电力系统自动化实验报告

实验一发电机组的启动与运转实验

一、        实验目的:

1．              了解微机调速装置的工作原理和掌握其操作方法。

2．              熟悉发电机组中原动机（直流电动机）的基本特性。

3．              掌握发电机组起励建压，并网，解列和停机的操作。

二、        原理说明:

      在本实验平台中，原动机采用直流电动机模拟工业现场的汽轮机或水轮机，调速系统用于调整原动机的转速和输出的有功功率，励磁系统用于调整发电机电压和输出的无功功率。

THLZD-2型电力系统综合自动化实验台输电线路的具体结构如下图所示：

调速系统的原理结构图：

                           励磁系统的原理结构示意图

三、        实验内容与步骤：

1．发电机组起励建压

⑴ 先将实验台的电源插头插入控制柜左侧的大四芯插座（两个大四芯插座可通用）。接着依次打开控制柜的“总电源”、“三相电源”和“单相电源”的电源开关；再打开实验台的“三相电源”和“单相电源”开关。

⑵ 将控制柜上的“原动机电源”开关旋到“开”的位置，此时，实验台上的“原动机启动”光字牌点亮，同时，原动机的风机开始运转，发出“呼呼”的声音。

⑶ 按下THLWT-3 型微机调速装置面板上的“自动/手动”键，选定“自动”方式，开机默认方式为“自动方式”。

⑷ 按下THLWT-3 型微机调速装置面板上的“启动”键，此时，装置上的增速灯闪烁，表示发电机组正在启动。当发电机组转速上升到1500rpm 时，THLWT-3 型微机调速装置面板上的增速灯熄灭，启动完成。

⑸ 当发电机转速接近或略超过1500rpm 时，可手动调整使转速为1500rpm，即：按下THLWT-3 型微机调速装置面板上的“自动/手动”键，选定“手动”方式，此时“手动”指示灯会被点亮。按下THLWT-3 型微机调速装置面板上的“＋”键或“－”键即可调整发电机转速。

⑹ 发电机起励建压有三种方式，可根据实验要求选定。一是手动起励建压；一是常规起励建压；一是微机励磁。发电机建压后的值可由用户设置，此处设定为发电机额定电压400V，具体操作如下：

① 手动起励建压

1) 选定“励磁调节方式”和“励磁电源”。将实验台上的“励磁调节方式”旋钮旋到“手动

调压”，“励磁电源”旋钮旋到 “他励”。

2) 打开励磁电源。将控制柜上的“励磁电源”打到“开”。

3) 建压。调节实验台上的“手动调压”旋钮，逐渐增大，直到发电机电压（线电压）达到设定的发电机电压。

② 常规励磁起励建压

1) 选定“励磁方式”和“励磁电源”。将实验台上的“励磁方式”旋钮旋到“常规控制”，“励磁电源”旋钮旋到 “自并励”或“他励”。

2) 重复手动起励建压步骤⑵

3) 励磁电源为“自并励”时，需起励才能使发电机建压。先逐渐增大给定，可调节THLCL-2常规可控励磁装置面板上的“给定输入”旋钮，逐渐增大到3.5V 左右，按下THLCL-2 常规可控励磁装置面板上的“起励”按钮然后松开，可以看到控制柜上的“发电机励磁电压”表和“发电机励磁电流“表的指针开始摆动，逐渐增大给定，直到发电机电压达到设定的发电机电压。

4) 励磁电源为“他励”时，无需起励，直接建压。逐渐增大给定，可调节THLCL-2 常规励磁装置面板上的“给定输入”旋钮，逐渐增大，直到发电机电压达到设定的发电机电压。

③ 微机励磁起励建压

1) 选定“励磁方式”和“励磁电源”。将实验台上的“励磁方式”旋钮旋到“微机控制”，“励磁电源”旋钮旋到 “自并励”或“他励”。

2) 检查THLWL-3 微机励磁装置显示菜单的“系统设置”的相关参数和设置。具体如下：“励磁调节方式”设置为实验要求的方式，此处为“恒Ug”。“恒Ug 预定值”设置为设定的发电机电压，此处为发电机额定电压。“无功调差系数”设置为“+0”具体操作见THLWL 微机励磁装置使用说明。

