华中科技大学电力系统综合实验报告

第一部分 综合实验台

1、实验目的

通过实验加深对电力系统暂态稳定性内容的理解，在对不同类型短路数据的分析中锻炼独立思考的能力,进一步了解不同短路故障对电力系统的危害。

实验方式为在理想实验台上模拟最简单的电力系统暂态稳定性问题，以期巩固学生在前一阶段的学习中对相关内容的掌握.

2、实验原理与接线

电力系统中不同类型的短路故障引起的最大短路电流可由下式得到，推导过程可参见《电力系统分析》一书相关章节内容.

单相接地短路:If=

3Ea

j(Xff1+Xff2+Xff0)√3Ea

ff1+Xff2)

Xff2//Xff0Xff2+Xff0

两相相间短路:If=j(X

两相接地短路:If=√3√1−三相对称短路：If=

Eaj(Xff1)

•

Ea

j(Xff1+Xff2//Xff0)

如下图1实验接线模拟了单机无穷大系统.

图1单机无穷大系统

3、实验结果与数据分析

⑴、不同故障类型对短路电流影响

在下表中根据QF1~QF6的开断来选择单机无穷大系统的运行方式.XL1接入双回线运行、XL2接入双回线运行。

表格 错误!未定义书签。 短路切除时间0.5s单相接地短路实验数据 QF1 QF2 QF3 QF4 QF5 QF6 P_max(W） I_max(A) 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 300 300 300 300 4.96 4.44 6。46 6。81 备注 未跳闸 未跳闸 A相跳闸 A相跳闸 备注 三相跳闸 三相跳闸 三相跳闸 三相跳闸 备注 三相跳闸 未跳闸 三相跳闸 表格 错误!未定义书签。 短路切除时间0。5s两相相间短路实验数据 QF1 QF2 QF3 QF4 QF5 QF6 P_max(W） I_max（A） 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 300 300 300 300 6。07 5。36 6.58 10.00 表格 错误!未定义书签。 短路切除时间0。5s两相接地短路实验数据 QF1 QF2 QF3 QF4 QF5 QF6 P_max（W) I_max（A） 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 300 300 300 6。06 4。83 6.23 0 1 1 1 1 1 300 10.1 三相跳闸 备注 三相跳闸 未跳闸 三相跳闸 三相跳闸 表格 1 短路切除时间0。5s三相短路实验数据

QF1 QF2 QF3 QF4 QF5 QF6 P_max（W） I_max（A） 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 300 300 300 300 5.37 3。93 5.13 9.15 根据以上表格得出以下结论： 1)在各种不同类型的短路中，系统以双回线运行时短路电流较系统单回线运行时短路电流更大，与序网分析结果一致。

2)在各种不同类型的短路中，XL1接入时短路电流相对XL2接入时短路电流更小，以单相短路为例进行分析，可知接入XL阻抗越小,短路电流越大.判断实验台设置中XL1大于XL2。

3）对比各组实验数据，发现短路电流大小在不同短路类型中呈现有以下关系。

两相相间短路>两相接地短路>三相接地短路>单相接地短路

根据相关实验原理分析,由于Xff1≈Xff2≫Xff0,一般有三相接地短路>两相接地短路>单相接地短路>两相相间短路。实验台中元件参数不可测量，经分析判断本次实验中负序阻抗偏小导致了两相短路电流偏大的现象发生.

4)小组实验中发现通过实验台面板调节似乎无法改变内部默认参数，继电器动作阈值无法重新整定，动作电流始终为5A，导致实验中多次出现未按预期跳闸的现象发生.可能因为设备老化或内部模块未连接.

⑵、不同故障切除时间对短路电流影响

表格 2 不同短路切除时间最大短路电流记录

过流保护时间（s） P_max（W） I_max（A） 0。5 1。0 1。2 1.5

备注 发电机失磁 300 300 300 300 5.37 5。59 5。52 由I的大小可以得到，过流保护时间越短，对系统影响越小。 第二部分 动模实验

记录的量：故障线路首端和末端电压电流（6个波形）电压电流的测量可以通过电压电流表计模型测量，也可以通过断路器和节点测量.

