发电机动态模拟实验系统的研究与开发

论文摘要

发电机动态模拟实验系统是基于现代电力系统高度自动化的模拟发电机组运行的综合实验系统,可以为电气类专业实验教学提供一个综合的电力系统物理仿真实验平台,满足开放式,创新性和综合型实验要求,同时为大学生和研究生从事科研工作创造实验条件。论文在对现有电气仿真实验系统深入研究的基础上,充分考虑实验系统的特点和功能,提出了一种适合实验系统的调速、励磁、机组综合控制模式。系统采用开放的模块化体系结构,主要由原动机调速、励磁调节、机组控制、人机接口等模块构成。论文首先介绍了发电机动态模拟实验系统的功能与特点,分析了原动系统与励磁调节器的原理与组成,建立了模拟励磁系统数学模型,在此基础上采用双闭环控制对直流电动机的机械特性进行改造,以模拟原动机自平衡特性;采用可控硅模拟励磁系统的方案,模拟半导体自并励励磁方式、他励励磁方式。设计了基于PLC的原动系统与励磁调节器的模拟实验装置,实现了原动系统、励磁调节器的全数字化,并完成了硬件电路和软件的设计。本文详细阐述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。介绍了系统监控功能,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。静态和动态试验表明:实验装置能更好地实现对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 发电机动模实验系统的研究现状
• 1.2.1 模拟原动系统的研究现状
• 1.2.2 模拟励磁调节器的研究现状
• 1.3 本文主要研究工作
• 1.4 论文的结构安排
• 第二章 发电机动模实验系统总体方案设计
• 2.1 系统总体设计原则
• 2.2 发电机动模实验系统的功能与特点
• 2.2.1 系统功能
• 2.2.2 系统特点
• 2.3 主控制器PLC选型
• 2.4 硬件方案设计
• 2.4.1 系统组成
• 2.4.2 主控制器硬件设计
• 2.5 软件方案设计
• 2.5.1 软件设计思想
• 2.5.2 调速器与调节器PID控制
• 2.6 本章小结
• 第三章 原动机动态模拟系统设计
• 3.1 原动系统动态模拟的原理
• 3.1.1 原动系统简介
• 3.1.2 发电机原动系统的主要特性
• 3.1.3 原动系统自平衡特性模拟实现
• 3.2 原动机动态模拟系统组成
• 3.3 原动机动模系统硬件设计
• 3.3.1 电枢主回路
• 3.3.2 主回路的保护电路
• 3.3.3 数据采集与处理
• 3.3.4 操作回路
• 3.4 原动机动模系统程序设计
• 3.4.1 软件功能
• 3.4.2 软件框图
• 3.5 本章小结
• 第四章 发电机模拟励磁系统设计
• 4.1 模拟励磁系统的主要特点与要求
• 4.2 模拟励磁系统的设计
• 4.3 励磁系统数学模型
• 4.3.1 单机—无穷大母线输电系统的数学模型
• 4.3.2 系统元件传递函数
• 4.3.3 自并励励磁系统模型
• 4.4 模拟励磁系统的主回路与操作控制回路设计
• 4.4.1 主回路概述
• 4.4.2 起励回路
• 4.4.3 三相全控功率及保护电路
• 4.4.4 励磁变压器
• 4.4.5 灭磁回路
• 4.4.6 操作回路
• 4.4.7 数据采集与处理回路
• 4.5 模拟励磁系统PLC软件设计
• 4.5.1 软件功能
• 4.5.2 软件框图
• 4.6 本章小结
• 第五章 实验装置PLC自动控制与监控系统设计
• 5.1 实验装置自动控制的任务
• 5.2 发电机组PLC控制流程
• 5.2.1 自动开机流程
• 5.2.2 自动停机流程
• 5.2.3 紧急停机流程
• 5.3 人机接口
• 5.3.1 触摸屏的选择
• 5.3.2 编程环境
• 5.3.3 利用宏指令库函数实现与PLC的通讯
• 5.4 同期装置
• 5.5 监控系统设计
• 5.5.1 网络结构
• 5.5.2 监控计算机与PLC的通讯
• 5.6 本章小结
• 第六章 系统仿真、实验及总结
• 6.1 系统仿真与实验
• 6.1.1 原动机调速器实验
• 6.1.2 模拟励磁系统动态仿真与实验
• 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