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西南交通大学电力系统实验报告1

一、实验目的

(1)本实验旨在让学生深入了解和掌握电力系统运行的基本原理，提高学生在实际操作中处理电力系统问题的能力。通过对电力系统稳定性的实验研究，使学生掌握电力系统稳定性分析的基本方法，增强对电力系统故障诊断和处理能力的培养。此外，本实验还将培养学生独立思考和团队合作的能力，为后续深入学习电力系统相关理论知识奠定坚实的基础。

(2)实验的主要目的是使学生熟悉电力系统实验设备的操作流程，包括电力系统模拟装置、测量仪表等。通过实验，学生可以学会如何搭建电力系统实验模型，了解实验中各种设备的性能参数及其相互关系。同时，通过实验操作，学生能够学会如何利用测量数据进行分析，提高数据处理和分析问题的能力。这对于学生在实际工作中应对复杂电力系统问题具有重要意义。

(3)通过本实验，学生能够对电力系统稳定性有更深入的认识，理解电力系统稳定性的基本概念、影响因素和改善措施。实验中涉及的稳定性分析方法，如功率角法、等面积法则等，是电力系统稳定分析中常用的方法。学生通过实验操作，可以熟练运用这些方法对电力系统进行稳定性分析，为以后从事电力系统运行和维护工作打下坚实的理论基础。同时，本实验还将培养学生严谨的科学态度和良好的实验习惯，为未来的科研和工程实践奠定基础。

二、实验原理

(1)电力系统稳定性分析是电力系统安全稳定运行的关键，其原理主要基于系统的动态响应特性。在电力系统运行过程中，各种因素如负荷变化、设备故障等都可能导致系统动态行为的变化。稳定性分析通常采用功率角法，通过分析系统在扰动下的功率角变化，判断系统的稳定性。例如，在单机无穷大系统稳定性分析中，功率角小于90度时，系统是稳定的；若大于90度，系统可能失去同步。

(2)电力系统稳定性分析中的等面积法则，是通过比较系统在稳定状态和临界状态下的能量面积，判断系统稳定性的一种方法。该法则适用于多机系统稳定性分析，其核心是分析系统在不同运行点下的能量面积变化。以两机系统为例，当两机功率角差达到90度时，系统处于临界状态。若能量面积不变，则系统稳定；若能量面积减小，则系统可能失去稳定性。

(3)电力系统稳定性分析中，系统阻尼系数也是衡量系统稳定性的重要参数。阻尼系数越大，系统对扰动的抑制能力越强，稳定性越好。以三机系统为例，当系统阻尼系数大于0.5时，系统一般认为是稳定的。在实际工程应用中，可通过调节电力系统中的阻尼器来改变系统的阻尼系数，从而提高系统的稳定性。例如，在某个电力系统中，通过调整阻尼器的阻值，使系统阻尼系数从0.3提高到0.7，有效改善了系统的稳定性。

三、实验设备与仪器

(1)本实验所使用的设备主要包括电力系统模拟装置、电力系统实验台、信号发生器、示波器、功率表、频率计等。电力系统模拟装置能够模拟实际的电力系统运行状态，包括发电机、变压器、线路、负荷等元件，为学生提供直观的实验环境。实验台上的设备能够实时测量和显示系统的电压、电流、功率等参数，便于学生观察和分析实验数据。信号发生器用于产生各种频率和幅值的信号，模拟电力系统中的各种扰动。

(2)示波器在本实验中扮演着重要的角色，它能够实时显示电压、电流等信号的波形，帮助学生观察和分析系统在扰动下的动态响应。功率表用于测量系统的有功功率和无功功率，对于评估系统的运行效率具有重要意义。频率计则用于测量电力系统的频率，确保实验过程中频率的稳定性。此外，实验中还配备了数据采集系统，能够将实验数据实时传输到计算机，便于后续的数据处理和分析。

(3)实验室还配备了相应的实验软件，如电力系统仿真软件、数据采集与分析软件等。这些软件能够帮助学生更直观地观察和分析实验结果，提高实验效率。电力系统仿真软件可以模拟各种电力系统运行状态，为实验提供丰富的仿真场景。数据采集与分析软件则能够对实验数据进行处理和分析，生成各种图表和报告，便于学生总结实验结果。此外，实验室还配备了网络设备和通信设备，确保实验过程中数据传输的稳定性和安全性。

四、实验步骤与过程

(1)实验开始前，首先进行电力系统模拟装置的搭建。以一个两机无穷大系统为例，搭建过程中需要连接发电机、变压器、线路和负荷等元件。发电机参数设置为Pmax=100MW，Qmax=50Mvar；变压器参数为U1=110kV，U2=10kV；线路参数为R=0.1Ω，X=0.2Ω；负荷参数为P=50MW，Q=25Mvar。搭建完成后，通过信号发生器产生0.5Hz的正弦波扰动信号，模拟系统中的负荷变化。

(2)接下来进行实验操作。首先，开启电力系统模拟装置，确保所有设备正常运行。然后，通过示波器观察发电机端电压、电流、功率等参数的变化。在扰动信号作用下，记录扰动发生前后的电压、电流、功率等数据。例如，在扰动发生后，发电机端电压从110kV下降到