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摘要:在我校电气工程专业建设背景下,介绍了许继WDJS-8000电力系统综合自动化实验平台的系统结构、主要功能和技术特点,该装置操作简洁、功能完善、具有良好的监控和人机接口功能,能够提供完善的电力系统自动化原理实验验证,进一步丰富和完善了电力系统自动化课程教学的方法和内容。
关键词:WDJS-8000实验平台 电力系统自动化 教学
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2013)01(b)-0044-02
电力系统自动化课程是电气工程学科电力系统自动化方向的一门主干课程[1],主要讲述电力系统中自动控制设备的基础原理、技术方案及其控制系统,涉及的教学内容知识点多,要求学生具有较强的电路、模拟和数字电子技术、自动控制原理、电机学、电力电子技术等课程的良好基础,是上述这些课程所学知识在电力系统领域的综合应用[2]。
南京航空航天大学电力系统自动化课程选用的教材为天津大学出版社商国才编著的《电力系统自动化》。不同于纯理论课程的学习,该课程以电力系统中自动化技术为学习内容,其中既有理论部分,也包括具体的电力系统设备相关知识,因此,是一门少有的理论与实际结合的课程。课程内容对学生来说,平常很少有机会接触,直观性不强,同时理解起来也没有参照对象,主要靠凭空想象,因此,课程教学中学生感觉内容空洞,不实际,而教师教学时也无法以实物展示或者带领学生进行实地考察,教学过程中对涉及到具体电力系统设备的时候也感到很难给学生更清楚的解释。从课堂教学的实际效果看,在教学过程中,有时候一副实物照片就能勾起学生很强的好奇心和求知欲,他们很想从课程中获得更多针对电力系统自动化设备的更多内容,但受制于实际情况,很难获得满意效果。
许继WDJS-8000电力系统综合自动化实验平台是为了适应电力系统专业对宽口径、复合型人才培养的需要而研制的电力系统新型教学实验系统。该系统实现了在实验室中就能构建和模拟电力系统,完全可以满足电力系统自动化课程中相关原理的实验验证,方便学生在实验室中就能观察和了解各种电力系统现象,直观性强,有助于学生建立正确的物理概念。
1 WDJS-8000电力系统综合自动化实验平台的技术特点
在南京航空航天大学投入运行的WDJS-8000电力系统综合自动化实验平台包含三个发电系统实验台、一个变电系统实验台、一个输电线路实验台、一个厂用电实验台、一个厂用快切实验台、一个综合监控实验台,共八个实验台,如图1所示。
该实验平台主要特点:(1)各个实验台可以在综合监控台的指令下,独立实验互不干扰,也可组网运行方便快捷。(2)系统集成了一次和二次的全套电力设备,既有电力系统实验的分析,又有二次自动装置和微机继电保的功能实验。(3)该系统涵盖有发电、变电、输电、用电四个环节,实物对应、方便直观,对教学实际和学生的实训操作起到了积极作用。(4)该系统二次部分配备的相关自动装置和微机保护装置,全部为现场实际运行的设备,为学生的就业、实习奠定的前期基础。
同时,还配有操作员站和继保工程师站综合自动化监控系统,可以对实验过程进行全程监控,最大程度的保证了实验过程的安全性。
电力系统所有的电气量均能通过微机进行监考,显示每台发电机的运行状况,发电机频率、发电机定子电流、电压、有功功率、无功功率、发电机转子电流、转子电压以及发电机运行区。可以显示每条线路的电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、频率等所有电量,实现电力系统“四遥”功能。
综合监控台是由自动化软件组成高速以太网监控网络,能够进行调度、配电自动化仿真。该监控台软件系统是一个高度自动化的、开放式多机电力网综合试验系统,包括监考软件、工程师站及故障录波软件。通过监控软件实现对全站设备进行监视、测量、控制、管理、记录和报警等功能,并由继电保护工程师站及录波分析软件来实时收集运行和故障信息,并通过对故障信息的综合分析,为事故分析,故障定位和计算整定工作提供科学依据,及时了解电网运行情况,已作出正确的分析,来保证电网更稳定地运行。
2 WDJS-8000电力系统综合自动化实验平台的功能
该实验平台适用于电气工程专业“电力系统自动装置原理、电力系统分析、电力系统故障分析、电力系统自动化、变电站综合自动化技术、配电网自动化技术、电力系统调度自动化、电力系统远动技术、电力工程、工厂供电、电力系统微机保护”等电力系统方向课程的实验、生产实习及课题研究。能够实现的主要功能有:同步发电机及其自动装置系列实验、微机保护系列实验、电力系统分析系列实验、电力监控自动化系统实验等。其中,与电力系统自动化课程相关的实验内容有以下几方面。
