电力系统动模综合实验系统的研究与开发

论文摘要

电力系统动态模拟实验是对电力系统进行试验研究的重要方法,通过对电力系统的模拟可以解决实际系统中无法对新理论进行验证、新技术和新设备进行试验等问题。本文所设计开发的实验系统能够反映电能传输全过程,实现了电力系统的检测、控制、监视、保护和调度,是基于现代电力系统高度自动化的综合模拟实验系统。在充分考虑实验系统特点和功能的基础上,本文提出了一种适合实验系统的“PLC+HMI”的调速、励磁、机组综合控制模式。以可编程控制器S7-200作为控制核心和硬件平台,以MT506T触摸屏作为人机界面,采用开放的模块化软件体系结构,整个系统可靠性高,操作简单,控制灵活。在发电机组模拟部分,采用转速、电枢电流双闭环调速方法对直流电动机的机械特性进行改造。同步发电机励磁调节器以PLC为控制核心,采用可控硅模拟励磁系统的方案。本文在阐述模拟发电机组系统原理的基础上,设计了系统的主回路与控制电路,详细地论述了基于PLC的机组控制的硬件设计,给出了机组自动开停机流程图。并通过宏指令函数实现了触摸屏与PLC的数据交换,阐述了同期装置和微机继电保护装置的设计方法。然后,利用组态软件、PLC自由口通信和Modbus规约实现PLC与上位机的通讯,在系统厂站监控功能的基础上,搭建了实验室调度系统。试验表明:本系统能很好地实现原动机调速器及自平衡特性、发电机励磁系统的仿真,整个系统的控制精度、可靠性和稳定性等都大为提高,各种参数都达到了预期的设计要求,具有明显的性价比优势和推广应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 电力系统动模实验系统的研究现状
• 1.3 本文主要研究工作
• 1.4 论文的结构安排
• 第二章 动模实验系统总体方案设计
• 2.1 系统总体设计
• 2.1.1 系统设计原则
• 2.1.2 系统功能及特点
• 2.2 系统硬件设计
• 2.2.1 主控制器的选择
• 2.2.2 系统组成
• 2.3 系统软件设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 发电机组模拟系统的设计
• 3.1 原动机模拟系统的设计
• 3.1.1 原动机模拟系统组成
• 3.1.2 原动机模拟系统主回路与操作回路设计
• 3.1.3 保护电路
• 3.1.4 数据采集与处理
• 3.1.5 原动机模拟系统 PLC程序设计
• 3.2 发电机模拟系统的设计
• 3.2.1 同步发电机PLC励磁的意义
• 3.2.2 模拟励磁系统的组成
• 3.2.3 模拟励磁系统的主回路与操作控制回路设计
• 3.2.4 数据采集与处理
• 3.2.5 模拟励磁系统PLC程序设计
• 3.3 发电机组控制流程
• 3.4 本章小结
• 第四章 实验系统自动控制的实现
• 4.1 自动控制的任务
• 4.2 机组程序控制的PLC实现
• 4.2.1 PLC硬件设计
• 4.2.2 I/O地址分配与模块连接方式
• 4.2.3 机组控制软件设计
• 4.3 利用 Modbus实现 PLC与上位机通信
• 4.3.1 S7-200的通信协议
• 4.3.2 Modbus协议介绍
• 4.3.3 自由口通信的实现
• 4.4 人机接口设计
• 4.4.1 编程环境介绍
• 4.4.2 触摸屏界面设计
• 4.5 同期装置
• 4.6 微机保护装置
• 4.7 本章小结
• 第五章 实验室调度系统的设计
• 5.1 调度自动化概述
• 5.2 动模实验室调度系统的总体设计
• 5.3 动模实验室调度自动化系统功能
• 5.4 软件结构
• 5.5 本章小结
• 第六章 系统调试、总结及展望
• 6.1 系统调试与实验
• 6.1.1 原动机调速器实验
• 6.1.2 模拟励磁系统调试与实验
• 6.2 总结展望
• 6.2.1 总结
• 6.2.2 进一步的工作与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果