專利名稱：一種基于人力發(fā)電機(jī)組的電網(wǎng)培訓(xùn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電工技術(shù)領(lǐng)域，特別是電工技術(shù)培訓(xùn)的實(shí)驗(yàn)裝置，具體的講是一種基于人力發(fā)電機(jī)組的電網(wǎng)培訓(xùn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電網(wǎng)培訓(xùn)系統(tǒng)是電氣工程學(xué)科科研、教學(xué)和培訓(xùn)單位不可缺少的重要實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。它應(yīng)該能夠模擬電力系統(tǒng)中電能的生產(chǎn)、輸送和消費(fèi)過程，也能反映電力系統(tǒng)的啟動(dòng)、運(yùn)行、故障和恢復(fù)等過程，符合目前電力系統(tǒng)高度自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)電力生產(chǎn)過程檢測、監(jiān)視、控制、保護(hù)、調(diào)度自動(dòng)化，對學(xué)員進(jìn)行綜合培訓(xùn)，成為電氣工程學(xué)科提升教學(xué)水平，促進(jìn)素質(zhì)教育的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
目前國內(nèi)外比較典型的單機(jī)無窮大電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的發(fā)電機(jī)組由10kW以上的直流電動(dòng)機(jī)和10kW以上的交流同步發(fā)電機(jī)同軸連接構(gòu)成，輸出的電力送入電力系統(tǒng)的400V市電電網(wǎng)(以下也稱為無窮大系統(tǒng))或自設(shè)負(fù)荷的孤島電力系統(tǒng)(這里指不與市電電網(wǎng)連接)；控制部分主要包括直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)力單元、調(diào)速單元、發(fā)電機(jī)保護(hù)單元、勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元和發(fā)電機(jī)并網(wǎng)控制裝置等。發(fā)電機(jī)組可以通過負(fù)載系統(tǒng)組成獨(dú)立的發(fā)電機(jī)-400V孤島電網(wǎng)，也可以由發(fā)電機(jī)組與市電系統(tǒng)400V電源構(gòu)成單機(jī)無窮大電網(wǎng)或多機(jī)電網(wǎng)。發(fā)電機(jī)組的控制和運(yùn)行可以單獨(dú)由常規(guī)控制手動(dòng)完成，也可以由計(jì)算機(jī)控制的功能模塊或開關(guān)自動(dòng)完成。如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)的功能如下(1)調(diào)速控制單元，一般由全控型三相智能可控硅整流模塊(或PWM模塊)、頻率變送器和單片機(jī)控制系統(tǒng)組成，實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)、頻率調(diào)整、同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)增減負(fù)荷、自動(dòng)開/停機(jī)等功能。
(2)發(fā)電機(jī)單元，將其它形式的能量轉(zhuǎn)換成電能。
(3)發(fā)電機(jī)保護(hù)單元，采用微機(jī)型或模擬器件的保護(hù)單元實(shí)現(xiàn)電流電壓等保護(hù)。
(4)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁和并網(wǎng)控制裝置，包括起勵(lì)建壓和自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)以及同步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)和退出電網(wǎng)等運(yùn)行方式的操作。
(5)電網(wǎng)自動(dòng)裝置，具有線路微機(jī)型電流、電壓保護(hù)和自動(dòng)合閘等功能。
(6)系統(tǒng)400V電網(wǎng)或自設(shè)負(fù)荷孤島電力系統(tǒng)。
典型的多機(jī)電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基本功能與單機(jī)系統(tǒng)基本相似，只是發(fā)電機(jī)的臺(tái)數(shù)多一些，強(qiáng)電網(wǎng)絡(luò)更復(fù)雜。但由于成本太高，一般實(shí)驗(yàn)室均為單機(jī)無窮大電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
上述試驗(yàn)平臺(tái)的缺點(diǎn)是(1)所需實(shí)驗(yàn)設(shè)備容量大，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室投資過大，并且占地面積多；(2)電壓等級高，學(xué)員操作安全性差；(3)由于成本高，一般建立單機(jī)系統(tǒng)，只能開設(shè)有限的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；(4)由于設(shè)備貴重，考慮到安全等問題，一般由實(shí)驗(yàn)人員操作，而學(xué)員親自動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)很少；(5)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行方式單一，只能以發(fā)電方式運(yùn)行，不能以電動(dòng)方式運(yùn)行；(6)設(shè)備容量大，在運(yùn)行中消耗大量的電能；(7)學(xué)員無法通過實(shí)驗(yàn)設(shè)備親身體驗(yàn)電能現(xiàn)象的量的概念，例如電功率等。
另外，由于計(jì)算機(jī)飛速發(fā)展，一些科研單位開發(fā)了數(shù)字仿真電力系統(tǒng)，用數(shù)學(xué)模型虛擬電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，讓學(xué)員在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真模擬操作，這對于學(xué)員來說也能起到一定程度的教學(xué)作用。例如，中國專利申請200310112652.6公開了一種地區(qū)電網(wǎng)三級聯(lián)合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)仿真進(jìn)行電網(wǎng)培訓(xùn)。但這樣的仿真系統(tǒng)不是實(shí)際物理電力系統(tǒng)，缺乏現(xiàn)場真實(shí)感和氛圍，與真實(shí)電力系統(tǒng)相比，操作能力訓(xùn)練效果并不十分理想。
人的體力作為一種能源也可以用來發(fā)電，例如中國實(shí)用新型專利92244873.6公開了一種可發(fā)電腳踏健身器。當(dāng)人做健身運(yùn)動(dòng)時(shí)，由健身器材運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)可產(chǎn)生電能，在健身的同時(shí)回收了浪費(fèi)掉的能量，具有積極的作用。盡管發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率很低，但仍有人建議，推廣人力發(fā)電?？梢哉f，從經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的角度出發(fā)，單純用人的體力發(fā)電是得不償失的，沒有實(shí)際意義。而且，在現(xiàn)代化社會(huì)里，單純用人的體力發(fā)電的生產(chǎn)方式也過于原始，積極利用人的體力做功的一個(gè)重要方面是應(yīng)該盡量利用其智力和體力的結(jié)合，尤其是智力。由此看來，如果能將人的體力所發(fā)電力并入電網(wǎng)，利用其開發(fā)智力，還能克服直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的弊病，這樣，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，學(xué)員充當(dāng)人力發(fā)電機(jī)組中的“動(dòng)力源”和“調(diào)速器”角色，直接參與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行，學(xué)員通過實(shí)驗(yàn)設(shè)備親身體驗(yàn)電能現(xiàn)象的量的概念，例如，人的力量與電功率等之間的關(guān)系，這對學(xué)生正確理解電力系統(tǒng)現(xiàn)象和快速增加電力知識是有很大益處的。
