武汉华大实验室建设方案.docx

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武汉华大实验室建设方案

实验室建设方案

前言

工业上的自动化，是指用以替代人工而自动工作的技术措施。

我们所研究的电力系统，它是由电力系统的基础元件，即同步发电机，升、降压变压器、高、低压输电线路、开关以及形形式式的用电负荷等，按一定规律连接而成的既复杂又庞大的系统。

因此，所谓电力系统自动化，就是指在电力系统中实施的替代人工自动工作的各种技术措施。

它主要包括两个方面的内容：

（1）电力系统自动装置；

（2）电力系统调度自动化。

前者主要研究电力系统元件级的自动化，主要内容有：

同步发电机励磁自动控制、同步发电机自动准同期控制等；后者主要研究电力系统整体自动化，主要内容如：

电力系统频率和有功功率控制、电力系统电压和无功功率控制、电力系统稳定控制、电力系统调度自动化等。

电力系统自动化的任务是：

（1）提高供电可靠性；

（2）保证电能质量；（3）提高经济性；（4）减轻劳动强度；（5）保障电力系统安全；

电力系统自动化的特点是：

（1）实时性要求高。

电力系统中，正常运行时负荷变化频繁，故障时电磁暂态过程快，所以要求电力系统的功率平衡控制、稳定控制以及故障处理等必须具有很高的实时性。

（2）可靠性要求高。

现代电力系统容量大，供电范围广，其供电的可靠性和供电电能质量指标，对国计民生的影响极大，而要保证电能质量和不间断供电，均需建筑在电力系统自动化高可靠性的基础上。

（3）控制复杂、难度大。

电力系统结构复杂而庞大，且具有时变性、非线性、多输入多输出多约束、测控信息传输距离长，信息传输量大等特点，无论是理论研究和技术实施，均具有相当难度。

电力系统单一功能的自动装置，属于基础自动化装置，主要包括：

故障自动切除装置（即各种继电保护装置）、自动准同期装置、自动低频减载装置、同步发电机励磁调节器和原动机（即汽轮机和水轮机）调速器，以及远动装置等。

现代电力系统调度自动化建筑在远动技术的基础上，首先通过遥信和遥测将电力系统各点的设备投切状态和运行参数上传到调度中心，经分析决策后，再通过遥调和遥控将调度决策下达给相关发电厂和变电站，直接对厂站设备进行调节和控制。

“四遥”技术提高了电力系统调度的实时性。

按自动装置控制的范围划分，电力系统自动化分为设备（元件）级自动化、厂站级自动化和系统级自动化。

设备级自动化主要包括：

同步发电机励磁调节器、调速器、准同期装置、各种电力系统元件的继电保护装置；厂站级自动化主要包括：

自动电压控制（AVC）、自动发电控制（AGC）、厂站计算机监控系统；系统级自动化主要包括：

电力系统频率和有功功率自动控制、电力系统电压和无功功率自动控制、自动低频减载装置、电力系统安全自动控制等。

从教学的角度，将电力系统自动装置分为自动操作装置和自动调节装置两大类。

自动操作装置控制的是只具有两种状态的对象，例如具有分合两种状态的断路器，属于此类的自动装置有：

准同期控制器，低频减载装置，重合闸装置和各种继电保护装置等；自动调节装置控制的对象具有连续变化的特性，例如同步发电机励磁电流在零值～强励电流之间连续可调，属于此类的自动装置如：

同步发电机自动励磁调节器，汽轮机或水轮机调速器等。

本实验室建设以实用性为原则，采用现代化的控制方式，按照实际系统的控制设备特性，使实训系统更加贴近原型系统，力争将实验室建设成为实用性强，使用、维护方便的电力系统综合实训系统的研究平台。

一　图1为单台“WDT－IIIC电力系统综合自动化实验台”的一次系统图：

主要用途为电气工程专业课程实验，课程设计实验，毕业设计，生产实习及某些研究课题实验，它是一个完整的电力系统典型模型。

是与电气工程专业的《电力工程》、《电力系统自动化》、《电力系统分析》、《微机保护》、《电力系统自动装置原理》等课程相配套的原理指导及教学实验台。

它由发电机组、双回路输电线路及模型、无穷大电源等一次设备组成，通过中间开关站和单回、双回线路的组合，可构成发电机与无穷大系统之间有四种不同联络阻抗，供系统实验分析比较时使用。

