实验三、暂态稳定分析实验
姓 名： 陆胤宁 班 级： 电气1209 学 号： 12292010 日 期： 2015年6月10日
北 京 交 通 大 学
实验三、暂态稳定分析实验
一、 实验目的
①进一步认识电力系统暂态失稳过程，学会绘制摇摆曲线；
②掌握影响电力系统暂态稳定的因素，掌握故障切除时间（角）对电力系统暂态稳定的影响；
③掌握提高电力系统暂态稳定的方法。 二、实验内容
① 电力系统暂态失稳实验；
② 故障类型对电力系统暂态稳定的影响； ③电力系统暂态稳定的影响因素实验。 三、实验方法和步骤：
1、电力系统暂态失稳实验：
带故障点双回线路网络结构图
（1）按照实验要求，打开名为“暂态稳定分析实验”的工程文件。该工程中有一个双回线网络，并带有一个故障点，模拟电力系统发生故障后的暂态失稳现象。
电路参数要求：
G1：300+j180MVA（PQ 节点）
变压器B1：Sn=360MVA，变比=18/242 KV ，Uk ％=14.3％，Pk=230KW，P0=150KW，I0/In=1％；
变压器B2：Sn=360MVA，变比=220/18KV，Uk ％=10.5％，Pk=128KW，P0=40.5KW，I0/In=3.5％；
固定频率电源S ：Un=18 KV（平衡节点）；
线路L1、L2：长度：100km ，电阻：0.02Ω/km，电抗：0.3256Ω/km，电纳：2.74×10-6S/km。
（2）按照实验要求的参数对电路中的元件进行参数的设置： ①同步发电机参数设置：
此处需要注意的是要把潮流节点类型改为“PQ 节点”。这样才能正确仿真出结果。 ②双绕组变压器B1的参数设置：
由于题目中要求的变比为18/242。所以绕组1额定电压和1次侧网络额定电压都为18KV 。而根据变压器二次侧额定电压比线路提高10%的原则，可以知道2侧
网络额定电压为220KV 。其它按照题目要求设置。 ③双绕组变压器B2的参数设置：
根据变压器1次侧额定电压与线路电路一致的原则，可以知道“绕组1额定电压”和1侧网络额定电压“都为220KV 。而绕组2额定电压比线路电压高10%，所以2侧网络额定电压为16.2KV 。 ④线路L1参数设置：
按照题目给定参数进行设置。 ⑤线路L2参数设置：
线路2是故障线路，根据题目要求把故障点设置在50%处。 ⑥对固定频率电源进行参数设置：
（2）运行仿真，在输出图页上观察故障前系统稳定运行时的电压、电流波形，以及在发生故障后，系统失稳状态的电压、电流波形，并将电压电流波形记录(仿真时间：15秒；故障时刻：第5秒；故障持续时间：0.5秒；故障距离：50％；故障类型：三相短路) 。
①对故障时刻和故障持续时间进行设置：
②对故障类型进行设置：
③对仿真参数进行设置：
④运行仿真后得到整体的电压电流波形波形（故障前和故障时）
图中其中CVT1为线路1靠近变压器B1的电压互感器，CVT2为故障线路靠近变压器B1的电压互感器。同样CT1和CT2也是相应的电流互感器。 ⑤故障前电流电压波形：
由仿真波形可知，在故障发生前，电压和电流波形都是正常的正弦波形。电压幅值180KV 左右。电流为0.6KA 左右。 ⑥系统失稳状态的电压电流波形：
由仿真结果可以看出来，此时电压电流波形都在发生振荡。此时说明系统已经失稳了。
2、故障类型对电力系统暂态稳定的影响：
实验模型①中，在故障点设置不同类型短路，按表15-6运行仿真，观察结果，记录波形。
(故障跳闸：仿真时间：15秒；故障时刻：第5秒；故障持续时间：0.5秒；故障距离：50％；断路器第一次动作时间（分闸）：5.5秒；
故障不跳闸：仿真时间：15秒；故障时刻：第5秒；故障持续时间：10秒；故障距离：50％；) （1）故障跳闸：
由于故障需要跳闸，所以我们可以通过短路器来进行设置跳闸的参数：
①单相短路故障：