目前，人力發(fā)電系統(tǒng)主要由健身器材、發(fā)電機(jī)、整流器、蓄電池、逆變器等構(gòu)成，由于其輸出功率太小且為單相電源，由于不具有并網(wǎng)控制裝置，還沒有并網(wǎng)型的人力發(fā)電機(jī)組能將其所發(fā)電力送入電網(wǎng)，因此，目前已有健身車發(fā)電裝置無法并入電網(wǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明提供一種基于人力發(fā)電機(jī)組的電網(wǎng)培訓(xùn)系統(tǒng)，將人力發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)發(fā)電，用于建立具有學(xué)員能靈活操作的環(huán)保節(jié)能型電網(wǎng)培訓(xùn)系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)方案為一種電網(wǎng)培訓(xùn)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括人力發(fā)電機(jī)組、電力網(wǎng)絡(luò)、負(fù)荷、通信網(wǎng)絡(luò)以及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；所述的人力發(fā)電機(jī)組通過電力網(wǎng)絡(luò)與所述的負(fù)荷相連接；所述的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過通信網(wǎng)絡(luò)與所述的人力發(fā)電機(jī)組及負(fù)荷相連接；其中，所述的人力發(fā)電機(jī)組，用于發(fā)電、速度調(diào)節(jié)并向電力網(wǎng)絡(luò)輸送電能；所述的負(fù)荷，用于接收電力網(wǎng)絡(luò)輸送的電能而運(yùn)行；所述的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，用于設(shè)置電網(wǎng)培訓(xùn)項(xiàng)目，并控制和監(jiān)視所述人力發(fā)電機(jī)組及負(fù)荷裝置的運(yùn)行。
本發(fā)明還提供一種電網(wǎng)培訓(xùn)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括多臺(tái)人力發(fā)電機(jī)組、電力網(wǎng)絡(luò)、多個(gè)負(fù)荷、通信網(wǎng)絡(luò)以及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；所述的多臺(tái)人力發(fā)電機(jī)組分別與所述的電力網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)，所述的負(fù)荷也分別與所述的電力網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)相連接；所述的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過通信網(wǎng)絡(luò)與所述的多臺(tái)人力發(fā)電機(jī)組及多個(gè)負(fù)荷相連接；其中，人力發(fā)電機(jī)組，用于發(fā)電、速度調(diào)節(jié)并向所述的電力網(wǎng)絡(luò)輸送電能；負(fù)荷，用于接收所述電力網(wǎng)絡(luò)輸送的電能而運(yùn)行；所述的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，用于設(shè)置電網(wǎng)培訓(xùn)項(xiàng)目，并控制和監(jiān)視所述多臺(tái)人力發(fā)電機(jī)組及多個(gè)負(fù)荷裝置的運(yùn)行。
本發(fā)明以人力發(fā)電機(jī)組為核心，由多臺(tái)人力發(fā)電機(jī)組、開關(guān)、輸電線路、用戶負(fù)荷、變壓器、繼電保護(hù)及綜合自動(dòng)化裝置等設(shè)備靈活組成，可設(shè)計(jì)和開展各種各樣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。本發(fā)明能夠反映多機(jī)電力系統(tǒng)中電能生產(chǎn)、輸送、消費(fèi)的全過程，符合目前電力系統(tǒng)高度自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了電力生產(chǎn)過程檢測、監(jiān)視、控制、保護(hù)、調(diào)度自動(dòng)化。
本發(fā)明真正“以人為本”，可以進(jìn)行發(fā)電廠、電網(wǎng)運(yùn)行和控制的實(shí)驗(yàn)，能給教學(xué)提供一個(gè)綜合的真正的電力物理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容覆蓋了電氣工程專業(yè)的絕大部分專業(yè)實(shí)驗(yàn)，滿足學(xué)員的教學(xué)和科研工作，成為電氣工程學(xué)科提升教學(xué)水平、培養(yǎng)學(xué)員實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力、促進(jìn)素質(zhì)教育的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。通過使用本發(fā)明，學(xué)員能自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在多機(jī)電力系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，進(jìn)行電力系統(tǒng)的基本操作技能訓(xùn)練。使得能在電力系統(tǒng)實(shí)際環(huán)境下，培養(yǎng)學(xué)員的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、分析能力、科學(xué)研究能力，通過學(xué)員親自操作設(shè)備，親身體驗(yàn)電功率的大小和人的力量的對比，從而對電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行有更深入的認(rèn)識和理解，本發(fā)明利用人的體力運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)同步大飛輪，同步大飛輪通過同步傳送帶帶動(dòng)同步小飛輪，同步小飛輪與變速同步輪同軸，從而通過同步傳送帶帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出工頻電力，這樣可用人力驅(qū)動(dòng)和速度調(diào)節(jié)單元代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速器單元，直接驅(qū)動(dòng)和控制發(fā)電機(jī)，產(chǎn)生電能并將其送入電網(wǎng)，進(jìn)而構(gòu)成環(huán)保、節(jié)能型的基于人力發(fā)電機(jī)組的電網(wǎng)培訓(xùn)系統(tǒng)。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)電機(jī)組單機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
圖2是本發(fā)明的人力同步發(fā)電機(jī)組單機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖3是本發(fā)明具體實(shí)施方式
的人力發(fā)電機(jī)組示意圖；圖4是多機(jī)電力系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)框圖；圖5是交流同步人力發(fā)電機(jī)組單機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖6是交流低速人力發(fā)電機(jī)組單機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖7是直流人力發(fā)電機(jī)組單機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖8是計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的分層分布式結(jié)構(gòu)框圖；圖9是本發(fā)明具體實(shí)施方式
通信網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖10是本發(fā)明具體實(shí)施方式
的多機(jī)電力系統(tǒng)潮流實(shí)驗(yàn)電路原理圖；圖11是本發(fā)明具體實(shí)施方式
的多機(jī)電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)原理圖；圖12是本發(fā)明具體實(shí)施方式
的并網(wǎng)控制裝置原理圖。
具體實(shí)施例方式
以下參照

本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。本發(fā)明利用人的體力運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)人力發(fā)電機(jī)組代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速器單元，驅(qū)動(dòng)和控制發(fā)電機(jī)，產(chǎn)生電能并將其送入電網(wǎng)，進(jìn)而構(gòu)成環(huán)保、節(jié)能型的基于人力發(fā)電機(jī)組的電網(wǎng)培訓(xùn)系統(tǒng)。
如圖2所示，本發(fā)明系統(tǒng)包括(1)人力驅(qū)動(dòng)和速度調(diào)節(jié)裝置，人力驅(qū)動(dòng)和調(diào)速控制單元通過將人力轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子動(dòng)能實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)、頻率調(diào)整、同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)增減負(fù)荷、自動(dòng)開、停機(jī)等功能。
