数字化电力系统综合试验室
规划说明书
华中科技大学
武汉华大电力自动技术有限责任公司
2008年12月
目
录
一、总
则
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二、综合试验室的组成
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三、电力网的结构特点
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四、试验设备的数字化
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五、实验功能的扩展
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六、教学实验项目
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七、试验设备清单
„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„附图一：试验室总体布局图 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„附图二：电力网一次系统接线图 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„附图三：综合台一次系统接线图 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1
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电力系统综合试验室
设计说明书
一、
总
则
为了适应21世纪我国现代化建设地需要，更好地培养出“有创新精神，实践能力强”的综合型人才，按照“加强基础，拓宽口径，培养能力，提高素质”的原则及国家教委颁布的本科专业目录，落实本科培养计划而建设数字化电力系统综合试验室。
电力系统综合试验室是一个自动化程度很高的动态电力系统物理模型，能够反映现化电能的生产，传输，分配和使用的全过程，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，并使教学实验管理现代化。
2 电力系统综合试验室建成后，能够开出目前电力系统及自动化专业的全部专业课程，共计40多个实验，内容了覆盖《电力系统工程基础》、《发电厂电气设备》、《电力系统分析》、《发电厂电气运行与设计》、《变电站综合自动化》、《电力系统微机保护》、、《电力系统自动化》、《电力系统远动技术》、《电力系统调度自动化》、《电力系统规划》等十多门专业课程。
二、综合试验室的组成
电力系统综合试验室由4～5台“WDT-III电力系统综合自动化试验台”和一台“PS-5G型电力系统微机监控试验台”及相关设备组成。
“WDT-III电力系统综合自动化试验台”是一个自动化程度很高的多功能试验平台，它是由发电机组、双回路输电线路、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。每台原动机都配有自动调速装置，并具有过速保护功能；每台发电机配有自动励磁调节器，具有调差、强励、过励限制等功能；每台发电机还配有自动准同期装置，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3种控制方式供选择，并且微机励磁的运行方式和运行参数可在 3 线修改。每台发电机的电流、电压都留有标准接口，以及对发电机组的调频、调压控制也留有接口，并且各开关的状态信号输出和跳、合控制接口全部引到端子排，供开发人员使用。
“PS-5G型电力系统微机监控试验台”，是将五台 “WDT-III电力系统综合自动化实验台”的发电机组及其控制设备作为各个电源单元组成一个环网（如附图一所示）。
G-A、G-B、G-C、G-D、G-E分别模拟五个发电厂，从5台发电机的母线引电缆分别联接到电力网母线MA、MB、MC、MD、ME上，模拟无穷大电源W-G则由市电380V经20KVA自耦调压器接至母线MG上，三组感性负荷分别联接至MC，MD母线上。而MD母线经联络变压器与线路中间站MF母线相联，整个一次系统构成一个可变的环型的电力系统网络，便于理论计算和实验分析。
三、电力网的结构特点
此电力系统主网按500KV电压等级来模拟，MD母线为220KV电压等级，每台发电机按600MW机组来模拟，无穷大电源短路容量为6000MVA。
A站、B站相联通过双回400KM长距离线路将功率送入无穷大系统，也可将母联断开分别输送功率。在距离 4 100KM的中间站的母线MF经联络变压器与220KV母线MD相联，D站在轻负荷时向系统输送功率，而当重负荷时则从系统吸收功率（当两组大小不同的A，B负荷同时投入时）从而改变潮流方向。
C站，一方面经70KM短距离线路与B站相联，另一方面与E站并联经200KM中距离线路与无穷大母线MG相联，本站还有地方负荷。
此电力网是具有多个节点的环形电力网，通过投切线路，能灵活的改变接线方式，如切除XLC线路，电力网则变成了一个辐射形网络，如切除XLF线路，则C站、E站要经过长距离线路向系统输送功率，如XLC、XLF线路都断开，则电力网变成了T型网络等等。
