電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與實(shí)時(shí)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)一、電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與實(shí)時(shí)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?) 掌握組建電網(wǎng)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的方法與步驟；2) 掌握數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)監(jiān)控SCADA的作用、基本功能、實(shí)現(xiàn)原理和操作方法；3) 掌握表征發(fā)電廠和變電站當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的參數(shù)類型和特點(diǎn)、獲取方式、表現(xiàn)形式。如母線電壓、有功功率、無功功率、電流和開關(guān)狀態(tài)等；4) 掌握廠站終端的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和主要功能；5) 掌握改變發(fā)電廠和變電站當(dāng)前運(yùn)行方式的控制命令信息的類型和特點(diǎn)、下發(fā)方式。2.調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介電力系統(tǒng)是由許多發(fā)電廠、輸電線路、變電站、配電線路和各種形式的負(fù)荷組成的。電力系統(tǒng)調(diào)度中心擔(dān)負(fù)著整個(gè)電力網(wǎng)的調(diào)度任務(wù)，以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目

2、標(biāo)。電力系統(tǒng)調(diào)度中心必須具有兩個(gè)功能：第一是與所轄電廠、變電站及上級(jí)調(diào)度等進(jìn)行測(cè)量讀值、狀態(tài)信息及控制信號(hào)的遠(yuǎn)距離、高可靠性的雙向交換，簡(jiǎn)稱為電力系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)，即SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）；另一個(gè)是本身應(yīng)具有的協(xié)調(diào)功能（安全監(jiān)控及其它調(diào)度管理與計(jì)劃等）。圖1-1 調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖TQWR-II微機(jī)型RTU具有以下特點(diǎn)：1、標(biāo)準(zhǔn)的編程語言環(huán)境；2、極強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，工作溫度-4070，環(huán)境濕度5%95%RH；3、極強(qiáng)的抗電磁干擾能力；4、豐富的通信接口、支持多種通信方式、通信距離長(zhǎng)；5、大容量存儲(chǔ)能力；2.1通信接口兩路RS48

3、5通信接口，可分別響應(yīng)主機(jī)召喚（任一時(shí)刻僅一個(gè)RS485接口響應(yīng)主機(jī)通訊）。兩路RS485通信接口都有防雷措施，輸入輸出之間有光電隔離器件進(jìn)行隔離，以保證高質(zhì)量的通訊傳輸。串口通訊初始默認(rèn)波特率為9600bps，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無校驗(yàn)。2.2調(diào)度系統(tǒng)“四遙”功能遙信：本終端有48路遙信輸入接口，每一路的遙信輸入信號(hào)都有防雷措施和光電隔離器件進(jìn)行保護(hù)，保證系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定。用于采集廠站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等無源節(jié)點(diǎn)，并按規(guī)約傳送給調(diào)度中心，包括：斷路器和隔離刀閘的位置信號(hào)、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的位置信號(hào)、發(fā)電機(jī)和遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等。遙測(cè)：本終端共有48路電壓電流信號(hào)輸入，用于采集變電所電壓、電流、

4、有功功率、無功功率，功率因數(shù)等模擬信號(hào)。遙控：本終端有32路（對(duì)）遙控輸出，用于執(zhí)行調(diào)度中心改變?cè)O(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的命令，如操作廠站各電壓回路的斷路器、投切補(bǔ)償電容和電抗器、發(fā)電機(jī)組的啟停等。為了保證終端遙控的準(zhǔn)確性和壽命，本終端的遙控輸出均采用松下的繼電器。遙調(diào)：可以通過32路遙控輸出對(duì)遠(yuǎn)程的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)試；3.實(shí)驗(yàn)步驟本實(shí)驗(yàn)采用2MF無窮大系統(tǒng)，一次接線圖如圖1-2。利用無窮大系統(tǒng)屏、系統(tǒng)升壓屏、機(jī)組、機(jī)組控制屏、變壓器屏、網(wǎng)絡(luò)屏等構(gòu)成電網(wǎng)供電系統(tǒng)，利用變電站低壓模擬屏、負(fù)載屏等構(gòu)成配電系統(tǒng)。圖1-2中，斷路器對(duì)應(yīng)順序如表1-1：表1-1 斷路器對(duì)應(yīng)順序斷路器編號(hào)對(duì)應(yīng)位置斷路器編號(hào)對(duì)應(yīng)位置10