2-1-1-1运行仿真之后得到的整体波形如下：
2-1-1-2故障前的电流电压波形：
故障前电流和电压波形都呈正弦波形。 2-1-1-3故障时的电压电流波形：
由于故障时刻在5s 处，所以观察5s 之后的波形。发生故障之后，A 相电压开始降低。最后降为0，而A 相电流则迅速增大。 2-1-1-4故障后电压电流波形：
由于在5.5s 切除故障，故要观察故障后的电压电流波形，需要观察5.5s 后的波形。由仿真结果可知，在故障切除之后，电压电流波形又恢复到故障前的电压电流波形。说明故障切除之后，系统能自动恢复到原来的运行状态。说明系统能够自动恢复稳定运行。
2-1-1-5运行仿真后得到功率的整体波形：
图中黑线为有功，红线为无功。 2-1-1-6故障前的功率波形：
在发生故障前，系统是稳定运行的，有功和无功成一条直线保持不变。 2-1-1-7故障时的功率波形：
故障时刻为5s ，故观察5s 之后的波形。由仿真结果可以看出来，故障时有功和无功都发生了振荡，整体趋势呈正弦波。 2-1-1-8故障后的功率波形：
5.5s 时刻切除故障，由波形可以看出来，故障切除之后，有功和无功开始趋于稳定，振荡也开始逐渐减小。由波形还可以看出，无功恢复比有功恢复快。 （2）故障不跳闸：由于故障不跳闸，所以需要对短路器进行设置：
①单相短路故障：
2-2-1-1运行仿真得到的整体电压和电流波形：
2-2-1-2整体的功率波形：
2-2-1-3故障前电压电流和功率波形图：
11
在故障发生之前，电压电流波形依然成正弦波。功率依然为一条直线，说明此时系统稳定运行。
2-2-1-4故障时电压电流和功率波形：
在发生故障时，电压降低，电流上升。有功无功开始无规律波动。且无功波动比较大。
2-2-1-5故障后的电压电流和功率波形：
12
由仿真结果可知，当不切除故障时，系统的a 相电压没有回复，电流也没有恢复。而无功和有功一直都在波动，说明如果故障持续时间太长，那么系统将不会自动恢复稳定。
2-1-2-1当故障类型为相间故障时：
2-1-2-2运行仿真之后得到的电压电流和功率整体波形：
2-1-2-3故障前的电压电流和功率波形：
13
故障前电压电流和功率波形都是稳定运行的。 2-1-2-4故障时电压电流功率波形：
故障时a 相和b 相电压都下降，电流上升。有功和无功发生振荡，此时系统失去稳定性。
2-1-2-5故障后的电压电流和功率波形：
14
切除故障后，电流开始恢复稳定，但是电压却依然在振荡，且有很大的纹波电压。有功和无功发生振荡。说明在发生两相故障时，即使切除故障，系统也不能恢复到原来的稳定运行状态。稳定性比单相故障的差。
2-2-2-1不切除故障运行仿真得到的电压电流功率整体波形：
2-2-2-2故障前的电压电流功率波形：
15
故障前系统稳定运行。
2-2-2-3故障时电压电流和功率波形：
系统开始失去稳定性。
2-2-2-4故障后电压电流功率波形：
16
由于没有切除故障使得整个系统都崩溃了，电流波形也没有恢复到原来的运行状态。有功和无功的波动比切除故障时还大。说明整个系统基本上处于崩溃状态。已经不能再恢复原来的运行状态了。
2-1-3-1当故障类型为两相接地故障时（且切除故障）：
2-1-3-2运行仿真，观察电压电流功率整体波形：
17
由图可以看出来，功率在最后会趋于稳定。 2-1-3-3故障前的电压电流和功率波形：
系统处于稳定运行状态。
2-1-3-4故障时电压电流和功率波形：
18
系统的电压和功率发生剧烈波动，说明真个系统已经开始失去稳定性。 2-1-3-5故障后电压电流和功率波形：
各相电压比两相故障波动更大，无功和有功都增加，且都在一个值附近进行波动，说明系统失去了稳定性，不能在恢复到原来的稳定运行状态。 2-2-3-1没有切除故障时的电压电流功率整体波形：
19
