电力系统自动化实验指导书

1、电力系统自动化实验指导书 电力系统自动装置电路仿真综合实验 一实验目的1本实验指导书主要是在电路仿真软件Multism 的环境下进行的虚拟仿真实验，有关真实实验部分可参考“电力系统自动装置综合实验”实验指导书的相关内容。2了解并掌握实验电路的工作原理，以及电路调试及分析与设计方法。使用电子电路设计软件对实验电路电路进行调试和分析。3本综合实验内容在技术上具有共享性和开放性的特点，既可以作为开放性试验供同学在实验室中进行，部分内容也可以作为实际试验的补充允许满足一定条件的同学在网上使用。二预习要求1实验前认真预习电力系统自动化第六章第1、2、3节以及第四章第1、2、3、节。2实验前认真预习虚拟电

2、子实验室Multisim ，掌握Multisim 基本功能及操作。学习元件调用、绘制电路图、仪器的使用以及电路的测试方法。3预习实验内容，分析理论结果，以便与实验结果相比较。4完成拟定实验步骤。三实验要求1根据技术要求具备初步选用合适的元器件，组成实验电路和调试的能力。2具有分析、寻找和排除电子电路中常见故障的能力。3具备应用Multisim 软件工具分析和设计简单电路的能力。4分析实验结果以及撰写实验报告。实验一、利用正弦脉动电压检查准同期条件实验(一 脉动电压Us 分析母线电压瞬时值为ux=Uxmsin(xt+0x发电机电压瞬时值为uf=Ufmsin(ft+0f式中 Ufm 、Uxm 相应

3、电压的幅值；x、f 相应Ux 、Uf 角速度；0x、0f相应电压的初相角。母线电压瞬时值与发电机电压瞬时值之差为滑差电压，即us= ufux=Uxmsin(xt+0x- uf=Ufmsin(ft+0f= Umsinxt- Umsinft=2Umsin1/2xtcos1/2(x+ft图11示出了脉动电压波形图它是一个角速度为1/2(x+f，幅值（包络线）作正弦变化的交流电压。由于准同期并列时，滑差电压s很小，所以滑差电压的频率接近工频50HZ 。由于滑差电压的零点表示系统电压和发电机电压之间的相角差为零，又由于滑差周期TS 的长短反映了滑差s的大小，因而，利用滑差电压的包络线波形的变化规律来检查

4、准同期的条件是十分有效的。（二）实验内容及操作步骤1. 启动Multisim 软件，出现如图12所示的操作界面。可以看到Multisim 的元件栏。元件栏下有许多常用的元件库，如基本库、开关库、信号源库及仪表库。2 建立脉动电压电路。 鼠标单击信号源库，在图1-3信号源库所列的元件清单中选择用交流电压源为系统电压信号Ux ，将交流电压源图标拖动到电路工作区，用另一个交流电压源为发电机电压信号Uf 。鼠标单击选择变压器。在基本元器件库中选择电阻、电容以及三极管等元器件，在仪表库中选择双通道示波器，连接到电路中。搭建图1-4所示脉动电压电路。鼠标双击交流信号源Uf 图标出现参数设置对话框，如 图1

5、-5所示。按实验要求选择电压值、频率和角度。 Multisim提供的双通道示波器外观和基本操作与实际示波器基本相同，该示波器可以观察一路或两路信号波形，分析被测周期信号的幅值和频率，时间基准可在秒直至微秒范围内调节。示波器图标如图1-4所示，示波器有4个连接点，分别是A 通道输入、B 通道输入和接地端G 。鼠标双击示波器图标出现示波器面板如图1-6所示，面板由上下两部分组成，上面是观察窗口，下面是示波器的控制面板。在示波器的面板上，可以直接点击示波器的各功能项进行参数选择。在Multisim 所示的操作界面右上角打开仿真开关，就会在示波器的观察窗口中看到输出信号的波形。3 用示波器观察脉动电压

6、波形。保持系统电压Ux=100V、频率fx=50HZ。调整发电机电压Uf=100V、调整发电机频率ff 使发电机频率和系统频率之差fs=0.1HZ。 保持发电机频率和系统频率之差fs=0.1HZ。调整发电机电压和系统电压差为U=20V。 调整发电机电压Uf=100V、调整发电机频率ff 使发电机频率和系统频率之差fs=0.2HZ。 调整发电机电压使Uf=Ux=100V。使发电机频率ff=fx=50HZ。调整发电机初相角为900。4将上述实验结果分别记录在图17（a ）、(b、(c、(d中，绘制脉动电压电路波形图。5计算脉动电压的幅值（峰峰值）和周期。分析fs 、U 对脉动电压Us 波形的影响及