3) 按下THLWL-3 微机励磁装置面板上的“启动”键，发电机开始起励建压，直至THLWL-3微机励磁装置面板上的“增磁”指示灯熄灭，表示起励建压完成。

2．发电机组停机

⑴ 减小发电机励磁至0。

⑵ 按下THLWT-3 微机调速器装置面板上的“停止”键。

⑶ 当发电机转速减为0 时，将THLZD-2 电力系统综合自动化控制柜面板上的“励磁电源”打到“关”，“原动机电源”打到“关”。

3．发电机组并网

⑴ 首先投入无穷大系统，具体操作参见第一部分“无穷大系统”，将实验台上的“发电机运行方式”切至“并网”方式。打开控制柜的“总电源”、“三相电源”和“单相电源”的电源开关；再打开实验台的“三相电源”和“单相电源”开关。

⑵ 发电机与系统间的线路有“单回”和“双回”可选。根据实验要求选定一种，此处选“单回”。单回：断路器QF1 和QF3（或者QF2、QF4 和QF6）处于“合闸”状态，其他处断路器处于“分闸”状态；双回：断路器QF1、QF2、QF3、QF4 和QF6 处于“合闸”状态，其他处断路器处于“分闸”状态。

⑶ 合上断路器QF7，调节自耦调压器的手柄，逐渐增大输出电压，直到接近发电机电压。

⑷ 投入同期表。将实验台上的“同期表控制”旋钮打到“投入”状态。

⑸ 发电机组并网有三种方式，可根据实验要求选定。一是手动并网；一是半自动并网；一是自动并网。为了保证发电机在并网后不进相运行，并网前应使发电机的频率和电压略大于系统的频率和电压。手动并网: 所谓“手动并网”，就是手动调整频差和压差，满足条件后，手动操作并网断路器实现并网。

1) 选定“同期方式”。将实验台上的“同期方式”旋钮旋到“手动”状态。

2) 观测同期表的指针旋转。同期时，以系统为基准，fg > fs 时同期表的相角指针顺时针旋转，频率指针转到“+”的部分；Ug>Us 时压差指针转到“+”。反之相反。fg 和Ug 表示发电机频率和电压；fs 和Us 表示系统频率和电压。根据同期表指针的位置，手动调整发电机的频率和电压，直至频率指针和压差指针指向“0”位置。表示频率差和压差接近于“0”，此时相角指针转动缓慢，当相角指针转至中央刻度时，表示相角差为“0”，此时按下断路器QF0 的“合闸”按钮。完成手动并网。

4．发电机组发出有功和无功功率

⑴ 调节励磁装置，调整发电机组发出的无功，使Q=0.75kVar，PF=0.8。具体操作：

① 手动励磁：调节THLZD-2 电力系统综合自动化实验台上的“手动调压”旋钮，逐步增大励磁，直到达到要求的无功值。

② 常规励磁：调节THLCL-2 常规可控励磁装置面板上的“给定输入”旋钮，逐步增大给定，直至达到要求的无功值

③ 微机励磁：多次按下THLWL-3 微机励磁装置面板上的“＋”键，逐步增大励磁，直至达到要求的无功值。

⑵ 调节调速器，调整发电机组发出的有功，具体操作：多次按下THLWT-3 微机调速装置“+”键，逐步增大发电机有功输出，使P=1kW。

5．发电机组解列

⑴ 将发电机组输出的有功和无功减为0。具体操作：

① 多次按下THLWT-3 微机调速装置“－”键，逐步减少发电机有功输出，直至有功接近0。

② 调节励磁，减小无功。多次按下THLWL-3 微机励磁装置面板上的“－”键，逐步减少发电机无功输出，直至无功接近于0。

备注：在调整过程中，注意不要让发电机进相。

⑵ 按下THLZD-2 电力系统综合自动化实验台上的断路器QF0 的“分闸”按钮，将发电机组和系统解列。然后发电机停机，具体参照实验内容“⒉发电机组停机”。

实验二 欠励限制实验

一、实验目的

1．掌握欠励限制的作用、工作原理、特性曲线及其整定方法。

2．深入理解“V”形曲线和功率圆图，分析研究欠励运行与机组稳定的关系。

二、原理说明

欠励限制的作用就是当发电机处于进相运行时，将其最小励磁值限制在发电机临界失步稳定 极限范围内，并且使最小励磁值不致低于发电机进相运行时定子端部绕组及铁芯部件的发热允许范围。

