電力系統(tǒng)及其自動化實驗報告

電力系統(tǒng)及其自動化實驗報告2一、 實驗目的了解并熟悉微電網(wǎng)及控制實驗系統(tǒng)；通過模擬的牽引供電系統(tǒng),了解牽引供電系統(tǒng)的結構和工作情況；了解西南交通大學一施耐德電氣聯(lián)合實驗室.二、 實驗內(nèi)容微電網(wǎng)及控制實驗系統(tǒng)1。1概述微網(wǎng)系統(tǒng)是一種相對于配電網(wǎng)規(guī)模較小的分散式獨立系統(tǒng)，它基于以現(xiàn)代電力電子技術，將風電，光伏發(fā)電，儲能設備組合在一起，直接供小型用戶使用，它可以被視為電網(wǎng)中的一個可控單元，在短時間內(nèi)動作以滿足外部輸配電網(wǎng)絡及負載的需求。我們所參觀的實驗室中風電是由發(fā)動機模擬的，其系統(tǒng)由8個子系統(tǒng)所組成：1）同步發(fā)電機組，容量10kW，380V;2）風力直驅發(fā)電機組，容量5kW，380V；3）雙饋風力發(fā)電機組，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）負載，容量15kW，功率因數(shù)-0。8?1，非線性負載;7）并網(wǎng)控制器，電流50A/380V;8）線纜監(jiān)控系統(tǒng)，線纜長度0?5km；每套系統(tǒng)采用模塊化設計，安裝于獨立測試臺內(nèi)，便于安裝和維護。但是其抗電磁干擾問題還有待進一步研究。其系統(tǒng)結構如圖1所示。微電網(wǎng)的運行方式有并網(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)運行，當檢測到電網(wǎng)故障或者電能質(zhì)量不滿足要求時，微電網(wǎng)將及時與電網(wǎng)斷開而獨立運行，轉為孤島模式運行。孤島模式是只至同步發(fā)電機建立一個穩(wěn)定的電壓和頻率并使之運行在允許范圍內(nèi)，其他子系統(tǒng)更隨該電網(wǎng)運行。控制方式采用主從站控制實現(xiàn)其基本功能，為多代理控制技術奠定基礎.微電網(wǎng)還應有以下幾點功能:1）任意電源接入對系統(tǒng)不造成影響，確保人員電氣安全；2）自主可選擇運行點，微電網(wǎng)控制應該做到能夠基于本地信息對電網(wǎng)中的事件進行反映，并自動切換至獨立運行方式;3）并網(wǎng)或脫網(wǎng)平滑；4）有功無功獨立控制;5）具有校正電壓跌落和系統(tǒng)不平衡能力.監(jiān)控系統(tǒng)占目1施呵1以電FLQJ虬監(jiān)控系統(tǒng)占目1施呵1以電FLQJ虬J2L馳發(fā)電系FI球.f味UV氣IE：!c-H?.^._\學:t-nh-T 暮n饋EOht 帝卻留1￥右電務粉_?LI*處項皿I155*1由嚀夫祗?！?圖1系統(tǒng)結構框圖1.2主要子系統(tǒng)介紹1） 中央控制裝置:通過計算機進行任務的調(diào)度及功率的分配，并且顯示個子系統(tǒng)的運行狀況，本系統(tǒng)采用自勵方式，當拖動變頻器拖動同步發(fā)電機同步發(fā)電機定子繞組產(chǎn)生感應電壓，經(jīng)過整流提供給勵磁繞組勵磁。勵磁器通過測量發(fā)電機端電壓并與給定值做比較，當端電壓高于給定值時，減小勵磁電流，使發(fā)電機端電壓回到設定值.2） 同步發(fā)電機系統(tǒng)：微網(wǎng)中以同步發(fā)電機為主,其他子系統(tǒng)以其發(fā)出的電壓計頻率為參考變量。當拖動變頻器拖動同步發(fā)電機，同步發(fā)電機定子繞組產(chǎn)生感應電壓，經(jīng)過整流提供給勵磁繞組勵磁.勵磁器通過測量發(fā)電機端電壓并與給定值做比較，當端電壓高于給定值時，減小勵磁電流，使發(fā)電機端電壓回到設定值。若并入電網(wǎng)運行，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)勵磁電流調(diào)節(jié)電機的功率因數(shù)和無功功率3） 風力發(fā)電直驅系統(tǒng)：風力發(fā)電直驅系統(tǒng)是通過將永磁同步電機產(chǎn)生的電能轉換為直流并逆變輸出的一種控制方式。該系統(tǒng)的主要特點是：a） 無需齒輪箱，機械損耗小，運行效率高，維護成本低。b） 消除勵磁銅耗，功率密度高，轉子慣性低，轉子結構簡單。c） 可實現(xiàn)有功功率和無功功率的完全調(diào)節(jié).d） 與雙饋風力發(fā)電機組相比,低風速時效率更高.e） 變流器成本提高。f） 采用高速多級發(fā)電機的體積及重量較大。4） 風力發(fā)電雙饋系統(tǒng)：風力發(fā)電雙饋系統(tǒng)是通過對雙饋異步電機轉子勵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。雙饋變流器是通過控制發(fā)電機轉子勵磁,實現(xiàn)定子發(fā)電的一種系統(tǒng)。