電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)報(bào)告-微電網(wǎng).doc

電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)報(bào)告2一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解并熟悉微電網(wǎng)及控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；2. 通過模擬的牽引供電系統(tǒng)，了解牽引供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作情況；3. 了解西南交通大學(xué)施耐德電氣聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 微電網(wǎng)及控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)1.1概述微網(wǎng)系統(tǒng)是一種相對(duì)于配電網(wǎng)規(guī)模較小的分散式獨(dú)立系統(tǒng)，它基于以現(xiàn)代電力電子技術(shù)，將風(fēng)電，光伏發(fā)電，儲(chǔ)能設(shè)備組合在一起，直接供小型用戶使用，它可以被視為電網(wǎng)中的一個(gè)可控單元，在短時(shí)間內(nèi)動(dòng)作以滿足外部輸配電網(wǎng)絡(luò)及負(fù)載的需求。我們所參觀的實(shí)驗(yàn)室中風(fēng)電是由發(fā)動(dòng)機(jī)模擬的，其系統(tǒng)由8個(gè)子系統(tǒng)所組成：1) 同步發(fā)電機(jī)組，容量 10kW，380V；2) 風(fēng)力直驅(qū)發(fā)電機(jī)組，容量 5kW，380V；3) 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，容量 10kW，380V；4) 光伏發(fā)電系統(tǒng)，容量 2kW，120V；5) 蓄電系統(tǒng)，容量 2kW，20AH；6) 負(fù)載，容量 15kW，功率因數(shù)-0.81，非線性負(fù)載；7) 并網(wǎng)控制器，電流 50A/380V；8) 線纜監(jiān)控系統(tǒng)，線纜長(zhǎng)度 05km；每套系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，安裝于獨(dú)立測(cè)試臺(tái)內(nèi)，便于安裝和維護(hù)。但是其抗電磁干擾問題還有待進(jìn)一步研究。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。微電網(wǎng)的運(yùn)行方式有并網(wǎng)和孤島兩種模式：并網(wǎng)模式是指在正常情況下微電網(wǎng)與常規(guī)電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，當(dāng)檢測(cè)到電網(wǎng)故障或者電能質(zhì)量不滿足要求時(shí)，微電網(wǎng)將及時(shí)與電網(wǎng)斷開而獨(dú)立運(yùn)行，轉(zhuǎn)為孤島模式運(yùn)行。孤島模式是只至同步發(fā)電機(jī)建立一個(gè)穩(wěn)定的電壓和頻率并使之運(yùn)行在允許范圍內(nèi)，其他子系統(tǒng)更隨該電網(wǎng)運(yùn)行。控制方式采用主從站控制實(shí)現(xiàn)其基本功能，為多代理控制技術(shù)奠定基礎(chǔ)。微電網(wǎng)還應(yīng)有以下幾點(diǎn)功能：1) 任意電源接入對(duì)系統(tǒng)不造成影響，確保人員電氣安全；2) 自主可選擇運(yùn)行點(diǎn)，微電網(wǎng)控制應(yīng)該做到能夠基于本地信息對(duì)電網(wǎng)中的事件進(jìn)行反映，并自動(dòng)切換至獨(dú)立運(yùn)行方式；3) 并網(wǎng)或脫網(wǎng)平滑；4) 有功無功獨(dú)立控制；5) 具有校正電壓跌落和系統(tǒng)不平衡能力。圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖1.2主要子系統(tǒng)介紹1) 中央控制裝置：通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行任務(wù)的調(diào)度及功率的分配，并且顯示個(gè)子系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，本系統(tǒng)采用自勵(lì)方式，當(dāng)拖動(dòng)變頻器拖動(dòng)同步發(fā)電機(jī)，同步發(fā)電機(jī)定子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電壓，經(jīng)過整流提供給勵(lì)磁繞組勵(lì)磁。勵(lì)磁器通過測(cè)量發(fā)電機(jī)端電壓并與給定值做比較，當(dāng)端電壓高于給定值時(shí)，減小勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)端電壓回到設(shè)定值。2) 同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)：微網(wǎng)中以同步發(fā)電機(jī)為主，其他子系統(tǒng)以其發(fā)出的電壓計(jì)頻率為參考變量。