故障就一直持续下去，且无功在故障时有一个较大波动。 2-2-3-2故障前的电压电流和功率波形：
系统在故障前稳定运行。
2-2-3-3故障时的电压电流和功率波形：
系统电压电流波形都比较大，且无功波动十分剧烈。此时系统失稳。
20
2-2-3-4故障后的电压电流和功率波形：
没有切除故障，系统的电压电流和功率始终处于一种不稳定状态，且波动比切除
故障还大。
2-1-4-1当故障类型为三相故障时的电压电流和功率整体波形：
由整体波形图可以看出来，在故障后电压降低，功率有一个波动，切除故障后，系统功率依然处于波动状态。
2-1-4-2故障前的波形：
系统在故障前处于稳定运行状态。
2-1-4-3故障时的波形：
在故障发生的时候，系统中电压电流波形都发生了较大波动，而无功功率也超过了有功功率，且都有较大的波动，系统失去稳定性。
2-1-4-4故障后的波形：
切除故障后，电压依然没有恢复稳定，而电流则恢复到了原来的运行状态。无功功率也下降，且波动开始变小，而有功却依然成正弦波形波形，系统失去了稳定性。
2-2-4-1没有切除故障的整体波形：
没有切除故障，系统一直保持着系统故障后的波形。
2-2-4-2故障前的波形：
系统稳定运行。
2-2-4-3故障时的波形：
刚发生故障时，系统电压电流和功率都有一个较大的波动。然后开始在某个范围内进行波动。
2-2-4-4故障后的波形：
故障后，系统在某个范围内进行波动。
3、电力系统暂态稳定的影响因素实验
打开名为“暂态稳定分析实验”的工程文件，该工程中有一个双回线网络，并带有一个故障点，网络结构图如图15-9所示，输入给定参数，完成实验系统建立。将发电机的有功功率P 设置为0，调整发电机电压为18KV ，仿真时间为15秒，故障时刻为第5秒，故障持续时间为0.5秒，故障距离为50％。
a 运行仿真，在监控图页上不断改变发电机的输出功率，通过短路故障来得出暂态稳定极限功率。分别进行以下类型的故障：单相接地短路、两相短路、两相接地短路、三相短路，分别求出相应的暂态稳定极限。
b 将故障持续时间改为1.0秒，重复a 的实验内容，并求出各种故障条件下的暂态稳定极限。
c 将故障地点改为线路末端，重复a 的实验内容，并求出各种故障条件下的暂态稳定极限。
d 将发电机P 为0时的发电机电压调整成17.2KV ，重复a 的实验内容，并求出各种故障条件下的暂态稳定极限。
根据题目要求，对原系统进行参数设置：
按照上述实验要求，对潮流参数进行调整，调整有功功率的大小，从小开始增大，
态，依次进行调整，得出上面的结果。
实验结论：当故障在50%时，随着故障类型的变化，暂态稳态极限值也发生相应的变化。其中单相故障时，其稳态值最高。而三相故障时，其稳态值最低。故障持续时间增加时，暂态稳态极限值也随着减小。当故障发生在线路末端时，除单相接地故障的暂态稳态极限值比故障在50%处时的值大外，其余故障类型都比50%处的值小。当发电机电压调整为17.2KV 时，除单相故障的稳态极限值比原来的大，其余故障类型和原来相差不多。由此也可以看出来，单相稳态的极限值都比较大，即其稳定裕度较大。
五、思考题
① 什么叫电力系统暂态稳定？暂态稳定极限和哪些因素有关？
答：电力系统暂态稳定是指电力系统在某个运行情况下突然受到大的扰动后，能否经过暂态过程达到新的稳态运行状态或恢复到原来的状态；这里的大扰动如短路故障、突然断线或发电机突然甩负荷等。暂态稳定极限和故障持续时间长短，切除故障时间长短，自动重合闸的时间，发电机输出的电磁功率和原动机输出的机械功率有关。
② 用实验结果说明故障切除时间（角）对系统暂态稳定性的影响。
答：故障切除时间越短可以提高电力系统暂态稳定性。因为切除故障时间越短，也就减小了减速面积，增加了减速面积，提高了发电机之间并列运行的稳定性。故障切除时间越短使系统的暂态稳定性越好。
实验三、暂态稳定分析实验
