[实用新型]一种用于实验教学与训练的微机自动准同期装置

说明书

技术领域

本实用新型属于同步发电机并网技术领域,涉及一种微机自动准同期装置,该装置适用于同步发电机准同期并列的实验教学与训练。

背景技术

同步发电机的并列是电力系统中的一项重要操作。电力系统正常运行时，根据负荷增加用电需求增加，发电机需要随之启动并快速投入电网；在系统发生事故时,也会要求迅速投入备用发电机组，保证电力系统正常运行。同步发电机并列操作的准确度和可靠性对于电力系统的可靠、安全、经济运行具有很重要的现实意义。

同步发电机并列遵循的基本原则：并列开关合闸时,冲击电流尽可能小；发电机并入系统后,能够迅速地进入同步运行状态，减小对于电力系统的扰动。在电力系统中,并列方法一般采用准同期并列方式。准同期并列的理想条件是并列开关两侧电源电压的三个状态量全部相等,即待并发电机侧与电网系统侧频率相等、电压幅值相等、相角差为零。

微机自动准同期装置具有高速运算和逻辑判断能力,可以对相差角、频差、压差进行精确的运算，捕捉最佳的合闸时机，实现快速无冲击并网。现有的微机自动准同期装置大多为实际并网操作使用，生产厂家已经开发完成硬件及软件设计的全过程，硬件电路及接口连接均已固化封装在装置内部，软件编程调试后的程序也已下载存储在主控制器内部。针对电力专业实验教学与训练的特殊需求，此类用于实际并网操作的微机自动准同期标准化装置，其高度集成化的黑箱设计只能满足学生按照产品既定功能进行标准操作及观测。学生无法利用设备直接了解其硬件原理及电路构成，更无法进行实际动手硬件模块搭建；同时，学生也无法获知其软件设计流程，更无法进行参数修改或功能扩展设计。现有的微机自动准同期装置不能满足电力专业实验教学与训练中学生对原理构成理解掌握和进一步设计开发的需求，缺少学生可以自己动脑动手进行设计和调试的接口。

实用新型内容

针对现有微机自动准同期装置应用于实验教学与训练的不足之处，本实用新型的主要目的在于设计出一套适用于专业实验教学及训练的微机自动准同期装置。

本实用新型的技术方案：基于实验室现有的电力系统综合自动化实验平台资源，开发设计一套可以与现有平台设备对接互联的微机自动准同期装置，构成完整的发电机同期控制系统。此装置硬件设计采用半开放式模块化结构，完成各功能模块基本电路板卡封装，预留各模块信号板卡接口，学生可根据各功能模块内部原理自行进行信号硬件连接。同时，此装置配备可与主控制器进行通讯的上位机调试平台，基于此平台学生可以结合硬件设计自行进行软件程序编写，利用构成的发电机同期控制系统进行在线调试。使用此套微机自动准同期装置可辅助教师完成相关实验课程教学，学生也可应用其完成相关功能设计、硬件连接及软件调试等一系列实验训练。

本技术方案所设计的微机自动准同期装置包括主体机箱和上位机，主体机箱内置硬件功能模块且外布显示操作面板，上位机提供软件程序开发调试的实验平台。硬件依据半开放式模块化设计思路，包括主控制器模块、输入模块、输出模块、人机交互模块、电源模块和通信模块，各模块内部电路设计完成预留信号输入输出接口。其中，所述主控制器模块作为装置的处理中心，负责采集发电机侧和系统侧电压信号，并进行频差、相差和幅值比较计算进而给出并列合闸信号，同时支持所有外围功能；所述输入模块承担输入信号的预处理，经过整流、变换、滤波、调理等满足测量电路信号要求；所述输出模块用于发出升压、降压、增速、减速、合闸脉冲及报警命令等；所述人机交互模块实现键盘操作、LED显示、LCD液晶显示等功能；所述电源模块满足装置多电源供电需求；所述通信模块完成主控制器和装置面板LCD液晶显示屏、主控制器和上位机的串口通信功能。本技术方案所设计的微机自动准同期装置软件开发调试平台位于所配置的上位机，上位机安装与主控制器配套的软件开发工具，提供可视化软件程序在线调试资源。

相对于现有微机自动准同期装置，本实用新型具有以下有益效果：

1.结合实验教学与训练的需求，本微机自动准同期装置设计硬件功能模块信号接口和软件调试接口。不同于常规的微机自动准同期装置的黑箱设计，无法获知装置内部软硬件构成，更无法更改配置，学生只知道操作步骤进行验证性实验。利用本微机自动准同期装置，学生根据准同期基本原理，可以自行进行硬件模块化连接，并利用上位机完成软件程序编写及调试。所开设的相关专业实验类型可从验证性实验设计拓展为综合设计性实验。

2.基于实验室现有的电力系统综合自动化实验平台资源，本微机自动准同期装置可以与其相应设备匹配，并组网构成发电机同期控制系统进行在线调试及运行性能分析。