5、1無窮大系統(tǒng)屏122變壓器T2高壓側(cè)103系統(tǒng)升壓屏低壓側(cè)211網(wǎng)絡(luò)屏1QF104系統(tǒng)升壓屏高壓側(cè)212網(wǎng)絡(luò)屏2QF1101#機(jī)組控制屏1QF213網(wǎng)絡(luò)屏3QF111變壓器T1低壓側(cè)214網(wǎng)絡(luò)屏4QF112變壓器T1高壓側(cè)215網(wǎng)絡(luò)屏5QF1202#機(jī)組控制屏1QF216網(wǎng)絡(luò)屏6QF121變壓器T2低壓側(cè)圖1-2 調(diào)度系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一次接線圖接線步驟如下：接線屏上無窮大系統(tǒng)連接至升壓變壓器入端，升壓變壓器出端連接網(wǎng)絡(luò)屏1QF入端，同時(shí)將網(wǎng)絡(luò)屏3QF入端并入1QF入端；1QF出端連接至線路L1入端，線路L1出端連接至2QF入端，2QF出端連接至5QF入端，5QF出端連接至線路L2入端，線路L2出端連接

6、至6QF入端；6QF出端連接至線路4QF出端，3QF出端連接至L3入端，L3出端連接至4QF入端，4QF出端連接至6QF出端；接線屏上機(jī)組1連接至變壓器T1入端，變壓器T1出端連接網(wǎng)絡(luò)屏5QF入端，同時(shí)機(jī)組2連接至變壓器T2入端，變壓器T2出端連接網(wǎng)絡(luò)屏4QF出端；低壓屏進(jìn)線1連接至3QF入端，低壓屏進(jìn)線2連接至6QF出端；低壓屏出線1連接至負(fù)載1，低壓屏出線2連接至負(fù)載2；圖1-3 調(diào)度系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)接線圖注意：接線前務(wù)必?cái)嚅_所有電源以及無窮大系統(tǒng)出線開關(guān)。4.關(guān)于“四遙”操作實(shí)驗(yàn)(1)遙控某條輸電線路出線斷路器分閘、合閘，觀察系統(tǒng)潮流變化情況：斷路器216跳閘：斷路器216合閘：(2)遙控負(fù)載1

7、或負(fù)載2屏上某斷路器分閘、合閘，觀察系統(tǒng)潮流變化情況：負(fù)載11QF 合閘：負(fù)載11QF 跳閘：(3)操作監(jiān)控界面的增速、減速、升壓、降壓按鈕，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的有功出力、無功功率和機(jī)端電壓：2MF升壓：2MF降壓：PS:增速與減速不能做5.關(guān)于事件記錄、報(bào)警記錄操作實(shí)驗(yàn)5.1事件記錄點(diǎn)擊工作站管理欄中事件記錄，可彈出實(shí)時(shí)事件記錄界面，記錄界面顯示事件發(fā)生的名稱和時(shí)間等信息結(jié)構(gòu)和內(nèi)容。5.2報(bào)警信息通過點(diǎn)擊工作站管理欄中報(bào)警信息。觀察系統(tǒng)的報(bào)警匯總，可為各種事故分析，提供有用參考。記錄系統(tǒng)報(bào)警信息結(jié)構(gòu)和內(nèi)容。6.實(shí)驗(yàn)總結(jié)及探究1.分析遙控命令的下達(dá)方式，怎樣進(jìn)行遙控閉鎖，保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。答：下達(dá)

8、遙控命令時(shí)，僅僅依靠軟件判斷符合防誤邏輯后，就直接出口，一般系統(tǒng)運(yùn)行的安全性不是很高，但如果在遙控回路增加了電氣閉鎖硬接點(diǎn)，通過和遙控閉鎖控制器相結(jié)合來解決集中控制中心、子站遙控操作的強(qiáng)制閉鎖問題，就可以使系統(tǒng)的運(yùn)行安全性提高。 2.說明調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)答：發(fā)電廠、變電站的計(jì)算機(jī)，地區(qū)調(diào)度中心、地區(qū)調(diào)度所的計(jì)算機(jī)，省網(wǎng)調(diào)度中心的計(jì)算機(jī)以及聯(lián)合調(diào)度中心的計(jì)算機(jī)，通過各種通信手段連接起來，用優(yōu)化的方法和技術(shù)對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度和管理，這樣就構(gòu)成了現(xiàn)代的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。3.實(shí)驗(yàn)總結(jié)與體會(huì) 答：通過本次實(shí)驗(yàn)，從調(diào)度的實(shí)際操作中深入認(rèn)識(shí)了調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和其主要的功能。調(diào)度中心作為電力

