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磐能科技 科技创新 动模实验室
动模实验室

发布时间:2014-09-25


电力系统动态模拟实验室(物模)

作为电力系统模拟研究领域成熟和重要的技术手段,物理动模试验具有实证性强、技术成熟、仿真结果准确可靠等技术特点,在系统运行特性研究、事故分析、继电保护装置、发电机励磁调节器、系统安全稳定控制装置、电力系统运行方式、调度自动化等的试验研究方面发挥了重要作用。

物理动态模拟是根据相似原理保证在模型上所反应的过程和实际系统中的过程相似,并且模型上的过程和原型的过程具有相同的物理实质,为了真实地反应原型中的过程,在电力系统原型和模型之间,首先必须保证2 个系统用标幺值写成的过渡方程相同,若2 个系统间的每个元件均相似,而且连接处的边界条件和起始条件也相似,则整个系统也是相似的,这个相似条件不仅在线性系统适用,同样可推广到非线性系统,只要保证对应的非线性参数及特性曲线一致即可。

动模实验室总体设计必须考虑的问题包括:

1)模型机组容量的选择问题;

2)模型机组数量的选择问题;

3)线路模型的长度、参数的选择问题;

4)模型线路电压的选择问题;

5)模拟系统的故障模拟方式;

6)模拟系统的测量和数据系统的选择。

动态模拟实验室的应用已有了近百年的历史,在电力系统模拟仿真技术发展的不同阶段,发挥了不同的作用,包括研究大型电力系统的并列运行问题、励磁调节系统对系统稳定的影响、远距离输电的串联补偿问题、同步发电机的特殊运行状态/振荡/自励磁问题、负荷特性、同步电机的频率特性、非同步运行和再同步等过程,随着数字仿真和离线计算软件的日益成熟,动模实验室的作用也在发生着变化,近年来,动模实验室的作用主要包括以下几个方面:

1)继电保护及安全自动装置、配网自动化及微网系统试验研究。

对包含特高压在内的各电压等级的继电保护和安全自动装置的试验研究,包括线路保护、变压器保护、电抗器保护、母线保护、发电机保护、电动机保护、功角测量装置、安全稳定控制装置、发电机自动调节系统、自动减载装置、重合闸装置、故障录波器等。将这些装置直接接入动模系统,通过模拟各种系统运行工况和故障对装置性能进行试验和分析。

2)电力系统数学模型及参数的研究与验证。

随着特高压输电系统的建设和电网互联规模的扩大,在数字仿真分析中对系统数学模型及参数的准确度提出了更高的要求。通过物理模拟试验可对数学模型和参数,如负荷模型、发电机及其励磁系统参数等进行试验研究,为数字仿真分析模型的改进提供技术依据。

3)对电力系统新型设备进行试验验证。

随着电力系统各项技术的进步,系统中将采用很多新技术,如可控电抗器、串补及可控串补、静止无功补偿、故障限流器、静止无功补偿器(staticsynchronous compensatorSTATCOM)等。在动模实验室可对这些设备的性能,及投入后对系统产生的影响进行试验研究,既可验证设备本身原理,又可对设备投入后的系统性能进行分析,为数字仿真建立相应数学模型提供数据基础。

4)对运行人员进行培训。

充分利用动模实验室优越的试验条件,使现场运行人员深入、准确地了解和掌握新型一次设备及新型继电保护及安全自动装置的性能。

动模实验室建设是按照规模适当、设备先进、种类齐全的设计原则,充分利用现有条件,将可行性、实用性、先进性相结合,进行合理、精细的设计,并对试验室建设中使用的关键技术进行深入的研究开发,力争建成国际一流的动态模拟实验室。

随着电力技术的发展,对动模实验室的要求逐渐提高,要求实验室能跟踪现代电力技术和设备发展的要求,满足新型设备和现代电力系统试验的条件,充分发挥物理动模的实证性强的特点,对电力系统控制保护装置和新型电气设备的基本原理和性能指标进行检验研究,为数模混合式仿真和全数字实时仿真提供基础数据条件。