(2)動(dòng)能輸出車，將人力變成運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能。
(3)發(fā)電機(jī)單元，將人運(yùn)動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換成電能。
(4)發(fā)電機(jī)保護(hù)單元，采用微機(jī)保護(hù)單元實(shí)現(xiàn)電流保護(hù)，也可單獨(dú)實(shí)現(xiàn)繼電器特性調(diào)整及模擬動(dòng)作行為實(shí)驗(yàn)。
(5)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁和并網(wǎng)控制裝置，包括起勵(lì)建壓和自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)以及同步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)和退出電網(wǎng)運(yùn)行的操作。
(6)電網(wǎng)自動(dòng)裝置，有線路微機(jī)型電流、電壓保護(hù)和自動(dòng)合閘功能。
(7)負(fù)荷，無窮大系統(tǒng)400V電網(wǎng)或自設(shè)負(fù)荷的孤島電力系統(tǒng)。
如圖3所示，本發(fā)明系統(tǒng)的人力驅(qū)動(dòng)和速度調(diào)節(jié)單元的各部分包括地面1、系統(tǒng)地面支架2、腳踏板3、同步傳送帶4、同步大飛輪5、固架6、座位7、儲(chǔ)能飛輪8、手把柄9、同步小飛輪軸10、制動(dòng)瓦片11、制動(dòng)拉桿12、制動(dòng)調(diào)節(jié)柄13、同步大飛輪軸14、同步小飛輪15、變速同步輪16、發(fā)電機(jī)17、發(fā)電機(jī)軸18、發(fā)電機(jī)軸同步輪19、發(fā)電機(jī)接線盒20以及同步傳送帶21。
同步速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要由同步大飛輪5、同步傳送帶4、同步小飛輪15、變速同步輪16、同步傳送帶21和發(fā)電機(jī)軸同步輪19等組成，當(dāng)人體用力以一定的速度蹬腳踏板3時(shí)，設(shè)計(jì)同步輪和同步傳送帶的合適齒數(shù)使得發(fā)電機(jī)能以同步速度旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而產(chǎn)生同步頻率的電力，通過發(fā)電機(jī)接線盒20引出，經(jīng)過變壓器送往電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)或孤島系統(tǒng)。
儲(chǔ)能飛輪8的作用可以存儲(chǔ)機(jī)械能，使運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，當(dāng)作為發(fā)電機(jī)時(shí)，由人力進(jìn)行儲(chǔ)能；當(dāng)作為電動(dòng)機(jī)時(shí)，由電力系統(tǒng)對其進(jìn)行儲(chǔ)能。
制動(dòng)系統(tǒng)由制動(dòng)瓦片11、制動(dòng)拉桿12和制動(dòng)調(diào)節(jié)柄13構(gòu)成，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行需要可進(jìn)行制動(dòng)調(diào)節(jié)。
通過設(shè)計(jì)同步大飛輪5、同步小飛輪15、變速同步輪16、發(fā)電機(jī)軸同步輪19、同步傳送帶4、同步傳送帶21的齒數(shù)和對應(yīng)的半徑(具體數(shù)據(jù)不是唯一的，所以這里沒有給出)，使得一般人在正常用力發(fā)電時(shí)，使得發(fā)電機(jī)能達(dá)到3000轉(zhuǎn)，從而能發(fā)出工頻電力。
如圖8所示，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)規(guī)模是按照實(shí)施例圖11設(shè)計(jì)的，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)。該分層分布式結(jié)構(gòu)應(yīng)用工業(yè)現(xiàn)場總線通信技術(shù)，集測量、保護(hù)、控制、通訊、管理于一體，可以實(shí)現(xiàn)人力發(fā)電機(jī)組綜合自動(dòng)化管理。監(jiān)控系統(tǒng)主要由三部分組成(1)當(dāng)?shù)貙?，?dāng)?shù)貙又饕蓽y量、保護(hù)、控制、并網(wǎng)、勵(lì)磁等功能模塊構(gòu)成，可通過標(biāo)準(zhǔn)的CAN工業(yè)現(xiàn)場總線(或其它工業(yè)現(xiàn)場總線)通訊接口將信息傳遞給集中控制管理層。其功能主要包括對人力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的數(shù)據(jù)-開關(guān)量和模擬量的采集；發(fā)電機(jī)組的開機(jī)和停機(jī)控制；人力發(fā)電機(jī)組調(diào)速的控制；人力發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁的控制和調(diào)節(jié)；人力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的建立；人力發(fā)電機(jī)組故障判別和報(bào)警；通過集中控制管理層與以太網(wǎng)聯(lián)接，可以將當(dāng)?shù)貙硬杉降男畔⒋鎯?chǔ)到服務(wù)器的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫中。
(2)集中控制管理層，各人力發(fā)電機(jī)組的集中控制管理層通過工業(yè)現(xiàn)場總線將當(dāng)?shù)貙拥目刂婆c測量裝置信息進(jìn)行收集，將之發(fā)送給調(diào)度通信系統(tǒng)總控室的上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組信息的上傳、遠(yuǎn)程控制及裝置整定值等功能。
(3)總控管理層，它的任務(wù)是將存儲(chǔ)在后臺(tái)數(shù)據(jù)庫的信息在以太網(wǎng)上發(fā)廣播，包括值班站的所有PC機(jī)都能收到，為人力發(fā)電機(jī)組自成系統(tǒng)運(yùn)行提供信息。還可以通過TCPPIP協(xié)議為網(wǎng)絡(luò)提供WEB服務(wù)，可以實(shí)現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)上監(jiān)視基于人力發(fā)電機(jī)組的電網(wǎng)運(yùn)行情況。
計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具有軟件管理系統(tǒng)，監(jiān)控管理采用分層分布式結(jié)構(gòu)。上位機(jī)和當(dāng)?shù)乇O(jiān)控制單元之間采用CAN總線(或其它工業(yè)總線)通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并通過通訊網(wǎng)絡(luò)與各發(fā)電機(jī)組和開關(guān)站的相應(yīng)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控制單元相聯(lián)，可通過局域網(wǎng)與遠(yuǎn)方調(diào)度通訊。監(jiān)控管理系統(tǒng)上位機(jī)采用抗干擾性強(qiáng)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，各發(fā)電機(jī)組的當(dāng)?shù)乇O(jiān)控制單元采用具有監(jiān)控功能的微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)對發(fā)電機(jī)機(jī)組完成當(dāng)?shù)乇O(jiān)控，各開關(guān)站的電量監(jiān)測采用具有數(shù)據(jù)處理功能的智能儀表對線路、負(fù)荷完成當(dāng)?shù)乇O(jiān)測，并通過高可靠性的PLC對各開關(guān)進(jìn)行監(jiān)控和負(fù)荷調(diào)節(jié)，且具有過載報(bào)警功能，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)自動(dòng)化的“四遙”等功能，即A遙測測量每臺(tái)發(fā)電機(jī)頻率、發(fā)電機(jī)定子電流、電壓、有功功率、無功功率、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓以及每條輸電線路和負(fù)荷的3相電流、相/線電壓、零序電流/電壓、有功/無功/視在功率、功率因數(shù)、頻率等電量。
B遙信狀態(tài)信號監(jiān)測有發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁開關(guān)狀態(tài)、發(fā)電機(jī)同期開關(guān)狀態(tài)、輸電線路開關(guān)狀態(tài)、聯(lián)絡(luò)變壓器開關(guān)狀態(tài)、負(fù)荷開關(guān)狀態(tài)。
C遙控控制輸電線路開關(guān)的跳、合閘，聯(lián)絡(luò)開關(guān)的跳、合閘，負(fù)荷開關(guān)的跳、合閘以及切機(jī)、切負(fù)荷控制。
D遙調(diào)未并網(wǎng)前調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的電壓，并網(wǎng)以后調(diào)節(jié)可以隨時(shí)在線調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制參數(shù)。
