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电力系统动态模拟实验基地简介

 

  电力系统动态模拟实验基地是根据相似原理建立起来的电力系统物理模拟综合实验平台。它能够真实和动态地再现电力系统的各种动态运行工况和扰动过程,是研究电力系统的重要工具。

  本实验基地始建于1962年,至今进行了多次大的改造和扩建。目前已拥有10台模拟发电机组和超过3000kM的交、直流模拟输电线路、4组无穷大电源和控制设备,并配备了现代化的微机测量监控系统和智能化上层实验管理平台,能实现自动监控、录波和遥视等功能。建有全国第一条交流500kV输电线路模型、首套可供内部故障试验的500kV并联电抗器模型、全国最早的直流±500kV输电线路模型、首条交流750kV输电线路模型、首套完整的特高压1000kV变压器模型。建有完整的发电机、变压器组保护实验系统和世界上目前仅有的一套具有结构及参数相似的三峡巨型机组物理模型系统。

  在前沿科学研究领域,已建立了超导SMES的模拟试验设备平台、可控串补(TCSC)装置、统一潮流控制器(UPFC)、柔性功率调节器(PFC)、智能电网实验平台等动态模拟系统。

  本实验基地承担了多项电力工业的重要试验研究任务

  ·葛洲坝电厂建设前的励磁方案论证和投运后的低频振荡试验

  ·我国引进第一套武钢1米7轧机后的湖北电网冲击负荷试验

  ·我国第一条500kV平武交流输电线路的保护考核试验

  ·湖北、湖南、河南、江西华中四省联网试验

  ·广东与香港联网的低频振荡试验

  ·酒泉、玉门电网的冲击负荷试验

  ·秦山核电站的棒电源系统试验

  ·“八五”攻关项目大型汽轮发电机组轴系扭振试验

  ·葛洲坝电厂的发变组八侧差动保护试验

  ·西北电网750kV交流线路、变压器、母线和电抗器保护试验

  ·三峡电厂的发电机失励磁保护和低频振荡试验

  ·863项目超导储能的SMES动模试验

  ·1000kV特高压输电线路、变压器保护研究试验

  ·同杆并架输电线路研究试验

  同时本实验室还为香港理工大学、中船719研究所、青岛华威高新基地等30所高校和研究单位设计研制了成套动态模拟实验设备。

 

  实验室主要设备有:

  三峡多分支物理模拟机组

  三峡多分支物理模拟机组系统是目前全世界唯一的一台,不仅主要电气参数与原型机组相似,而且机组定子结构及其绕组形式也与原型机组基本相似。

 

  特高压输电线路模拟系统

  1000kV特高压输电线路是以我国特高压试验示范工程为原型而建立的物理模型。本系统采用16组Π单元和4组并联电抗器,其中6个Π单元模拟晋东南-南阳特高压线路360kM;10个Π单元模拟南阳-荆门特高压线路285Km,模拟线路共设有10个短路点,南阳设有开关站,每条线路两端均有模拟并联电抗器。

  1000kV特高压变压器模拟系统

  本系统可以完整地模拟特高压1000kV变压器的主自耦变压器、调压变压器以及补偿变压器端部、绕组匝间以及主自耦变压器跨分支绕组匝间等各种类型变压器故障。可用于变压器内部故障暂态特征的分析和保护新原理的试验研究,已承担和完成了我国特高压试验示范工程的多项重大试验研究项目。

  发电机变压器组试验平台

  发变组试验平台是由15kVA模拟发电机组和三圈模拟变压器组成,发电机为YY结构,定子两分支绕组和转子绕组均设有抽头。在发电机出口、主变压器的高、中、低压侧均设置有故障点,模拟瞬时性金属性单相接地、两相短路接地、两相相间短路、三相短路和三相短路接地故障,可进行发电机(发变组)差动和匝间短路保护实验、和应涌流实验、定子接地、转子接地故障实验、发电机失磁、逆功率、过激磁、失步等实验。

  原动机及调速系统仿真屏

  原动机及调速系统仿真器由微机调速控制器、原动机和调速器特性仿真软件共同构成,可以实现汽轮机特性或水轮机特性及其调速器特性的模拟,主要仿真环节有:汽轮机蒸汽容积惯性、原动机特性以及汽轮机机械液压式调速器等环节;水轮机的水锤效应、原动机特性及水轮机机械液压调速器等环节。

 