自并励方式励磁的同步发电机，当并列运行于容量不大而电压波动较大的电网中，在电网电压升高时（比如由于电力系统高压线路空载运行，或无功补偿电容在电力系统负荷低谷时未及时切除，造成系统无功过剩），自并励励磁系统由于电压负反馈的调节作用，会自动使发电机励磁电流大幅度降低。当发电机励磁电流小于某一定值时，其功率因数角将由滞后变为超前，发电机自动带上容性负载，即所谓“进相”运行，进入“进相”的励磁状态称为“欠励”状态。根据凸极同步发电机的功率方程式：

式中： P－发电机有功功率；      Eq－发电机空载电势；

    Us－系统电压；               δ－功角；

     XL－线路电抗；              Xd－发电机纵轴同步电抗；

      Xq－发电机横轴同步电抗。

发电机“V”形曲线

     当P、U、Xd、Xq、XL 确定后，励磁电流减少，引起Eq 减少，必然导致功角δ 增大，当δ>90°时，电机失步。发电机运行的P（有功）－Q（无功）极限在电机理论中可由功角特性得出同步发电机的V 形曲线（图3-2-6-1)或由功率圆图来确定（图3-2-6-2)。由“V”形曲线可知，发电机带上不同的有功负载时，分别“进相”到不同程度后即失去稳定。所以，当发电机带上某一有功功率时，为保证发电机稳定运行，其最小励磁电流由“V”形曲线就可确定。发电机所带有功负载越大，则允许“进相”的范围就越小，即励磁电流最小限制值越高。

     最小励磁限制和最大容性无功功率（或电流）限制是同一回事。因为在发电机并联运行情况下，容性无功功率的增大是欠激励磁电流减小的必然反应，因此欠激励磁电流的测量和最小励磁电流的限制都可以通过容性无功功率来实现。保持静态稳定极限所允许的P～Q 关系，可由发电机的功角特性和静态稳定特性的条件dP/dδ=0 来推导。从而可作出保证静态稳定极限下的凸极同步发电机的P－Q 关系功率圆图。

    P－Q 关系功率圆图的半径及圆心的参数见图3-2-6-2 所示，图中虚线为凸极机的P－Q 曲线。弧线的下方为发电机失步运行区。

静稳定条件下的功率圆图

     显然，为了保证机组有一定静稳定储备和避免水轮发电机由于欠励运行造成定子端部发热，需要限制发电机的最小励磁电流，也就是相应地限制发电机的最大进相无功电流（或功率）。

     当电网电压波动较大，而发电机容量相对较小，并且有灵敏的励磁调节器时，甚至还可能发生因为电网电压升高，该机自动强减而失磁或自同期并网时发生失磁，因此考虑这一因素，也有必要装设欠励限制电路。

     对于自复励的发电机，因有复励分量，可以不装设欠励限制。总之，欠励限制器的任务就是确保在任何情况下，限制发电机的进相无功不超过允许范围，当进相无功超过允许范围时，欠励限制器将限制励磁电流的减少。

三、实验内容与步骤

     1．合上控制柜上的所有电源开关；然后合上实验台上的所有电源开关。合闸顺序：先总开关，后三相开关，再单相开关。

     2．选定实验台上面板的旋钮开关的位置：将“励磁方式”旋钮开关打到“微机控制”位置；将“励磁电源”旋钮开关打到“他励”位置。

    3．发电机组和系统间的线路采用单回线，使实验台上的线路开关QF1 和QF3 处于“合闸”状态, QF2，QF6，QF7，QF4 和QF5 处于“分闸”状态。

    4．设置THLWL-3 微机励磁装置的“励磁调节方式”为“恒Ug”；设置THLWL-3 微机励磁装置的“恒Ug 预定值”为“300V”；具体操作见THLWL 微机励磁装置使用说明。

5．发电机组起励建压（具体操作见第一章），使原动机转速为1500rpm，发电机电压为300V。

6．调节系统电压为300V。

7．发电机组与系统并网。（具体操作见第一章）

8．设置微机励磁装置的低励限制斜率,低励磁限制截距。限制曲线按照公式Q=Kd×P/128-Kb。

9．调节有功功率输出分别为0、50%和100%的额定负载。用减小励磁电流（按下THLWL-3微机励磁装置面板上的“－”键）的方法使发电机组进相运行，直到欠励限制器动作（欠励限制指示灯亮），记下此时的有功功率P 和无功功率Q 于表3-2-6-1 中；

