专业班级： 电气班
组 号： 20 组
组 员：
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摘要
所谓单机无穷大系统是指一台发电机G经升压变压器T1、线路L、降压变压器T2与无穷大系统S相连或类似形式的系统，它是稳定计算中常用到的一种系统，称作简单系统。ETAP是电力电气分析、电能管理的综合分析软件系统
的简称。电气分析计算软件，能为发电、输配电和工业电力电气系统的规划、设计、分析、计算、运行、模拟提供全面的分析平台和解决方 案·ETAP是美国OTI集团公司研发生产的电力及电气系统综合计算分析软件和实时在线控制、智能电网系统产品。本次设计我们通过ETAP软件对单机无穷大系统进行仿真实验，通过实验室对单机无穷大系统参数的测量，在ETAP软件中对系统稳定性进行分析和测试，同时提出并验证提高系统稳定性的措施。 abstract
Called single machine infinite bus system is refers to a generator g the step-up transformer T1, line L, step-down transformer T2 and infinity system s connected or similar forms of the system, it is commonly used in the stability calculation to a system, called simple system. ETAP is a comprehensive analysis software system for power electrical analysis and power management. Electrical analysis calculation software and can for the power generation, transmission distribution, and industrial power electrical system planning, design, analysis, calculation and operation, simulations provide comprehensive analysis platform and solutions, ETAP is analysis software and real-time online control in calculation of integrated corporation in the United States OTI R & D and
production of electric power and electric system, smart grid system products. This design we through the ETAP software on a single machine infinite bus system of simulation experiment, through the laboratory measurement of the parameters of the single machine infinite bus system and in the ETAP software on the stability of the system of analysis and testing, also proposed and validated measures to improve the stability of the system.
关键词：单机无穷大系统 ETAP 电力系统仿真 系统稳定性
前言
本次实验我们通过对单机无穷大系统的ETAP仿真，完成单机无穷大系统稳定性的测试与探究，从而提出并验证提高系统稳定性的措施。
目录
1. 项目需求： 4
1.1 单机无穷大系统仿真模型参数测试 4
1.2 单机无穷大系统仿真模型建模 4
1.3 单机无穷大系统稳定性分析与测试 4
1.4 提高单机无穷大系统稳定性措施 4
2. 参数测量方案： 4
2.1 功角测量 4
2.2 发电机转子运动方程中的H、D、Eq、Us等参数（假设D忽略） 4
3. 仿真参数测量： 5
3.1 发电机组的起励建压，记录Ug、Ig、Eq、I、Us 5
3.2 发电机并网 6
3.3 调整功率因数，记录有功功率和无功功率 6
3.4 进行退网甩负荷实验，记录转速变化 6
3.5 发电机组解列 6
3.6 参数测量表格 7
4. 仿真参数计算： 8
4.1 参数计算 8
4.2 参数计算 8
4.3 H参数计算 8
4.4 参数计算表 9
5. 系统模型搭建： 9
6. 参数输入设置： 9
6.1 发电机参数设置 9
6.2 母线3参数设置 11
6.3 阻抗5.6参数设置 11
6.4 断路器10参数设置 13
6.5 母线6参数设置 14
6.6 母线9参数设置 14
6.7 无穷大系统参数设置 15
7. 仿真模型调试： 16
7.1 单机无穷大系统极限传输功率 16
7.2 单机无穷大系统临界切除时间 16
7.3 提高单机无穷大系统稳定性措施 18
7.3.1 重合闸提高系统稳定性 19
7.3.2 提高临界切除时间提高系统稳定性 22
7.3.3 电气制动提高系统稳定性 24
7.3.4 并联电容补偿提高系统稳定性 25
8. 思考与感悟： 27
8.1 方案设计 27
8.2 参数测量 27
8.3 模型仿真 27
9. 总结： 28
1. 项目需求：
1.1 单机无穷大系统仿真模型参数测试
测量量：机端电压、机端电流、功率因数
测量目的：计算功角
发电机转子运动方程中的H、D、Eq、Us等参数
测量工具：存储示波器，电压探头，电流探头
1.2 单机无穷大系统仿真模型建模
根据测试的参数在ETAP中建立单机无穷大系统仿真模型
1.3 单机无穷大系统稳定性分析与测试
仿真确定单机无穷大系统极限传输功率
仿真确定单机无穷大系统临界切除时间
