CN103500529B - 一种用于技术技能培训的电力电子数模混合系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于技术技能培训的电力电子数模混合系统，包括低压物理模型控制系统和低压物理模型，所述低压物理模型控制系统与低压物理模型连接并通信，低压物理模型通过接口转接板和光电转换板与数字仿真平台通信；本发明中的低压物理模型能够将实际装置的电气特点、控制保护策略、等值参数等性能生动演示出来，并能够自行设定运行参数，改变控制策略，使培训学员在上岗之前就能够接触到真实的电气装置并亲自进行操作，理论与实践相结合，不仅加强了理论的学习，而且锻炼了动手操作能力。所述系统中的数字仿真平台不仅能够进行数字仿真研究，而且能够与低压物理模型系统进行通讯，从而控制低压物理模型，实现在线实时仿真。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子、计算机仿真和示范教学技术领域,具体涉及一种用于技术技能培训的电力电子数模混合系统。
背景技术
电力电子技术就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。各种电力电子装置广泛应用于高压直流输电、静止无功补偿、电力机车牵引、交直流电力传动等之中。实际工程使用的电力电子装置都是应用在高压、大容量的场合，出于安全考虑，员工在上岗之前不可能接触到实际的电力电子装置，即使能够接触到，也不可能在装置正常运行中进行练习操作。目前，在电力电子实验教学领域，没有真实的电力电子装置来供学员进行演示和操作，这样学员不会有深刻的印象，有关的知识掌握不牢固，不能将学到的理论知识很好地应用到实践中去。此外，已有的电力电子数字仿真系统只能进行单纯的模拟仿真，不能与电力电子装置进行在线实时通讯仿真。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种用于技术技能培训的电力电子数模混合系统，利用本发明就可以使培训学员在上岗之前就能够接触到真实的电气装置并亲自进行操作，理论与实践相结合，不仅加强了理论的学习，而且锻炼了动手操作能力。系统中的数字仿真平台不仅能够进行数字仿真研究，而且能够与低压物理模型系统进行通讯，从而控制低压物理模型，实现在线实时仿真，就可以在线通过修改控制策略来调节实际电力电子装置的效果，理论和实际相结合，达到更好的运行效果。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
一种用于技术技能培训的电力电子数模混合系统，包括低压物理模型控制系统和低压物理模型，所述低压物理模型控制系统与低压物理模型连接并通信，低压物理模型通过接口转接板和光电转换板与数字仿真平台通信。
所述低压物理模型包括低压物理模型主回路，所述低压物理模型主回路包括电源进线，电源进线通过与两个变压器相连分成两路，一路通过总开关与母线相连，母线通过各自开关和与各自开关对应的第一负载模型、光伏逆变器、APF和STATCOM相连，电源进线的另一路通过另一总开关与另一路母线相连，另一路母线通过开关依次与第一线路模型、特高压串补和第二线路模型相串联，第二线路模型分两路，分别通过开关和与开关对应的第二负载模型、特高压高抗相连。
所述接口转接板包括第一转接板、第二转接板、第三转接板、第四转接板、第五转接板、第六转接板、第七转接板和第八转接板。
所述低压物理模型控制系统包括总控平台和控制器，所述总控平台通过数据采集与控制单元采集低压物理模型的电压、电流量，并通过PLC和中间继电器控制低压物理模型的投切；所述控制器包括第一控制器、第二控制器、第三控制器、第四控制器和第五控制器。
所述总控平台根据采集到的电压和电流量进行指令下发，将指令下发到第一转接板、第二转接板、第三转接板、第四转接板、第五转接板、第六转接板、第七转接板和第八转接板。
所述第一转接板与第一控制器通信，第一控制器与光伏逆变器相连，所述第二转接板与第二控制器通信，第二控制器与APF相连，所述第三转接板与第三控制器通信，第三控制器与STATCOM相连，所述第四转接板与第四控制器通信，第四控制器与第一负载模型相连，所述第五转接板与线路模型相连，所述第六转接板通过第一TE板与特高压高抗相连，所述第七转接板通过第二TE板与特高压串补相连，所述第八转接板与第五控制器通信，第五控制器与第二负载模型相连。
所述第一负载模型为高频负载模型，第二负载模型为工频负载模型，线路模型包括第一线路模型和第二线路模型。
所述接口转接板分别通过光纤与光电转换板连接通信，所述光电转换板与仿真机通信。
所述一种用于技术技能培训的电力电子数模混合系统包括三种工作模式，分别为物理控制系统控制物理模型模式、仿真机控制物理模型模式、物理控制系统控制主回路仿真模式。
所述总控平台和控制器的供电电源包括一二次电源，且一二次电源相互隔离。
所述总控平台中包括电压\电流互感器，电压\电流互感器用于采集系统电压和物理模型输出电流量，电压、电流量传送给总控平台，用以显示和保护。