10．根据实验数据作出欠励限制曲线P=f(Q)，并计算出该直线的斜率和截距。

实验三 调差实验

一、实验目的

1．深入理解调差原理，掌握改变发电机电压调节特性斜率的方法。

2．多台机组在同一母线上并联运行时，无功功率分配与无功调节特性的关系。

3．理解调差系数的涵义及其发电机外特性曲线。

二、原理说明

为了改变发电机外特性曲线，使并列运行的各台机组之间合理分配无功负荷，或者为了维持系统某一点电压恒定，在负荷变化时，要对电力网电压损耗进行补偿，因而设置了无功调差电路。常用的电流调差电路有两种：一是取两相电流信号；二是取单相电流信号。因为发电机输出端电压主要与负载电流的无功分量有关，故引入的电流信号滞后于相应的电压信号90°。

电流调差电路的工作原理：主要是利用电流信号在调差电阻R 上的压降，迭加到测量电压信号上去，从而使发电机的外特性陡度发生变化。当上述压降叠加后使外特性陡度向右下方向倾斜时，为正调差特性，如图3-2-8-1 曲线3，表现为负载无功电流增加时，端电压下降，改变正调差系数（即直线陡度），可使并列运行机组之间按合理比例稳定地分配无功负荷；如果将中间电流互感器ZTA 的极性反接，则使外特性陡度向右上方倾斜，为负调差特性，如图3-2-8-1 曲线

4，表现为负载无功电流增加时，端电压上升，适用于电力系统要求某点电压恒定、在负荷增加时需要补偿线路和变压器电压损耗的特殊场合；当调差电阻经切换开关短接时，则调差电路基本不起作用，为自然调差，如图3-2-8-1 曲线2。

发电机外特性曲线如下：

三、实验内容与步骤

选择“微机自并励”或者“微机他励”励磁方式，励磁控制方式采用“恒Ug”。

实验步骤重复实验六的步骤⒈～⒎完成发电机组与系统并网。

1．零调差实验

⑴ 设置THLWL-3 微机励磁装置的“无功调差系数”为“0”。具体操作参见附录三THLWL微机励磁装置使用说明。

⑵ 降低系统电压来增加发电机无功输出。可通过调节15kVA 自耦调压器来降低系统电压，记录Ug 和Q 数值到表3-2-8-1，并在图3-2-8-2 内作出调节特性曲线。

2．正调差实验

⑴ 设置THLWL-3 微机励磁装置的“无功调差系数”为“5”。具体操作参见附录三。

⑵ 降低系统电压来增加发电机无功输出。可通过调节15kVA 自耦调压器来降低系统电压，记录Ug 和Q 数值到表3-2-8-1，并在图3-2-8-2 内作出调节特性曲线。

3．负调差实验

⑴ 设置THLWL-3 微机励磁装置的“无功调差系数”为“-5”。具体操作参见附录三。

⑵ 降低系统电压来增加发电机无功输出。可通过调节15kVA 自耦调压器来降低系统电压，记录Ug 和Q 数值到表3-2-8-1，并在图3-2-8-2 内作出调节特性曲线。

四、实验报告

1．分析具有负调差特性的发电机能否在发电机电压母线上并联运行。

实验四 手动准同期并网实验

一、实验目的

1．加深理解同步发电机准同期并列运行原理，掌握准同期并列条件。

2．掌握手动准同期的概念及并网操作方法，准同期并列装置的分类和功能。

3．熟悉同步发电机手动准同期并列过程。

二、原理说明

在满足并列条件的情况下，只要控制得当，采用准同期并列方法可使冲击电流很小且对电网扰动甚微，故准同期并列方式是电力系统运行中的主要并列方式。准同期并列要求在合闸前通过调整待并发电机组的电压和转速，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。

依并列操作的自动化程度，又可分为手动准同期、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。它能反映发电机组与系统间的同步情况，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。它能反映电机组与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（相同点）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整定。准同期控制装置根据给定的允许压差和允许频差，不断地检测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，在整定的越前时间送出合闸脉冲。