2.1 同步发电机准同期并列实验
该部分为电力系统自动化课程中自动准同期并列的相关内容。将同步发电机并入电力系统的合闸操作通常采用准同期并列方式。准同期并列要求在合闸前通过调整待并机组的电压和转速,当满足电压幅值和频率条件后,由运行操作人员手动准同期并网或采用微机自动准同期并网,这种并列操作的合闸冲击电流一般很小,并且机组投入电力系统后能被迅速拉入同步。
该实验能够让学生熟悉同步发电机准同期并列过程,加深理解同步发电机准同期并列原理,同时，掌握同期并列的条件以及微机准同期装置和组合式整步表的使用方法。实验装置采用直流电动机调速控制器调节转速,用微机励磁自动装置调节励磁,采用微机自动准同期的全自动并网、半自动并网和手动准同期方式并网三种方式。
2.2 同步发电机微机励磁实验
该部分为电力系统自动化课程中电力系统电压和无功功率自动控制的相关内容。同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成,它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统,称为励磁控制系统。励磁控制系统的基本任务是: (1)根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流,以维持机端电压为给定值。
(2)控制并列运行各发电机间无功功率分配。
(3)提高发电机并列运行的静态稳定性。
(4)提高发电机并列运行的暂态稳定性。
(5)在发电机内部出现故障时,进行灭磁,以减小故障损失程度。
(6)根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。
该实验有助于加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务,了解微机励磁调节器的基本控制方式,了解电力系统稳定器的作用并观察强励作用及其对稳定的影响,同时,掌握微机励磁调节器的基本使用方法。
2.3 低频减负荷保护实验
该部分为电力系统自动化课程中电力系统中断路器的控制相关内容。低频减负荷装置是在电力系统因事故出现较大有功缺额时,在频率下降过程中动作的,与电力系统频率的动态特性有关,在电力系统事故情况下,当采取各种措施后仍不能制止频率下降时,由低频减载装置自动地切除一部分负荷来达到目的,称为自动低频减载。
该实验有助于了解低频减载保护的原理,熟悉低频减载保护的逻辑组态方法,了解自动低频减载装置的工作过程和目的,加深对电力系统动态过程的认识和理解。
3 WDJS-8000电力系统综合自动化实验平台课程教学的应用
该实验平台适用于电力系统课程群的众多实验内容,而电力系统自动化实验仅仅是其中很少的一部分内容。在实验过程中可以做到如下几点:
(1)突出重点,紧密围绕课程内容,把课程教学与实验验证积极联系在一起。实验平台系统结构复杂,如果全方面的对学生进行介绍,一方面受课程的时间限制不允许;另一方面也容易对主要实验内容造成干扰,增加学生理解的难度。所以实验中主要介绍课程相关内容和实验要求,用该实验平台来验证教学内容即可,切勿贪多求全而无重点,这样对学生来说,学的轻松有趣,进一步加深他们对知识点的理解。
(2)在课程教学过程中可以穿插实验验证环节,力求在理论学习之后趁热打铁,让学生进一步接触到实物,从而加深对理论环节的理解,通过对知识点的实验再认识,摆脱以往只见理论,没有实物环节的缺陷。理论环节和试验验证是相辅相成,这样能够进一步调动学生对理论学习的兴趣。
(3)该综合实验平台还可承担本科生创新实验的功能,该实验系统功能完善,保护完整,具有综合利用率高、可靠性高的优点,有利用提高学生的创新思维和实践能力。
(4)更进一步,可以开设专门的电力系统课程群综合实验课程,从而更有效的利用该实验平台为课程建设服务。
4 结语
现代研究型大学不仅要求培养的学生具有扎实基础理论,同时还要具有综合实践能力和创新思想。许继WDJS-8000电力系统综合自动化实验平台自2011年在南京航空航天大学投入运行以来,在电力系统课程群建设中发挥出了重要作用,该装置的使用,一方面有力的调动了学生理论知识学习的积极性,另外也培养了学生的实践能力,增强对知识点的理解,在电力系统自动化课程教学中将会产生有益的效果和积极影响。
参考文献
[1]黄肇,黄满花,罗庆跃.“电力系统分析”课程教学模式研究与实践［J］.中国电力教育,2010(28):100-101.