系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)采用的是三臺(tái)發(fā)電機(jī)組，還可以進(jìn)一步擴(kuò)展為多臺(tái)發(fā)電機(jī)組，均不影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行，具有很好的擴(kuò)展性。
各當(dāng)?shù)乇O(jiān)控制單元(LCU)均為微機(jī)系統(tǒng)，獨(dú)立面對監(jiān)控對象實(shí)施當(dāng)?shù)乇O(jiān)控，當(dāng)上位機(jī)或一臺(tái)LCU出現(xiàn)故障時(shí)，不影響其它LCU的正常運(yùn)行。
智能儀表具有開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)通訊接口，可方便地接入現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，因此，系統(tǒng)功能擴(kuò)充將很方便。
所述的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)包括電力系統(tǒng)啟動(dòng)過程試驗(yàn)單元，用于所述電力系統(tǒng)啟動(dòng)過程的設(shè)置和控制；電力系統(tǒng)正常運(yùn)行過程試驗(yàn)單元，用于所述電力系統(tǒng)正常運(yùn)行過程的設(shè)置和控制；電力系統(tǒng)故障和恢復(fù)過程試驗(yàn)單元，用于所述電力系統(tǒng)故障和恢復(fù)過程的設(shè)置和控制；電力網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)試驗(yàn)單元，用于所述電力網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的設(shè)置和控制；多機(jī)電力網(wǎng)絡(luò)潮流分布試驗(yàn)單元，用于所述多機(jī)電力網(wǎng)絡(luò)潮流分布的設(shè)置和控制；發(fā)電試驗(yàn)單元，該發(fā)電試驗(yàn)單元進(jìn)一步包括發(fā)電廠綜合自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)K；同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)及控制實(shí)驗(yàn)?zāi)K；同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)和手動(dòng)并列運(yùn)行操作及運(yùn)行特性實(shí)驗(yàn)?zāi)K；同步發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷實(shí)驗(yàn)?zāi)K；發(fā)電機(jī)組就地控制和遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)?zāi)K；發(fā)電機(jī)制動(dòng)電阻實(shí)驗(yàn)?zāi)K；自動(dòng)調(diào)頻系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)K；電力系統(tǒng)功角特性和功率極限實(shí)驗(yàn)?zāi)K；發(fā)電機(jī)的功角和系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)運(yùn)行參數(shù)可視化實(shí)驗(yàn)?zāi)K；輸電試驗(yàn)單元，該輸電試驗(yàn)單元進(jìn)一步包括微機(jī)型三段式電流保護(hù)整定實(shí)驗(yàn)?zāi)K；微機(jī)三相重合閘實(shí)驗(yàn)?zāi)K；系統(tǒng)最大最小正常運(yùn)行方式實(shí)驗(yàn)?zāi)K；輸電線路串聯(lián)補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)?zāi)K；輸電線路各種類型故障試驗(yàn)、故障判別和報(bào)警實(shí)驗(yàn)?zāi)K；變電試驗(yàn)單元，該變電試驗(yàn)單元進(jìn)一步包括無功補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)?zāi)K；低周波減負(fù)載實(shí)驗(yàn)?zāi)K；用電試驗(yàn)單元，該用電試驗(yàn)單元進(jìn)一步包括直流電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)?zāi)K；交流電機(jī)變頻調(diào)速實(shí)驗(yàn)?zāi)K；無功補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)?zāi)K；諧波與濾波模塊；電動(dòng)機(jī)保護(hù)模塊等等。
本發(fā)明可以開展的基本試驗(yàn)如下(一)整個(gè)電力系統(tǒng)1)整個(gè)電力系統(tǒng)的啟動(dòng)過程；2)整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行過程；
3)整個(gè)電力系統(tǒng)的故障和恢復(fù)過程；4)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)實(shí)驗(yàn)；5)多機(jī)電力網(wǎng)潮流分布試驗(yàn)。
(二)發(fā)電部分1)發(fā)電廠綜合自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)；2)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)及控制實(shí)驗(yàn)；3)同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)和手動(dòng)并列運(yùn)行操作及其運(yùn)行特性；4)同步發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷實(shí)驗(yàn)；5)機(jī)組當(dāng)?shù)乜刂坪瓦h(yuǎn)程控制；6)同步機(jī)制動(dòng)電阻實(shí)驗(yàn)；7)自動(dòng)調(diào)頻系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)；9)電力系統(tǒng)功角特性和功率極限實(shí)驗(yàn)；10)發(fā)電機(jī)的功角和系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)運(yùn)行參數(shù)可視化。
(三)輸電部分1)微機(jī)型三段式電流保護(hù)整定實(shí)驗(yàn)；2)微機(jī)三相重合閘實(shí)驗(yàn)；3)系統(tǒng)最大最小正常運(yùn)行方式實(shí)驗(yàn)；4)輸電線路串聯(lián)補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)；5)輸電線路各種類型故障試驗(yàn)、故障判別和報(bào)警。
(四)變電部分1)無功補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)；2)低周波減負(fù)載實(shí)驗(yàn)。
(五)用電部分1)直流電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)；2)交流電機(jī)變頻調(diào)速實(shí)驗(yàn)；3)無功補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)；4)諧波與濾波；
5)電動(dòng)機(jī)保護(hù)。
基于人力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)系統(tǒng)實(shí)施例(實(shí)施例一)本發(fā)明的交流工頻同步人力發(fā)電機(jī)組可用于模擬電廠的發(fā)電機(jī)組，人力發(fā)電機(jī)組由人力驅(qū)動(dòng)和速度調(diào)節(jié)、交流同步發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)保護(hù)單元、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)和發(fā)電機(jī)并網(wǎng)控制裝置所組成，所構(gòu)成的單機(jī)無窮大系統(tǒng)或孤島系統(tǒng)如圖2所示，由人力發(fā)電機(jī)組、出口開關(guān)、100V/400V變壓器、電網(wǎng)自動(dòng)裝置、集中控制管理單元等設(shè)備所組成。交流同步發(fā)電機(jī)也可采用永磁同步電機(jī)或、混合勵(lì)磁永磁電機(jī)。其中，人力驅(qū)動(dòng)和速度調(diào)節(jié)如圖3所示。其中人力發(fā)電機(jī)組既可以并網(wǎng)也可以孤島運(yùn)行，對于并網(wǎng)型機(jī)組，其啟動(dòng)、并網(wǎng)和運(yùn)行原理與過程如下1)準(zhǔn)備過程將交流同步人力發(fā)電機(jī)組的工作電源(圖中未畫出)投入運(yùn)行，將出口開關(guān)斷開，將出口開關(guān)的系統(tǒng)側(cè)接入無窮大電源系統(tǒng)或孤島電力系統(tǒng)。
