Transcript 浙江大学电力系统综合动模实验系统简介

电力系统综合动模实验系统简介
电力系统综合动模实验系统是一种用于电力系统动态特性及相关新设
备研究的物理模拟。由于电力系统及其暂态稳定的复杂性，在进行理论分
析的同时必须进行实验研究。电力系统综合动模实验系统是专门进行电力
系统实验研究的重要场所，为电力系统电磁机械动态的研究服务。
电力系统综合动模实验系统可以方便地进行系统暂态研究分析。电力
系统暂态是在系统受扰动（例如断线、断路器故障等）后所引发的异常状
态。在这种受扰动情况下，电力系统及其组成部分受到的压力远远超过其
稳定运行状态。执行暂态仿真是为了检查这些压力和估计这些压力对被研
究系统带来哪些影响。暂态仿真所获得的结果可以被工程师用于保证充分
的电力系统安全级别，确保当故障发生时，适宜的保护设备能在合适的位
置阻止系统受破坏。该实验系统还可用于电力系统新设备试验研究、教学
和电力工作者培训等。
电力系统综合模拟实验系统是根据相似原理建立起来的电力系统物理
模拟，它把实际电力系统的各个部分按照相似条件设计，建造并组成一个
电力系统模型，用这种模型代替实际系统进行各种正常与故障状态的实验
研究。系统组成如下：
•
模拟发电机
•
模拟变压器
•
模拟线路
•
受端系统模拟
•
负荷模拟
•
控制系统及新设备
接口等。
电气工程学院
电力系统综合动模实验系统历史与现况
浙江大学电气学院电力系统
综合动模实验系统是国内建设最
早的几家实验室之一。从60年代
开始设计建造，陆续安装了4台
（3台5kVA、1台15kVA）同 步
模拟发电机组，此后一直维持这
一规模，且基础设施也基本没有
变化。实验室建成后，为我校电气工程学院特别是电力系统及其自动化学
科的教学、科研和对外服务工作提供了良好的硬件环境，并在众多重大科
研项目如100kV舟山直流输电工程等中发挥了重大作用。
2000年前后，实验室中的很多设备都已老化甚至损坏，整个系统基本
不能正常运转，极大地阻碍、限制了我院科研工作的发展。经学院领导研
究讨论，决定恢复动模实验系统，并将其列入“985”二期工程。
动模一期改造工程从06年开始筹划，至08年已基本完成，建成了微机
型中央监控平台，并恢复了2台5kVA模拟发电机，部分110kV、220kV模拟
线路与模拟负荷。现阶段系统能够实现单机—无穷大、双机并列等大部分
电力系统动态模拟实验，基本满
足教学、科研实验研究的需要
（ 投 入 总 经 费 约 265 万 元 ， 其 中
“985”工程二期专项资金175万元，
重点学科建设资金约90万元）。
后续将根据学科发展的需要，每
年投入学科建设经费，逐步完善
该系统。
电气工程学院
电力系统综合动模实验系统远期规模
远期综合动模实验系统除了恢复另外两台模拟发电机组及相关设备(包
括110kV、220kV、500kV模拟线路与负荷等)外，还将建成模拟直流输电
(含轻型直流) 系统，包含柴油发电、太阳能发电、风力发电及各种储能设
备的分布式微网试验系统及数字化测控网络等。该平台利用计算机、通讯
技术和现代控制技术等先进技术，将原有电力系统动态模拟实验系统、已
有实时数字仿真系统（RTDS）和各种电力系统数字仿真软件集成到一体化
实验研究平台上，对利用动模实验系统、RTDS和数字仿真中心进行的各种
实验研究实现统一调度管理，并可以在其上同步进行电力系统运行控制、
安全稳定、继电保护、新型装备（特别是电力电子装备）等方面的实验研
究和比较分析，提高研究结果的正确性和可信度。
电力系统综合动模实验系统面向电力系统及其自动化学科，其主要研
究方向为：电力系统运行控制、安全稳定、继电保护、新型装备（如
FACTS装备，同步测量单元PMU等），以及能量管理系统、特高压电网、
可再生能源发电与并网技术等方面的实验研究和比较分析。
电力系统综合动模实验系统完全实现了传统动模的所有仿真功能，能
够满足教学、科研和装置研发等方面的辅助研究工作。其特色及特殊功能
如下：
1.实现数字仿真软件 （ BPA、PSSE等仿真软件 ） 、实时仿真装置
（RTDS）与传统模拟仿真系统的紧密结合，使先进实时仿真技术、数值
分析技术和精确的实物模拟技术在一体化综合平台上得到统一。
2.在同一平台内，可以方便地在模拟机组上实现水电、火电厂动力驱
动特性的综合仿真，拓宽机组的仿真范围。
3.可实现分布式数字化网络测量，并对测量数据进行统一分析。
电气工程学院
电力系统综合动模实验系统平面图（建成后）
36
二
楼
控
制
室
37
32
33
34
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28
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1
2
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5
16
6
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10 11
21
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41