  微机励磁调节器及负阻器屏

  微机励磁调节器及负阻器其控制参数可在线修改灵活方便。微机励磁调节器的励磁方式可选择:微机它励、微机自并励、励磁机自励、励磁机它励和外接励磁机五种;其控制方式可选择:恒UF、恒IL、恒α、外接DK、外接UK和外接PSS;并设有诸多限制功能等安全保护措施;模拟发电机组转子绕组配备负电阻器可以灵活调整模型机组励磁绕组的时间常数,达到真实模拟的目的。

  电力系统负荷模拟系统

  (1)能够模拟电力系统负荷的静态功率频率特性方程。即能够分别模拟与频率无关的负荷、与频率的1~4次方成正比的负荷,以及由它们共同组成的综合负荷。各项负荷的大小及其在总负荷中的比例可以在负荷模拟器设计的容量范围内自由设置。

  (2)能够模拟电力系统负荷的动态频率特性。即能够通过电气方法模拟转动负荷的转动惯量。

  负荷模拟器由异步电动机+直流发电机+两个反向并联的三相全控桥+负荷模拟控制器等基本部分组成,采用“物理模拟+数学模拟”的混合模拟方法进行模拟,负荷消耗的功率回馈电网。

  电子电力变压器(EPT)

  电子电力变压器是一种将电力电子变换技术和电磁感应原理的中、高频电能变换技术相结合,实现将一种电力特征的电能转变为另一种电力特征的电能的电气设备,可以实现变压、变流、电气隔离、传递能量和电能控制等。本装置实现的是自平衡电子电力变压器(AEPT)。

  RTDS(实施数字仿真器)

  RTDS(Real Time Digital Simulator)是采用多处理器并行计算技术的电力系统电磁暂态实时数字仿真装置。该装置包括硬件和软件两个部分,目前硬件有三个RACK,每个RACK集成一组多处理器(DSP)板卡,用于完成并行实时仿真计算,并具有模拟量和数字量输入输出接口,通过功率放大器可与继电保护和自动控制装置接口。软件主要包含电力系统各类元件的详细电磁暂态模型、图形化系统建模界面以及系统运行控制接口。

 

  300MW汽轮发电机组轴系扭振模拟系统

  汽轮发电机组轴系扭振模拟试验系统提供了一个用于研究次同步谐振发生时发电机轴系扭振行为的实验平台,可以验证理论研究结果的正确性和发现危害发电机组安全运行的新问题。本实验系统是在7.5kVA模拟机组上增加具有集中质量模块的轴系构成,可以较准确模拟300MW汽轮发电机组的轴系扭振特性。

  柔性功率调节器(FPC

  柔性功率调节器是由本实验室提出的一种具有自主知识产权的新型FACTS装置,它将飞轮储能技术和传统的同步调相技术有机地结合在一起,采用交流励磁和矢量控制等先进技术进行电机的转速控制,具有储能、发电、调相等多种功能。将其用于电力系统的稳定性控制,可实现有功功率和无功功率同时双向大范围的快速调节,极大地增强电力系统的稳定性。

 

  统一潮流控制器(UPFC

  统一潮流控制器是一种功能非常强大的FACTS设备,它将两种重要的灵活交流输电装置,STATCOM和SSSC通过直流电容背靠背连接而成,可以对交流输电系统中与传输线路潮流有关的几乎所有因素进行有效的控制,是未来电力系统中重要的输电设备。

  可控串联补偿装置(TCSC

  可控串联补偿装置是在常规串联补偿技术基础上发展而来的一种先进电力传输控制装置。它采用晶闸管控制的串联可变电容器对超高压输电线路的电抗进行补偿,具有大范围快速连续调节工频阻抗的特性,可为电力系统暂态稳定控制、阻尼功率振荡、抑制次同步振荡以及动态潮流控制等提供有效的控制手段。

 

  目前本实验基地对外开放的实验项目有:

  各种电压等级的线路保护实验;

  各种接线形式的母线保护实验;

  自耦、二圈、三圈的变压器保护实验;

  并联电抗器保护实验;

  发电机、变压器保护实验;

  电动机保护实验;

  电力系统区域稳定控制实验;

  系统内低频、低压、过负荷的减载实验;

  高频切机、切负荷等失步解列实验;

  励磁调节器的各功能实验;

  准同期装置的功能实验;

  大短路电流、故障测距等故障录波实验;

  同杆并架输电线路研究试验;

  智能化变电站实验等