发电厂微机监控综合实验平台

3．监控系统采用分层分布式开放结构。上位机与现地控制单元之间采用RS485通信网络，实现遥测、遥信、遥控、遥调功能。
4．系统组态性能强，每一控制层、控制站点均对学生开放。学生可以通过开放的接口和通信协议，自由独立的设计、编写、调试、验证某一单元的控制操作功能，以及监控系统协调和管理各现地控制单元的工作，以利于培养学生的综合能力和创新能力。
（1）同步发电机空载、短路特性实验，发电机同步电抗测定实验；
（2）发电机的正常运行实验，运行状态与有功、励磁、系统电压的关系；
（3）安全运行极限和V形曲线测定实验；
（4）同步发电机进相运行实验；
（5）同步发电机调相运行实验；
（6）同步发电机失磁运行实验；
（7）发电机的不对称运行实验；
（8）同步发电机甩负荷实验。
第三部分是实验发电厂的监控与管理系统。它的任务是负责完成实验室发电厂多台机组的控制和监视运行数据、信息收集。所有模拟量、数字量、开关量的实时采集、处理，按照通讯规约的要求上传给上位机，通过数据处理和通信实现对设备的监视、控制功能。
六、仪器设备功能、特色
1、本仪器设备的功能
（1）调速控制单元
由三相可控硅智能模块、有功功率变送器、测速发电机以及PLC组成，实现机组自动启动、同步发电机自动增减负荷、频率调整、自动开、停机等功能。
图4单台机组发电厂计算机监控实验平台框图
实验室多套装置组成的监控系统采用分层分布式结构，监控系统框图如图5所示。
图5分层分布式监控系统框图
该结构具有现代电力系统鲜明的特征，应用了先进的计算机网络通信和控制技术，集测量、保护、控制、通讯、管理与一体，具有与工业现场接近的特点，可以实现发电厂综合自动化。监控系统主要由三部分组成：
1．实验装置与现代发电厂的监视、控制、保护、检测、网络通信等功能基本相同，提供了一个与生产现场高度逼真的物理环境和实践平台，学生实验如同亲历工程实践过程，这对加强工程教育，提高学生的实践能力和创新意识，培养复合型人才十分有利，对学生的就业很有帮助。
2．所有自动装置都采用先进的全数字微机技术，包括微机保护装置、微机测控装置、微机调频调速装置、微机自动励磁装置、微机自动准同期装置等。
二、机组常规监控屏主要技术参数
机组常规监控屏：（1）控制屏采用标准屏，外形尺寸：2200mm×800mm×600mm。（2）常规控制屏配置有：发电机有三相电流表、三相电压表、有功功率表、无功功率表、励磁电压表、励磁电流表、频率表；电动机有电枢电压表、电枢电流表、励磁电流表、数率转速表以及操作开关、按钮、指示灯，指针式测量表计的测量精度为1.0~2.5级。（3）可实现发电机组启动、准同期并列、增减负荷等功能。
（4）保护动作时限对暂态稳定影响实验；
（5）强行励磁对暂态稳定影响实验。
6．发电厂监控系统实验
（1）计算机网络通信实验；
（2）基于各种组态软件的发电厂监控程序设计实验；
（3）数据采集和处理实验；
（4）远方控制和调节实验；
（5）人机接口、数据库编辑、系统管理实验。
五、发电机组实验平台结构
每套装置包括硬件设备和软件两部分，单台机组发电厂计算机监控实验平台框如图4所示。每套实验装置以4kW直流电动机与3kW同轴同步发电机组为被控对象，配置常规仪表测量控制屏（PGK1）和计算机监视控制屏（PGK2）。每套装置含调速、测量、控制、保护、励磁调节、准同期和负载单元组成多机发电厂并通过系统联络屏（PGK3）与电网400V系统并列运行，也可以由一套或多套机组之间通过网络接入负载构成独立的400V孤立电网系统，可实现单机或多机并列运行。
4．发电机微机保护实验
（1）发电机纵差动保护（主保护）整定计算和实验；
（2）发电机低压闭锁过流保护（后备保护）整定计算和实验；
（3）发电机失磁保护实验；
（4）过电压、过负荷等其它保护实验。
5．电力系统稳定实验
（1）自动励磁控制对静态稳定影响实验；
（2）不同Eq对静态稳定影响实验；
（3）网络结构变化对静态稳定影响实验；
第一部分为设备层。其功能主要包括：对发电机运行的数据——开关量和模拟量的采集；发电机组的开机和停机；发电机组调速的控制；发电机励磁的控制和调节；机组运行实时数据的建立；发电机故障判别和处理；实现与电厂层的设备通讯等。
第二部分是通信网。各PLC装置和PC机通过RS485网络总线通信，采用标准的通信接口规约，实现采集有关信息、并下达控制命令及定值参数等功能。
保证发电机稳定运行于空载、发电、调相、停机等工况。
可通过串行通讯方式或其它通讯方式接入厂内监控系统。
采用自并励磁系统，功率部分采用集成了触发单元的智能型可控硅模块，移相控制信号为PLC的D/A模块输出的模拟电压。
ii、手动控制功能：
现地手动控制。模拟监控柜中设有手动调速按钮，当调速器上电运行后，即可通过手动调速按钮控制电机。
