电力系统及其自动化实验报告-微电网.doc

电力系统及其自动化实验电力系统及其自动化实验报告2一、 实验目的1. 了解并熟悉微电网及控制实验系统；2. 通过模拟的牵引供电系统，了解牵引供电系统的结构和工作情况；3. 了解西南交通大学施耐德电气联合实验室。二、 实验内容1. 微电网及控制实验系统1.1概述微网系统是一种相对于配电网规模较小的分散式独立系统，它基于以现代电力电子技术，将风电，光伏发电，储能设备组合在一起，直接供小型用户使用，它可以被视为电网中的一个可控单元，在短时间内动作以满足外部输配电网络及负载的需求。我们所参观的实验室中风电是由发动机模拟的，其系统由8个子系统所组成:1) 同步发电机组，容量 10kW，380V；2) 风力直驱发电机组，容量 5kW，380V；3) 双馈风力发电机组，容量 10kW,380V;4) 光伏发电系统，容量 2kW，120V；5) 蓄电系统，容量 2kW，20AH；6) 负载，容量 15kW，功率因数-0。81，非线性负载;7） 并网控制器,电流 50A/380V;8） 线缆监控系统,线缆长度 05km；每套系统采用模块化设计，安装于独立测试台内,便于安装和维护。但是其抗电磁干扰问题还有待进一步研究.其系统结构如图1所示。微电网的运行方式有并网和孤岛两种模式：并网模式是指在正常情况下微电网与常规电网并网运行，当检测到电网故障或者电能质量不满足要求时，微电网将及时与电网断开而独立运行，转为孤岛模式运行。孤岛模式是只至同步发电机建立一个稳定的电压和频率并使之运行在允许范围内，其他子系统更随该电网运行。控制方式采用主从站控制实现其基本功能,为多代理控制技术奠定基础.微电网还应有以下几点功能：1） 任意电源接入对系统不造成影响，确保人员电气安全；2） 自主可选择运行点，微电网控制应该做到能够基于本地信息对电网中的事件进行反映,并自动切换至独立运行方式；3） 并网或脱网平滑;4) 有功无功独立控制；5) 具有校正电压跌落和系统不平衡能力.图1 系统结构框图1。2主要子系统介绍1) 中央控制装置：通过计算机进行任务的调度及功率的分配，并且显示个子系统的运行状况，本系统采用自励方式,当拖动变频器拖动同步发电机，同步发电机定子绕组产生感应电压,经过整流提供给励磁绕组励磁。励磁器通过测量发电机端电压并与给定值做比较，当端电压高于给定值时,减小励磁电流，使发电机端电压回到设定值。2) 同步发电机系统：微网中以同步发电机为主,其他子系统以其发出的电压计频率为参考变量。当拖动变频器拖动同步发电机，同步发电机定子绕组产生感应电压，经过整流提供给励磁绕组励磁.励磁器通过测量发电机端电压并与给定值做比较，当端电压高于给定值时，减小励磁电流，使发电机端电压回到设定值.若并入电网运行，输出电压及频率由电网决定，不能改变，可以通过调节励磁电流调节电机的功率因数和无功功率。3) 风力发电直驱系统：风力发电直驱系统是通过将永磁同步电机产生的电能转换为直流并逆变输出的一种控制方式.该系统的主要特点是：a) 无需齿轮箱，机械损耗小,运行效率高,维护成本低.b) 消除励磁铜耗，功率密度高，转子惯性低,转子结构简单。c) 可实现有功功率和无功功率的完全调节。d) 与双馈风力发电机组相比，低风速时效率更高。e) 变流器成本提高。f) 采用高速多级发电机的体积及重量较大.4) 风力发电双馈系统： 风力发电双馈系统是通过对双馈异步电机转子励磁控制定子电压电流频率与电网直接相连的一种控制方式.双馈变流器是通过控制发电机转子励磁，实现定子发电的一种系统。机侧逆变器主要负责发电机的转子励磁，网侧逆变器主要是稳定母线电压以及对电网进行无功补偿。5) 光伏发电系统: 光伏发电系统是通过光电池板将太阳能转化为直流电并采用光伏逆变器进行的一种控制方式。所参观的系统采用长弧灯来模拟太阳光，通过改变灯的光源位置，来调节追日系统.6) 储能系统：储能系统是将电网电能暂存于电池中，并在电网电压跌落是支撑电网的一种系统.所参观的储能控制系统为 DC200V/DC200V 蓄电池系统，与光伏发电系统配套使用，当光电池板满功率输出时,储能系统向电池充电.