三、实验内容与步骤

选定实验台面板上的旋钮开关的位置：将“励磁方式”旋钮开关打到“微机励磁”位置；将“励磁电源”旋钮开关打到“他励”位置；将“同期方式”旋钮开关打到“手动”位置。微机励磁装置设置为“恒Ug”控制方式。

1．发电机组起励建压，使n=1485 rpm；Ug＝390V。（操作步骤见第一章）将自耦调压器的旋钮逆时针旋至最小。按下QF7 合闸按钮，观察实验台上系统电压表，顺时针旋转旋钮至显示线电压400V，然后按下QF1 和QF3 合闸按钮。

2．在手动准同期方式下，发电机组的并列运行操作在这种情况下，要满足并列条件，需要手动调节发电机电压、频率，直至电压差、频差在允许范围内,相角差在零度前某一合适位置时，手动操作合闸按钮进行合闸。

⑴ 将实验台上的“同期表控制”旋钮打到“投入”状态。投入模拟同期表。观察模拟式同期表中，频差和压差指针的偏转方向和偏转角度，以及和相角差指针的旋转方向。

⑵ 按下微机调速装置上的“＋”键进行增频，同期表的频差指针接近于零；此时同期表的压差指针也应接近于零，否则，调节微机励磁装置。

⑶ 观察整步表上指针位置，当相角差指针旋转至接近0 度位置时（此时相差也满足条件），手动按下QF0 合闸，合闸成功后，并网指示灯闪烁蜂鸣。观察并记录合闸时的冲击电流。

将并网前的初始条件调整为：发电机端电压为410V， n=1515 rpm，重复以上实验，注意观察各种实验现象。

3．在手动准同期方式下，偏离准同期并列条件，发电机组的并列运行操作本实验分别在单独一种并列条件不满足的情况下合闸，记录功率表冲击情况；

⑴ 电压差、相角差条件满足，频率差不满足，在fg＞fs 和fg＜fs 时手动合闸，观察并记录实验台上有功功率表P 和无功功率表Q 指针偏转方向及偏转角度大小，分别填入表3-3-5-1；注意：频率差不要大于0.5Hz。

⑵ 频率差、相角差条件满足，电压差不满足，Vg＞Vs 和Vg＜Vs 时手动合闸，观察并记录实验台上有功功率表P 和无功功率表Q 指针偏转方向及偏转角度大小，分别填入表3-3-5-1;注意：电压差不要大于额定电压的10％。

⑶ 频率差、电压差条件满足，相角差不满足，顺时针旋转和逆时针旋转时手动合闸，观察并记录实验台上有功功率表P 和无功功率表Q 指针偏转方向及偏转角度大小，分别填入表3-3-5-1。注意：相角差不要大于30°。

⑷ 发电机组的解列和停机。(见实验一)。

四、实验报告

1．根据实验数据，比较满足同期并列条件与偏离准同期并列条件合闸时，对发电机组和系统并列时的影响。

实验五 半自动准同期并网实验

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．掌握半自动准同期装置的工作原理及使用方法。

3．熟悉同步发电机半自动准同期并列过程。

二、原理说明

为了使待并发电机组满足并列条件，完成并列自动化的任务，自动准同期装置需要满足以下基本技术要求：

1．在频差及电压差均满足要求时，自动准同期装置应在恒定越前时间瞬间发出合闸信号，使断路器在δe=0 时闭合。

2．在频差或电压差有任一满足要求时，或都不满足要求时，虽然恒定越前时间到达，自动准同期装置不发出合闸信号。

3．在完成上述两项基本技术要求后，自动准同期装置要具有均压和均频的功能。如果频差满足要求，是发电机的转速引起的，此时自动准同期装置要发出均频脉冲，改变发电机组的转速。如果电压差不满足要求，是发电机的励磁电流引起的，此时自动准同期装置要发出均压脉冲，改变发电机的励磁电流的大小。

同步发电机的自动准同期装置按自动化程度可分为：半自动准同期并列装置和自动准同期并列装置。

半自动准同期并列装置没有频差调节和压差调节功能。并列时，待并发电机的频率和电压由运行人员监视和调整，当频率和电压都满足并列条件时，并列装置就在合适的时间发出合闸信号。它与手动并列的区别仅仅是合闸信号由该装置经判断后自动发出，而不是由运行人员手动发出。