機側逆變器主要負責發(fā)電機的轉子勵磁，網(wǎng)側逆變器主要是穩(wěn)定母線電壓以及對電網(wǎng)進行無功補償.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化為直流電并采用光伏逆變器進行的一種控制方式。所參觀的系統(tǒng)采用長弧燈來模擬太陽光，通過改變燈的光源位置，來調(diào)節(jié)追日系統(tǒng).6） 儲能系統(tǒng)：儲能系統(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，當光電池板滿功率輸出時，儲能系統(tǒng)向電池充電。當光電池板功率下降時，儲能系統(tǒng)可以相負載提供功率，維持電網(wǎng)的正常運行.7） 負載系統(tǒng)：負載系統(tǒng)是模擬電網(wǎng)系統(tǒng)的一種非線性負載，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載進行消耗。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車.接觸網(wǎng)是沿電氣化鐵路架空敷設的輸電網(wǎng)，它和電力機車受電弓的滑動接觸將牽引變電所送來的電流送給電力機車。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。1不帶回流線的直接供電方式逾櫻線魏上西釵吸可圖2.2帶回流線的直接供電方式2） BT供電方式圖2.3BT供電方式圖2.3BT供電方式BT（BoostTransformer）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2.4AT供電方式圖2.4AT供電方式AT（Auto-Transformer）供電方式又稱自藕變壓器供電方式，相對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。西南交通大學一施耐德電氣聯(lián)合實驗室在聯(lián)合實驗室里，老師為我們講解了實驗室的平臺體系架構，現(xiàn)總結如下：圖2為初步設計的聯(lián)合實驗室平臺體系架構，平臺的設計在充分考慮供電可靠性、實驗室布局與實現(xiàn)不便的客觀條件的基礎上，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.采用400V配電網(wǎng)絡來模擬實際鐵路的10kV配電。同時，依托施耐德電氣強大的行業(yè)背景，通過采用相應智能設備方便地實現(xiàn)了對整個實驗室系統(tǒng)的集中管理、保護與控制自動化、電能質(zhì)量監(jiān)測等。圖2中牽引供電部分模擬實際牽引變電所，通過升壓變壓器將10kV升至27。5kV為牽引負荷供電。配電部分模擬鐵路配電網(wǎng)，采用400V電壓模擬實際線路采用的10kV電壓。在一級負荷貫通線路上設置有故障模塊,模擬實際鐵路配電線路的各種故障，借以觀察故障后保護以及斷路器等的動作情況，實際鐵路配電網(wǎng)絡中的分段裝置開關房用施耐德電氣的配電柜來模擬。實驗平臺的檢測、通信、管理：實驗室內(nèi)綜合自動化采用以太網(wǎng)通信代替光纖以太網(wǎng).各部分電源進線、母聯(lián)斷路器和負荷開關采用SCADA（供電系統(tǒng)管理自動化）遠動控制和就地控制（實現(xiàn)系統(tǒng)的遙控、遙信、遙測）。通過通信和監(jiān)測來實現(xiàn)遠程電網(wǎng)管理。系統(tǒng)管理層設置有牽引供電監(jiān)控主機、配電監(jiān)控主機、打印機以及其他監(jiān)控主機。

?@:I口iatV/2-..GkvlIIUN；i^O'1革引黃茍?-營證健?@:I口iatV/2-..GkvlIIUN；i^O'1革引黃茍?-營證健口兌陽崩m(xù)課擴牽引供電〕壓部分DFISLO圖2實驗平臺體系架構三、心得體會通過這次參觀學習實驗，對微電網(wǎng)及其控制系統(tǒng)、聯(lián)合實驗室參觀學習與老師的細心講解，我獲益匪淺。首先，通過對微電網(wǎng)及控制系統(tǒng)的了解，我對整個系統(tǒng)有了一個比較直觀清晰的認識.結合自己平時所看的論文書籍，對抽象的系統(tǒng)結構，有了更為直接形象的認識。對于系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)的功能、系統(tǒng)構成以及相互之間的聯(lián)系影響也有了全面的了解.雖然對里面的具體實現(xiàn)還是不太明白，但已經(jīng)建立了一個完整的微電網(wǎng)概念模型。同時，老師的耐心解答在很大程度上解決了平時學習中的疑問。其次，在實驗平臺的接觸中，我看到了很多只有書里面才能看到甚至都看不到的開關器材和設備，比如斷路器、熔斷器、功率因數(shù)控制器等等，讓我對基本的電氣設備有了更多地認識，在以后的學習中會更多地思考實物是什么樣子的，極大的拓展了我的視野，激發(fā)了我學習的熱情