所述各自控制器完成各自装置的自动控制功能。
所述各自接口转换板完成工作模式的硬件选通，总控平台根据指令，将继电器信号发给低压物理模型的各装置接触器节点，控制各装置投入或退出运行。
所述APF为有源电力滤波器，STATCOM为静止同步补偿器，SVC为静止无功补偿装置。
低压物理模型控制系统的功能是实现物理模型的数据采集、控制保护和人机交互等功能，具体有：
1）具备采集控制保护和人机界面显示所需的模拟量和开关量功能；
2）完成物理模型整体投切操作和各装置投切操作；
3）完成物理模型的试验教学功能；
4）当发生控制系统异常状态时，保证物理模型不误动作。
数字仿真平台包括数字仿真软件和工控机以及数字仿真模型，低压物理模型通过接口转接板与数字仿真平台接口通信，进行数模混合仿真。
低压物理模型包括光伏逆变器、APF、STATCOM、SVC、线路模型、负载模型、特高压高抗、特高压串补等。
低压物理模型是采用电力电子技术根据目前国内外应用较为成熟的各类电力电子装置及典型负荷等实际装置的电气原理研制的一系列运行于380V电压等级的电气装置，它能够将实际装置的电气特点、控制保护策略、等值参数等性能生动演示出来，并能够自行设定运行参数，改变控制策略。
计算机仿真技术是利用计算机科学和技术的成果建立被仿真的系统的模型，并在某些实验条件下对模型进行动态实验的一门综合性技术。它具有高效、安全、受环境条件的约束较少、可改变时间比例尺等优点，已成为分析、设计、运行、评价、培训系统（尤其是复杂系统）的重要工具。
本发明的有益效果：
本发明中的低压物理模型系统能够将实际装置的电气特点、控制保护策略、等值参数等性能生动演示出来，并能够自行设定运行参数，改变控制策略，使培训学员在上岗之前就能够接触到真实的电气装置并亲自进行操作，理论和实践相结合，不仅加强了理论的学习，而且锻炼了动手操作能力。低压物理模型通过各种接口转接板和光纤就可以与仿真机和模型控制系统进行相互通讯：低压物理模型的实际运行情况可以在控制系统的人机界面上显示出来，控制系统可以对物理模型进行在线控制，仿真机和控制系统可以进行在线实时仿真。该系统既可以进行实际装置操作又可以进行仿真研究进行在线控制，教学模式灵活多样，起到很好的示范教学效果。
附图说明
图1本发明的低压物理模型系统的主回路接线图；
图2本发明的低压物理模型控制系统的框架图；
图3本发明的接口转换板电路示意图；
图中，1电源进线、2第一负载模型、3光伏逆变器、4APF、5STATCOM、6第一线路模型、7特高压串补、8第二线路模型、9第二负载模型、10特高压高抗、11总控平台、12数据采集与控制单元、13第一转接板、14第二转接板、15第三转接板、16第四转接板、17第五转接板、18第六转接板、19第七转接板、20第八转接板、21第一控制器、22第二控制器、23第三控制器、24第四控制器、25第一TE板、26第二TE板、27第五控制器、28光电转换板、29仿真机、30线路模型、31第三TE板。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明进行详细说明：
一种用于技术技能培训的电力电子数模混合系统，包括低压物理模型控制系统和低压物理模型，所述低压物理模型控制系统与低压物理模型连接并通信，低压物理模型通过接口转接板和光电转换板与数字仿真平台通信；
如图1所示，低压物理模型包括低压物理模型主回路，所述低压物理模型主回路包括电源进线1，电源进线1通过与两个变压器相连分成两路，一路通过总开关与母线相连，母线通过各自开关和与各自开关对应的第一负载模型2、光伏逆变器3、APF4和STATCOM5相连，电源进线1的另一路通过另一总开关与另一路母线相连，另一路母线通过开关依次与第一线路模型6、特高压串补7和第二线路模型8相串联，第二线路模型8分两路，分别通过开关和与开关对应的第二负载模型9、特高压高抗10相连；
接口转接板包括第一转接板13、第二转接板14、第三转接板15、第四转接板16、第五转接板17、第六转接板18、第七转接板19和第八转接板20；
低压物理模型控制系统包括总控平台11和控制器，所述总控平台11通过数据采集与控制单元12采集低压物理模型的电压、电流量，并通过PLC和中间继电器控制低压物理模型的投切；所述控制器包括第一控制器21、第二控制器22、第三控制器23、第四控制器24和第五控制器27。
总控平台11根据采集到的电压和电流量进行指令下发，将指令下发到第一转接板13、第二转接板14、第三转接板15、第四转接板16、第五转接板17、第六转接板18、第七转接板19和第八转接板20；
所述第一转接板13与第一控制器21通信，第一控制器21与光伏逆变器3相连，所述第二转接板14与第二控制器22通信，第二控制器22与APF4相连，所述第三转接板15与第三控制器23通信，第三控制器23与STATCOM5相连，所述第四转接板16与第四控制器24通信，第四控制器24与第一负载模型2相连，所述第五转接板17与线路模型30相连，所述第六转接板18通过第一TE板25与特高压高抗10相连，所述第七转接板19通过第二TE板26与特高压串补7相连，所述第八转接板20与第五控制器27通信，第五控制器27与第二负载模型9相连。