9、系統(tǒng)運(yùn)行的中樞，是連接發(fā)電廠、輸電線路、變電站、配電線路和各種形式的負(fù)荷之間的契合點(diǎn)，如何經(jīng)濟(jì)、安全、可靠地供電，如何在安全條件約束下使系統(tǒng)處在最優(yōu)的運(yùn)行狀態(tài)，這是調(diào)度中心最本質(zhì)的工作，作為系統(tǒng)的決策者更應(yīng)該樹立安全穩(wěn)定運(yùn)行的觀念，確保系統(tǒng)向用戶優(yōu)質(zhì)、可靠地供電。實(shí)驗(yàn)二、電力系統(tǒng)正常運(yùn)行潮流分布與調(diào)整實(shí)驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?) 通過本實(shí)驗(yàn)，深入理解潮流分布與調(diào)整的相關(guān)原理與方法，特別是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)對(duì)潮流分布的影響；超高壓電網(wǎng)中線路首端電壓幅度差與電壓相角差對(duì)有功傳輸與無功傳輸?shù)挠绊懗潭?；均一網(wǎng)潮流分布特點(diǎn)；有功功率與系統(tǒng)頻率及無功平衡與系統(tǒng)電壓的關(guān)系等基本概念和原理;2) 掌握組建復(fù)雜電力系統(tǒng)

10、的方法與步驟;3) 掌握電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化結(jié)構(gòu)、功能。2.原理與說明電力系統(tǒng)是由許多發(fā)電廠，輸電線路和各種形式的負(fù)荷組成的，在正常運(yùn)行過程中，絕大多數(shù)時(shí)間都處于正常運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)，發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率和負(fù)荷取用的有功功率以及網(wǎng)絡(luò)損耗的有功功率之間，應(yīng)隨時(shí)保持平衡；系統(tǒng)產(chǎn)生的感性無功功率和負(fù)荷取用的感性無功功率以及網(wǎng)絡(luò)損耗的感性無功功率，也隨時(shí)保持平衡；系統(tǒng)的頻率和各母線電壓都在規(guī)定范圍內(nèi)，各支路潮流都沒有超過發(fā)熱極限值和運(yùn)行穩(wěn)定的極限值。但是由于電力系統(tǒng)負(fù)荷隨時(shí)隨地都在發(fā)生變化，因此系統(tǒng)的發(fā)電出力也應(yīng)隨負(fù)荷的變化而變化，母線電壓和輸電線路的潮流也相應(yīng)發(fā)生變化。電力系統(tǒng)調(diào)度中心的任務(wù)就是要隨時(shí)掌

11、握電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，合理分配各發(fā)電廠和線路的潮流，以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目標(biāo)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況，要根據(jù)當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況，提出決策和措施，指揮控制系統(tǒng)及時(shí)動(dòng)作進(jìn)行控制，以保證電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。3.不改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的潮流分布實(shí)驗(yàn)3.1改變發(fā)電機(jī)的有功、無功功率對(duì)系統(tǒng)潮流分布的影響改變各機(jī)組的有功、無功，觀察改變前和改變后各機(jī)組及系統(tǒng)各斷路器上的電壓、電流功率等，將數(shù)據(jù)填入表2-1和表2-2中，并將結(jié)果進(jìn)行比較分析。表2-1 發(fā)電機(jī)改變輸出功率前系統(tǒng)參數(shù)G1G2211212213214215216103104P（kW）0.180.140.2730.3090.4440.3150.