姓 名： 陆胤宁 班 级： 电气1209 学 号： 12292010 日 期： 2015年6月10日
北 京 交 通 大 学
实验三、暂态稳定分析实验
一、 实验目的
①进一步认识电力系统暂态失稳过程，学会绘制摇摆曲线；
②掌握影响电力系统暂态稳定的因素，掌握故障切除时间（角）对电力系统暂态稳定的影响；
③掌握提高电力系统暂态稳定的方法。 二、实验内容
① 电力系统暂态失稳实验；
② 故障类型对电力系统暂态稳定的影响； ③电力系统暂态稳定的影响因素实验。 三、实验方法和步骤：
1、电力系统暂态失稳实验：
带故障点双回线路网络结构图
（1）按照实验要求，打开名为“暂态稳定分析实验”的工程文件。该工程中有一个双回线网络，并带有一个故障点，模拟电力系统发生故障后的暂态失稳现象。
电路参数要求：
G1：300+j180MVA（PQ 节点）
变压器B1：Sn=360MVA，变比=18/242 KV ，Uk ％=14.3％，Pk=230KW，P0=150KW，I0/In=1％；
变压器B2：Sn=360MVA，变比=220/18KV，Uk ％=10.5％，Pk=128KW，P0=40.5KW，I0/In=3.5％；
固定频率电源S ：Un=18 KV（平衡节点）；
线路L1、L2：长度：100km ，电阻：0.02Ω/km，电抗：0.3256Ω/km，电纳：2.74×10-6S/km。
（2）按照实验要求的参数对电路中的元件进行参数的设置： ①同步发电机参数设置：
此处需要注意的是要把潮流节点类型改为“PQ 节点”。这样才能正确仿真出结果。 ②双绕组变压器B1的参数设置：
由于题目中要求的变比为18/242。所以绕组1额定电压和1次侧网络额定电压都为18KV 。而根据变压器二次侧额定电压比线路提高10%的原则，可以知道2侧
网络额定电压为220KV 。其它按照题目要求设置。 ③双绕组变压器B2的参数设置：
根据变压器1次侧额定电压与线路电路一致的原则，可以知道“绕组1额定电压”和1侧网络额定电压“都为220KV 。而绕组2额定电压比线路电压高10%，所以2侧网络额定电压为16.2KV 。 ④线路L1参数设置：
按照题目给定参数进行设置。 ⑤线路L2参数设置：
线路2是故障线路，根据题目要求把故障点设置在50%处。 ⑥对固定频率电源进行参数设置：
（2）运行仿真，在输出图页上观察故障前系统稳定运行时的电压、电流波形，以及在发生故障后，系统失稳状态的电压、电流波形，并将电压电流波形记录(仿真时间：15秒；故障时刻：第5秒；故障持续时间：0.5秒；故障距离：50％；故障类型：三相短路) 。
①对故障时刻和故障持续时间进行设置：
②对故障类型进行设置：
③对仿真参数进行设置：
④运行仿真后得到整体的电压电流波形波形（故障前和故障时）
图中其中CVT1为线路1靠近变压器B1的电压互感器，CVT2为故障线路靠近变压器B1的电压互感器。同样CT1和CT2也是相应的电流互感器。 ⑤故障前电流电压波形：
由仿真波形可知，在故障发生前，电压和电流波形都是正常的正弦波形。电压幅值180KV 左右。电流为0.6KA 左右。 ⑥系统失稳状态的电压电流波形：
由仿真结果可以看出来，此时电压电流波形都在发生振荡。此时说明系统已经失稳了。
2、故障类型对电力系统暂态稳定的影响：
实验模型①中，在故障点设置不同类型短路，按表15-6运行仿真，观察结果，记录波形。
(故障跳闸：仿真时间：15秒；故障时刻：第5秒；故障持续时间：0.5秒；故障距离：50％；断路器第一次动作时间（分闸）：5.5秒；
故障不跳闸：仿真时间：15秒；故障时刻：第5秒；故障持续时间：10秒；故障距离：50％；) （1）故障跳闸：
由于故障需要跳闸，所以我们可以通过短路器来进行设置跳闸的参数：
①单相短路故障：
2-1-1-1运行仿真之后得到的整体波形如下：
2-1-1-2故障前的电流电压波形：