當(dāng)拖動(dòng)變頻器拖動(dòng)同步發(fā)電機(jī)，同步發(fā)電機(jī)定子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電壓，經(jīng)過整流提供給勵(lì)磁繞組勵(lì)磁。勵(lì)磁器通過測(cè)量發(fā)電機(jī)端電壓并與給定值做比較，當(dāng)端電壓高于給定值時(shí)，減小勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)端電壓回到設(shè)定值。若并入電網(wǎng)運(yùn)行，輸出電壓及頻率由電網(wǎng)決定，不能改變，可以通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)電機(jī)的功率因數(shù)和無功功率。3) 風(fēng)力發(fā)電直驅(qū)系統(tǒng)：風(fēng)力發(fā)電直驅(qū)系統(tǒng)是通過將永磁同步電機(jī)產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)換為直流并逆變輸出的一種控制方式。該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：a) 無需齒輪箱，機(jī)械損耗小，運(yùn)行效率高，維護(hù)成本低。b) 消除勵(lì)磁銅耗，功率密度高，轉(zhuǎn)子慣性低，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。c) 可實(shí)現(xiàn)有功功率和無功功率的完全調(diào)節(jié)。d) 與雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相比，低風(fēng)速時(shí)效率更高。e) 變流器成本提高。f) 采用高速多級(jí)發(fā)電機(jī)的體積及重量較大。4) 風(fēng)力發(fā)電雙饋系統(tǒng): 風(fēng)力發(fā)電雙饋系統(tǒng)是通過對(duì)雙饋異步電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁控制定子電壓電流頻率與電網(wǎng)直接相連的一種控制方式。雙饋?zhàn)兞髌魇峭ㄟ^控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁，實(shí)現(xiàn)定子發(fā)電的一種系統(tǒng)。機(jī)側(cè)逆變器主要負(fù)責(zé)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁，網(wǎng)側(cè)逆變器主要是穩(wěn)定母線電壓以及對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償。5) 光伏發(fā)電系統(tǒng): 光伏發(fā)電系統(tǒng)是通過光電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為直流電并采用光伏逆變器進(jìn)行的一種控制方式。所參觀的系統(tǒng)采用長(zhǎng)弧燈來模擬太陽光，通過改變燈的光源位置，來調(diào)節(jié)追日系統(tǒng)。6) 儲(chǔ)能系統(tǒng)：儲(chǔ)能系統(tǒng)是將電網(wǎng)電能暫存于電池中，并在電網(wǎng)電壓跌落是支撐電網(wǎng)的一種系統(tǒng)。所參觀的儲(chǔ)能控制系統(tǒng)為 DC200V/DC200V 蓄電池系統(tǒng)，與光伏發(fā)電系統(tǒng)配套使用，當(dāng)光電池板滿功率輸出時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)向電池充電。當(dāng)光電池板功率下降時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以相負(fù)載提供功率，維持電網(wǎng)的正常運(yùn)行。7) 負(fù)載系統(tǒng)：負(fù)載系統(tǒng)是模擬電網(wǎng)系統(tǒng)的一種非線性負(fù)載，功率因數(shù)可以控制。微網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)出的電可以通過該負(fù)載進(jìn)行消耗。2. 牽引供電系統(tǒng)牽引供電系統(tǒng)主要由牽引變電所和接觸網(wǎng)組成。牽引變電所將電力系統(tǒng)通過高壓輸電線送來的電能加以降壓和變流后輸送給接觸網(wǎng)，以供給沿線路行駛的電力機(jī)車。接觸網(wǎng)是沿電氣化鐵路架空敷設(shè)的輸電網(wǎng)，它和電力機(jī)車受電弓的滑動(dòng)接觸將牽引變電所送來的電流送給電力機(jī)車。我國牽引供電系統(tǒng)采用工頻25kV交流電。牽引供電系統(tǒng)的主要組成部分為牽引變電所、分區(qū)所、開閉所、AT所等。牽引供電系統(tǒng)的供電方式可分為：直接供電方式（包括帶回流線的直接供電方式）、BT供電方式和AT供電方式。1) 直接供電方式直接供電方式又可分為不帶回流線直接供電方式(圖2.1)和帶回流線的直接供電方式(圖2.2)兩種。