三、实验内容与步骤

选定实验台面板上的旋钮开关的位置：将“励磁方式”旋钮开关打到“微机励磁”位置；将“励磁电源”旋钮开关打到“他励”位置；将“同期方式”旋钮开关打到“半自动”位置。微机励磁装置设置为“恒Ug”控制方式；“手动”方式。

1．发电机组起励建压，使n=1480rpm；Ug=400V。

2．查看微机准同期的各整定项是否为附录八中表4-8-2 的设置（出厂设置）。如果不符，则进行相关修改。然后，修改准同期装置中的整定项：

“自动调频”：退出。

“自动调压”：退出。

“自动合闸”：投入。

注：QF0 合闸时间整定继电器设置为td-（40～60ms）。td 为微机准同期装置的导前时间设置，出厂设置为100ms，所以时间继电器设置为40～60ms

3．在半自动准同期方式下，发电机组的并列运行操作

在这种情况下，要满足并列条件，需要手动调节发电机电压、频率，直至电压差、频差在允许范围内,相角差在零度前某一合适位置时，微机准同期装置控制合闸按钮进行合闸。

⑴ 观察微机准同期装置压差闭锁和升压和降压指示灯的变化情况。升压指示灯亮，相应操作微机励磁装置上的“＋”键进行升压，直至“压差闭锁”灯熄灭；降压指示灯亮，相应操作微机励磁装置上的“－”键进行降压，直至“压差闭锁”灯熄灭。此调节过程中，观察并记录观察并记录压差减小过程中，模拟式同期表中，电压平衡表指针的偏转方向和偏转角度的大小的变化情况。

⑵ 观察微机准同期装置频差闭锁和加速和减速指示灯的变化情况。加速指示灯亮，相应操作微机调速装置上的“＋”键进行增频，直至“频差闭锁”灯熄灭；减速指示灯亮，相应操作微机励磁装置的“－”键进行减频，直至“频差闭锁”灯熄灭。此调节过程中，观察并记录观察并记录频差减小过程中，模拟式同期表中，频差平衡表指针的偏转方向和偏转角度的大小的变化，以及相位差指针旋转方向及旋转速度情况。

⑶ “压差闭锁”和“频差闭锁”灯熄灭，表示压差、频差均满足条件，微机装置自动判断相差也满足条件时，发出QF0 合闸命令，QF0 合闸成功后，并网指示灯闪烁蜂鸣。观察并记录合闸时的冲击电流。将并网前的初始条件调整为：发电机端电压为410V， n=1515 rpm，重复以上实验，注意观察各种实验现象。

⑷ 发电机组的解列和停机。

四、实验报告

1．通过实验过程，分析半自动准同期与手动准同期的异同点：

实验六 动准同期并网实验

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．掌握自动准同期装置的工作原理及使用方法。

3．熟悉同步发电机准同期并列过程。

二、原理说明

自动准同期并列装置的原理框图

自动准同期并列装置设置与半自动准同期并列装置相比，增加了频差调节和压差调节功能，自动化程度大大提高。

微机准同期装置的均频调节功能，主要实现滑差方向的检测以及调整脉冲展宽，向发电机组的调速机构发出准确的调速信号，使发电机组与系统间尽快满足允许并列的要求。

微机准同期装置的均压调节功能，主要实现压差方向的检测以及调整脉冲展宽，向发电机的励磁系统发出准确的调压信号，使发电机组与系统间尽快满足允许并列的要求。此过程中要考虑励磁系统的时间常数，电压升降平稳后，再进行一次均压控制，以使压差达到较小的数值，更有利于平稳地进行并列。

三、实验内容与步骤

选定实验台上面板的旋钮开关的位置：将“励磁方式”旋钮开关打到“微机励磁”位置；将“励磁电源”旋钮开关打到“他励”位置；将“同期方式”旋钮开关打到“自动”位置。微机励磁装置设置为“恒Ug”控制方式；“自动”方式。

1．发电机组起励建压，使n=1480rpm；Ug=400V。（操作步骤见第一章）

2．查看微机准同期各整定项是否为附录八中表4-8-2 的设置（出厂设置）。如果不符，则进行相关修改。然后，修改准同期装置中的整定项：“自动调频”：投入； “自动调压”：投入。“自动合闸”：投入。

3．在自动准同期方式下，发电机组的并列运行操作在这种情况下，要满足并列条件，需要微机准同期装置自动控制微机调速装置和微机励磁装置，调节发电机电压、频率，直至电压差、频差在允许范围内，相角差在零度前某一合适位置时，微机准同期装置控制合闸按钮进行合闸。