故障前电流和电压波形都呈正弦波形。 2-1-1-3故障时的电压电流波形：
由于故障时刻在5s 处，所以观察5s 之后的波形。发生故障之后，A 相电压开始降低。最后降为0，而A 相电流则迅速增大。 2-1-1-4故障后电压电流波形：
由于在5.5s 切除故障，故要观察故障后的电压电流波形，需要观察5.5s 后的波形。由仿真结果可知，在故障切除之后，电压电流波形又恢复到故障前的电压电流波形。说明故障切除之后，系统能自动恢复到原来的运行状态。说明系统能够自动恢复稳定运行。
2-1-1-5运行仿真后得到功率的整体波形：
图中黑线为有功，红线为无功。 2-1-1-6故障前的功率波形：
在发生故障前，系统是稳定运行的，有功和无功成一条直线保持不变。 2-1-1-7故障时的功率波形：
故障时刻为5s ，故观察5s 之后的波形。由仿真结果可以看出来，故障时有功和无功都发生了振荡，整体趋势呈正弦波。 2-1-1-8故障后的功率波形：
5.5s 时刻切除故障，由波形可以看出来，故障切除之后，有功和无功开始趋于稳定，振荡也开始逐渐减小。由波形还可以看出，无功恢复比有功恢复快。 （2）故障不跳闸：由于故障不跳闸，所以需要对短路器进行设置：
①单相短路故障：
2-2-1-1运行仿真得到的整体电压和电流波形：
2-2-1-2整体的功率波形：
2-2-1-3故障前电压电流和功率波形图：
11
在故障发生之前，电压电流波形依然成正弦波。功率依然为一条直线，说明此时系统稳定运行。
2-2-1-4故障时电压电流和功率波形：
在发生故障时，电压降低，电流上升。有功无功开始无规律波动。且无功波动比较大。
2-2-1-5故障后的电压电流和功率波形：
12
由仿真结果可知，当不切除故障时，系统的a 相电压没有回复，电流也没有恢复。而无功和有功一直都在波动，说明如果故障持续时间太长，那么系统将不会自动恢复稳定。
2-1-2-1当故障类型为相间故障时：
2-1-2-2运行仿真之后得到的电压电流和功率整体波形：
2-1-2-3故障前的电压电流和功率波形：
13
故障前电压电流和功率波形都是稳定运行的。 2-1-2-4故障时电压电流功率波形：
故障时a 相和b 相电压都下降，电流上升。有功和无功发生振荡，此时系统失去稳定性。
2-1-2-5故障后的电压电流和功率波形：
14
切除故障后，电流开始恢复稳定，但是电压却依然在振荡，且有很大的纹波电压。有功和无功发生振荡。说明在发生两相故障时，即使切除故障，系统也不能恢复到原来的稳定运行状态。稳定性比单相故障的差。
2-2-2-1不切除故障运行仿真得到的电压电流功率整体波形：
2-2-2-2故障前的电压电流功率波形：
15
故障前系统稳定运行。
2-2-2-3故障时电压电流和功率波形：
系统开始失去稳定性。
2-2-2-4故障后电压电流功率波形：
16
由于没有切除故障使得整个系统都崩溃了，电流波形也没有恢复到原来的运行状态。有功和无功的波动比切除故障时还大。说明整个系统基本上处于崩溃状态。已经不能再恢复原来的运行状态了。
2-1-3-1当故障类型为两相接地故障时（且切除故障）：
2-1-3-2运行仿真，观察电压电流功率整体波形：
17
由图可以看出来，功率在最后会趋于稳定。 2-1-3-3故障前的电压电流和功率波形：
系统处于稳定运行状态。
2-1-3-4故障时电压电流和功率波形：
18
系统的电压和功率发生剧烈波动，说明真个系统已经开始失去稳定性。 2-1-3-5故障后电压电流和功率波形：
各相电压比两相故障波动更大，无功和有功都增加，且都在一个值附近进行波动，说明系统失去了稳定性，不能在恢复到原来的稳定运行状态。 2-2-3-1没有切除故障时的电压电流功率整体波形：
19
故障就一直持续下去，且无功在故障时有一个较大波动。 2-2-3-2故障前的电压电流和功率波形：