远方手动控制。远方控制命令由通信总线送至调速器内的PLC，可进行机组有功的远方调控。
iii、安全保护功能：
紧急停机。当机组过速或出现严重的电气和机械故障，必须紧急停机时，可直接按装置面板上的“启动/停止”按钮，便能实现紧急停机。
（3）不同整流方式（全控、半控、不控、单相、三相）实验；
（4）PID调节和最优励磁控制实验；
（5）半控整流的失控（脉冲消失失控、控制角大于180º失控）及防止实验；
（6）全控整流的逆变灭磁实验；
（7）各种调差（零调差、正调差、负调差）实验；
（8）励磁系统各种故障（电源缺相、快熔熔断、整流管短路、PT断线、脉冲消失等）实验。
通过微机对及相应附件实现自动起励建压，自动电压调整，增、减励磁控制，无功功率自动调节，能实现手动（恒励磁电流）、恒功率因数、恒无功、恒发电机电流等控制功能，具有过励、欠励、强励限制等。
具有两种起励方式：自动起励、零起手动升压。
无功调差调节，可任意设定正、负调差方式，且调差率大小连续可调。
保证机组突甩负荷时机端电压能迅速稳定在额定电压，超调量不应超过15%UN。
附：详细技术指标（供投标用）
项号
货物名称或
技术条款
技术要求
1
发电机组全套装置
可以开出实验项目：
1．同步发电机运行实验：
2．发电机组调速并网实验；
3．励磁控制实验：
4．发电机微机保护实验；
5．电力系统稳定实验；
6．发电厂监控系统实验；
7．线路三段式微机保护实验；
8．发电厂运行调度实验。
数字化发电机组成套装置由以下单元构成：发电机组、机组常规监控屏、机组微机监控屏、系统联络屏、中央调度控制系统。微机调频调速装置、微机可编程自动励磁装置、微机自动准同期装置。
（4）PGK3系统联络屏：完成发电厂与系统联络的控制操作、参数测量和微机保护功能。
（5）计算机监控系统：远程实现对各发电机组进行遥测、遥控、遥信、遥调功能。
四、可完成的实验教学内容
为热力工程专业学生开设多门课程实验、综合性设计性实验、学生创新实验和毕业设计。可以开出实验项目有：1．Fra bibliotek步发电机运行实验
5．多功能的综合实践平台可以进行多门课程实验、综合性设计性实验、学生创新实验和毕业设计，教师还可以利用实验室进行相关的科研，还可以依托实验室为企业培训人才。
三、主要技术参数
1、发电机组
（1）输入电源：三相四线，380V±10%，50Hz
（3）发电机容量：3Kw，400V
（4）直流电动机容量：4Kw
2、设备参数
2、本仪器设备的特色
（1）构建了一个多机电力系统的多功能实验平台。
随着电力系统不断扩大和科学技术的发展，电力系绕的技术更新大大加快，作为面向21世纪的热力工程，对学生提出更高的要求，要求具有先进而广博的知识；具有提出问题、发现问题和综合处理的能力；具有创新性的思维，这就必须通过工程实践进行培养。发电厂是电力系统的源头，是电力系统最重要、最复杂、技术最密集的部分，集中体现了现代电力系统先进的计算机技术、网络技术、信息处理技术的综合运用。基地共有八台发电机组构成多机电力系统，然后与大电网并列运行，每台机组配置先进的计算机技术为核心的测控装置，全厂开发了一套计算机监控网络系统，可以远程实现对各发电机组进行遥测、遥控、遥信、遥调功能。其实验内容和实验项目与实际运行的电力系统十分相似，实验接近于工业现场，使学生所学专业理论知识与实践的认识进一步提升，学生不仅学会试验方法和监控机组运行的技能，而且掌握了专业知识设计方法和研制开发应用软件。经过多年努力，实验室建设成绩斐然，面藐焕然一新，建成了包括本装置在内的几个各具特色的实验实践基地，进入了全国同类专业的先进行列。
设备名称
发电厂微机监控综合实验平台
一、仪器设备照片
图1直流电动机-同步发电机组
图2 PGK1发电机常规控制屏
图3 PGK2计算机控制屏
二、实验室的主要特点
实验室由若干套直流电动机——同步发电机组构成一个模拟发电厂，并与系统相连组成一个多机电力系统，能反映现代化电能的生产、传输、分配和使用的全过程，体现了现代电力系统先进的计算机技术、网络技术、信息技术的综合应用。它有以下特点：
（2）发电机保护单元
用微机型测控保护装置构成同步发电机的差动保护、失磁保护、定子与转子接地保护、复合电压过流保护、过负荷保护等。
（3）自动装置控制单元
包括自动发电、励磁调节、准同期并网装置。自动发电、励磁调节、并网均具有手动、全自动两种功能，可分别由PLC和单片机两种装置由两种硬、软件构成。
（4）常规仪表监控
2．发电机组调速并网实验
（1）直流电动机调速控制PID算法实验；
（2）手动同期操作实验；
（3）微机自动准同期实验；
（4）同期系统各种错误接线实验（反相序、缺相、相别错、极性错等）。
3．励磁控制实验
（1）不同控制角对应的励磁电压波形观测实验；
（2）发电机的各种起励方法(残压起励、助励起励、电容储能起励等)实验；