2)啟動(dòng)過程(1)學(xué)員騎在動(dòng)能輸出車的座位7上時(shí)，用腳蹬腳踏板3對動(dòng)能輸出車施加力的作用，使同步大飛輪5旋轉(zhuǎn)，因?yàn)橥酱箫w輪5和同步小飛輪15通過同步傳送帶4連在一起，這樣可通過同步傳送帶4驅(qū)動(dòng)小飛輪15；(2)由于儲(chǔ)能飛輪8、變速同步飛輪16和同步小飛輪15均安裝在同步小飛輪軸10上，進(jìn)而通過同步傳送帶4可將人力的動(dòng)能儲(chǔ)存在儲(chǔ)能飛輪8中；(3)因?yàn)樽兯偻斤w輪16和發(fā)電機(jī)飛輪19通過同步傳送帶21連在一起，這樣可通過同步傳送帶21驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)軸18；(4)當(dāng)由腳踏板3產(chǎn)生的力矩大于發(fā)電機(jī)17的空載力矩或有載力矩時(shí)，交流發(fā)電機(jī)軸18就會(huì)旋轉(zhuǎn)，這樣，交流同步發(fā)電機(jī)(也可采用永磁同步電機(jī)、混合勵(lì)磁永磁電機(jī))就會(huì)發(fā)出交流電，其工頻三相電源從發(fā)電機(jī)接線盒20中引出，供給負(fù)荷或送入電網(wǎng)；(5)由制動(dòng)瓦片11、制動(dòng)拉桿12和制動(dòng)調(diào)節(jié)手柄13構(gòu)成制動(dòng)系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行需要可進(jìn)行制動(dòng)調(diào)節(jié)。
3)并網(wǎng)過程對于圖5類型的人力發(fā)電機(jī)組采用旋轉(zhuǎn)燈光法。
如圖12所示是三相人力發(fā)電機(jī)組的旋轉(zhuǎn)燈光法接線原理圖，La、Lb、Lc是白熾燈，BS是并網(wǎng)開關(guān)(并網(wǎng)前處于斷開的狀態(tài))，V、H、S分別是電壓偏差表、頻率偏差表和相位偏差表，虛線線框內(nèi)為并網(wǎng)控制裝置，并網(wǎng)過程如下(1)觀察La、Lb、Lc三組白熾燈，若依次明滅形成旋轉(zhuǎn)燈光，則表示發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)相序相同；若三組燈同時(shí)亮或滅，則表示發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)相序不同，應(yīng)調(diào)換相序。
(2)當(dāng)發(fā)電機(jī)和網(wǎng)絡(luò)相序相同時(shí)，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使各相燈光緩慢輪流旋轉(zhuǎn)發(fā)亮，如果電壓偏差表V、頻率偏差表H和相位偏差表S讀數(shù)接近于零，待A相白熾燈熄滅時(shí)合上并網(wǎng)開關(guān)BS，并網(wǎng)成功。
4)運(yùn)行過程當(dāng)學(xué)員用力驅(qū)動(dòng)腳踏板時(shí)，人力發(fā)電機(jī)組處于發(fā)電狀態(tài)，而向電力系統(tǒng)送電；當(dāng)學(xué)員停止用力驅(qū)動(dòng)人力車時(shí)，人力發(fā)電機(jī)組處于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，系統(tǒng)向人力發(fā)電機(jī)組供電，使電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)儲(chǔ)能飛輪8旋轉(zhuǎn)，將電能變成機(jī)械能。
基于人力發(fā)電機(jī)組的多機(jī)系統(tǒng)實(shí)施例(實(shí)施例二)基于人力發(fā)電機(jī)組的電力網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由靈活可變的多機(jī)電力網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件管理系統(tǒng)和當(dāng)?shù)卦O(shè)備監(jiān)控單元等四個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。電力系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由N臺(tái)人力發(fā)電機(jī)組、電力網(wǎng)絡(luò)和n個(gè)負(fù)荷組成。應(yīng)該說，這樣的平臺(tái)和實(shí)際電力系統(tǒng)基本相似，可以開展各種類型的單機(jī)和多機(jī)電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，本發(fā)明的人力發(fā)電機(jī)組配置比較完善，基本的電力網(wǎng)絡(luò)配置就可以開設(shè)前述的電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如需開展更豐富的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，只需配置電力網(wǎng)絡(luò)即可。
圖11給出一個(gè)典型的多機(jī)電力網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，由1～4臺(tái)人力發(fā)電機(jī)組模擬實(shí)際電力系統(tǒng)中發(fā)電廠(G1、G2、G3、G4)、5條不同長度的輸電線路(L15、L26、L36、L57、L67)、3臺(tái)發(fā)電機(jī)各帶1組用白熾燈模擬的純電阻(或其它類型)當(dāng)?shù)刎?fù)荷(LD1、LD2、LD3)、負(fù)荷中心的可改變功率大小的1組電動(dòng)機(jī)負(fù)荷(LD6)、2個(gè)母聯(lián)開關(guān)(S1、S2)、7個(gè)母線(B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7)、7個(gè)母線開關(guān)站(B1有開關(guān)S11、S12、S13、S1；B2有開關(guān)S21、S22、S23；B3有開關(guān)S31、S32、S33；B4有開關(guān)S41、S42；B5有開關(guān)S51、S52、S2；B6有開關(guān)S61、S62、S63、S64；B7有開關(guān)S71、S72、S73)和變壓器T等組成。
G1、G2和G3分別模擬相應(yīng)的發(fā)電廠(根據(jù)需要可進(jìn)一步擴(kuò)展)，G1和G2兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組分別聯(lián)接到電力網(wǎng)母線B1和B2將所發(fā)電力經(jīng)雙回輸電線送入無窮大電網(wǎng)，G3發(fā)電機(jī)組聯(lián)接到線路中間站母線B6將所發(fā)電力送入無窮大電網(wǎng)；模擬無窮大電源機(jī)組G4則由市電380V經(jīng)變壓器T接至母線B7上，4組不同大小的當(dāng)?shù)刎?fù)荷LD1、LD2、LD3和LD6分別聯(lián)接至母線B1、B2、B3和B6母線上，其中一組負(fù)荷LD6的功率因數(shù)可變；母線B5和B6為線路中間站母線，G1、G2和G3機(jī)組可以靈活地進(jìn)行發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式改變，從而可獲得豐富的系統(tǒng)潮流分布數(shù)據(jù)，整個(gè)強(qiáng)電系統(tǒng)的線路連接方式可通過線路開關(guān)(S11、S12、S13、S21、S22、S23、S31、S32、S33、S41、S42、S51、S52、S61、S62、S71、S72、S73)和線路聯(lián)絡(luò)開關(guān)(S1、S2)靈活改變，形成一個(gè)靈活可變的電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，便于理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)分析。
主網(wǎng)電壓等級是100V(或其它電壓等級)，每臺(tái)發(fā)電機(jī)組的最大功率是500W，無窮大電源短路容量為10MVA。
在該網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，可以設(shè)計(jì)各種各樣的實(shí)驗(yàn)。舉例如下1、電網(wǎng)的建立(1)給所有的開關(guān)控制電源供電，將發(fā)電機(jī)開關(guān)S11、S21、S31、S41和負(fù)荷開關(guān)S13、S23、S33、S63斷開，然后按圖11所示的多機(jī)電力網(wǎng)絡(luò)接線圖接線；(2)合上開關(guān)S41，變壓器系統(tǒng)側(cè)線電壓為380V，本網(wǎng)絡(luò)側(cè)母線B1-B7的線電壓均為100V；(3)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組G1，并網(wǎng)成功后，S11已經(jīng)被合上，此時(shí)能從本網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)開關(guān)S42的測量儀表上看到本網(wǎng)絡(luò)向系統(tǒng)輸送電功率；如果將當(dāng)?shù)刎?fù)荷開關(guān)S13合上，如果負(fù)荷LD1與G1發(fā)送的功率平衡，則聯(lián)絡(luò)開關(guān)S42的測量儀表上顯示的輸送電功率為零(注S42配置的測量儀表可測量電流、電壓、有功功率和無功功率)；(4)同理，將發(fā)電機(jī)組G2和G3并入電網(wǎng)，并將所有的負(fù)荷投入運(yùn)行，調(diào)節(jié)各臺(tái)發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率，通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)S42的測量儀表上顯示的輸送電功率大小可以看出網(wǎng)絡(luò)發(fā)電和供電的平衡狀態(tài)；網(wǎng)絡(luò)建立后，就可以通過各種控制手段改變本網(wǎng)絡(luò)的潮流分布。
