时，表示电枢电流I g和励磁电流I e的关系曲线I g =f(I e)。

由于其形状像字母“V”，故称为V形曲线。

在不同的有功功率情况下对应不同的V形曲线。

功率值越大，曲线越上移。

同步发电机V形曲线明确地划分发电机励磁状态成正常、过励和欠励三种状态，通过实验可证实，在原动机功率不变时，改变励磁电流将引起发电机无功电流的改变，随之定子总电流也发生变化。

通过V形曲线，不仅可知发电机是处于过励状态、正常励磁，还是欠励状态，同时也可知发电机是向电网输出滞后无功功率，还是从电网吸收滞后无功功率。

三、实验内容与步骤
1．同步发电机V形曲线的测定
开电源前，调整实验台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；发电机运行方式为并网运行；发电机励磁为手动励磁，他励；手动同期并网。

⑴发电机组启机，建压，并网，双回线输电；保持系统电压U S=380V不变。

⑵调节微机调速装置的增减速按钮，使输出有功功率P=0，并在实验过程中保持P=0不变。

⑶调节手动励磁，观测励磁电流表的显示，I e=4A时，记录下对应的发电机电枢电流的数据（可任选一相电流），然后逐步减小励磁电流直到电枢电流减小到最小值（此时无功功率表读数应该为零），记录此时对应的励磁电流I e和电枢电流I g。

然后继续减小励磁电流，直到I e=0，记录此时对应的电枢电流I g。

（观察实验台上的电流表，可任选一相电流），注意在调节过程中，始终保持P=0不变。

（励磁电流改变时，有功功率和无功功率都会发生变化，调节调速器使P不变，步骤⑷、⑸同样操作。

）
⑷将有功功率增加到P=1kW，调节手动励磁，观测励磁电流表的显示，I e=4A时，记录下对应的电枢电流的数据，然后逐步减小励磁电流直到电枢电流减小到最小值（此时。