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磐能科技 科技創新 動模實驗室
動模實驗室

發布時間:2014-09-25


電力系統動態模擬實驗室(物模)

作為電力系統模擬研究領域成熟和重要的技術手段,物理動模試驗具有實證性強、技術成熟、仿真結果準確可靠等技術特點,在系統運行特性研究、事故分析、繼電保護裝置、發電機勵磁調節器、系統安全穩定控制裝置、電力系統運行方式、調度自動化等的試驗研究方面發揮了重要作用。

物理動態模擬是根據相似原理保證在模型上所反應的過程和實際系統中的過程相似,并且模型上的過程和原型的過程具有相同的物理實質,為了真實地反應原型中的過程,在電力系統原型和模型之間,首先必須保證2 個系統用標幺值寫成的過渡方程相同,若2 個系統間的每個元件均相似,而且連接處的邊界條件和起始條件也相似,則整個系統也是相似的,這個相似條件不僅在線性系統適用,同樣可推廣到非線性系統,只要保證對應的非線性參數及特性曲線一致即可。

動模實驗室總體設計必須考慮的問題包括:

1)模型機組容量的選擇問題;

2)模型機組數量的選擇問題;

3)線路模型的長度、參數的選擇問題;

4)模型線路電壓的選擇問題;

5)模擬系統的故障模擬方式;

6)模擬系統的測量和數據系統的選擇。

動態模擬實驗室的應用已有了近百年的歷史,在電力系統模擬仿真技術發展的不同階段,發揮了不同的作用,包括研究大型電力系統的并列運行問題、勵磁調節系統對系統穩定的影響、遠距離輸電的串聯補償問題、同步發電機的特殊運行狀態/振蕩/自勵磁問題、負荷特性、同步電機的頻率特性、非同步運行和再同步等過程,隨著數字仿真和離線計算軟件的日益成熟,動模實驗室的作用也在發生著變化,近年來,動模實驗室的作用主要包括以下幾個方面:

1)繼電保護及安全自動裝置、配網自動化及微網系統試驗研究。

對包含特高壓在內的各電壓等級的繼電保護和安全自動裝置的試驗研究,包括線路保護、變壓器保護、電抗器保護、母線保護、發電機保護、電動機保護、功角測量裝置、安全穩定控制裝置、發電機自動調節系統、自動減載裝置、重合閘裝置、故障錄波器等。將這些裝置直接接入動模系統,通過模擬各種系統運行工況和故障對裝置性能進行試驗和分析。

2)電力系統數學模型及參數的研究與驗證。

隨著特高壓輸電系統的建設和電網互聯規模的擴大,在數字仿真分析中對系統數學模型及參數的準確度提出了更高的要求。通過物理模擬試驗可對數學模型和參數,如負荷模型、發電機及其勵磁系統參數等進行試驗研究,為數字仿真分析模型的改進提供技術依據。

3)對電力系統新型設備進行試驗驗證。

隨著電力系統各項技術的進步,系統中將采用很多新技術,如可控電抗器、串補及可控串補、靜止無功補償、故障限流器、靜止無功補償器(staticsynchronous compensatorSTATCOM)等。在動模實驗室可對這些設備的性能,及投入后對系統產生的影響進行試驗研究,既可驗證設備本身原理,又可對設備投入后的系統性能進行分析,為數字仿真建立相應數學模型提供數據基礎。

4)對運行人員進行培訓。

充分利用動模實驗室優越的試驗條件,使現場運行人員深入、準確地了解和掌握新型一次設備及新型繼電保護及安全自動裝置的性能。

動模實驗室建設是按照規模適當、設備先進、種類齊全的設計原則,充分利用現有條件,將可行性、實用性、先進性相結合,進行合理、精細的設計,并對試驗室建設中使用的關鍵技術進行深入的研究開發,力爭建成國際一流的動態模擬實驗室。

隨著電力技術的發展,對動模實驗室的要求逐漸提高,要求實驗室能跟蹤現代電力技術和設備發展的要求,滿足新型設備和現代電力系統試驗的條件,充分發揮物理動模的實證性強的特點,對電力系統控制保護裝置和新型電氣設備的基本原理和性能指標進行檢驗研究,為數模混合式仿真和全數字實時仿真提供基礎數據條件。