2、改變潮流分布的實(shí)驗(yàn)(1)發(fā)電機(jī)組G1、G2相聯(lián)，帶有當(dāng)?shù)刎?fù)荷，通過雙回長距離線路L15和L26將功率送入無窮大系統(tǒng)，也可將母聯(lián)開關(guān)S1和S2斷開分別輸送功率；(2)在中間站的母線B5和B6經(jīng)線路L36與母線B3相聯(lián)，發(fā)電機(jī)組G3在輕負(fù)荷時(shí)向系統(tǒng)輸送功率，而當(dāng)重負(fù)荷時(shí)從系統(tǒng)吸收功率，從而改變潮流方向；(3)該電力網(wǎng)是具有多個(gè)節(jié)點(diǎn)的、具有中間站的、雙回線的T型電力網(wǎng)絡(luò)，通過投切線路，能靈活地改變接線方式，如斷開聯(lián)絡(luò)開關(guān)S1和S2，電力網(wǎng)則變成了一個(gè)多機(jī)輻射狀網(wǎng)絡(luò)，而發(fā)電機(jī)組G1及其輸電線路構(gòu)成了單機(jī)無窮大系統(tǒng)；(4)如果合上聯(lián)絡(luò)開關(guān)S1，斷開聯(lián)絡(luò)開關(guān)S2，電力網(wǎng)則變成了一個(gè)多機(jī)環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)。
(5)在不改變網(wǎng)絡(luò)主結(jié)構(gòu)前提下，通過分別改變發(fā)電機(jī)有功、無功來改變潮流的分布；(6)可以通過投、切負(fù)荷改變電力網(wǎng)潮流的分布，也可以將雙回路線改為單回路線輸送來改變電力網(wǎng)潮流的分布；(7)通過改變每臺(tái)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行方式，如發(fā)電和電動(dòng)方式，改變電力網(wǎng)潮流的分布。
3、短路故障分析在不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)前提下，針對L15線路做短路試驗(yàn)，可進(jìn)行故障計(jì)算分析，此時(shí)當(dāng)線路L15故障時(shí)其線路兩端的開關(guān)S12和S51會(huì)動(dòng)作跳閘(保護(hù)跳閘時(shí)間可整定)，也可以針對除L15以外的其它線路做類似的短路試驗(yàn)。
4、孤島運(yùn)行當(dāng)中間聯(lián)絡(luò)站的母線B5發(fā)生故障，而開關(guān)S2又失靈時(shí)，本網(wǎng)絡(luò)相對于無窮大電源系統(tǒng)將出現(xiàn)兩個(gè)孤島系統(tǒng)，即發(fā)電機(jī)組G1和G2及其相鄰線路形成第一個(gè)孤島系統(tǒng)；發(fā)電機(jī)組G3和相鄰線路形成第二個(gè)孤島；故障隔離維修后，按操作規(guī)程恢復(fù)原系統(tǒng)。
實(shí)施例三電力系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的強(qiáng)電系統(tǒng)如圖4所示，由N臺(tái)人力發(fā)電機(jī)組、電力網(wǎng)絡(luò)和n個(gè)負(fù)荷組成。電力系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)調(diào)度通信系統(tǒng)如圖9所示，這樣的平臺(tái)和實(shí)際電力系統(tǒng)基本相似，可以開展各種類型的單機(jī)和多機(jī)電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，本發(fā)明的人力發(fā)電機(jī)組配置比較完善，基本的電力網(wǎng)絡(luò)配置就可以開設(shè)如下的電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如需開展更豐富的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，只需配置電力網(wǎng)絡(luò)即可。
計(jì)算機(jī)監(jiān)控采用分層分布式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)現(xiàn)場總線通信技術(shù)，集測量、保護(hù)、控制、通訊、管理于一體，可以實(shí)現(xiàn)人力發(fā)電機(jī)組綜合自動(dòng)化管理。監(jiān)控系統(tǒng)主要由三部分組成(1)現(xiàn)地層?，F(xiàn)地層主要由測量、保護(hù)、控制、并網(wǎng)、勵(lì)磁等功能模塊構(gòu)成，可通過標(biāo)準(zhǔn)的RS232、485或CAN工業(yè)現(xiàn)場總線通訊接口將信息傳遞給集中控制管理層。其功能主要包括對人力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的數(shù)據(jù)—開關(guān)量和模擬量的采集；發(fā)電機(jī)組的開機(jī)和停機(jī)控制；人力發(fā)電機(jī)組調(diào)速的控制；人力發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁的控制和調(diào)節(jié)；人力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的建立；人力發(fā)電機(jī)組故障判別和報(bào)警；通過集中控制管理層與以太網(wǎng)聯(lián)接，可以將現(xiàn)地層采集到的信息存儲(chǔ)到服務(wù)器的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫中。
(2)集中控制管理層(人力發(fā)電機(jī)組)。各人力發(fā)電機(jī)組的集中控制管理層通過工業(yè)現(xiàn)場總線將現(xiàn)地層的控制與測量裝置信息進(jìn)行收集，將之發(fā)送給調(diào)度通信系統(tǒng)總控室的上位機(jī)，并采用電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通信接口規(guī)約，實(shí)現(xiàn)機(jī)組信息的上傳、遠(yuǎn)程控制及裝置整定值等功能。
(3)總控管理層(調(diào)度通信系統(tǒng))。它的任務(wù)是將存儲(chǔ)在后臺(tái)數(shù)據(jù)庫的信息在以太網(wǎng)上發(fā)廣播，包括值班站的所有PC機(jī)都能收到，為人力發(fā)電機(jī)組自成系統(tǒng)運(yùn)行提供信息。還可以通過TCPPIP協(xié)議為網(wǎng)絡(luò)提供WEB服務(wù)，可以實(shí)現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)上監(jiān)視人力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行情況。
所設(shè)計(jì)的人力發(fā)電機(jī)組有三種類型交流同步人力發(fā)電機(jī)組、交流低速人力發(fā)電機(jī)組和直流人力發(fā)電機(jī)組，交流同步人力發(fā)電機(jī)組可用于模擬火電廠能直接發(fā)出同步頻率電源的汽輪發(fā)電機(jī)組；交流低速人力發(fā)電機(jī)組可用于模擬風(fēng)力等直接發(fā)出非同步頻率電源的新能源類型的發(fā)電機(jī)組；直流人力發(fā)電機(jī)組可用于模擬太陽能等能直接發(fā)出直流電源的新能源類型的發(fā)電機(jī)組。每種人力發(fā)電機(jī)組既可以并網(wǎng)也可以脫離電網(wǎng)運(yùn)行，對于并網(wǎng)型機(jī)組，其啟動(dòng)、并網(wǎng)和運(yùn)行過程如下交流同步人力發(fā)電機(jī)組(參見圖5)交流同步人力發(fā)電機(jī)組可用于模擬火電廠能直接發(fā)出同步頻率電源的汽輪發(fā)電機(jī)組，強(qiáng)電部分如圖5所示，由學(xué)員、動(dòng)能輸出車、變速裝置、三相交流同步發(fā)電機(jī)(采用永磁同步電機(jī)或混合勵(lì)磁同步電機(jī))、測控、保護(hù)、并網(wǎng)裝置、三相出口開關(guān)、三相變壓器、工作電源和集中控制管理層計(jì)算機(jī)等所組成。
啟動(dòng)、并網(wǎng)和運(yùn)行過程見前述的基于人力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)系統(tǒng)實(shí)施例(實(shí)施例一)。
交流低速人力發(fā)電機(jī)組(參見圖6)可用于模擬風(fēng)力等直接發(fā)出非同步頻率電源的新能源類型的發(fā)電機(jī)組，強(qiáng)電部分如圖6所示，由學(xué)員、動(dòng)能輸出車、三相交流同步發(fā)電機(jī)(也可采用永磁同步電機(jī)、混合勵(lì)磁永磁電機(jī)或異步機(jī))、三相整流和濾波器、三相逆變器、測控、保護(hù)、并網(wǎng)裝置、三相出口開關(guān)、工作電源和集中控制管理層計(jì)算機(jī)等所組成。