在自动化系统平台上验证仿真结果
1.4 提高单机无穷大系统稳定性措施
仿真至少4种验证提高单机无穷大系统稳定性措施的效果
对比分析各种措施效果
2. 参数测量方案：
2.1 功角测量
测量方案：先测出机端电压，电流，功率因数。并将发电机空载运行，测出空载电动势。由相量图算出jXqI，之后由余弦定理算出功角。
2.2 发电机转子运动方程中的H、D、Eq、Us等参数（假设D忽略）
测量方案：
（a）由公式（Pm--Pe）Wn/TJ=dw/dt
Ug,Us都可以测出，可以由实验台直接读取，Pm为原动机驱动电动机的驱动功率，Pm=UI直接求取。通过甩负荷的方法，让电机强制脱网，惯性系统，电机输出机械功率Pm不变，由以及公式可以算出H。
（b）并网过程中，功角会不断变化，由示波器观测UG，US之间的相位差，即为功角。记录下不同时刻的功角，绘制功角曲线，通过Excel或者Matlab绘制曲线，求其二次导。然后通过公式（Pm--Pe）Wn/TJ=dw/dt求出PD，但在实际测量过程中，由于UG的波形比较难以测量，所以未能实现。之后我们小组通过用手机连拍的方式，每0.125s拍摄一张转速的照片，然后再进行求导，通过公式算得PD。
3. 仿真参数测量：
3.1 发电机组的起励建压，记录Ug、Ig、Eq、I、Us
（a）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。
（b）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。
（c）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”。
（d）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。
（e）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。
（f）发电机起励建压有三种方式，我们采用常规起励建压方式：
首先将实验台上的“励磁方式”旋钮旋到“常规控制”，“励磁电源”旋钮旋到“他励”；接着将控制柜上的“励磁电源”打到“开”，之后逐渐增大给定，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。
3.2 发电机并网
（a）投入无穷大系统，将实验台上的“发电机运行方式”切至“并网”方式。
（b）选定选“单回”。即断路器QF1 和QF3处于“合闸”状态，其他处断路器处于“分闸”状态；
（c）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。
（d）投入同期表。将实验台上的“同期表控制”旋钮打到“投入”状态。
（e）选择手动并网方式；
首先选定“同期方式”。将实验台上的“同期方式”旋钮旋到“手动”状态。
接着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。
3.3 调整功率因数，记录有功功率和无功功率
采用手动励磁方式，调节THFMDZ-1 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，使。
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。
3.4 进行退网甩负荷实验，记录转速变化
将并网断路器分闸，用手机连拍对THLWT-3速度变化进行记录。经计算和网络查证，手机连拍两张图片之间的时间为0.1S（IPhone 6）。
3.5 发电机组解列
（a）减小发电机励磁至0。
（b）按下THLWT-3 微机调速器装置面板上的“停止”键。
（c）当发电机转速减为0 时，将THFMDZ-1 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”。
3.6 参数测量表格：
4. 仿真参数计算：
4.1 参数计算：
=
4.2 参数计算：
sin
4.3 H参数计算：
4.4 参数计算表：
5. 系统模型搭建：
6. 参数输入设置：
6.1 发电机参数设置
6.2 母线3参数设置
6.3 阻抗5.6参数设置
6.4 断路器10参数设置
6.5 母线6参数设置
6.6 母线9参数设置
6.7 无穷大系统参数设置
7. 仿真模型调试：
7.1 单机无穷大系统极限传输功率：
7.2 单机无穷大系统临界切除时间：
通过二分法确定临界切除时间，当系统波形等幅震荡时，为临界稳定。
临界震荡波形：
7.3 提高单机无穷大系统稳定性措施：
7.3.1 重合闸提高系统稳定性
工作过程：如果t0故障，t1切除故障，t2重合闸:瞬时性故障，合闸成功;永久性故障，合闸失败，T3永久性切除故障
无重合闸：
有重合闸：
7.3.2 提高临界切除时间提高系统稳定性：
工作过程：tcr0 ↑→在相同切除时刻下，减速面积SB越比加速面积大
提高临界切除时间0.7S波形
提高临界切除时间0.9s波形
提高临界切除时间1.3s波形
7.3.3 电气制动提高系统稳定性：
工作过程：Pe ↑→减速面积SB↑，加速面积SA↓
7.3.4 并联电容补偿提高系统稳定性：
工作过程：X∑ ↓→Pe ↑→减速面积SB↑，加速面积SA↓
8. 思考与感悟：
8.1 方案设计：
在方案设计过程中，由于刚开始对设计任务中的参数不太熟悉，没有明确哪些量能够测量，哪些量需要通过计算得到，所以对于方案的设计比较迷茫，后来在经过一天的小组讨论之后，进一步明确了参数的测量与计算方法，从而有了一个初步的方案，但是在给老师看方案过程中，我们又出现了很多问题，首先，我们的方案不够完善，步骤不够详细，没有逻辑，其次在测量H值的方案时，我们依照课本上的知识，将PD假想为0，但是由于实际系统不可能PD为0，否则系统无法达到稳态，所以我们的方案未能通过，经过后来的小组重新讨论，我们将方案进一步完善，通过甩负荷的方法测量H，再通过TJ来反向求解PD.
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