⑴ 微机准同期装置的其他整定项（导前时间整定、允许频差、允许压差）分别按表3-3-7-1、3-3-7-2 和3-3-7-3 修改。

注：QF0 合闸时间整定继电器设置为td－（40～60ms）。td 为微机准同期装置的导前时间设置。微机准同期装置各整定项的设置方法可参考附录四（微机准同期装置使用说明）、实验三（压差、频差和相差闭锁与整定）等实验内容。

⑵ 操作微机励磁装置上的增、减速键和微机励磁装置升、降压键，Ug=410V，n=1515 rpm，待电机稳定后，按下微机准同期装置投入键。

观察微机准同期装置当“升速”或“降速”命令指示灯亮时，微机调速装置上有什么反应；当“升压”或“降压”命令指示灯亮时，微机励磁调节装置上有什么反应。

微机准同期装置“升压”、“降压”、“增速”、“减速”命令指示灯亮时，观察本记录旋转灯光整步表灯光的旋转方向、旋转速度，以及发出命令时对应的灯光的位置。

微机准同期装置压差、频差、相差闭锁与“升压”、“降压”、“增速”、“减速”灯的对应点亮关系，以及与旋转灯光整步表灯光的位置。

注：当一次合闸过程完毕，微机准同期装置会自动解除合闸命令，避免二次合闸 。此时若要再进行微机准同期并网，须按下“复位”按钮。

4．发电机组的解列和停机。

实验七 励磁调节器控制方式及其相互切换实验

一、实验目的

⒈ 了解微机励磁调节器的几种控制方式及其各自特点。

⒉ 通过实验理解励磁调节器无扰动切换的重要性。

二、原理说明

励磁调节器具有四种控制方式：恒发电机电压Ug，恒励磁电流Ie，恒给定电压UR 和恒无功Q。其中，恒UR 为开环控制，而恒Ug，恒Ie 和恒Q 三种控制方式均采用PID 控制，PID 控制原理框图如图2-3-1 所示，系统由PID 控制器和被控对象组成，PID 算法可表示为：

e(t) = r(t) -c(t)                            2-3-1

u(t) = KP{e(t) +1/TI ∫ e(t)dt +TD d[e(t)]/ dt}                      2-3-2

其中：u(t)—调节计算的输出； KP—比例增益；

TI—积分常数； TD—微分常数。

因上述算法用于连续模拟控制，而此处采用采样控制，故对上述两个方程离散化，当采样周期T 很小时，用一阶差分代替一阶微分，用累加代替积分，则第n 次采样的调节量为：

u(n) = KP{e(n) +T /TI Σe(i) + TD /T[e(n) - e(n -1)]}+ u0            2-3-3

式中：u0—偏差为0 时的初值。

则第n-1 次采样的调节量为：

u(n -1) = KP{e(n -1) +T /TI Σe(i) + TD /T[e(n -1) - e(n - 2)]}+ u0           2-3-4

每种控制方式对应一套PID 参数（KP、KI 和KD），可根据要求设置，设置原则：比例系数加大，系统响应速度快，减小误差，偏大，振荡次数变多，调节时间加长，太大，系统趋于不稳定；积分系数加大，可提高系统的无差度，偏大，振荡次数变多；微分系数加大，可使超调量减少，调节时间缩短，偏大时，超调量较大，调节时间加长。

为了保证各控制方式间能无扰动的切换，本装置采用了增量型PID 算法。

三、实验准备：

以下内容均由THLWL-3 微机励磁装置完成，励磁采用“它励”；系统与发电机组间的线路

采用双回线。具体操作如下：

（1）合上控制柜上的所有电源开关；然后合上实验台上的所有电源开关。合闸顺序：先总开关，后三相开关，再单相开关。

（2）⑵ 选定实验台面板上的旋钮开关的位置：将“励磁方式”旋钮开关打到“微机控制”位置；将“励磁电源”旋钮开关打到“他励”位置。

⑶ 使实验台上的线路开关QF1，QF3，QF2，QF6，QF7 和QF4 处于“合闸”状态，QF5处于“分闸”状态。

1．恒Ug 方式

⑴ 设置THLWL-3 微机励磁装置的“励磁调节方式”为“恒Ug”，具体操作如下：进入主菜单，选定“系统设置”，接着按下“确认”键，进入子菜单，然后不断按下“▼”键，翻页找到子菜单“励磁调节方式”，再次按下“确认”键。最后按下“＋”键，选择“恒Ug”方式。

