电力系统综合实验平台的实验设计与教学应用 -电力系统自动化杂志社投稿

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电力系统综合实验平台的实验设计与教学应用

作者:

关键词:

摘要：

张明锐(1971-)，男，甘肃民勤人，博士，教授，博士生导师。研究方向为分布式发电与微网、电力系统能量管理与优化控制，轨道交通牵引供电技术。

Tel.: 9； E-mail:

0引言

我校电气工程系在实践教学中，设有为期两周的电力工程课程设计环节，筹建的“电力系统综合实验平台”已经服务了六届学生，取得了良好的教学效果。

实验平台充分利用现有资源，对电力系统方向核心课程的实验进行了整合，可进行电力工程、电器原理及应用、电力系统远动技术、电力系统继电保护和工厂供电等相关课程的实验。平台配备了丰富的终端和各类负载设备，可灵活展开实验设计。不仅为学生提供了进一步认识电气设备的机会，同时锻炼了学生设计实验和动手操作的能力。

1平台的布局和功能

1.1实验平台的布局

电力系统综合实验平台接线图如图1 所示。一期工程主要实现了低压配电系统的一次回路模拟，380 V电源依次经过低压进线开关柜、升压变压器、10 kV 高压开关柜、模拟输电线路、降压变压器至380 V 低压出线开关柜。二期工程主要模拟各类低压配电负载，电源引自一期工程的380 V 出线，之后接入各类负载，包括电阻柜、电机柜、电抗柜和补偿柜。

实验平台一、二期工程分开布置，平面布置如图2所示。

二期工程的配电柜屏面布置如图3所示。

实验平台对电力系统中基本元器件和各类负荷进行模拟，建立了一个较完整的电力系统综合实验平台。各配电柜采用低压断路器控制投切，可以选择就地和远方控制。分合闸按钮用于就地控制，监控与远动平台可进行远动控制。进线开关柜、补偿柜和低压负荷柜都配有智能型多功能仪表，能够同时测量三相电流、电压、功率及功率因数等参数，并采用 RS-485 总线与监控服务器通信，实现测量参数的传输。

监控实验平台对配电柜的运行进行监视和远程操作控制。监控系统采用分层分布式结构，监控结构图如图4 所示。将“就地/远方”转换开关转到远方方向，即可在监控系统上进行相应的远程分合闸操作。

1.2实验平台的功能

整个实验平台的功能如图5 所示。其中，监控终端具有“三遥”功能，即可实现电气量的遥测、开关状态的遥信和开关的遥控。

2实验设计

实验平台可以进行多门相关课程的实验，包括变电站主接线设计，负荷计算验证与电气设备选型，10 kV高压断路器的控制回路设计，断路器就地和远方分合闸操作，功率因数补偿，过流、过压和欠压等微机继电保护实验，变电站远动系统的人机界面设计和电能质量分析等实验。以负荷计算验证实验和功率因数补偿实验为例，详细介绍其实验过程与教学应用。

实验前，学生需要掌握实验相关的理论基础，并且根据给出的条件进行自主实验设计，从而锻炼其查阅资料、自主学习的能力。实验教学时，首先进行实验室安全教育与平台介绍，进行演示实验，使学生掌握基本的实验操作。随后，学生验证其自主设计的实验。实验后，学生需撰写实验报告，对实验进行整理总结，并进行展示答辩。

2.1负荷计算实验

本实验由一期工程提供380 V三相交流电，通过接入电阻柜、电机柜和电抗柜等不同负荷实现功率和功率因数的变化。

实验前要求学生自行学习相关知识，给出设计计算书，内容包括：① 根据给出的变电所设备和容量清单(见表1)，计算配电总负荷并选择变压器、母线和开关型号。② 设计不同的负荷组合，进行负荷计算。

表1变电所设备和容量清单编号设备名称额定容量运行要求1电加热炉20 kW分2.5,5,10 kW逐级投切2电动发电机组5 kVA交流电动机带直流发电机组3电抗器10 kvar分2.5,5,10 kvar三档投切4电容补偿柜20 kvar5 kvar一组,共4组

计算时需注意，配电总负荷不是一个恒定值，而是随时间变化的变量。因为用电设备并非都能达到额定容量，并且各用电设备的工作制也不一样，有长期、短时和反复短时之分。因此，为设备选型进行的配电总负荷计算，并非简单地把各用电设备的容量相加。例如可以使用需要系数法，即用设备功率乘以需要系数，求出计算负荷。这种方法简便易行，应用广泛，常用于配、变电所的负荷计算。

实验过程中，通过电阻柜、电机柜和电抗柜接入不同的负荷组合，实现负荷功率的变化。学生可通过智能仪表隔时读取记录功率数值，绘制负荷曲线图。将实际负荷与计算负荷比较，验证计算结果。同时，观察不同负荷组合和运行工况下的功率因数变化，为接下来的功率因数补偿实验做准备。

文章来源：《电力系统自动化》网址: http://www.dlxtzdhzz.cn/qikandaodu/2021/0720/1046.html