TWB-DLZ1型电力系统综合自动化实验装置
一、设备的组成
“TWB-DLZ1型电力系统综合自动化实验装置”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，供电力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和手动调速装置，并具有过速保护功能；每台发电机配有自动励磁调节器和手动励磁调节器，具有调差、强励、过励限制欠励限制、伏赫限制等功能；每台发电机还配有微机自动准同期装置，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液晶屏上在线修改。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。
二、基本功能及特点
（一）基本功能
1、该电力系统综合自动化实验装置适用于电力系统自动化专业本、专科生的“电力系统自动化”、“电力系统分析基础”、“电力系统稳暂态分析”、“电力系统自动装置”、“电力系统运动”等专业课程中的教学内容，能够结合生产实践的实际应用和发展，在学生进行毕业设计、课程设计和生产实习时，以真实直观的实验教学形式对学生进行毕业技能训练和实际设备的训练，提高学生的动手能力，加强学生对理论知识的理解。也应用于本、专科生的课程设计、毕业设计试验，同时也可作为研究生开发试验，还可以作为电力学院技术人员的培训基地。
2、实验平台能完成《电力系统自动装置》、《电力系统自动化》、《电力系统稳态分析》、《电力系统暂态分析》等电气工程及自动化专业的主要课程实验项目。
3、系统的结构：根据功能设计成五个部分：输电线路及监视保护屏（含无穷大电源）、同步电机机组、自动系统控制柜、负载柜以及控制系统五大部分组成。其中屏面材料无漏电隐患，保证绝缘电阻大于0.5兆欧姆，模拟方块的面板可以自由拆卸。
4、控制器设计与电力工业现场一致，“调速系统”、“励磁系统”、“准同期控制系统”均采用单独硬件系统和控制程序，即完全符合教材，也同样符合工业现场。
5、实验平台集中度高，三相可调阻感性负载集中在实验台上，无需单独配置负载箱，并且负载连续可调。
（二）系统技术的安全性
1、系统设有电流型漏电保护，电压型漏电保护、交直流电源的过流保护等多种安全措施，同时实验连接导线采用高可靠全封闭手枪插型式，内部为无氧铜抽丝而成发丝般细的128股线，质地柔软，护套用粗线径、防硬化化学制品制成，插头采用实芯铜质件避免了学生双手摸电的可能。电力网络发电系统具有跳闸保护，便与处理紧急事故。
三、系统主要配置及技术参数：
（一）基本参数
1、输入电源：三相380V±5% 50Hz
2、工作环境：温度-10℃－＋40℃；相对湿度≤85%、海拔≤4000m；
3、系统容量：≤15kVA
4、外形尺寸：控制屏：170cm×88cm×180cm；同步电机机组：≤110cm×30cm×50cm。
（二）电力系统综合自动化实验装置控制屏
1、交流电源：无穷大电源指内阻抗为零，频率、电压及相位都恒定不变的一台同步发电机，在本电力网络发电系统中，由15kVA调压器自耦调压器组成，通过调压器改变母线电压（0-430V连续可调），交流电源输出接有高灵敏度的电子线路过流保护和保险丝双重保护功能，相间电源、线间电源过电流或直接短路均能自动保护。同时带有三只指针式交流电压表监视三相交流电压输出。
2、双回路输电线路：采用典型的双回路远距离输电线路模型，每回线路分成两段，并设置中间开关站，使发电机与系统之间可构成四种不同联络阻抗，可以模拟双回路电路的动态参数和结构的变化，便于实验比较。通过电流互感器、电压互感器，使一次回路和二次回路分开，同时引出观察点的电压、电流信号进行数据采集、控制和波形分析。(xL1=xL2=15,20Ω，xL3=xL4=25,40Ω)模型。
3、测量仪表：提供实验过程中需要的直流电压表、直流电流表、交流电压表、交流电流表、频率表、有功功率表、无功功率表。
