電力系統綜合自動化實驗平臺電力系統監控平臺

1.系統的基本要求：

1.1監控系統構成：各發電廠、母線及線路電量由各發電廠控制器及三相電量智能監測儀采集并傳送至管理服務器（或稱主站），實現遙測功能；各開關和斷路器狀態通過PLC采集后，傳送至管理服務器（或稱主站），實現遙信功能；PLC接受并執行管理服務器（或稱主站）發送的命令，完成對斷路器的分合閘操作，實現遙控功能；各發電機廠控制器（微機調速器和微機勵磁器）接受并執行管理服務器（或稱主站）發送的調度命令，調節發電機的有功和無功，實現遙調功能。

1.2系統提供的監控軟件以力控網絡版組態軟件為開發平臺，用戶可進行二次開發。

★1.3學生可共享監控權，客戶機10臺（學校自配），具體要求如下：

1.3.1同步顯示各發電廠的運行狀態

1.3.2同步顯示各開關站的電量參數

1.3.3多機監視各斷路器的位置，保護動作出口狀態

1.3.4存儲和打印電力網絡的電量參數

1.3.5同步監視電力網絡的潮流分布

1.3.6進行復雜電力系統的潮流計算

1.3.7保存歷史數據，繪制歷史曲線

1.3.8具有遙控、遙測、遙信、遙調功能。

2.系統的主要組成:

2.1電力系統監控實驗平臺包括：電力網絡單元、PLC控制器、電量監測儀、分合閘開關、工控機。監控實驗平臺能與電力系統綜合自動化實驗平臺組成“3+1”網絡系統。

2.1.1電力網絡單元:采用8段母線，兩個電壓等級。

2.1.2 PLC控制器:采用S7-200，采集各斷路器，開關站的狀態。

2.1.3電量監測儀:采集各路母線上的電壓，電流，有功功率和無功功率，電壓，電流測量精度為0.2級，有功和無功為0.5級。

2.1.4工控機:采用研祥的工控機控制。具體如下：

2.1.4.1機箱: IPC-810B/7270/6113LP4

2.1.4.2主板: FSC-1814V2NA

2.1.4.3 CPU: E5200/2.5G/800M/2M/LGA775/SLB9T

2.1.4.4 內存: 1G (金士頓)

2.1.4.5 硬盤: 希捷250G

2.1.4.6 光驅: 18X DVO-ROM（索尼或明基）

2.1.4.7網卡: D_LINK 8139

2.1.4.8鼠標, 鍵盤

2.1.5控制器需采用液晶中文菜單顯示，操作方便。

2.1.6人性化界面：待整定參數的范圍在界面內都有標注，方便用戶設置。

2.1.7糾錯保護功能：用戶誤操作時，裝置會啟動相應的保護功能，同時以中文字幕形式提醒用戶。

3.PLC 3D教學仿真軟件（評標現場帶軟件演示）：

3.1軟件在電腦屏幕上構建3D虛擬環境，全面展現各種復雜的整體工藝流程，比如：物料分揀、自動倉儲、機械手控制等工藝流程。

4.傳感器3D虛擬仿真軟件（評標現場帶軟件演示）：

軟件采用全3D虛擬仿真技術，通過軟件對產品說明、零件展示、裝配演示等方面，講述霍爾傳感器、壓電傳感器、氣敏傳感器、電渦流傳感器等常用傳感器。軟件需包含以下功能：

4.1產品說明：從理論上簡單介紹傳感器的原理。

4.2零件展示：單獨展示傳感器的各個組成元件，觀察零件的結構、材質以及材質類型。

4.3裝配演示：以三維仿真的形式展示傳感器的裝配過程，直觀了解傳感器的組成結構和裝配方法。

附錄2

一、系統的整體技術要求：

1.系統分別由三臺實際運行的發電機組模擬，配套的三套電力系統綜合自動化實驗平臺中的控制部分可分別對發電機組實現就地控制，各發電機組的主回路分別接至系統模擬電網，并與無窮大系統聯接。電網上聯接有可調負荷，負荷類別有："純電阻性負荷"，"感性負荷"和"純電感性負荷"。根據發電機廠的個數和輸電線路的不同，用戶可靈活調整電力網結構。

二、主要組成:

★系統采用兩種控制方式，一種采用工業現場的控制設備實現功能；另一種采用PC機配采集卡實現功能，包括信號轉換裝置，多通道數據采集卡及相應的切換開關。

（一）采用工業現場的控制設備實現功能：

★系統包括：發電機組、實驗操作臺、實驗控制屏、無窮大系統、三相可調負載箱。系統仿工業化現場設計，一次線路需與自動控制部分分開設計。

1.發電機組:

由三相同步發電機、直流電動機、測速裝置和功角指示器組成。采用直流電動機模擬汽輪機，所有配件均固定在可移動的推車上，方便學生做實驗。具體參數如下：

★1.1三相同步發電機：SN=2.5KVA, VN=400V，nN=1500rpm

★1.2直流電動機：PN=3KW, VN=440V，IN=8.6A，nN=1500rpm

1.3測速裝置采用1024點光電編碼器。

1.4功角指示器采用特制頻閃燈、標刻度圓盤和指針構成。

2.實驗操作臺:

實驗操作臺由輸電線路單元、測量儀表單元、微機線路保護測控裝置和合閘時間設置、短路故障類型設置及短路時間設置等構成。

2.1輸電線路單元：采用雙回輸電線路，每條輸電線路分兩段，并設置有中間開關站，可以構成四種不同聯絡阻抗。

2.2測量儀表單元：電壓表3只，電流表3只，三相有功功率表1只，三相無功功率表1只，功率因數表1只和同期表1只。

2.3微機線路保護測控裝置（工業級，液晶顯示，中文菜單操作）：適用于110KV及以下系統饋電線路的保護、測量及控制。具體要求如下：三段式相間過流保護：定時限/反時限特性，方向元件閉鎖，低電壓元件閉鎖；三段式零序過流保護：定時限/反時限特性，零序方向元件閉鎖，零序電壓元件閉鎖；獨立的加速保護：相電流加速，零序電流加速；低頻減載：滑差閉鎖，低電壓閉鎖；低壓減載；過負荷保護；三相一次重合閘：重合閘充電指示，非同期/檢同期/檢無壓方式，檢同期時母線電壓自動適應線路側電壓，勿需整定電壓相別；接地選線：接地告警3U0/3I0，集中/分散選線；采集和顯示電流、電壓、有功、無功、功率因數、頻率；4路脈沖量；16路遙信量；遙控分合、閉鎖及遠方定值修改；保護投入/退出，遠方定值區切換，還具有故障錄波，事件記錄功能，通信功能，可上傳測量保護及故障信息。

2.4合閘時間設置、短路故障類型設置及短路時間設置：可設置并網斷路器合閘時間、三相輸電線路短路類型和短路時間，還可觀測暫態電流、電壓波形。

3.實驗控制屏:

實驗控制屏由儀表單元、微機調速器裝置、微機準同期裝置、微機勵磁裝置、常規勵磁裝置、數字存儲示波器組成。

3.1儀表單元：直流電壓表、直流電流表各2只，分別指示原動機電樞電壓和電流、發電機勵磁電壓和電流。交流電壓表1只，指示控制柜工作電源電壓。

3.2微機調速器裝置具有如下功能：具有手動模擬調節、手動數字調節、微機自動調節、過速保護功能；具有測量、顯示機組轉速、電網頻率功能；

3.3微機勵磁調節器裝置（工業級，液晶顯示，中文菜單操作）具有如下功能：勵磁方式分為自并勵、它勵兩種；具有恒UF、恒IL、恒α、恒Q 四種自動調節功能；具有定子過電壓保護、過勵限制、瞬時過電流限制、欠勵限制和伏赫限制功能；液晶顯示，中文菜單操作；在線修改控制參數和存儲功能。

3.4微機準同期裝置（工業級，液晶顯示，中文菜單操作）具有如下功能：全自動準同期和半自動準同期方式可選，全自動方式下具有自動調頻調壓功能，半自動時閉鎖自動調頻調壓功能；實時顯示發電機和系統的壓差和頻差；液晶顯示，中文菜單操作；在線整定和修改頻差、壓差允許值和導前時間；具有波形觀測孔，可觀察合閘脈沖相對于三角波的位置、發電機電壓波形、系統電壓波形和矩形波波形等。．

3.5常規勵磁裝置具有如下功能：采用PI調節,具有恒UF功能，恒壓精度為0.5%Ued；面板上設置有觀測波形的測試孔；具有最小，最大勵磁電流值的限制；能適應多種反饋及保護信號的輸入。

3.6數字存儲示波器：帶寬≧60MHz,實時采樣率≥2GS/s，含8通道邏輯儀，數模信號同時進行分析。

4.無窮大系統：采用自耦調壓器模擬無窮大系統，具體參數： 副邊0-430V可調。

5.三相可調負載箱

5.1采用柜式結構，配有腳輪可移動。包括阻性負載和感性負載。

5.2阻性負載包括一組3×1600Ω/0.2A（0.1kW）板式電阻，兩組3×800Ω/0.4A（0.2kW）板式電阻，一組3×320Ω/1A（0.5kW）板式電阻和兩組3×160Ω/2A 1kW板式電阻，通過開關投切可調節阻性負載的大小。

