电力系统自动化实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种电力系统自动化实验装置，其包括发电机组、输电实验装置、控制系统和以太网通信系统，所述发电机机组由直流电动机和三相交流发电机组成，直流电动机作为三相交流发电机的输入功率源；所述输电实验装置包括发电机母线、仪表组PV2、仪表组PA2、仪表组PV3、电抗XL1、电抗XL2、电抗XL3、电抗XL4、无穷大母线、无穷大电源和负载电阻箱；所述控制系统由调速控制系统、微机励磁系统和准同期控制系统组成，所述的调速控制系统、微机励磁系统和准同期控制系统分别与三相交流发电机连接。本发明专利技术可实现电力系统的检测、控制、监视、保护、调度的自动化，在极大程度上促进电力自动化教学及电气工程学科的发展。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高等院校技能和技术培训用的电力系统综合自动化教学装置，是一种可用于电力系统工程技术培训的实验平台。
技术介绍
目前，在高教系统中广泛应用的有关电力系统实验设备的教具，最先进且具代表性的是武汉华大电力自动技术有限责任公司研发的电力系统实验平台，在该实验装置上可以进行同期并列、励磁控制、发电机调速等教学实验，并提供了多种调节和控制方式，如同期控制方式可以采用手动自动准同期、半自动准同期和全自动准同期，励磁控制方式可以选择恒UF方式、恒IL方式、恒u方式和恒Q方式，但该产品的研发距今已有十几年的历史，虽然采用了多种控制方式，但无法对各个环节进行观察和测量，限于当初的技术水平，核心控制芯片采用了单片机，其运算速度和综合性能已无法满足当今许多复杂控制算法的实现，并且各个实验台都是孤立的单个平台，无法和变电站、供配电装置连接成为真实现场的大型互联电力系统，不能提供更真实、复杂的电力系统网络。而国内领先的工业电力设备厂家如河南许继，在设计电力系统实验教具时则简单地采用工业现场的产品，没有结合教学的特点，只能适用于演示，教师和学生能够在设备上完成的工作非常有限，无法真正满足教学要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对电力系统教学领域现有教学装备的不足，开发一套高度自动化、集成化、开放式的电力系统自动化实验装置，它能反映现代电能生产、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，在极大程度上促进电力自动化教学及电气工程学科的发展。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种电力系统自动化实验装置，其包括发电机组、输电实验装置、控制系统和以太网通信系统，所述发电机机组由直流电动机和三相交流发电机组成，直流电动机作为三相交流发电机的输入功率源；所述输电实验装置包括发电机母线、仪表组PV2、仪表组PA2、仪表组PV3、电抗XL1、电抗XL2、电抗XL3、电抗XL4、无穷大母线、无穷大电源和负载电阻箱，三相同步发电机的输出端子与发电机母线连接，发电机母线分成两条线路，其中一线路由发电机母线A点经过一个断路器和电抗XL2连接B点，B点连接仪表组PV2，B点经过一个断路器开关和仪表组PA2连接，PA2点经过一个电抗XL4和断路器开关连接无穷大母线汇流于C点，C点连接有仪表组PV3 ;另一线路由发电机母线G点经过一个断路器和电抗XL1连接F点，F点经过电抗XL3和断路器开关与无穷大母线E点连接，电抗XL2、电抗XL4与电抗XL1、电抗XL3组成两条并联输电线路，通过中间开关站进行连接；无穷大母线D点通过两个断路器与无穷大电源连接，负载电阻箱通过断路器和无穷大母线E点连接；所述的仪表组PA2、PV2、或PV3包括电压表、电流表、功率表和功率因数表； 所述控制系统由调速控制系统、微机励磁系统和准同期控制系统组成，所述的调速控制系统、微机励磁系统和准同期控制系统分别与三相交流发电机连接； 所述的以太网通信系统包括微控制器STM32F103VET6和网络控制芯片WIZNET W5200，控制系统与微控制器通过COM端口通讯连接，微控制器通过网络控制芯片与上位机连接。优选地，其还包括有线路保护装置，所述线路保护装置由输电一次回路和二次回路组成。输电一次回路模拟的是典型单侧电源供电辐射式电网，能够模拟输电线路的手动合闸、手动跳闸和远程控制等操作；能够模拟电力系统在最小或最大运行方式下对采用电流继电保护产生的影响；能够模拟输电线路的各种短路故障及电网的各种非正常运行状态；并且可设置故障发生的区域范围。可判断输电线路的运行状况，或作为微机线路保护测控装置的继电保护检测起动装置的传感设备。所述的微机调速系统系统主要提供五种保护功能，分别是欠压保护、相位保护、过压保护、过速保护和过流保护。五种保护使系统工作更安全和稳定。