每台原动机都配有微机自动调速装置和手动调速装置，并且有微机过速保护功能，每台发电机配有微机自动准同期装置和手动同期装置，输电线路还配微机过流保护和重合闸装置。

每套自动装置都有三种控制方式供选择，并且微机励磁与微机调速的运行方式和运行参数可在线修改。

综合试验台具有各种微机自动装置和手动控制装置，便于学生进行比较实验。

二　图2　为“PS－5G型电力系统微机监控实验台”的一次系统图和监控系统图：

它是一个高度自动化的、开放式多机电力网综合试验系统，它是建立在WDT-Ⅲ型电力系统综合实验平台的基础之上，将多个实验平台联接成一个大的电力系统，并配置微机监控系统实现电力系统“四遥”功能。

它能够反映现代电能的生产、传输、分配和使用的全过程，充分体现现代电力系统高度自动化、信息化、数字化的特点，实现电力系统的检测、控制、监视、保护、调度的自动化。

这个适应新实验课程体系的开放式公共实验平台，有利于提高学生创新思维与实践能力，更好地培养出高素质的复合型人才。

　　　　　　　　　　　　　　　　图2　

PS－5G微机监控试验台由3~5台电力系统综合自动化试验台及6条输电线路和3组负荷组成，构成一个灵活多变的环型电网，便于理论计算和实验分析。

每条输电线路和负荷都配有微机型的标准电力监测仪，可以显示各支路的电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数共计30多个电量，并且都通过RS485通讯口与微机相联（图3所示），实时显示电力系统的运行状况，以及各开关的动作情况。

　　　　　　　　　　　　　　　图3

一台“PS－5G型电力系统微机监控实验台”和四台“WDT－IIIC电力系统综合自动化实验台”，可以组成一套“4＋1”实验系统。

可完成以下八大项共四十多小项实验。

“4+1”系统的通信网络采用拓扑结构，可支持254台客户机（或称从站）访问管理服务器（或称主站），实现了多用户共享（或指定）监控权的功能。

此功能极大地方便了实验教学，提高了实验效率，方便实验室管理；同时也提高了实验室建设的水平和档次。

三　图4是“电网实习培训系统”的一次系统图，实验教学是高等理工科学校的主要实验性环节之一，它在培养学生的实际操作能力、分析问题和解决问题的能力方面，起着极重要的作用；专业综合实验课程还肩负着综合运用所学基础知识和专业知识，培养学生创新能力的作用。

一个能够反应现代电厂、电力系统的高度自动化、信息化、数字化的特点，能够实现电厂系统检测、控制、监视的实训式模拟电厂系统，对提高电气类学生对现代电厂（电力系统）的认识，提高学生的动手能力、分析和解决问题的能力有着十分重要的作用。

它由发电机、升压变压器、线路、负荷变压器、无穷大系统、负荷等电力设备组成。

其中发电机配有微机励磁装置、微机调速装置、微机准同期装置、发变组微机保护装置等按实际电厂设计的控制设备。

系统由4条线路组成一个典型环型网络，其中在线路XLA、XLB还设有多个短路点，可以完成输电线路的电流、电压、方向等微机保护实验；整定阻抗保护动作值实验；运行方式变化对阻抗保护影响的实验；三段式保护动作配合实验；过流保护与三相自动重合闸装置综合实验；低电压启动过电流保护与自动重合闸实验；复合电压启动过电流保护与自动重合闸实验；电压闭锁电流速断保护与自动重合闸实验；三段式电流保护与自动重合闸装综合实验；微机保护的配合试验；重合闸实验。

输电线路的母线侧留有备用标准TA、TV的二次侧接口，必要时可接入自动装置进行试验。

还在三绕组负荷变压器中加入了多条配电线路，每条配电线路提供有三相电压、电流接口，可以接入自动装置或继电保护，可以开出多组实验，如微机变压器保护、备用电源自动投入、残压快切等自动装置实验。