随着现代电力系统的发展,对动态模拟试验也提出了新的要求:

1)      要具有灵活可变的一次系统结构,满足各种不同结构的原型系统的试验需要,能够进行各种故障试验,其技术水平要能够跟的上新技术发展的需要;

2)      能够模拟现代电力系统的检测、控制、监视、保护和调度的自动化;其控制系统要能够体现出先进科学技术

3)      大型发电机组模型、大型变压器模型、1000kV特高压输电线路模型及其他新型动态物理模拟试验设备;

4)      微电网、可再生能源、储能等模拟系统;

5)      基于物理仿真模型及数字仿真模型的混合式仿真系统。

动模实验室的水平主要体现在设备的规模、模拟元件的参数、模拟元件多样性、控制水平、组模水平等方面,这些方面必须进行大量的系统、元件和总体设计。动模设备几乎没有定型的产品,需要根据实验室的参数和需求进行设计和研制,模拟设备的加工和制造都有特殊工艺要求,因此,系统设计工作量较大。在设备制造完成后,还需要根据实验室的需求,进行模拟元件的组合和组模的系统集成工作。

电力系统动态模拟仿真平台适用于高校教学、科研机构、国防、工矿企业等电力系统实验室,可以完成继电保护及安全自动装置(满足智能变电站)、配网自动化及微网系统试验研究;电力系统数学模型及参数的研究与验证;对电力系统新型设备进行试验验证;对运行人员进行培训等项目。

磐能科技携手华中科技大学致力于电力系统动态模拟实验室建设,参加我国近50个动模试验室的建设,包括设计、施工、部分设备制造、现场调试及系统集成等工作,多年动模试验室实际工程经验与技术积累,按照规模适当、设备先进、种类齐全的设计原则,将可行性、实用性、先进性相结合,进行合理、精细的设计,并对试验室建设中使用的关键技术进行深入的研究开发,力争为客户打造国际一流的电力系统动态模拟实验室,并提供各种产品及技术服务。

 