[2]贺秋丽,黄玢,许梅.电力系统及其自动化专业实验课教改探索［J］.广西大学学报:自然科学版,2003(S1):143-145.
关键词:WDJS-8000实验平台 电力系统自动化 教学
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2013)01(b)-0044-02
电力系统自动化课程是电气工程学科电力系统自动化方向的一门主干课程[1],主要讲述电力系统中自动控制设备的基础原理、技术方案及其控制系统,涉及的教学内容知识点多,要求学生具有较强的电路、模拟和数字电子技术、自动控制原理、电机学、电力电子技术等课程的良好基础,是上述这些课程所学知识在电力系统领域的综合应用[2]。
南京航空航天大学电力系统自动化课程选用的教材为天津大学出版社商国才编著的《电力系统自动化》。不同于纯理论课程的学习,该课程以电力系统中自动化技术为学习内容,其中既有理论部分,也包括具体的电力系统设备相关知识,因此,是一门少有的理论与实际结合的课程。课程内容对学生来说,平常很少有机会接触,直观性不强,同时理解起来也没有参照对象,主要靠凭空想象,因此,课程教学中学生感觉内容空洞,不实际,而教师教学时也无法以实物展示或者带领学生进行实地考察,教学过程中对涉及到具体电力系统设备的时候也感到很难给学生更清楚的解释。从课堂教学的实际效果看,在教学过程中,有时候一副实物照片就能勾起学生很强的好奇心和求知欲,他们很想从课程中获得更多针对电力系统自动化设备的更多内容,但受制于实际情况,很难获得满意效果。
许继WDJS-8000电力系统综合自动化实验平台是为了适应电力系统专业对宽口径、复合型人才培养的需要而研制的电力系统新型教学实验系统。该系统实现了在实验室中就能构建和模拟电力系统,完全可以满足电力系统自动化课程中相关原理的实验验证,方便学生在实验室中就能观察和了解各种电力系统现象,直观性强,有助于学生建立正确的物理概念。
1 WDJS-8000电力系统综合自动化实验平台的技术特点
在南京航空航天大学投入运行的WDJS-8000电力系统综合自动化实验平台包含三个发电系统实验台、一个变电系统实验台、一个输电线路实验台、一个厂用电实验台、一个厂用快切实验台、一个综合监控实验台,共八个实验台,如图1所示。
该实验平台主要特点:(1)各个实验台可以在综合监控台的指令下,独立实验互不干扰,也可组网运行方便快捷。(2)系统集成了一次和二次的全套电力设备,既有电力系统实验的分析,又有二次自动装置和微机继电保的功能实验。(3)该系统涵盖有发电、变电、输电、用电四个环节,实物对应、方便直观,对教学实际和学生的实训操作起到了积极作用。(4)该系统二次部分配备的相关自动装置和微机保护装置,全部为现场实际运行的设备,为学生的就业、实习奠定的前期基础。
同时,还配有操作员站和继保工程师站综合自动化监控系统,可以对实验过程进行全程监控,最大程度的保证了实验过程的安全性。
电力系统所有的电气量均能通过微机进行监考,显示每台发电机的运行状况,发电机频率、发电机定子电流、电压、有功功率、无功功率、发电机转子电流、转子电压以及发电机运行区。可以显示每条线路的电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、频率等所有电量,实现电力系统“四遥”功能。
综合监控台是由自动化软件组成高速以太网监控网络,能够进行调度、配电自动化仿真。该监控台软件系统是一个高度自动化的、开放式多机电力网综合试验系统,包括监考软件、工程师站及故障录波软件。通过监控软件实现对全站设备进行监视、测量、控制、管理、记录和报警等功能,并由继电保护工程师站及录波分析软件来实时收集运行和故障信息,并通过对故障信息的综合分析,为事故分析,故障定位和计算整定工作提供科学依据,及时了解电网运行情况,已作出正确的分析,来保证电网更稳定地运行。
2 WDJS-8000电力系统综合自动化实验平台的功能
该实验平台适用于电气工程专业“电力系统自动装置原理、电力系统分析、电力系统故障分析、电力系统自动化、变电站综合自动化技术、配电网自动化技术、电力系统调度自动化、电力系统远动技术、电力工程、工厂供电、电力系统微机保护”等电力系统方向课程的实验、生产实习及课题研究。能够实现的主要功能有:同步发电机及其自动装置系列实验、微机保护系列实验、电力系统分析系列实验、电力监控自动化系统实验等。其中,与电力系统自动化课程相关的实验内容有以下几方面。
2.1 同步发电机准同期并列实验