12、0150.0510.0270.6Q（kVar）0.070.410.3060.3690.4290.4230.1560.1020.061.02U（V）376.4366.91011.5974.81011.5957.3974.8957.3403.561011.5I（A）0.470.380.260.310.430.320.0150.050.0660.59cos0.930.320.660.640.710.590.0950.440.410.50表2-2 發(fā)電機(jī)改變輸出功率后系統(tǒng)參數(shù)G1G2211212213214215216103104P（kW）0.931.060.6870.7650.7740.6660.0

13、210.0390.0380.48Q（kVar）0.310.660.7320.6030.960.8370.30.2340.0811.26U（V）379.3368.71024.5993.81024.5971.5993.8971.5404.71024.5I（A）2.451892.874970.670570.769770.755490.685540.021130.040140.09390.46852cos0.940.840.680.780.620.60.0690.160.420.353.2投、切負(fù)荷對(duì)系統(tǒng)潮流分布的影響通過控制低壓屏、負(fù)載屏上斷路器，投/切阻性、感性負(fù)荷，觀察各參數(shù)的變化，并記錄于表2

14、-3和表2-4中，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析。表2-3 投入負(fù)荷前系統(tǒng)參數(shù)G1G2211212213214215216103104P（kW）0.180.140.2730.3090.4440.3150.0150.0510.0270.6Q（kVar）0.070.410.3060.3690.4290.4230.1560.1020.061.02U（V）376.4366.91011.5974.81011.5957.3974.8957.3403.561011.5I（A）0.470.380.260.310.430.320.0150.050.0660.59cos0.930.320.660.640.710.590.09

15、50.440.410.50表2-4 投入負(fù)荷后系統(tǒng)參數(shù)G1G2211212213214215216103104P（kW）1.011.260.9120.770.8370.8340.0540.0660.0120.33Q（kVar）0.230.760.8310.6480.8760.7560.2130.2460.081.53U（V）376.9370.91025.5979.71025.5963.4979.7963.4405.61025.5I（A）2.679763.397140.889320.785950.8161870.865680.055120.068510.02960.32179cos0.970.8

16、50.730.760.690.740.240.250.140.213.3投、切電容器對(duì)潮流分布的影響投、切電容器觀察各參數(shù)的變化，并記錄數(shù)據(jù)于表2-5和表2-6中，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析。表2-5 投入負(fù)荷前系統(tǒng)參數(shù)G1G2211212213214215216103104P（kW）0.180.140.2730.3090.4440.3150.0150.0510.0270.6Q（kVar）0.070.410.3060.3690.4290.4230.1560.1020.061.02U（V）376.4366.91011.5974.81011.5957.3974.8957.3403.561011.5I（A）

17、0.470.380.260.310.430.320.0150.050.0660.59cos0.930.320.660.640.710.590.0950.440.410.50表2-6 投入負(fù)荷后系統(tǒng)參數(shù)G1G2211212213214215216103104P（kW）0.750.950.5790.60.6360.5970.0180.0270.0321.11Q（kVar）0.270.690.7110.5040.8490.7110.1650.2070.0681.2U（V）377.8370.41017.1992.11017.1964992.1964405.461017.1I（A）1.985182.56

18、4790.569270.604780.6253070.619290.018140.028010.07891.09134cos0.940.800.630.760.590.640.100.120.420.674.改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的潮流分布實(shí)驗(yàn)改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不調(diào)整負(fù)載量，分別退出各線路（注意：各節(jié)點(diǎn)之間不能失去電氣聯(lián)系）。觀察網(wǎng)絡(luò)改變前后，各機(jī)組參數(shù)的變化，并記錄數(shù)據(jù)于表2-7和表2-8中。表2-7 網(wǎng)絡(luò)改變前系統(tǒng)參數(shù)G1G2211212213214215216103104P（kW）0.750.950.5790.60.6360.5970.0180.0270.0321.11Q（kVar）0.270.690.