1）电压表3 只（量程0-450V）；
2）电流表3 只（量程0-5A）；
3）频率表2 只（量程45Hz-55Hz)；
4）三相有功功率表1 只；
5）三相无功功率表1 只（量程-4kVar-0-4kVar)；
6）三相功率因数表1 只；
7）单相同期表1 只，粗同期/精确同期控制开关1只。
4、三相负载：负载由三只70Ω/2kW、六只30Ω/2kW电阻组成、通过开关切换，可分别得到70Ω、100Ω、130Ω三组不同的电阻。
（三）电力系统综合自动化实验装置控制柜
1、微机准同期系统
由多路采集系统组成，分别检测无穷大电源电压、发电机电压等相关信号，通过信号转换、隔离、取样后送入主控制芯片，并计算相序、电压、频率、相位差（功角）、压差、频差，然后在触摸屏或上位机中显示，根据并网条件控制双回路输电线路中同步发电机和无穷大电源的并网。
具有下列的特点：
1）可选择全自动合闸（自动均压、均频与合闸）
2）半自动准同期合闸（用信号灯指示进行均压与均频操作，当条件满足时自动合闸）
3）可测定断路器的开关时间，可测定合闸误差角，可改变频差允许值，电压差允许值，观察不同整定值时的合闸效果。
4）频率差整定范围：±0.5Hz；
5）电压差整定范围：±10V；
6）同期倒前时间：100-600ms；
7）合闸精度：频差≤0.3Hz 时，合闸相角差≤1.5°。
2、微机励磁系统
1）发电机微机励磁系统由微机励磁调节器、人机界面、励磁变压器、三相晶闸管整流桥、灭磁回路、起励回路、交、直流开关、交、直流电压、电流表、各电量传感器、接触器等元件及控制回路组成，构成一个多输入多输出的闭环控制系统，有多种调节方式和保护、限制功能。发电机励磁自动控制系统为实际系统，励磁功率与发电机配套，并满足手/自动、强励、强减、灭磁、响应速度、单机运行、并列运行、无功功率分配及实现恒无功，恒功率因数等的运行要求。通过设置，可针对系统静态和动态稳定性进行可观测的实验控制。
2）产品采用全数字化设计，可实现功角的自动测绘。
3）该系统用来控制同步电机励磁电流大小，从而改变发电机输出端电压大小（在并网前）或调节输出无功功率大小（在并网后）。上位机励磁方式为自并励，操作的时候有他励和自并励两种；控制方式可选择恒Ug、恒IL等两种；设有定子过电压保护和励磁电流反时限过励限制、峰值励磁电流瞬时限制、欠励限制、伏赫限制等励磁限制功能；设有按有功功率反馈的电力系统稳定器（PSS）；励磁调节器参数可在线修改保存、灵活方便；具有实验波形记录功能，可以记录Uf、IL、UL、P、Q、α等信号的实时波形曲线，供实验分析使用。
3、微机调速系统
1）该系统用来接受准同期控制器的控制信号，调节同步电机转速和输出电压频率，在发电机并网前用来调节发电机的输出电压频率和相位，并网后用来调节发电机的有功功率，在整个实验系统中担负着原动机调节的功能。
2）采用全数字化设计，输入为三相电源，额定电枢电流为12.5A，电枢回路采用三相全控桥（晶闸管）结构；STM32作为控制核心，所有的采集、控制、调节、监视及附加功能都由微处理器来实现，有丰富的软件功能模块、完善的检测和保护功能；上位机可对其电压、电流、转速等信号实时显示和控制、LED数码显示。 控制方式：恒α角调速，电压闭环调速，电流闭环调速。具有标准通讯接口及通讯协议，上位机也可对其电压、电流、转速信号实时显示和控制。
3）保护：高性能MOVS；过电流（瞬态）；反时限过电流；励磁故障；速度反馈故障；电动机过热；晶闸管过热；晶闸管触发电路故障；晶闸管缓冲器网络零速检测；静止逻辑；堵转保护；
4、微机线路保护系统
（1）三段式相间过流保护
（2）自动重合闸功能（分相重合闸功能）
（3）后加速保护
（4）电流测量值优于1%
5、TCP/IP以太网系统：