5.3感性負載由三個200mH的電感和自耦調壓器構成感性負載，通過開關投切可調節感性負載的大小。

6.單片機控制實驗多種對象系統：

6.1系統主板包含以下控制對象：

★6.1.1位置控制系統：系統包括一套由步進電機、光電編碼器、同步帶、同步輪和滑塊組成的機械結構。實驗時通過單片機編寫控制程序，將單片機預先給定的位置信號與采集電路采集到的實際位置信號進行比較，然后通過單片機運算，將位置偏差信號轉換為控制信號，控制步進電機的轉向、轉速。

6.1.2伺服電機：包括伺服電機、光電編碼器、PWM驅動電路，可控制電機的方向、轉速、位置等參數。

6.1.3航模舵機：單片機PWM控制舵機，機器人控制基礎練習。

6.1.4無線語音傳輸：無線數傳模塊實現語音傳輸，可作對講機使用，自帶麥克風和揚聲器，帶音頻輸入接口。

6.1.5 GPS定位系統：單片機讀取GPS模塊信號：時間、經度、緯度、海拔、移動速度等。

6.1.6 GSM通信系統：單片機控制GSM通信模塊實現短消息收發。

（二）采用PC機配采集卡實現功能

1.信號轉換裝置硬件資源如下：

1.1 13路模擬量輸入；

1.2 1路模擬量輸出；

1.3 17路開關量輸入；

1.4 24路開關量輸出。

2.多通道數據采集卡采用NI 6229采集卡，采樣速率250ks/s,16路差分輸入，6位數據采樣，4路模擬量輸出，48路開關量。

★三、實驗項目：

1.原動機的起動與運轉

1.1 調速裝置操作原理實驗

1.2 調速裝置及原動機控制運轉

2.發電機機電特性實驗

2.1 發電機的空載特性曲線測試

2.2 發電機的短路特性曲線測試

2.3 發電機的負載特性實驗

2.4 同步發電機直軸參數的離線測定

2.5 同步發電機參數的在線測定

2.6 同步發電機靜態安全運行極限的測定

3.同步發電機勵磁控制實驗

3.1 微機勵磁裝置基本操作實驗

3.2 不同α角（控制角）勵磁電壓波形觀測實驗

3.3 同步發電機起勵實驗

3.4 控制方式及其相互切換實驗

3.5 逆變滅磁和跳滅磁開關滅磁實驗

3.6 伏赫限制實驗

3.7 欠勵限制實驗

3.8 同步發電機強勵實驗

3.9 調差特性實驗

3.10 過勵限制實驗

3.11 PSS實驗

4.準同期并列運行

4.1 微機準同期裝置基本操作實驗

4.2 自動準同期條件測試

4.3 線性整步電壓形成（相敏環節）測試

4.4 導前時間整定及測量方法

4.5 壓差、頻差和相差閉鎖與整定

4.6 手動準同期并網實驗

4.7 半自動準同期并網實驗

4.8 自動準同期并網實驗

5.單機--無窮大系統穩定運行方式實驗

5.1 單回路穩態對稱運行實驗

5.2 雙回路和單回路的穩態對稱運行比較實驗

5.3 單回路穩態非全相運行實驗

6.單機帶負荷實驗

6.1 獨立系統的特性實驗

6.2 投、切不同負荷的實驗

6.3 甩負荷實驗

7.電力系統功率特性（功角）和功率極限（靜態穩定性）實驗

7.1 無調節勵磁時，功率特性和功率極限的測定

7.2 手動調節勵磁時，功率特性和功率極限的測定

7.3 微機自并勵時，功率特性和功率極限的測定

7.4 微機他勵時，功率特性和功率極限的測定

7.5 單回路、雙回路輸送功率與功角關系實驗

7.6 提高電力系統靜態穩定性實驗

8.電力系統暫態穩定性實驗

8.1 短路類型對電力系統暫態穩定性的影響實驗

8.2 故障切除時間對暫態穩定的影響實驗

8.3 有無強勵磁對暫態穩定性影響試驗；

8.4 線路重合閘及其對系統暫態穩定性影響的實驗；

8.5 同步發電機異步運行和再同步實驗

8.6 提高電力系統暫態穩定性的措施

9.電力系統運行實驗

9.1 發電機啟動和調整實驗

9.2 電力系統運行方式實驗

9.3 電力系統負荷調整實驗

10.電力系統分析實驗

10.1 電力系統潮流計算分析實驗

10.2 電力系統故障計算分析實驗

10.3 切機、切負荷等穩定實驗

11.電力系統調度自動化實驗

11.1 電力系統實時監控

11.2 電力網的電壓和功率分布實驗

11.3 電力系統有功功率調整實驗

11.4 電力系統無功功率調整實驗

11.5 電網運行方式變化

11.6 電力系統調度運行實驗

11.7 遙控、遙測、遙信、遙調四遙實驗

12.單片機控制實驗多種對象系統實驗

13.PLC 3D教學仿真實驗