在不改变网络主结构前提下，通过分别改变发电机有功、无功来改变潮流的分布，可以通过投、切负荷改变电力网潮流的分布，也可以将双回路线改为单回路线输送来改变电力网潮流的分布，还可以调整无穷大母线电压来改变电力网潮流的分布。
在不同的网络结构前提下，针对XLB线路的三相故障，可进行故障计算分析实验，此时当线路故障时其两端的线路开关QFC、QFF跳开（开关跳闸时间可整定）。
四、试验设备的数字化
发电机组的调速装置、励磁调节器、准同期装置以及线路过流保护和重合闸装置均是微机型，参数可以修改，并且每台微机励磁调节器可通过串口与上位机相联，即与“PS-5G型电力系统微机监控实验台”的主机系统相联（如附图二所示），显示每台发电机的运行状况，发电机频率、发电机定子电流、电压、有功功率、无功功率、发电机转子电流、转子电压以及发电机运行区。
监控试验台对电力网的九个支路全部采用了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、频率等所有电量，并且九台监测仪能过RS485通信口与主机相联，实时显示电力系统的运行状况，以及各开关的动作情况，并且可以控制各开关的跳、合闸，打印报表，实现电力系统调度自动化功能。 在分组实验时，指导教师可以在监控试验台上观察到每台发电机的运行状况，了解实验情况，使教学实验管理现代化。
五、实验功能的扩展
1、电力系统综合试验室可开出电力系统自动化专业的40多个教学实验，包含了十多门专业课程，而这个试验平台远不止开出这些实验，它还可以开出《电机学》的直流电机、同步发动机等实验，还可以开出《电力电子》的一系列实验等等。
2、电力系统综合试验室能满足本科生的课程设计和毕业设计需要，能针对全部的专业课程进行课程设计和毕业设计。
3、电力系统综合试验室能作为电力系统工程专业的一个生产实习基地。能很好的弥补学生在实际电厂中不能动手操作等实习中的不足。
4、发电机电流、电压都按电力系统规范留有标准接口，并且都引至端子。开关的跳、合闸控制和位置信号也引至端子，能作为教师和研究生的科研产品开发平台。
5、可以为社会办学，举办电力系统运行调度和控制技术培训班。 提高设备的利用率。
六、教学实验项目
1．电力系统运行
1） 发电机启动和调整实验；2） 电力系统运行方式实验；3） 电力系统负荷调整实验；
2．电力系统分析实验
1）电力系统潮流计算分析实验；
2）电力系统故障计算分析实验；3）切机、切负荷等稳定实验；
3．调度自动化实验
1）电力系统实时监控； 2）电力系统有功功率调整； 3）电力系统无功功率调整； 4）电网运行方式变化。 4．准同期并列实验
1）手动准同期并列实验； 2）半自动准同期并列实验； 3）全自动准同期并列实验； 4）各种信号波形观测。 5．同步发电机微机励磁实验
1）不同（控制角）的励磁电压波形观测实验；
9 2）同步发电机起励实验； 3）控制方式及其相互切换实验； 4）逆变灭磁和跳灭磁开关灭磁实验； 5）伏赫限制实验； 6）同步发电机强励实验； 7）欠励限制实验； 8）调差特性实验； 9）过励限制实验； 10）PSS实验。
6．单机——无穷大系统稳态运行方式实验
1）单回路稳态对称运行实验；
2）双回路与单回路的稳态对称运行比较试验； 3）单回路稳态非全相运行试验。
10 7．电力系统功率特性（功角）和功率极限（静态稳定性）实验
1）无调节励磁时，功率特性和功率极限的测定； 2）手动调节励磁时，功率特性和功率极限测定； 3）微机自并励时，功率特性和功率极限的测定； 4）微机它励时，功率特性和功率极限的测定； 5）单回路、双回路输送功率与功角关系实验。
8．电力系统暂态稳定性实验
1）短路类型对电力系统暂态稳定性的影响实验； 2）故障切除时间对暂态稳定的影响实验； 3）有无强励磁对暂态稳定性影响试验；
4）线路重合闸及其对系统暂态稳定性影响的实验； 5）同步发电机异步运行和再同步实验。
11 9． 单机带负荷实验
1）独立系统的特性实验； 2）投、切不同负荷的实验； 3）调速器调差特性试验； 4）甩负荷实验；
10．其它实验（部分实验需外接仪表）
1）发电机的空载特性实验； 2）发电机的短路特性实验； 3）发电机的负载特性实验； 4）同步发电机直轴参数的离线测定； 5）同步发电机参数的在线测定； 6）同步发电机静态安全运行极限的测定。
七、试验设备清单
1、
WDT-III电力系统综合自动化试验台
2、PS-5G型电力系统微机监控试验台
注：
实验室占地面积60～100平方米
四～五套
一套
11.8万×（3～5）＝35.4～59万
12万
共计：
47.4～71万元
通信电WDT-III电力系统综合自动化试验台GBWDT-III电力系统综合自动化试验台GDWDT-III电力系统综合自动化试验台GA PS-4G型电力系统微机监控试验台电力系统微机监控试验台MAQFXLMFXLQFMGGAQFQFXLQFQFXLQFMDQFWGXLGBMBQFXLQFGDLDQFLDQFMCME华中科技大学GCLDGE武汉华工大电力自动技术研究所WDT-III电力系统综合自动化试验台GE 14
WDT-III电力系统综合自动化试验台缆 GCMAMFMGG-AW-GKMDG-BMBMD纯电阻感性负荷纯电感G-DMCMEG-CG-E 15
HGWT-03型微机准同期装置无穷大母线至QF4至QF6 WL-04B型微机励磁调节器 YHB-II型微机线路保护自并励自耦调压器同步发电机它励手动励磁至KM1直流电动机至KM5 TGS-04型微机调速装置测速装置注：SAV为切换开关