优选地，所述的微机调速系统系统包括: 微机调速电枢电压闭环控制装置，用于实现电枢电压测量，利用神经网络PID算法实现电枢电压PID参数自适应调节； 微机调速电机转速闭环控制装置，通过神经网络PID调节，使电机转速运行到设定值；三相电压相位角控制装置，用于当三相电压相位角达到预设角度时，自动产生触发脉冲来控制相应可控硅，实现对三相电压电流等测量及显示； 三环调节装置，外环通过模糊控制实现有功功率的调节，中间环通过转速闭环调节实现相位角的控制，内环通过PID调节控制电流，实现有功的稳定控制； 人机界面，实时显示和控制电压、电流、功率等数据； 以及协调通信模块，接收微机励磁系统传输的有功功率值数据，由微控制器制器通过CRC校验数据正确，同时接收并网状态信息，从而达到改变微机调速系统工作状态。所述的微机励磁系统保持发电机励磁在最大限定范围内工作，发电机在进相运行时欠励保护动作；当系统强励时保证发电机安全，过励反时限保护启动；发电机低频运行时伏赫限制保护启动；当无功输出时系统自动调节输出电压，从而自动调节无功功率。系统过速时自动调节系统运行速度。优选地，所述的微机励磁系统包括: 励磁系统恒α控制模块，用于判断三相电压相角，计算当前励磁系统的电压和电流，计算当前α角移动范围，产生触发脉冲； 励磁系统恒无功调节模块，用于发送有功功率值给微机调速系统，经过神经网络PID控制，调节发电机电压，调节系统无功输出； 励磁系统参数整定模块，用于修改系统PID系数，校正有功、无功测量值； 远程控制模块，用于发送当前运行状态到上位机，通过Modbus/TCP接收控制指令；人机界面模块，用于由触摸屏下发控制指令给控制系统，同时显示当前控制系统运行状态及测量数据； 以及协调通信模块功能，用于协调微机调速系统和准同期控制系统之间的工作，发送有功、转速、并网状态给微机调速系统，接收准同期控制系统的发电指令。所述的微机准同期系统防止并网后用户误操作灭磁损坏同步发电机；当系统运行频率降低、发电机电压偏低后启动保护功能解列并网发电机。发电机当电压、频率、相位差超出允许值时启动闭锁功能限制并网动作。优选地，所述的微机准同期系统包括: 准同期手动并网模块，用于通过人工手动方式对系统进行并网合闸操作； 准同期半自动并网模块，用于测量系统电压、频率、相位，当差值在允许范围内，系统自动合闸并网； 准同期全自动并网模块，用于发送控制指令给微机调速系统，调速系统自动调节转速至1500转/分钟；同时发送指令给微机励磁系统，自动发电至220V电压，存在偏差时自动修正状态，直至满足并网条件，同时测量并网前的时间值及功角； 准同期远程控制模块，用于接收上位机发送的并网控制指令，传送当前运行状态参数至上位机； 准同期人机界面模块，用于显示当前系统运行状态参数，选择当前系统运行模式；准同期协调通信模块，用于发送控制指令给微机调速系统和微机励磁系统，调节转速和发电机电压。优选地，所述的微机调速系统或微机励磁系统均包括三相电压采集电路，所述的三相电压采集电路包括电流互感器PT1、PT3、PT4，电源U相与电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与电流互感器PTl原边的上端相连，电源N相与电阻R88的一端相连，电阻R88的另一端与电流互感器PTl原本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力系统自动化实验装置，其特征在于：其包括发电机组、输电实验装置、控制系统、以太网通信系统和上位机，所述发电机机组由直流电动机和三相交流发电机组成，直流电动机作为三相交流发电机的输入功率源；所述输电实验装置包括发电机母线、仪表组PV2、仪表组PA2、仪表组PV3、电抗XL1、电抗XL2、电抗XL3、电抗XL4、无穷大母线、无穷大电源和负载电阻箱，三相同步发电机的输出端子与发电机母线连接，发电机母线分成两条线路，其中一线路由发电机母线A点经过一个断路器和电抗XL2连接B点，B点连接仪表组PV2，B点经过一个断路器开关和仪表组PA2连接，PA2点经过一个电抗XL4和断路器开关连接无穷大母线汇流于C点，C点连接有仪表组PV3；另一线路由发电机母线G点经过一个断路器和电抗XL1连接F点，F点经过电抗XL3和断路器开关与无穷大母线E点连接，电抗XL2、电抗XL4与电抗XL1、电抗XL3组成两条并联输电线路，通过中间开关站进行连接；无穷大母线D点通过两个断路器与无穷大电源连接，负载电阻箱通过断路器和无穷大母线E点连接；所述的仪表组PA2、PV2、或PV3包括电压表、电流表、功率表和功率因数表；所述控制系统由微机调速系统、微机励磁系统和微机准同期系统组成，所述的微机调速系统、微机励磁系统和微机准同期系统分别与三相交流发电机连接；所述的以太网通信系统包括微控制器STM32F103VET6和网络控制芯片WIZNET W5200，控制系统与微控制器通过com端口通讯连接，微控制器通过网络控制芯片与上位机连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈卸水，唐旭，许兆铭，付以兵，赵静，
申请(专利权)人：浙江求是科教设备有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33