系统在故障前稳定运行。
2-2-3-3故障时的电压电流和功率波形：
系统电压电流波形都比较大，且无功波动十分剧烈。此时系统失稳。
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2-2-3-4故障后的电压电流和功率波形：
没有切除故障，系统的电压电流和功率始终处于一种不稳定状态，且波动比切除
故障还大。
2-1-4-1当故障类型为三相故障时的电压电流和功率整体波形：
由整体波形图可以看出来，在故障后电压降低，功率有一个波动，切除故障后，系统功率依然处于波动状态。
2-1-4-2故障前的波形：
系统在故障前处于稳定运行状态。
2-1-4-3故障时的波形：
在故障发生的时候，系统中电压电流波形都发生了较大波动，而无功功率也超过了有功功率，且都有较大的波动，系统失去稳定性。
2-1-4-4故障后的波形：
切除故障后，电压依然没有恢复稳定，而电流则恢复到了原来的运行状态。无功功率也下降，且波动开始变小，而有功却依然成正弦波形波形，系统失去了稳定性。
2-2-4-1没有切除故障的整体波形：
没有切除故障，系统一直保持着系统故障后的波形。
2-2-4-2故障前的波形：
系统稳定运行。
2-2-4-3故障时的波形：
刚发生故障时，系统电压电流和功率都有一个较大的波动。然后开始在某个范围内进行波动。
2-2-4-4故障后的波形：
故障后，系统在某个范围内进行波动。
3、电力系统暂态稳定的影响因素实验
打开名为“暂态稳定分析实验”的工程文件，该工程中有一个双回线网络，并带有一个故障点，网络结构图如图15-9所示，输入给定参数，完成实验系统建立。将发电机的有功功率P 设置为0，调整发电机电压为18KV ，仿真时间为15秒，故障时刻为第5秒，故障持续时间为0.5秒，故障距离为50％。
a 运行仿真，在监控图页上不断改变发电机的输出功率，通过短路故障来得出暂态稳定极限功率。分别进行以下类型的故障：单相接地短路、两相短路、两相接地短路、三相短路，分别求出相应的暂态稳定极限。
b 将故障持续时间改为1.0秒，重复a 的实验内容，并求出各种故障条件下的暂态稳定极限。
c 将故障地点改为线路末端，重复a 的实验内容，并求出各种故障条件下的暂态稳定极限。
d 将发电机P 为0时的发电机电压调整成17.2KV ，重复a 的实验内容，并求出各种故障条件下的暂态稳定极限。
根据题目要求，对原系统进行参数设置：
按照上述实验要求，对潮流参数进行调整，调整有功功率的大小，从小开始增大，
态，依次进行调整，得出上面的结果。
实验结论：当故障在50%时，随着故障类型的变化，暂态稳态极限值也发生相应的变化。其中单相故障时，其稳态值最高。而三相故障时，其稳态值最低。故障持续时间增加时，暂态稳态极限值也随着减小。当故障发生在线路末端时，除单相接地故障的暂态稳态极限值比故障在50%处时的值大外，其余故障类型都比50%处的值小。当发电机电压调整为17.2KV 时，除单相故障的稳态极限值比原来的大，其余故障类型和原来相差不多。由此也可以看出来，单相稳态的极限值都比较大，即其稳定裕度较大。
五、思考题
① 什么叫电力系统暂态稳定？暂态稳定极限和哪些因素有关？
答：电力系统暂态稳定是指电力系统在某个运行情况下突然受到大的扰动后，能否经过暂态过程达到新的稳态运行状态或恢复到原来的状态；这里的大扰动如短路故障、突然断线或发电机突然甩负荷等。暂态稳定极限和故障持续时间长短，切除故障时间长短，自动重合闸的时间，发电机输出的电磁功率和原动机输出的机械功率有关。
② 用实验结果说明故障切除时间（角）对系统暂态稳定性的影响。
答：故障切除时间越短可以提高电力系统暂态稳定性。因为切除故障时间越短，也就减小了减速面积，增加了减速面积，提高了发电机之间并列运行的稳定性。故障切除时间越短使系统的暂态稳定性越好。