实验一 ：线路出口瞬时性故障(100ms）： AN相－〉30 ms单跳线路两侧断路器A相－〉500ms合线路两侧断路器A相

图2 发电机测电流 图3发电机测电压 图4无穷大侧电流 图5无穷大侧电压

实验二： 线路出口瞬时性故障（100ms）： AB相 －>30 ms三跳线路两侧断路器－>500ms三合线路两侧断路器

图6 发电机测电流 图7发电机测电压 图8无穷大侧电流 图9无穷大侧电压

实验三：线路出口处永久性故障（600ms）：AN相 －〉30 ms单跳线路两侧断路器A相－>500ms合线路两侧断路器A相－〉550ms三跳线路两侧断路器

图10 发电机测电流 图11发电机测电压 图12无穷大侧电流 图13无穷大侧电压

实验四： 线路中间50％处永久性故障（600ms)：AN相 －〉单跳线路两侧断路器A相－>500ms合线路两侧断路器A相－〉550ms三跳线路两侧断路器

图14发电机测电流 图15发电机测电压 图16无穷大侧电流 图17无穷大侧电压

实验五： 线路中间50%处永久性故障（600ms):AB相 －〉30 ms三跳线路两侧断路器－>500ms三合线路两侧断路器－〉550ms三跳线路两侧断路器。

图18发电机测电流 图19发电机测电压 图20无穷大侧电流 图21无穷大侧电压

第三部分 RTDS实验

1、系统参数

按照实验手册要求连接实验电路并计算以下参数. ⑴、模拟比

Mv=625；MI=120；MZ=5.21；MS=75000

⑵、原型参数

根据模拟比求出各模型参数对应的原型参数如下表所示。

表格 错误!未定义书签。 原型参数计算

序号 名称 模型参数 容量 cosФ Xd∑ Xd‘∑ Xd“∑ 电阻 电抗 正序 阻抗 阻抗角 电阻 电抗 零序 阻抗 阻抗角 高压侧电压 15kVA 0。8 0.56 0。132 0。113 2.0917 23.908 24 85度 14.418 57。829 59.6 76度 800V 原型参数 1125MVA 0。8 0。56 0.132 0。113 10。8978 124.561 125 85度 75。118 301.289 310.5 76度 500kV

2 发电机组 3 输电线路 5 变压器

电流互感器 电压互感器 低压侧电压 容量 CT1变化 CT2变化 PT1变化 220V 15kVA 10\\5 10\\5 800V\\100V 6。3kV 1125MVA 1200\\5 1200\\5 500kV\\100V

连接检查无误后开机并网，系统单回线运行，稳定后从检测仪表中记录发电机发出的有功为5。399kW，无功414kvar，记录波型号0110143649.

2、继电保护逻辑与实验波形分析 ⑴、实验一

线路出口瞬时性故障（100ms）：AN相−>30ms单跳61QF的A和62QF的A−>500ms合61QF的A和62QF的A

⑵、实验二

线路出口瞬时性故障（100ms）：AB相−>30ms三跳61QF和62QF−>500ms三合61QF和62QF

⑶、实验三

线路出口处永久性故障(600ms）：AN相−>30ms单跳61QF的A和62QF的A−>500ms合61QF的A和62QF的A−>550ms三跳61QF和62QF

⑷、实验四

线路中间50%处永久性故障(600ms）：AN相−>30ms单跳61QF的A和62QF的A−>500ms合61QF的A和62QF的A−>550ms三跳61QF和62QF

⑸、实验五

线路中间50%处永久性故障(600ms）：AB相−>30ms三跳61QF和62QF−>500ms三合61QF和62QF−>550𝑚𝑠三跳61QF和62QF

第四部分 小结

1、动模与数模实验结果对比分析

⑴、瞬时性故障

实验1和2都是瞬时性故障，波形基本一致说明动模与数模结果相似符合要求。值得说明的是实验一和实验二中，跳闸之后数模仿真中电流仍不为0，实验一中,故障线路中有较小的电流存在是由于只有A相发生跳闸BC中正常导通电流感应所致；实验，数字仿真三相跳闸后仍在故障线路中出现电流残余是由于线路两侧断路器短路阻抗未设置为无穷大所致。 ⑵、永久性故障

实验三中两次实验结果基本相同。 2、个人心得体会

这次实验使我重新复习了电力系统分析课程的相关知识点,对于许多种仿真软件有了进

一步的了解。这必将对我的研究生生涯作好铺垫。

通过此次实验设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在实验的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野,尤其是对于一些电力系统方面的软件自学有了更深的体会。这次实验也让我明白不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。但最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了,但真正到用的时候才发现是两回事,所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。这在我们自学动模实验的过程中得到了体现.

在此要感谢我们的指导老师们对我们悉心的指导,感谢老师们给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式,使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛,但收获同样巨大。虽然这个设计仍有许多值得改进的地方,但是在设计过程中所学到的东西是这次实验设计的最大收获和财富，使我终身受益。 3.对课程的建议 对于这门开在大四的课程，我想说的有太多.或许是已经大四了感觉实验过程中打酱油的同学很多，希望以后这门课程能够减小一些人数,尤其是小组成员，记得在最后一次实验时,我们小组达到惊人的十多人，我想很多同学是学不到知识的，希望以后能够多分小组减少每组人数。