圖2.1 不帶回流線的直接供電方式圖2.2 帶回流線的直接供電方式2) BT供電方式圖2.3 BT供電方式BT（Boost Transformer）供電方式又稱吸流變壓器供電方式，其主要目的是為了提高牽引網(wǎng)防干擾能力，但隨著通訊線路電纜化和光纜化，防干擾矛盾越來越不突出，該種供電方式目前已經(jīng)基本不采用。3) AT供電方式圖2.4 AT供電方式 AT（Auto-Transformer）供電方式又稱自藕變壓器供電方式，相對(duì)于其它供電方式而言，AT供電方式具有更好的防干擾效果和更大的供電潛力，特別適合于高速和重載鐵路。3. 西南交通大學(xué)施耐德電氣聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室 在聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室里，老師為我們講解了實(shí)驗(yàn)室的平臺(tái)體系架構(gòu)，現(xiàn)總結(jié)如下： 圖2為初步設(shè)計(jì)的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)體系架構(gòu)，平臺(tái)的設(shè)計(jì)在充分考慮供電可靠性、實(shí)驗(yàn)室布局與實(shí)現(xiàn)不便的客觀條件的基礎(chǔ)上，最大限度地保留了鐵路牽引供電系統(tǒng)與配電系統(tǒng)的特點(diǎn)。采用 400V 配電網(wǎng)絡(luò)來模擬實(shí)際鐵路的 10kV 配電。同時(shí)，依托施耐德電氣強(qiáng)大的行業(yè)背景，通過采用相應(yīng)智能設(shè)備方便地實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的集中管理、保護(hù)與控制自動(dòng)化、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)等。 圖2中牽引供電部分模擬實(shí)際牽引變電所，通過升壓變壓器將 10kV 升至 27.5kV 為牽引負(fù)荷供電。配電部分模擬鐵路配電網(wǎng)，采用 400V 電壓模擬實(shí)際線路采用的 10kV 電壓。在一級(jí)負(fù)荷貫通線路上設(shè)置有故障模塊，模擬實(shí)際鐵路配電線路的各種故障，借以觀察故障后保護(hù)以及斷路器等的動(dòng)作情況，實(shí)際鐵路配電網(wǎng)絡(luò)中的分段裝置開關(guān)房用施耐德電氣的配電柜來模擬。 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的檢測(cè)、通信、管理：實(shí)驗(yàn)室內(nèi)綜合自動(dòng)化采用以太網(wǎng)通信代替光纖以太網(wǎng)。各部分電源進(jìn)線、母聯(lián)斷路器和負(fù)荷開關(guān)采用 SCADA（供電系統(tǒng)管理自動(dòng)化）遠(yuǎn)動(dòng)控制和就地控制（實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遙控、遙信、遙測(cè)）。通過通信和監(jiān)測(cè)來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程電網(wǎng)管理。系統(tǒng)管理層設(shè)置有牽引供電監(jiān)控主機(jī)、配電監(jiān)控主機(jī)、打印機(jī)以及其他監(jiān)控主機(jī)。圖2實(shí)驗(yàn)平臺(tái)體系架構(gòu)三、 心得體會(huì) 通過這次參觀學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)，對(duì)微電網(wǎng)及其控制系統(tǒng)、聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室參觀學(xué)習(xí)與老師的細(xì)心講解，我獲益匪淺。 首先，通過對(duì)微電網(wǎng)及控制系統(tǒng)的了解，我對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有了一個(gè)比較直觀清晰的認(rèn)識(shí)。結(jié)合自己平時(shí)所看的論文書籍，對(duì)抽象的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有了更為直接形象的認(rèn)識(shí)。對(duì)于系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)的功能、系統(tǒng)構(gòu)成以及相互之間的聯(lián)系影響也有了全面的了解。雖然對(duì)里面的具體實(shí)現(xiàn)還是不太明白，但已經(jīng)建立了一個(gè)完整的微電網(wǎng)概念模型。同時(shí)，老師的耐心解答在很大程度上解決了平時(shí)學(xué)習(xí)中的疑問。 其次，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的接觸中，我看到了很多只有書里面才能看到甚至都看不到的開關(guān)器材和設(shè)備，比如斷路器、熔斷器、功率因數(shù)控制器等等，讓我對(duì)基本的電氣設(shè)備有了更多地認(rèn)識(shí)，在以后的學(xué)習(xí)中會(huì)更多地思考實(shí)物是什么樣子的，極大的拓展了我的視野，激發(fā)了我學(xué)習(xí)的熱情。 最后，牽引供電系統(tǒng)模型