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电力系统综合数字化自动化技术创新平台王超

发表时间：2021/8/11 来源：《电力设备》2020年第34期作者：王超

[导读] 摘要：随着我国科学技术的快速发展，N个发电厂与调度室组成一个区域电力网，这是一个综合性开放性高度自动化系统。

        （国网泗水县供电公司）
        摘要：随着我国科学技术的快速发展，N个发电厂与调度室组成一个区域电力网，这是一个综合性开放性高度自动化系统。实现电力系统的检测、控制、监视、保护、调度自动化，充分体现现代电力系统高度自动化、信息化、数字化的特点，但要十分庞大的发电系统和电力调度搬进实验室是不现实的。该创新平台一方面能体现真实性，用模拟方法让这套设备搬进了实验室，学生和学员通过实际操作，能了解真实发电过程、并网过程、调度过程以及发电系统可能出现的故障情况，克服了理论教学与实际相脱离的状况，同时满足电力培训中心的技术培训和中小型变电站技术改造的需要。
        关键词：电力系统；数字化；自动化；科技创新；联网
        引言
        本项目是由N套MNDS电力系统综合自动化实验装置和一台GDS-2000电力系统微机监控平台及一个MDG发电机故障模拟实训系统组成的“N+1”电力系统，来真实模拟N个发电厂和一个电力调度室及发电系统可能出现各种故障，亦可模拟一个区域电力网。参数N由用户需要来定，例用户需要3套MNDS电力系统综合自动化实验装置，则N=3。
        1研究开发内容
        1.1电力系统综合自动化实验装置开发
        电力系统综合自动化实验装置是由发电机组和监控屏组成。发电机组由三相同步发电机和交流电机或直流电机组成，交流电动机或直流电动机是原动机，在原动机拖动下，同步发电机便开始发电;监控屏由微机调速器、微机励磁调节器、微机准同期装置、微机综合保护器和电压表、电流表、频率表及触摸屏等组成，以调节发电机发出三相电的幅度、频率、相位和相序，在这四要素相同情况下实现与市电并网。监控屏配有触摸屏，具有参数显示和在线修改参数及与上位机通信功能。微机调速器调节原动机的转速，使发电机发出的三相电的频率和电网相同，通过微机励磁调节器调节励磁电流，使发电的幅度和电网相同，同时使相位与电网相同。
        1.2电力系统微机监控平台开发
        电力系统微机监控平台由电力系统微机监控软件、PC机、打印机及智能微机监控仪表组成，其有欠压保护、过压保护、过负荷保护、飞车保护、过流保护、过功保护等功能。通过485现场总线与N套电力系统综合自动化实验装置通信并联网，实现对N套电力系统综合自动化装置的“遥测、遥控、遥信、遥调”四遥功能，实现电力系统调度自动化，并可打印报表及系统数据。
        1.3发电机故障模拟实训系统开发
        发电机故障模拟实训系统由3个自主研发的故障模块(DZA模拟发电机过电压保护实验模块、DZB模拟发电机输出功率的调节实验模块、DZC模拟电力系统并联与短路实验模块)及自主研发的实验电路组成，可形象地再现发电机系统可能出现的过电压、过电流、过功率、逆功率及短路的故障情况和故障的处理及系统保护。
        1.4系统集成开发
        系统集成由N套MNDS电力系统综合自动化实验装置和一台GDS-2000电力微机监控平台及一个MDG发电机故障模拟实训系统集成为电力系统综合数字化自动化技术创新平台
        2实验改革与实践创新平台构建结构框图
        实验过程中，学生根据实验内容选择主电路、触发电路和相应的组件挂箱。

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通过以上电路面板指示插拔连接线即可完成实验，学生参与率达100％，不足在于实验过程较为简单、实验平台电路不开放、无法进行二次开发、功率器件多为半控型小功率晶闸管、功率等级偏小、故障保护电路不够完善或难以应用于工业生产现场，学生实践和创新能力得不到有效锻炼。构建电力电子技术实践创新平台以后，情况发生根本改变。除学生参与率以外，电力电子技术实践创新平台比电力电子技术与运动控制教学实验装置具有更多的优势。实践创新平台所有软件和硬件全部自主研发完成，具有自主知识产权，可进行二次开发。培养模式实行导师制，优秀本科生通过申请创新项目或实验项目形式进入实践创新平台，３名本科生组成一个课题组，由有博士学位的教师或副高以上职称教师负责指导，坚持“以问题为导向，以项目为组织”原则进行为期２年的培养。由于时间得到有效保证，可以实现CDIO工程教育培养方式和V模型开发流程培养，同时，通过构建实践创新平台为电力电子与电力传动硕士、博士研究生提供了开展前沿课题研究的先进实验平台。此外，由教师和实验人员组成的科研团队，可将优秀的科研成果及时融入教学内容中。实践创新平台的先进性得到充分体现，除参与项目的实践创新学分外，学生在项目实施过程中发表论文、申请专利、参与学科竞赛、进行创业活动等还将获得相应的额外学分，从而吸引了更多的优秀本科生进入实验室、课题组和研究团队，组成博士生导师→中青年教师（硕士生导师）→博士生→硕士生→优秀本科生的传帮带梯队队伍，进一步促进电力电子技术实践创新平台的发展，形成良性循环。可以预见，未来发展趋势是从电力电子技术与运动控制教学实验装置过渡到电力电子技术实践创新平台。
        3主要科技创新点
        (1)电力系统综合数字化自动化技术创新平台，其特征在于：包括N套电力系统综合自动化实验装置和一台电力系统微机监控平台及一个发电机故障模拟实训系统，来真实模拟N个发电厂和一个电力调度室及发电系统可能出现的故障情况，亦可来模拟一个完整地区电力网。学生通过实际操作，能充分了解真实发电过程、调节过程、并网过程、电力调度过程及发电机系统可能出现的各种故障，使理论与实际紧密结合。(2)电力系统综合自动化实验装置是由发电机组和监控屏组成。监控屏安装有微机调速器、微机励磁调节器、微机准同期装置、微机综合保护器及智能控制器。利用微机调速器、微机励磁调节器、微机准同期装置、微机综合保护器、智能控制器在电力系统综合数字化自动化技术创新平台上进行并网技术与方法、电力系统调度自动化技术与方法之研究。(3)发电机故障模拟实训系统，通过自主研发的专门继电保护线路，让学生形象真实地了解发电机系统可能出现过电流、过电压、逆功率、过功率及短路故障现象和如何处理及对系统如何进行保护。
        结语
        用N套MNDS电力系统综合自动化实验装置和一台GDS-2000电力系统微机监控平台及一个MDG发电机故障模拟实训系统组成“N+1”电力系统来真实模拟N个发电厂和一个电力调度室及发电系统可能出现各种故障，让学生通过实际操作能了解真实发电过程、并网过程、调度过程及发电系统可能出现的故障情况，这是目前电力课程教学中克服理论教学与实际相脱离的有效手段和有效途径，这对培养电力系统创新型技术人才产生积极作用。
        参考文献
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        ［3］李旭春，王春凤．创新实践教学，提高电力电子技术基础课程教学效果［J］．北京:实验技术与管理，2012，29(7):11-13.
        ［4］杨达亮，卢子广，杭乃善．电力电子系统实时仿真综合平台及设计方法［J］．南京:电力自动化设备，2011，31(10):139-143.
        ［5］姜干才，杨达亮．电能质量控制技术综合平台及设计方法［J］．哈尔滨:电测与仪表，2011，48(11):5-7.