隨著現代電力系統的發展,對動態模擬試驗也提出了新的要求:

1)      要具有靈活可變的一次系統結構,滿足各種不同結構的原型系統的試驗需要,能夠進行各種故障試驗,其技術水平要能夠跟的上新技術發展的需要;

2)      能夠模擬現代電力系統的檢測、控制、監視、保護和調度的自動化;其控制系統要能夠體現出先進科學技術

3)      大型發電機組模型、大型變壓器模型、1000kV特高壓輸電線路模型及其他新型動態物理模擬試驗設備;

4)      微電網、可再生能源、儲能等模擬系統;

5)      基于物理仿真模型及數字仿真模型的混合式仿真系統。

動模實驗室的水平主要體現在設備的規模、模擬元件的參數、模擬元件多樣性、控制水平、組模水平等方面,這些方面必須進行大量的系統、元件和總體設計。動模設備幾乎沒有定型的產品,需要根據實驗室的參數和需求進行設計和研制,模擬設備的加工和制造都有特殊工藝要求,因此,系統設計工作量較大。在設備制造完成后,還需要根據實驗室的需求,進行模擬元件的組合和組模的系統集成工作。

電力系統動態模擬仿真平臺適用于高校教學、科研機構、國防、工礦企業等電力系統實驗室,可以完成繼電保護及安全自動裝置(滿足智能變電站)、配網自動化及微網系統試驗研究;電力系統數學模型及參數的研究與驗證;對電力系統新型設備進行試驗驗證;對運行人員進行培訓等項目。

磐能科技攜手華中科技大學致力于電力系統動態模擬實驗室建設,參加我國近50個動模試驗室的建設,包括設計、施工、部分設備制造、現場調試及系統集成等工作,多年動模試驗室實際工程經驗與技術積累,按照規模適當、設備先進、種類齊全的設計原則,將可行性、實用性、先進性相結合,進行合理、精細的設計,并對試驗室建設中使用的關鍵技術進行深入的研究開發,力爭為客戶打造國際一流的電力系統動態模擬實驗室,并提供各種產品及技術服務。

 