7、 Us 中包含准同期所需的哪些信息。实验二、恒定越前时间电路的调试和整定实验（一）恒定越前时间tyq 产生分析ZZQ 5型自动准同期装置恒定越前时间的形成电路如图21所示。线形整步电压经过R114、R115和C 组成的比例、微分电路之后，送入由三极管BG106、和BG107组成的电平检测器与电平检测器的翻转电平Udt （BG107的集极电位，由R120进行整定）进行比较，由BG108集电极输出恒定越前时间信号。图21中，BG106的基极电位由通过C 的电ic 和通过电阻R115产生。考虑到机组并列时s很小，电容C 也不大，因此电容C 形成的容抗很大，在求 iR 时可以认为电容为开路。于是对应于

8、Uzb 的上升段，有式中表明t 只与R114和C 的大小有关。显然，在R114和C 为确定值时t 的值不变。式中“”号表示BG108在 =0之前动作。即越前的意思。因此，式中t 就是所求取的恒定越前时间tyq 。它的大小与滑差角频率s无关。（二）实验内容及操作步骤 1. 同实验一中实验内容及操作步骤的第一部分。 2. 参考图 21 以及实验一中实验内容及操作步骤的第二部分建立自动准同期装置中恒定越 前时间（恒定导前时间）的电路。 3. 使滑差周期 Ts 分别为约秒（Ts1）、约秒（Ts2）、约 12 秒（Ts3）下观察恒定越前 时间 tyq 恒定不变时，按表 2-1 给出的测试条件将 tyq

9、实测值填写在表中，计算其平均值和 误差。若表 2-1 中每行的实测值过于分散，应通过略微调节 R120 的阻值来调整。 Ts 给定 Ts Ts Ts tyq 平均值 tyq 最大误差 0k C1 1.1k 2.2k C2 0k 1.1k 2.2k C3 0k 1.1k 2.2k 4. 恒定越前时间的标定 恒定越前时间的标定就是找出时间倍乘和细调电位器 R111 的位置与 tyq 之间的定量关系。 使滑差周期 Ts秒时，根据表 2-2 中的时间倍乘以及 R111 值测量出相应的 tyq 填入该表 中。 R111 值 tyq 误差 0k .22k .44k .66k .88k 1.1k 1.32k

10、 1.54k 1.76k 1.98k 2.2k C1 C2 C3 实验三、半导体自动励磁调节器测量单元中的比较整定环节 （一）测量单元与比较整定环节 测量单元按功能可划分为三部分：信号变换、整定环节和比较环节。其中的整定环节和比较 环节对自动励磁调节器的特性乃至发电机组整个的外特性有着至关重要的影响。 （二）实验内容及操作步骤 1. 同实验一中实验内容及操作步骤的第一部分。 2. 测试稳压管的稳压值 Uz1= Uz2= 3. 在整定电位器 R4 的阻值等于零的情况下，参考图以及表的测量桥输入值， 用万用表的直流档量出测量桥的输出数据填入表的对应数据处。 想一想上述数据中的 几对关键数据并设法找

11、出来。 测量桥输入 测量桥输出 4. 根据表中的数据将测量桥的特性曲线绘制在图中， 从该特性图中找出几个关 键点并体会其所起的作用。 测量桥输出 5. 整定电位器 R4 的作用。 令整定电位器 R4 取不同阻值，测取比较整定环节的输入输出电压填入表中。对每一 个给定的 R4 组值，只需填入三组关键的数据。 R4(1 R4(2 R4(3 R4(4 R4(5 输入 输出 6. 绘制整定比较环节的特性曲线。 用表中的数据在图所给出的同一坐标上画出 R4 取不同阻值时的特性曲线，并 标示出关键的数据。 上述只是列举了我们正在开发的“电力系统自动装置电路仿真综合实验”中的部分典型内容。 电力系统自动装置作为电力系统自动控制系统中的控制器， 在发电机和电力系统的运行中起 着十分重要的作用。 因此基于上述试验内容， 同学可以在该仿真环境下自己进行自动装置其 它重要环节的自主开放性设计试验，例如：自动励磁调节器中的测量比较单元、综合放大单 元、同步触发单元以及自动准同期装置中的线性整步电压发生器、频差检测等。其各部分原 理及结果可以参考电力系统自动化相关教材以及电力系统自动装置综合实验实验指 导书内容