电力系统动态模拟实验室试验项目

1)        系统稳定控制类实验

a)        电力系统区域稳定控制实验

模拟较复杂电力系统网络的各种运行情况和稳定控制装置的控制策略实验。

b)        系统内低频、低压、过负荷的减载实验

模拟较复杂电力系统网络的各种运行情况和低频、低压、过负荷时的低频减载装置的动作行为实验。

c)        高频切机、系统振荡等失步解列实验

模拟较复杂电力系统网络的各种运行情况和高频切机、失步解列稳定控制装置的控制策略实验。

d)       交、直流混合系统稳定实验

模拟交、直流电力系统网络的各种运行情况和各种控制装置的控制策略实验。

2)        继电保护类实验

a)        发电机(发变组)保护实验

模拟各种故障,差动和匝间短路实验、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。

b)        线路保护实验

长距离、短距离、环网、同杆并架线路的试验,保护区内外金属性故障,发展性故障、经过渡电阻短路、空载充电和手合故障,弱馈试验。

c)        母线保护实验

各种不同主接线的母线模型。各种故障,断路器失灵,振荡中再故障,倒闸操作过程中的故障,TA饱和试验,TVTA断线等实验。

d)       变压器保护实验

变压器空投、金属性故障、匝间故障、转换性故障、系统振荡等实验,变压器的过励磁实验,TATV断线,TA饱和实验,间歇性故障,和应涌流及穿越性涌流实验。

3)        自动装置类实验

a)        励磁调节器的功能实验

按照大型同步发电机励磁试验行业要求,可进行发电机的各种励磁方式试验,发电机的起励、灭磁试验和各种工况试验、故障试验等。

b)        准同期装置的功能实验

按照准同期装置试验要求,可进行导前时间测定试验,频差、压差整定试验和调频、调压输出试验等。

c)        风电机组实验

可进行风电机组的启动实验,并网实验等。模拟系统各种故障实验,风电机组调节等实验。

d)       大短路电流、故障测距等故障录波实验

按照故障录波装置动模试验行业标准,可进行大短路电流的测试试验,故障测距试验,系统长时间振荡的录波容量试验等

4)        新能源与微电网类试验

a)        多能源互补微电网系统的网络拓扑及其优化配置实验

b)        适应分布式发电系统与微电网特点的电力电子变换器实验

c)        风能/太阳能等可再生能源的并网控制实验

d)       分布式发电系统与微电网的特性对电力系统的相互影响实验

e)        分布式发电系统与微电网监控、能量管理和控制策略实验

f)         多元发电装置的投切、以及蓄能的充放电的控制实验

g)        微电网的配电系统继电保护实验

5)        教学类实验

a)        电力系统运行实验

b)        电力系统分析实验

c)        调度自动化实验

d)       准同期并列实验

e)        同步发电机微机励磁实验

f)         电力系统继电保护实验

g)        电力系统功率特性和功率极限实验

h)        电力系统暂态稳定性实验

i)          独立电网实验

j)          同步发电机实验

6)        入网类试验

a)        GB/T26864-2011电力系统继电保护产品动模试验” 国家标准。

b)        电力系统运行部门非常重视动模实验,并针对新研制的保护装置入网,无任该保护装置是进行何种数字仿真实验,最后一关是要通过动模实验考核。

c)        动模实验在电力系统研究中具有不可替代的地位。

基于大型综合电力系统动态模拟实验室

典型应用:华中科技大学等

用途:各种电压等级的线路保护实验;

a)        各种接线形式的母线保护实验;

b)        自耦、二圈、三圈的变压器保护实验;

c)        并联电抗器保护实验;

d)       发电机、变压器保护实验;

e)        电动机保护实验;

f)         电力系统区域稳定控制实验;

g)        系统内低频、低压、过负荷的减载实验;

h)        高频切机、切负荷等失步解列实验;

i)          励磁调节器的各功能实验;

j)          准同期装置的功能实验;

k)        大短路电流、故障测距等故障录波实验;

l)          同杆并架输电线路研究试验;

m)      智能变电站实验


基于智能微电网电力系统动态模拟实验室

典型应用:

广东电科院、浙江电科院(863)、河海大学、上海电力学院。

用途:

a)        提供微电网关键技术的控制和试验研究 ,主从控制策略的模式控制方法

b)       为新能源发电技术在电网中的应用提供理论及实践依据,研究基于分布式电源与微网自动化保护与控制系统。

c)        研究新能源发电技术、分布式发电控制策略、智能电网新技术。

d)       微电网经济运行控制策略,开展一系列的光伏、风机、储能系统的并网测试实验及风光储协调优化实验。

e)        高等学校教学用



基于智能配电网电力系统动态模拟实验室

典型应用:

 云南电科院、广州电科院、河南电科院

用途:

a)        开展智能配用电装置到货检测,具备对配电自动化装置、低压自动控制装置、继电保护装置以及具备自动控制功能的配电开关等智能配用电设备(装置)进行检测和质量控制的能力。

b)       实验室可在模拟验证智能配用电装置实际运行工况的基础上研究其性能指标,包括过载能力、抗冲击能力、环境适应能力和长期运行稳定性,为智能配用电新技术、新设备提供试验研究平台。



                                              基于交直流系统电力系统动态模拟实验室

典型应用:

 中电普瑞、东北电力大学等

用途:

a)        研究特高压交直流系统中一、二次各种工况及设备运行

b)       研究轻型直流系统中一、二次各种工况及设备运行


                                                       基于智能变电站电力系统动态模拟实验室

典型应用:

东南大学、上海电力学院等

用途:

a)        研究智能变电站系统下智能一次设备(电子式互感器)在各种工况下运行。

b)       研究智能变电站过程层、间隔层、站控层设备在各种工况下动作行为。

c)        教学实践







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