设备可以以太网通信，通过串行全双工DMA方式与微机调速系统、微机励磁系统、准同期控制系统进行通信，实现并网状态、有功功率、转速等参数的协调控制，实现有功闭环及全自动并网功能。另外，三个控制系统传送数据至TCP/IP以太网通信系统，系统解析三个控制器各自传送的数据，将数据整合成Modbus数据包，最后通过MODBUS-TCP协议将数据发给上位机监控管理软件，通过以太网实现系统的远程控制。
（四）同步电机机组
实验发电机组由三相同步发电机、直流电动机、速度传感器经弹性联轴器对轴联结后组装在金属底盘上，底盘安装万向轮和减震装置，方便用户移动。
1、直流电动机：采用国标Z2系列直流电动机，参数如下：
（1）额定电枢电压：DC220V；
（2）额定功率：2.2kW；
（3）额定励磁电压：220V；
（4）额定励磁电流：1.84A；
（5）额定转速：1500r/min；
（6）散热方式：风机散热；
2、三相同步发电机：采用定制三相交流同步发电机，参数如下：
（1）额定电枢电压：AC400V；
（2）额定功率：2kW；
（3）额定功率因素：0.8（滞后）；
（4）额定转速：1500r/min；
（5）励磁方式：自并励/他励/三次谐波励磁；
3、电机底座
钢结构机座，强度能承受实验机组的稳态运行和暂态运行试验的震动不变形基础上增加50%的安全裕量；机座设计有减震装置、定位固定支撑柱、用于移动的高强度万向轮、定向轮、转动部分安装防护罩、不锈钢推杆。
4、光电测速系统
光电测速系统采用1000线增量型光电编码器，精度高、线性度好。
（五）上位机软件
采用力控电力版6.0（FCPower）监控软件。 系统不仅拥有一个专业的、稳定可靠的、完善的电力SCADA平台(四遥数据采集与处理、数据的二次实时统计分析计算、事件报警实时/历史记录、专业报表、打印管理、监控界面、实时历史负荷曲线/棒图、用户权限管理、电力操作习惯(遥控、遥调、复归、闭锁等)、双网结构支持等等)，且拥有专业的实时及历史数据库的定义及表达工具,支持面向变电站一次间隔(回路)对象的实时数据库建模。系统具有多种独立的功能模块，如保护设备定值在线管理、事件报警管理、电能量实时采集管理、录波数据管理、操作票、数据转发管理、关系数据接口模块，支持基于EXCEL插件的运行、生产报表等，这些特色将为您定制客户化的电力监控系统提供便利。系统的数据采集及转发模块内置多种行业和国际标准规约，如：CDT规约，DNP3.0规约，IEC870-5-101/102/103/104规约，SC1801规约，Modbus/Jbus（RTU/ASCII/TCP）规约，部颁多功能电度表规约、CANBus规约、LonWorks规约等，配置操作简单。
四、实验项目
1、发电机组的起动与运转
（1）恒α角调速
（2）转速闭环调速
2、同步发电机励磁控制实验
（1）微机励磁系统基本操作实验
（2）不同α角（控制角）励磁电压波形观测实验
（3）典型方式下的同步发电机起励实验
（4）控制方式及其相互切换实验
（5）跳灭磁开关灭磁和逆变灭磁
（6）伏赫限制实验
（7）欠励限制实验
（8）同步发电机强励实验
（9）调差实验
（10）过励限制实验
3、同步发电机准同期并列运行
（1）微机准同期系统基本操作实验
（2）自动准同期条件测试
（3）线性整步电压形成（相敏环节）测试
（4）压差、频差和相差闭锁与整定
（5）导前时间整定及测量方法
（6）手动准同期并网实验
（7）半自动准同期并网实验
（8）自动准同期并网实验
4、自并励实验
（1）电压闭环
（2）电流闭环
5、单机－无穷大系数稳定运行方式实验
（1）单回路稳态对称运行实验
（2）双回路和单回路的稳态对称运行比较实验
（3）单回路稳态非全相运行实验
6、单机带负荷实验
（1）投、切不同负荷的实验
（2）甩负荷实验
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）微机他励时，功率特性和功率极限的测定
（3）单回路、双回路输送功率与功率角关系实验
8、电力系统暂态稳定性实验
9、同步发电机实验
（1）同步发电机空载实验和短路实验
（2）同步发电机外特性实验