该部分为电力系统自动化课程中自动准同期并列的相关内容。将同步发电机并入电力系统的合闸操作通常采用准同期并列方式。准同期并列要求在合闸前通过调整待并机组的电压和转速,当满足电压幅值和频率条件后,由运行操作人员手动准同期并网或采用微机自动准同期并网,这种并列操作的合闸冲击电流一般很小,并且机组投入电力系统后能被迅速拉入同步。
该实验能够让学生熟悉同步发电机准同期并列过程,加深理解同步发电机准同期并列原理,同时，掌握同期并列的条件以及微机准同期装置和组合式整步表的使用方法。实验装置采用直流电动机调速控制器调节转速,用微机励磁自动装置调节励磁,采用微机自动准同期的全自动并网、半自动并网和手动准同期方式并网三种方式。
2.2 同步发电机微机励磁实验
该部分为电力系统自动化课程中电力系统电压和无功功率自动控制的相关内容。同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成,它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统,称为励磁控制系统。励磁控制系统的基本任务是: (1)根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流,以维持机端电压为给定值。
(2)控制并列运行各发电机间无功功率分配。
(3)提高发电机并列运行的静态稳定性。
(4)提高发电机并列运行的暂态稳定性。
(5)在发电机内部出现故障时,进行灭磁,以减小故障损失程度。
(6)根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。
该实验有助于加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务,了解微机励磁调节器的基本控制方式,了解电力系统稳定器的作用并观察强励作用及其对稳定的影响,同时,掌握微机励磁调节器的基本使用方法。
2.3 低频减负荷保护实验
该部分为电力系统自动化课程中电力系统中断路器的控制相关内容。低频减负荷装置是在电力系统因事故出现较大有功缺额时,在频率下降过程中动作的,与电力系统频率的动态特性有关,在电力系统事故情况下,当采取各种措施后仍不能制止频率下降时,由低频减载装置自动地切除一部分负荷来达到目的,称为自动低频减载。
该实验有助于了解低频减载保护的原理,熟悉低频减载保护的逻辑组态方法,了解自动低频减载装置的工作过程和目的,加深对电力系统动态过程的认识和理解。
3 WDJS-8000电力系统综合自动化实验平台课程教学的应用
该实验平台适用于电力系统课程群的众多实验内容,而电力系统自动化实验仅仅是其中很少的一部分内容。在实验过程中可以做到如下几点:
(1)突出重点,紧密围绕课程内容,把课程教学与实验验证积极联系在一起。实验平台系统结构复杂,如果全方面的对学生进行介绍,一方面受课程的时间限制不允许;另一方面也容易对主要实验内容造成干扰,增加学生理解的难度。所以实验中主要介绍课程相关内容和实验要求,用该实验平台来验证教学内容即可,切勿贪多求全而无重点,这样对学生来说,学的轻松有趣,进一步加深他们对知识点的理解。
(2)在课程教学过程中可以穿插实验验证环节,力求在理论学习之后趁热打铁,让学生进一步接触到实物,从而加深对理论环节的理解,通过对知识点的实验再认识,摆脱以往只见理论,没有实物环节的缺陷。理论环节和试验验证是相辅相成,这样能够进一步调动学生对理论学习的兴趣。
(3)该综合实验平台还可承担本科生创新实验的功能,该实验系统功能完善,保护完整,具有综合利用率高、可靠性高的优点,有利用提高学生的创新思维和实践能力。
(4)更进一步,可以开设专门的电力系统课程群综合实验课程,从而更有效的利用该实验平台为课程建设服务。
4 结语
现代研究型大学不仅要求培养的学生具有扎实基础理论,同时还要具有综合实践能力和创新思想。许继WDJS-8000电力系统综合自动化实验平台自2011年在南京航空航天大学投入运行以来,在电力系统课程群建设中发挥出了重要作用,该装置的使用,一方面有力的调动了学生理论知识学习的积极性,另外也培养了学生的实践能力,增强对知识点的理解,在电力系统自动化课程教学中将会产生有益的效果和积极影响。
参考文献
[1]黄肇,黄满花,罗庆跃.“电力系统分析”课程教学模式研究与实践［J］.中国电力教育,2010(28):100-101.
[2]贺秋丽,黄玢,许梅.电力系统及其自动化专业实验课教改探索［J］.广西大学学报:自然科学版,2003(S1):143-145.