⑴   设置THLWL-3 微机励磁装置的“恒Ug 预定值”为“400V”，具体操作同上。

⑶ 发电机组起励建压（操作见第一章），使原动机转速为1500rmp，发电机电压为额定电压400V。

⑷ 发电机组不并网，通过调节原动机转速来调节发电机电压的频率，频率变化在45Hz～55Hz 之间，频率数值可从THLWL-3 微机励磁装置读取。具体操作：按下THLWT-3 微机调速装置面板上的“＋”键或“－”键来调节原动机的转速。

⑸ 从THLWL-3 微机励磁装置读取发电机电压、励磁电流和给定电压的数值并记录到表表3-2-3-1

2．恒Ie 方式

⑴ 设置THLWL-3 微机励磁装置的“励磁调节方式”为“恒Ie”，具体操作同恒Ug 方式实验步骤⑴

⑵ 设置THLWL-3 微机励磁装置的“恒Ie 预定值”为“1400mA”， 具体操作同恒Ug 方式实验步骤⑵。 重复恒Ug 方式实验步骤⑶、⑷，从THLWL-3 微机励磁装置读取发电机电压、励磁电流和给定电压的数值并记录于表3-2-3-2 中。

表3-2-3-2

3．恒UR 方式

⑴ 设置THLWL-3 微机励磁装置的“励磁调节方式”为“恒UR”，具体操作同恒Ug 方式实验步骤⑴

⑵ 设置THLWL-3 微机励磁装置的“恒UR 预定值”为“4760mV”， 具体操作同恒Ug 方式实验步骤⑵。

⑶ 重复恒Ug 方式实验步骤⑶、⑷，从THLWL-3 微机励磁装置读取发电机电压、励磁电流和给定电压的数值并记录于表3-2-3-3 中。

4．恒Q 方式

⑴   重复恒Ug 方式实验步骤⑴、⑵和⑶。

（2） 发电机组与系统并网。（具体操作见实验一）

（3） 并网后，通过调节调速装置使发电机组发出一定的有功，通过调节励磁或系统电压使发电机组发出一定的无功。要求保证发电机功率因数为0.8。具体操作如下：按下THLWT-3 微机调速装置面板上的“＋”键或“－”键来增大或减小有功功率；降低15kVA 自耦调压器的电压,使发电机发出一定的无功功率。

（4） 选择“恒Q”方式，具体操作如下：按下THLWL-3 微机励磁装置面板上的“恒Q”键。

（注：并网前按下“恒Q”键是非法操作，装置将视该操作为无效操作。）

⑸ 改变系统电压，从THLWL-3 微机励磁装置读取发电机电压、励磁电流、给定电压和无功功率数值并记录于表3-2-3-4 中。

表3-2-3-4：

注：四种控制方式相互切换时，切换前后运行工作点应重合。

5．负荷调节

⑴ 设置子菜单“励磁调节方式”为“恒Ug”方式，操作参照恒Ug 方式实验步骤⑴。

⑵ 将系统电压调到300V（调节自耦调压器到300V），发电机组并网，具体操作参照第一章。

⑶ 调节发电机发出的有功和无功到额定值,即：P=2kW,Q=1.5kVar。调节有功，即按下

THLWT-3 微机调速装置面板上的“＋”键或“－”键来增大或减小有功功率；调节无功，即按下THLWL-3 微机调速装置面板上的“＋”键或“－”键来增大或减小无功功率。

⑷ 从THLWL-3 微机调速装置读取功角，从THLWL-3 微机调速装置读取励磁电流和励磁电压，并记录数据于表3-2-3-5

⑸ 重复步骤⑶，调节发电机发出的有功和无功为额定值的一半。

⑹ 重复步骤⑷

⑺ 重复步骤⑶，调节发电机输出的有功和无功接近0。

⑻ 重复步骤⑷

四、   实验总结：

1、      微机励磁调节器四种运行方式的特点什么？各适合于那种场合应用？对电力系统运行而言，哪一种运行方式最好？

2、      分析励磁调节器的工作过程及其作用。