所述第一负载模型2为高频负载模型，第二负载模型9为工频负载模型，线路模型30包括第一线路模型6和第二线路模型8；
所述第一负载模型2包括第三TE板31，第三TE板31与SVC相连。
所述接口转接板分别通过光纤与光电转换板28连接通信，所述光电转换板28与仿真机29通信。
所述第一、第二线路模型为短线路模型，由电容、电感和电阻等效模拟成的电路。
所述高频负载模型包括SVC（静止无功补偿装置）、谐波负载、容性负载、感性负载和阻性负载等效模拟成的电路。
所述工频负载模型包括容性负载、感性负载和阻性负载等效模拟成的电路。
所述一种用于技术技能培训的电力电子数模混合系统包括三种工作模式，分别为物理控制系统控制物理模型模式、仿真机控制物理模型模式、物理控制系统控制主回路仿真模式。
所述总控平台11和控制器的供电电源包括一二次电源，且一二次电源相互隔离。
所述总控平台11中包括电压\电流互感器，电压\电流互感器用于采集系统电压和物理模型输出电流量，电压、电流量传送给总控平台11，用以显示和保护。
所述各自控制器完成各自装置的自动控制功能。
所述各自接口转换板完成工作模式的硬件选通，总控平台11根据指令，将继电器信号发给低压物理模型的各装置接触器节点，控制各装置投入或退出运行。
如图3所示，接口转换板电路示意图，本发明有三种工作模式：物理控制系统控制物理模型模式，仿真机控制物理模型模式，物理控制系统控制主回路仿真模式。通过给每个物理装置加设接口转换板来完成模式转换，接口转换板功能主要是：接收远方旋钮工作模式电信号；
根据工作模式信号选通光纤通路，选通真值表如下：
| 工作方式选择 | K1K2 | 实现功能 |
| A | 21 | 物理控制系统控制物理模型 |
| B | 22 | 仿真机控制物理模型 |
| C | 11 | 物理控制系统控制主回路仿真 |
Claims (5)
1.一种用于技术技能培训的电力电子数模混合系统，其特征是，包括低压物理模型控制系统和低压物理模型，所述低压物理模型控制系统与低压物理模型连接并通信，低压物理模型通过接口转接板和光电转换板与数字仿真平台通信；
所述低压物理模型包括低压物理模型主回路，所述低压物理模型主回路包括电源进线，电源进线通过与两个变压器相连分成两路，一路通过总开关与母线相连，母线通过各自开关和与各自开关对应的第一负载模型、光伏逆变器、APF和STATCOM相连，电源进线的另一路通过另一总开关与另一路母线相连，另一路母线通过开关依次与第一线路模型、特高压串补和第二线路模型相串联，第二线路模型分两路，分别通过开关和与开关对应的第二负载模型、特高压高抗相连；
所述低压物理模型控制系统包括总控平台和控制器，所述总控平台通过数据采集与控制单元采集低压物理模型的电压、电流量，并通过PLC和中间继电器控制低压物理模型的投切，所述控制器包括第一控制器、第二控制器、第三控制器、第四控制器和第五控制器；
所述接口转接板包括第一转接板、第二转接板、第三转接板、第四转接板、第五转接板、第六转接板、第七转接板和第八转接板；
所述总控平台根据采集到的电压和电流量进行指令下发，将指令下发到第一转接板、第二转接板、第三转接板、第四转接板、第五转接板、第六转接板、第七转接板和第八转接板；
所述第一转接板与第一控制器通信，第一控制器与光伏逆变器相连，所述第二转接板与第二控制器通信，第二控制器与APF相连，所述第三转接板与第三控制器通信，第三控制器与STATCOM相连，所述第四转接板与第四控制器通信，第四控制器与第一负载模型相连，所述第五转接板与第一线路模型或第二线路模型相连，所述第六转接板通过第一TE板与特高压高抗相连，所述第七转接板通过第二TE板与特高压串补相连，所述第八转接板与第五控制器通信，第五控制器与第二负载模型相连。
2.如权利要求1所述的一种用于技术技能培训的电力电子数模混合系统，其特征是，所述第一负载模型为高频负载模型，第二负载模型为工频负载模型，线路模型包括第一线路模型和第二线路模型。
3.如权利要求1所述的一种用于技术技能培训的电力电子数模混合系统，其特征是，所述接口转接板所包括的第一转接板、第二转接板、第三转接板、第四转接板、第五转接板、第六转接板、第七转接板和第八转接板分别通过光纤与光电转换板连接通信，所述光电转换板与数字仿真平台通信。
4.如权利要求1所述的一种用于技术技能培训的电力电子数模混合系统，其特征是，所述总控平台和控制器的供电电源包括一二次电源，且一二次电源相互隔离；
所述总控平台中包括电压\电流互感器，电压\电流互感器用于采集系统电压和物理模型输出电流量，电压、电流量传送给总控平台，用以显示和保护。
5.如权利要求1所述的一种用于技术技能培训的电力电子数模混合系统，其特征是，数字仿真平台包括数字仿真软件和工控机以及数字仿真模型，低压物理模型通过接口转接板与数字仿真平台接口通信，进行数模混合仿真。
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