電力系統動態模擬實驗室試驗項目

1)        系統穩定控制類實驗

a)        電力系統區域穩定控制實驗

模擬較復雜電力系統網絡的各種運行情況和穩定控制裝置的控制策略實驗。

b)        系統內低頻、低壓、過負荷的減載實驗

模擬較復雜電力系統網絡的各種運行情況和低頻、低壓、過負荷時的低頻減載裝置的動作行為實驗。

c)        高頻切機、系統振蕩等失步解列實驗

模擬較復雜電力系統網絡的各種運行情況和高頻切機、失步解列穩定控制裝置的控制策略實驗。

d)       交、直流混合系統穩定實驗

模擬交、直流電力系統網絡的各種運行情況和各種控制裝置的控制策略實驗。

2)        繼電保護類實驗

a)        發電機(發變組)保護實驗

模擬各種故障,差動和匝間短路實驗、和應涌流實驗、定子接地、轉子接地故障實驗、發電機失磁、逆功率、過激磁、失步等實驗。

b)        線路保護實驗

長距離、短距離、環網、同桿并架線路的試驗,保護區內外金屬性故障,發展性故障、經過渡電阻短路、空載充電和手合故障,弱饋試驗。

c)        母線保護實驗

各種不同主接線的母線模型。各種故障,斷路器失靈,振蕩中再故障,倒閘操作過程中的故障,TA飽和試驗,TVTA斷線等實驗。

d)       變壓器保護實驗

變壓器空投、金屬性故障、匝間故障、轉換性故障、系統振蕩等實驗,變壓器的過勵磁實驗,TATV斷線,TA飽和實驗,間歇性故障,和應涌流及穿越性涌流實驗。

3)        自動裝置類實驗

a)        勵磁調節器的功能實驗

按照大型同步發電機勵磁試驗行業要求,可進行發電機的各種勵磁方式試驗,發電機的起勵、滅磁試驗和各種工況試驗、故障試驗等。

b)        準同期裝置的功能實驗

按照準同期裝置試驗要求,可進行導前時間測定試驗,頻差、壓差整定試驗和調頻、調壓輸出試驗等。

c)        風電機組實驗

可進行風電機組的啟動實驗,并網實驗等。模擬系統各種故障實驗,風電機組調節等實驗。

d)       大短路電流、故障測距等故障錄波實驗

按照故障錄波裝置動模試驗行業標準,可進行大短路電流的測試試驗,故障測距試驗,系統長時間振蕩的錄波容量試驗等

4)        新能源與微電網類試驗

a)        多能源互補微電網系統的網絡拓撲及其優化配置實驗

b)        適應分布式發電系統與微電網特點的電力電子變換器實驗

c)        風能/太陽能等可再生能源的并網控制實驗

d)       分布式發電系統與微電網的特性對電力系統的相互影響實驗

e)        分布式發電系統與微電網監控、能量管理和控制策略實驗

f)         多元發電裝置的投切、以及蓄能的充放電的控制實驗

g)        微電網的配電系統繼電保護實驗

5)        教學類實驗

a)        電力系統運行實驗

b)        電力系統分析實驗

c)        調度自動化實驗

d)       準同期并列實驗

e)        同步發電機微機勵磁實驗

f)         電力系統繼電保護實驗

g)        電力系統功率特性和功率極限實驗

h)        電力系統暫態穩定性實驗

i)          獨立電網實驗

j)          同步發電機實驗

6)        入網類試驗

a)        GB/T26864-2011電力系統繼電保護產品動模試驗” 國家標準。

b)        電力系統運行部門非常重視動模實驗,并針對新研制的保護裝置入網,無任該保護裝置是進行何種數字仿真實驗,最后一關是要通過動模實驗考核。

c)        動模實驗在電力系統研究中具有不可替代的地位。

基于大型綜合電力系統動態模擬實驗室

典型應用:華中科技大學等

用途:各種電壓等級的線路保護實驗;

a)        各種接線形式的母線保護實驗;

b)        自耦、二圈、三圈的變壓器保護實驗;

c)        并聯電抗器保護實驗;

d)       發電機、變壓器保護實驗;

e)        電動機保護實驗;

f)         電力系統區域穩定控制實驗;

g)        系統內低頻、低壓、過負荷的減載實驗;

h)        高頻切機、切負荷等失步解列實驗;

i)          勵磁調節器的各功能實驗;

j)          準同期裝置的功能實驗;

k)        大短路電流、故障測距等故障錄波實驗;

l)          同桿并架輸電線路研究試驗;

m)      智能變電站實驗


基于智能微電網電力系統動態模擬實驗室

典型應用:

廣東電科院、浙江電科院(863)、河海大學、上海電力學院。

用途:

a)        提供微電網關鍵技術的控制和試驗研究 ,主從控制策略的模式控制方法

b)       為新能源發電技術在電網中的應用提供理論及實踐依據,研究基于分布式電源與微網自動化保護與控制系統。

c)        研究新能源發電技術、分布式發電控制策略、智能電網新技術。

d)       微電網經濟運行控制策略,開展一系列的光伏、風機、儲能系統的并網測試實驗及風光儲協調優化實驗。

e)        高等學校教學用



基于智能配電網電力系統動態模擬實驗室

典型應用:

 云南電科院、廣州電科院、河南電科院

用途:

a)        開展智能配用電裝置到貨檢測,具備對配電自動化裝置、低壓自動控制裝置、繼電保護裝置以及具備自動控制功能的配電開關等智能配用電設備(裝置)進行檢測和質量控制的能力。

b)       實驗室可在模擬驗證智能配用電裝置實際運行工況的基礎上研究其性能指標,包括過載能力、抗沖擊能力、環境適應能力和長期運行穩定性,為智能配用電新技術、新設備提供試驗研究平臺。



                                              基于交直流系統電力系統動態模擬實驗室

典型應用:

 中電普瑞、東北電力大學等

用途:

a)        研究特高壓交直流系統中一、二次各種工況及設備運行

b)       研究輕型直流系統中一、二次各種工況及設備運行


                                                       基于智能變電站電力系統動態模擬實驗室

典型應用:

東南大學、上海電力學院等

用途:

a)        研究智能變電站系統下智能一次設備(電子式互感器)在各種工況下運行。

b)       研究智能變電站過程層、間隔層、站控層設備在各種工況下動作行為。

c)        教學實踐







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