25
26
新
能
源
区
27
42
一期设备说明
一期设备说明
1～2、 新能源测控屏 2面
1～2、 新能源测控屏 2面
3～7、 高压线路测控屏 5面
3～7、 高压线路测控屏
5面2面
8～9、 发电机测控屏
10、
无穷大测控屏
8～9、 发电机测控屏
2面 1面
11、
负荷测控屏 1面
10、 无穷大测控屏
1面
12、14、微机励磁调节及负阻器屏 2
11、 负荷测控屏
1面
面
13、15、原动机及调速系统仿真屏
12、14、微机励磁调节及负阻器屏
2面2
面
13、15、原动机及调速系统仿真屏
2面
16～17、高压系统电网组合屏 2面
16～17、高压系统电网组合屏
2面
18、
高压系统故障屏 1面
19、21、机端测控屏
18、 高压系统故障屏
1面2面
43
44
45
12
13
20、22、发电机变压器屏 2面
23、
通讯管理屏 1面
24、25、远控动力电源屏 2面
26、
直流电源屏 1面
27、
无穷大电源系统 1套
28～30、负荷变压器 3组
31、
电动机负荷 多组
32～35、模拟线路架 4台
36、
主测量控制试验台 3组合
37、
微机监控台 1套
14
15
二期设备说明
动
力
电
源
区
19、21、机端测控屏 2面 38～40、二期设备说明
发电机测控屏 3面
41、
负荷测控屏 发电机测控屏
1面
38～40、
3面
20、22、发电机变压器屏 2面
42、44、微机励磁调节及负阻器屏 2面
41、 负荷测控屏2面
1面
23、 通讯管理屏 1面
43、45、原动机及调速系统仿真屏
46、47、机端测控屏
2面
42、44、微机励磁调节及负阻
24、25、远控动力电源屏 2面
48、49、发电机变压器屏 2面
器屏 2面 1面
26、 直流电源屏 1面
50、
发变组故障屏
43、45、原动机及调速系统仿
27、 无穷大电源系统 1套
真屏 2面
28～30、负荷变压器 3组
46、47、机端测控屏 2面
31、 电动机负荷 多组
48、49、发电机变压器屏 2面
32～35、模拟线路架 4台
36、 主测量控制试验台 3组合 50、 发变组故障屏 1面
37、 微机监控台 1套
电气工程学院
电力系统综合动模实验系统与试验研究
•
新型固态限流器
新型固态限流器研究工作始于1995年，在固态限流技术方面处于国内
领先、国际先进水平，拥有6项自主知识产权的国家专利；
目前已成功研制出400V/500A/2500A
耦合变压器
和 10kV/500A/2500A 两 个 电 压 等 级 的 变
压器耦合三相桥式固态限流装置样机并 等
U2(A,B,C)
等
效
效
I
A,B,C
通过正式短路限流试验和省级鉴定验收， 电
电
三相整流桥
评价是：效果明显，技术达到国际先进 源
控制器 源
2
1
水平。目前正加紧开展更高电压等级和
ILd
Ld
容量（110kV/1kA/10kA）变压器耦合固
U1(A,B,C)
(限流电感)
态限流器及其小型化、实用化方面的关
变压器耦合新型固态限流装置原理结构
键技术研究，并已取得若干突破性成果
（已申请专利）。
固态限流器在电网中的安装位置必须要谨慎挑选，这需要大量与电网
结合的仿真研究和动模实验研究，以验证固态限流器的性能及对系统的影
响等。
•
电力系统稳定分析与控制
研究方向： 静态电压稳定的分析控制理论；
在线静态电压稳定监视和控制系统；
计及静态电压稳定约束的自动电压控制系统；
暂态电压稳定性理论和分析控制方法；
特高压电网长期动态电压稳定性仿真和控制策略；
电力系统负荷建模和电压崩溃宏观规律。
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电力系统综合动模实验系统与试验研究
•
直流输电与柔性交流输电通用模拟系统
浙江大学是国内最早开展直流输电与柔性交流输电及其应用的单位
之一，为我国培养了大量直流输电方面的专业技术人材，为推动我国直
流输电事业的发展，特别是我国第一个直流输电工程 － 舟山直流输电工
程的投运作出过重大贡献，并获得了机电部科技进步奖、国家科技进步
奖和国家自然科学奖等众多奖励。
该系统具有如下研究内容：
1.传统直流输电研究：包括控制器的开发和实验，滤波器的设计和
实验，多端直流输电系统控制策略开发和实验；
2.新型直流输电研究：控制策略开发和控制器的开发和实验；
3.柔性交流输电控制技术研究：包括TCSC、SVC、STATCOM、
SSSC、APF、UPFC等柔性交流输电装置的控制器开发和实验。
•
综合动模在继电保护实验方面的应用
1.针对发电机保护装置，可以进行发动机差动保护、100%定子接地保
护、纵向零序电压匝间保护、逆功率保护、失磁保护及其它电流电压保
护的试验；
2.针对电力变压器保护装置，可以进行变压器纵差保护、阻抗保护、
过励磁保护、方向保护及其它电流电压保护的试验；
3.针对线路保护装置，可以进行双端电源故障测距、阻抗保护、方向
保护及其它电流电压保护的试验。
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