啟動(dòng)、并網(wǎng)和運(yùn)行過程1、準(zhǔn)備過程將交流低速同步人力發(fā)電機(jī)組的工作電源投入運(yùn)行，將出口開關(guān)合上，將出口開關(guān)另一側(cè)接入無窮大電源系統(tǒng)或孤島電力系統(tǒng)；2、啟動(dòng)過程學(xué)員用腳或手驅(qū)動(dòng)動(dòng)能輸出車，動(dòng)能輸出車帶動(dòng)交流低速同步發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生三相非同步頻率交流電，通過三相整流濾波和逆變變成同步頻率交流電，集中控制管理層計(jì)算機(jī)通過測控和保護(hù)裝置獲得啟動(dòng)過程參數(shù)，當(dāng)機(jī)端電壓及其頻率達(dá)到額定值時(shí)完成啟動(dòng)過程；3、自動(dòng)并網(wǎng)三相并網(wǎng)型逆變器，根據(jù)開關(guān)系統(tǒng)側(cè)電源的頻率，自動(dòng)進(jìn)行逆變轉(zhuǎn)換，將直流轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)同頻率、同電壓和同相位的電力送入系統(tǒng)；4、運(yùn)行過程當(dāng)學(xué)員用力驅(qū)動(dòng)動(dòng)能輸出車時(shí)，交流低速同步人力發(fā)電機(jī)組處于發(fā)電狀態(tài)，而向電力系統(tǒng)送電；當(dāng)學(xué)員停止用力驅(qū)動(dòng)人力車時(shí)，人力發(fā)電機(jī)組停止向電力系統(tǒng)供電。
直流人力發(fā)電機(jī)組(參見圖7)可用于模擬太陽能等能直接發(fā)出直流電源的新能源類型的發(fā)電機(jī)組，強(qiáng)電部分如圖7所示，由學(xué)員、動(dòng)能輸出車、直流發(fā)電機(jī)、濾波器、三相逆變器、測控、保護(hù)、并網(wǎng)裝置、三相出口開關(guān)、工作電源和集中控制管理層計(jì)算機(jī)等所組成。
啟動(dòng)、并網(wǎng)和運(yùn)行過程見上述的交流低速人力發(fā)電機(jī)組(實(shí)施例三)。
實(shí)施例四圖10是本發(fā)明多機(jī)電力系統(tǒng)潮流實(shí)驗(yàn)的實(shí)施例，多機(jī)電力系統(tǒng)由人力發(fā)電機(jī)組1011、人力發(fā)電機(jī)組1021、人力發(fā)電機(jī)組1031、母線1012、母線1022、母線1032、當(dāng)?shù)刎?fù)荷(150瓦)1014、當(dāng)?shù)刎?fù)荷(150瓦)1024、當(dāng)?shù)刎?fù)荷(150瓦)1034、當(dāng)?shù)刎?fù)荷開關(guān)1013、當(dāng)?shù)刎?fù)荷開關(guān)1023、當(dāng)?shù)刎?fù)荷開關(guān)1033、無窮大機(jī)組(市電網(wǎng)絡(luò))1041、系統(tǒng)母線1042、系統(tǒng)負(fù)荷(300瓦)1044、系統(tǒng)負(fù)荷開關(guān)1043、遠(yuǎn)距離輸電線及其測量儀表1015、遠(yuǎn)距離輸電線及其測量儀表1025、遠(yuǎn)距離輸電線及其測量儀表1035、系統(tǒng)與無窮大電源聯(lián)絡(luò)線及其測量儀表1045、無窮大電源開關(guān)1046等構(gòu)成。
實(shí)驗(yàn)過程如下1、將空載網(wǎng)絡(luò)接入電網(wǎng)。將母線1012、母線1022、母線1032、系統(tǒng)母線42、遠(yuǎn)距離輸電線及其測量儀表1015、遠(yuǎn)距離輸電線及其測量儀表1025、遠(yuǎn)距離輸電線及其測量儀表1035、系統(tǒng)與無窮大電源聯(lián)絡(luò)線及其測量儀表1045連接起來，合上無窮大電源開關(guān)1046，這樣，將網(wǎng)絡(luò)與無窮大電源接通。由于網(wǎng)絡(luò)空載，測量儀表1015、測量儀表1025、測量儀表1035、測量儀表1045均沒有功率指示。
2、合上系統(tǒng)負(fù)荷開關(guān)1043，測量儀表1045有300瓦的功率顯示。
3、第一個(gè)學(xué)員按照人力發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)要求，將人力發(fā)電機(jī)組1011啟動(dòng)后并入電網(wǎng)，控制使其發(fā)出150瓦的功率，測量儀表1045有150瓦的功率顯示，測量儀表1015有150瓦的功率顯示。
合上當(dāng)?shù)刎?fù)荷開關(guān)1013，當(dāng)?shù)刎?fù)荷(150瓦)1014被供電，測量儀表1045恢復(fù)300瓦的功率顯示，測量儀表1015的功率顯示為零。
4、第二個(gè)學(xué)員按照人力發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)要求，將人力發(fā)電機(jī)組1022啟動(dòng)后并入電網(wǎng)，控制使其發(fā)出150瓦的功率，測量儀表1045有150瓦的功率顯示，測量儀表1025有150瓦的功率顯示。
合上當(dāng)?shù)刎?fù)荷開關(guān)1023，當(dāng)?shù)刎?fù)荷(150瓦)1024被供電，測量儀表1045恢復(fù)300瓦的功率顯示，測量儀表1025的功率顯示為零。
5、第三個(gè)學(xué)員按照人力發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)要求，將人力發(fā)電機(jī)組1032啟動(dòng)后并入電網(wǎng)，控制使其發(fā)出150瓦的功率，測量儀表1045有150瓦的功率顯示，測量儀表1025有150瓦的功率顯示。
合上當(dāng)?shù)刎?fù)荷開關(guān)1033，當(dāng)?shù)刎?fù)荷(150瓦)1034被供電，測量儀表1045恢復(fù)300瓦的功率顯示，測量儀表1035的功率顯示為零。
6、例如，第一個(gè)學(xué)員停止驅(qū)動(dòng)其人力發(fā)電機(jī)組，該人力發(fā)電機(jī)組就變成了電動(dòng)機(jī)(假設(shè)帶動(dòng)150瓦負(fù)荷)，各路儀表會(huì)有不同的顯示。
7、如果斷開當(dāng)?shù)刎?fù)荷開關(guān)1013、當(dāng)?shù)刎?fù)荷開關(guān)1023、當(dāng)?shù)刎?fù)荷開關(guān)1033、系統(tǒng)負(fù)荷開關(guān)1043，那么測量儀表1015、測量儀表1025、測量儀表1035均顯示150瓦的發(fā)電功率，測量儀表1045顯示向無窮大電源系統(tǒng)送450瓦的發(fā)電功率。
8、改變?nèi)我话l(fā)電機(jī)發(fā)出的功率，或改變?nèi)我回?fù)荷的大小，或改變網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，都可以得到不同的潮流分布。能獲得極其豐富的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
硬件系統(tǒng)每臺(tái)發(fā)電機(jī)的電流、電壓都留有標(biāo)準(zhǔn)接口，以及對發(fā)電機(jī)組調(diào)壓控制也留有接口，并且各開關(guān)的跳、合控制接口全部引到端子排，供試驗(yàn)研究人員使用。
本發(fā)明以人力發(fā)電機(jī)組為核心，由多臺(tái)人力發(fā)電機(jī)組、開關(guān)、輸電線路、用戶負(fù)荷、變壓器、繼電保護(hù)及綜合自動(dòng)化裝置等設(shè)備靈活組成，可設(shè)計(jì)和開展各種各樣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。本發(fā)明能夠反映多機(jī)電力系統(tǒng)中電能生產(chǎn)、輸送、消費(fèi)的全過程，符合目前電力系統(tǒng)高度自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了電力生產(chǎn)過程檢測、監(jiān)視、控制、保護(hù)、調(diào)度自動(dòng)化。
以上具體實(shí)施方式
僅用于說明本發(fā)明，而非用于限定本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種電網(wǎng)培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征是，所述系統(tǒng)包括多臺(tái)人力發(fā)電機(jī)組、電力網(wǎng)絡(luò)、多個(gè)負(fù)荷、通信網(wǎng)絡(luò)以及計(jì)算機(jī)監(jiān)控裝置；所述的多臺(tái)人力發(fā)電機(jī)組分別與所述的電力網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)，所述的負(fù)荷也分別與所述的電力網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)相連接；所述的計(jì)算機(jī)監(jiān)控裝置通過通信網(wǎng)絡(luò)與所述的多臺(tái)人力發(fā)電機(jī)組及多個(gè)負(fù)荷相連接；其中，人力發(fā)電機(jī)組，用于發(fā)電、速度調(diào)節(jié)并向所述的電力網(wǎng)絡(luò)輸送電能；負(fù)荷，用于接收所述電力網(wǎng)絡(luò)輸送的電能而運(yùn)行；所述的計(jì)算機(jī)監(jiān)控裝置，用于設(shè)置電網(wǎng)培訓(xùn)項(xiàng)目，并控制和監(jiān)視所述多臺(tái)人力發(fā)電機(jī)組及多個(gè)負(fù)荷裝置的運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的人力發(fā)電機(jī)組包括人力驅(qū)動(dòng)和速度調(diào)節(jié)單元，用于輸出動(dòng)能，并對運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)；交流同步發(fā)電機(jī)，用于將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能；發(fā)電機(jī)保護(hù)單元，用于對發(fā)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)；發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元，用于對發(fā)電機(jī)勵(lì)磁進(jìn)行調(diào)節(jié)；發(fā)電機(jī)并網(wǎng)控制裝置，用于發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的人力驅(qū)動(dòng)和速度調(diào)節(jié)單元包括動(dòng)能輸出車，該動(dòng)能輸出車包括腳踏板(3)、同步傳送帶(4)、同步大飛輪(5)、固架(6)、座位(7)、儲(chǔ)能飛輪(8)、手把柄(9)、同步小飛輪軸(10)、制動(dòng)瓦片(11)、制動(dòng)拉桿(12)、制動(dòng)調(diào)節(jié)柄(13)、同步大飛輪軸(14)、同步小飛輪(15)、變速同步輪(16)；所述的同步傳送帶(4)將同步小飛輪軸(10)和同步大飛輪軸(14)相連接；支架(2)，用于支撐所述的動(dòng)能輸出車。