在该系统中还预留有多机接口，可以方便的接入如太阳能、风能等新能源。

为老师开展研究提供实验平台。

风力发电模拟系统

风力机特性模拟屏风力发电机励磁系统屏

模拟风力机—双馈异步发电机机组

一、风力机特性模拟屏

在不同风速下的功率—速度特性的模拟是由风力机模拟控制屏实现的，风力机特性模拟屏具有以下功能：

1、风力机功率特性曲线；

2、四种风速的模式及其组合：

恒定风速、斜坡风、阵风、随机风及其组合；

二、风力发电机励磁系统屏

双馈风力发电机组采用直流电动机作为原动机，绕线式异步电机作为双馈发电机。

在绕线式异步电机的转子侧接入背靠背双SPWM变换器，可以独立控制定子侧的有功功率和无功功率。

在该实验平台上可实现：

1、自动判断进入起动状态或从电网退出。

2、双馈发电机的空载并网；

3、风电发电机组的并网运行：

超同步和亚同步运行状态的实现，以及两种状态的平滑过渡；

4、最大风能追踪（MPPT）的实现；

5、风电系统的独立运行。

风电实验项目

一、起励试验

1、跟踪系统电压起励（恒电压、非试验状态下，系统电压在85%~115%之间跟踪，否则取100%）

【

（1）调整系统电压在额定电压，起励，记录发电机机端电压稳定值，计算发电机机端电压与系统电压的相对误差，得到跟踪精度的指标数据；

（2）在85%~115%之内改变系统电压，重复起励、记录与精度计算；

（3）调整系统电压在85%~115%之外，重复起励和记录，验证是否起励到额定值，而不跟踪系统电压；】

2、恒励磁电流起励（恒电流零起手动升压，按励磁电流闭环控制）

3、升速自动起励（转速大于40Hz，自动起励），

二、灭磁试验

1、手动灭磁（人工操作灭磁按钮或远方灭磁接点进行灭磁）

2、低转速自动灭磁（转速低于34Hz自动灭磁）【发电机空载额定稳定运行条件下，调节转速下降。

三、给定电压调节范围与调节速度

1、恒Ut运行方式下的电压调节范围和调节速度；（0~115%）【记录恒Ut控制方式下的发电机空载运行时的机端电压和励磁电流的调节范围，调节速度】

2、恒IL运行方式下的电压调节范围和调节速度；（0~110%）【记录恒IL控制方式下的发电机空载运行时的机端电压和励磁电流的调节范围，调节速度】

四、空载阶跃试验

1、机端电压给定阶跃±5%额定电压；（上位机操作）；

2、机端电压给定阶跃±10%额定电压；（上位机操作）。

五、运行方式切换试验与稳定运行

1、恒Ut→恒IL；

2、恒IL→恒Ut；

六、变速恒频试验

1、亚同步速；【调节转速低于同步速运行，例如1400转/分附近，记录机端电压频率和励磁电流频率与系统频率，验证三者关系】

2、同步速；【调节转速等于同步速运行，例如1500转/分附近，记录机端电压频率和励磁电流频率与系统频率，验证三者关系】

3、超同步速；【调节转速高于同步速运行，例如1600转/分附近，记录机端电压频率和励磁电流频率与系统频率，验证三者关系】

七、转速、励磁电流与机端电压的关系试验

给定转速和励磁电流频率（自动跟踪转速变化维持定子电压频率为额定值），改变励磁电流大小，记录励磁电流与机端电压之间的关系数据；改变转速从40Hz~55Hz，每隔3Hz重复试验，记录励磁电流与机端电压的关系数据；

八、并网条件跟踪试验

1、电压幅值跟踪；【即跟踪系统电压起励】

2、频率跟踪；【改变转速后，励磁电流频率会自动跟踪转速变化，维持机端电压频率与系统电压频率在允许范围内】

3、电压相角跟踪；【自动跟踪系统电压相角，维持相角差在一定范围内】

以上是空载试验。

以下是并网试验。

九、并网运行与负荷调节试验

1、合闸冲击；

2、无功负荷调节；（增减励磁）【观察调节的平滑性和运行的稳定性】

3、有功负荷调节；（调节风力机风速）【观察调节的平滑性和运行的稳定性】

一十、并网状态下的运行方式切换试验

1、恒Ut→恒IL；【主要观察方式切换的平稳性】

2、恒IL→恒Ut；【主要观察方式切换的平稳性】

一十一、并网状态下的阶跃试验

1、机端电压给定阶跃±3%额定电压；

（即并网运行时的电压阶跃，上位机操作）

2，机端电压给