19、7110.5040.8490.7110.1650.2070.0681.2U（V）377.8370.41017.1992.11017.1964992.1964405.461017.1I（A）1.985182.564790.569270.604780.6253070.619290.018140.028010.07891.09134cos0.940.800.630.760.590.640.100.120.420.67表2-8 網(wǎng)絡(luò)改變后系統(tǒng)參數(shù)G1G2211212213214215216103104P（kW）0.760.90.5070.5340.5940.570.0480.0270.0311.08Q

20、（kVar）0.440.570.6390.480.9090.8670.0480.0420.0691.26U（V）380.8368.31012.1996.61012.1966.1996.6966.1406.61012.1I（A）1.99582.443660.500940.535820.5868990.590.048160.027950.07621.06709cos0.860.840.620.740.540.540.700.540.400.655.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析改變發(fā)電機(jī)的有功、無功功率對(duì)系統(tǒng)潮流分布的影響答：改變發(fā)電機(jī)的有功、無功后，各節(jié)點(diǎn)的電壓都有不同程度的升高，機(jī)組和斷路器上的無功也增多，除單

21、機(jī)無窮大系統(tǒng)外，其余機(jī)組和斷路器上的功率因數(shù)增大。投、切負(fù)荷對(duì)系統(tǒng)潮流分布的影響答：投、切阻性負(fù)荷后，發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)顯著增大，各節(jié)點(diǎn)的電壓也不同程度的升高，通過各機(jī)組和斷路器上的電流也增大，單機(jī)無窮大系統(tǒng)的功率因數(shù)減小，其余斷路器上的功率因數(shù)增大。投、切電容器對(duì)潮流分布的影響答：投、切電容器后，發(fā)電機(jī)的有功出力增加，系統(tǒng)中的無功增加，各節(jié)點(diǎn)的電壓也增加，系統(tǒng)整體的功率因數(shù)增加，但是增幅并不明顯。改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的潮流分布實(shí)驗(yàn)答：改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)后，退出的線路為L(zhǎng)2，斷路器215的功率因數(shù)增大，其余發(fā)電機(jī)和斷路器的電壓和電流沒有太大變化，斷路器214和發(fā)電機(jī)G1的功率因數(shù)減少。6. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1)

22、 總結(jié)組建復(fù)雜電力系統(tǒng)的方法與步驟。 電力系統(tǒng)是由許多發(fā)電廠，輸電線路和各種形式的負(fù)荷組成的組建復(fù)雜電力系統(tǒng)實(shí)質(zhì)就是首先建立網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在進(jìn)行機(jī)組并網(wǎng)的過程需要保證發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率和負(fù)荷取用的有功功率以及網(wǎng)絡(luò)損耗的有功功率之間，應(yīng)隨時(shí)保持平衡；系統(tǒng)產(chǎn)生的感性無功功率和負(fù)荷取用的感性無功功率以及網(wǎng)絡(luò)損耗的感性無功功率，也隨時(shí)保持平衡；系統(tǒng)的頻率和各母線電壓都在規(guī)定范圍內(nèi)，各支路潮流都沒有超過發(fā)熱極限值和運(yùn)行穩(wěn)定的極限值，來調(diào)整負(fù)荷和發(fā)電容量。2) 整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析比較網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化和地方負(fù)荷投、切對(duì)潮流分布的影響，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行理論分析。 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化后將會(huì)導(dǎo)致線路電流的變化，進(jìn)而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)潮流的重新分布。地方負(fù)荷的投切也會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)潮流，當(dāng)電網(wǎng)受到?jīng)_擊負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)，將由原來的平衡狀態(tài)過渡到新的平衡狀態(tài)。這一動(dòng)態(tài)過程將使各機(jī)組的送出功率、轉(zhuǎn)速等發(fā)生變化，從而造成電網(wǎng)的頻率和功率的振蕩，同時(shí)，由于沖擊負(fù)荷(包括有功和無功沖擊負(fù)荷)引起的無功變化，使電網(wǎng)電壓頻繁波動(dòng)，這在小網(wǎng)運(yùn)行更為突出。 當(dāng)沖擊負(fù)荷出現(xiàn)時(shí)，將產(chǎn)生不平衡電流，進(jìn)而導(dǎo)致線路的功率重新分布。3) 比較各項(xiàng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析其產(chǎn)生的原因。改變發(fā)電機(jī)的有功、無功功率對(duì)系統(tǒng)潮流分布的影響答：改變發(fā)電機(jī)的有功、無功后，各節(jié)點(diǎn)的電壓都有不同程度的升高，機(jī)組和斷路器上的無功也增多，除單機(jī)無窮大系統(tǒng)外，其余機(jī)組和斷