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的交流同步發(fā)電機(jī)包括發(fā)電機(jī)軸(18)、發(fā)電機(jī)軸同步輪(19)、發(fā)電機(jī)接線盒(20)、同步傳送帶(21)；所述的同步傳送帶(21)將所述的發(fā)電機(jī)軸同步輪(19)和變速同步輪(16)相連接；所述的支架(2)，用于支撐所述的動(dòng)能輸出車和交流同步發(fā)電機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的同步傳送帶包括鏈條、傳送帶或者齒輪。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的系統(tǒng)還包括多個(gè)出口開關(guān)和多個(gè)變壓器；所述的人力發(fā)電機(jī)組通過對應(yīng)的出口開關(guān)和變壓器與所述的電力網(wǎng)絡(luò)相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的多個(gè)負(fù)荷包括400V電網(wǎng)或自設(shè)負(fù)荷的孤島電力網(wǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的系統(tǒng)還包括電網(wǎng)自動(dòng)裝置，用于接受所述計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的控制，對所述的多個(gè)負(fù)荷執(zhí)行有線路微機(jī)型電流、電壓保護(hù)和自動(dòng)合閘。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的計(jì)算機(jī)監(jiān)控裝置包括電力系統(tǒng)啟動(dòng)過程試驗(yàn)單元，用于所述電力系統(tǒng)啟動(dòng)過程的設(shè)置和控制；電力系統(tǒng)正常運(yùn)行過程試驗(yàn)單元，用于所述電力系統(tǒng)正常運(yùn)行過程的設(shè)置和控制；電力系統(tǒng)故障和恢復(fù)過程試驗(yàn)單元，用于所述電力系統(tǒng)故障和恢復(fù)過程的設(shè)置和控制；電力網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)試驗(yàn)單元，用于所述電力網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的設(shè)置和控制；多機(jī)電力網(wǎng)絡(luò)潮流分布試驗(yàn)單元，用于所述多機(jī)電力網(wǎng)絡(luò)潮流分布的設(shè)置和控制；發(fā)電試驗(yàn)單元，該發(fā)電試驗(yàn)單元進(jìn)一步包括發(fā)電廠綜合自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)K；同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)及控制實(shí)驗(yàn)?zāi)K；同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)和手動(dòng)并列運(yùn)行操作及運(yùn)行特性實(shí)驗(yàn)?zāi)K；同步發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷實(shí)驗(yàn)?zāi)K；發(fā)電機(jī)組就地控制和遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)?zāi)K；發(fā)電機(jī)制動(dòng)電阻實(shí)驗(yàn)?zāi)K；自動(dòng)調(diào)頻系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)K；電力系統(tǒng)功角特性和功率極限實(shí)驗(yàn)?zāi)K；發(fā)電機(jī)的功角和系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)運(yùn)行參數(shù)可視化實(shí)驗(yàn)?zāi)K；輸電試驗(yàn)單元，該輸電試驗(yàn)單元進(jìn)一步包括微機(jī)型三段式電流保護(hù)整定實(shí)驗(yàn)?zāi)K；微機(jī)三相重合閘實(shí)驗(yàn)?zāi)K；系統(tǒng)最大最小正常運(yùn)行方式實(shí)驗(yàn)?zāi)K；輸電線路串聯(lián)補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)?zāi)K；輸電線路各種類型故障試驗(yàn)、故障判別和報(bào)警實(shí)驗(yàn)?zāi)K；變電試驗(yàn)單元，該變電試驗(yàn)單元進(jìn)一步包括無功補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)?zāi)K；低周波減負(fù)載實(shí)驗(yàn)?zāi)K；用電試驗(yàn)單元，該用電試驗(yàn)單元進(jìn)一步包括直流電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)?zāi)K；交流電機(jī)變頻調(diào)速實(shí)驗(yàn)?zāi)K；無功補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)?zāi)K；諧波與濾波模塊；電動(dòng)機(jī)保護(hù)模塊。
10.一種電網(wǎng)培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征是，所述系統(tǒng)包括人力發(fā)電機(jī)組、電力網(wǎng)絡(luò)、負(fù)荷、通信網(wǎng)絡(luò)以及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；所述的人力發(fā)電機(jī)組通過電力網(wǎng)絡(luò)與所述的負(fù)荷相連接；所述的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過通信網(wǎng)絡(luò)與所述的人力發(fā)電機(jī)組及負(fù)荷相連接；其中，所述的人力發(fā)電機(jī)組，用于發(fā)電、速度調(diào)節(jié)并向電力網(wǎng)絡(luò)輸送電能；所述的負(fù)荷，用于接收電力網(wǎng)絡(luò)輸送的電能而運(yùn)行；所述的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，用于設(shè)置電網(wǎng)培訓(xùn)項(xiàng)目，并控制和監(jiān)視所述人力發(fā)電機(jī)組及負(fù)荷的運(yùn)行。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電網(wǎng)培訓(xùn)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括人力發(fā)電機(jī)組、電力網(wǎng)絡(luò)、負(fù)荷、通信網(wǎng)絡(luò)以及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；所述的人力發(fā)電機(jī)組通過電力網(wǎng)絡(luò)與所述的負(fù)荷相連接；所述的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過通信網(wǎng)絡(luò)與所述的人力發(fā)電機(jī)組及負(fù)荷相連接；其中，所述的人力發(fā)電機(jī)組，用于發(fā)電、速度調(diào)節(jié)并向電力網(wǎng)絡(luò)輸送電能；所述的負(fù)荷，用于接收電力網(wǎng)絡(luò)輸送的電能而運(yùn)行；所述的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，用于設(shè)置電網(wǎng)培訓(xùn)項(xiàng)目，并控制和監(jiān)視所述人力發(fā)電機(jī)組及負(fù)荷裝置的運(yùn)行。本發(fā)明將人力發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)發(fā)電，用于建立具有學(xué)員能靈活操作的環(huán)保節(jié)能型電網(wǎng)培訓(xùn)系統(tǒng)。
文檔編號F03G5/00GK101013536SQ20071006351
公開日2007年8月8日 申請日期2007年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月2日
發(fā)明者梁志珊 申請人:中國石油大學(xué)(北京)