当光电池板功率下降时,储能系统可以相负载提供功率，维持电网的正常运行。7) 负载系统：负载系统是模拟电网系统的一种非线性负载，功率因数可以控制.微网系统发出的电可以通过该负载进行消耗。2. 牵引供电系统牵引供电系统主要由牵引变电所和接触网组成。牵引变电所将电力系统通过高压输电线送来的电能加以降压和变流后输送给接触网,以供给沿线路行驶的电力机车。接触网是沿电气化铁路架空敷设的输电网,它和电力机车受电弓的滑动接触将牵引变电所送来的电流送给电力机车。我国牵引供电系统采用工频25kV交流电。牵引供电系统的主要组成部分为牵引变电所、分区所、开闭所、AT所等.牵引供电系统的供电方式可分为：直接供电方式（包括带回流线的直接供电方式）、BT供电方式和AT供电方式。1) 直接供电方式直接供电方式又可分为不带回流线直接供电方式(图2.1）和带回流线的直接供电方式（图2.2)两种。图2。1 不带回流线的直接供电方式图2。2 带回流线的直接供电方式2) BT供电方式图2。3 BT供电方式BT（Boost Transformer）供电方式又称吸流变压器供电方式，其主要目的是为了提高牵引网防干扰能力，但随着通讯线路电缆化和光缆化，防干扰矛盾越来越不突出，该种供电方式目前已经基本不采用。3) AT供电方式图2.4 AT供电方式 AT（AutoTransformer）供电方式又称自藕变压器供电方式，相对于其它供电方式而言，AT供电方式具有更好的防干扰效果和更大的供电潜力，特别适合于高速和重载铁路。3. 西南交通大学施耐德电气联合实验室 在联合实验室里,老师为我们讲解了实验室的平台体系架构，现总结如下： 图2为初步设计的联合实验室平台体系架构,平台的设计在充分考虑供电可靠性、实验室布局与实现不便的客观条件的基础上，最大限度地保留了铁路牵引供电系统与配电系统的特点。采用 400V 配电网络来模拟实际铁路的 10kV 配电.同时,依托施耐德电气强大的行业背景，通过采用相应智能设备方便地实现了对整个实验室系统的集中管理、保护与控制自动化、电能质量监测等。 图2中牵引供电部分模拟实际牵引变电所，通过升压变压器将 10kV 升至 27。5kV 为牵引负荷供电.配电部分模拟铁路配电网，采用 400V 电压模拟实际线路采用的 10kV 电压.在一级负荷贯通线路上设置有故障模块,模拟实际铁路配电线路的各种故障,借以观察故障后保护以及断路器等的动作情况，实际铁路配电网络中的分段装置开关房用施耐德电气的配电柜来模拟. 实验平台的检测、通信、管理：实验室内综合自动化采用以太网通信代替光纤以太网。各部分电源进线、母联断路器和负荷开关采用 SCADA（供电系统管理自动化）远动控制和就地控制（实现系统的遥控、遥信、遥测）。通过通信和监测来实现远程电网管理。系统管理层设置有牵引供电监控主机、配电监控主机、打印机以及其他监控主机。图2实验平台体系架构三、 心得体会 通过这次参观学习实验，对微电网及其控制系统、联合实验室参观学习与老师的细心讲解，我获益匪浅。 首先，通过对微电网及控制系统的了解，我对整个系统有了一个比较直观清晰的认识。结合自己平时所看的论文书籍，对抽象的系统结构，有了更为直接形象的认识.对于系统的各个子系统的功能、系统构成以及相互之间的联系影响也有了全面的了解.虽然对里面的具体实现还是不太明白,但已经建立了一个完整的微电网概念模型。同时，老师的耐心解答在很大程度上解决了平时学习中的疑问. 其次，在实验平台的接触中，我看到了很多只有书里面才能看到甚至都看不到的开关器材和设备，比如断路器、熔断器、功率因数控制器等等,让我对基本的电气设备有了更多地认识，在以后的学习中会更多地思考实物是什么样子的，极大的拓展了我的视野,激发了我学习的热情。 最后，牵引供电系统模型更是把一个完整地牵引供电系统展示在我们面前，让我对整个系统有了全面的了解，结合以前学习过的书本知识和本科参观实习的认识,加深了对牵引供电系统的了解认识。 在此,非常感谢老师提供我们这样的机会,将理论知识与实际系统的认识相结合,开拓了我们的视野，这让我们在以后的学习中能够更加注重理论联系实际，让我们的思路更加开阔，让我们对所学知识有全面的掌握。5