CN104680904A - 一种水电站发电模拟系统 - Google Patents

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赵燕伟
应伟军
陈相云
任设东
佘宏杰
楼炯炯
谢勇磊
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    • G09B23/06—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for physics
    • G09B23/18—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for physics for electricity or magnetism
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Abstract

一种水电站发电模拟系统，包括发电子系统和参数模拟子系统，发电子系统包括直流电机调速器、直流电动机和发电机，采用直流电机调速器用来模拟水电站的水轮机调速器，采用直流电动机来模拟水电站的水轮机，直流电机调速器与PLC控制器连接；参数模拟子系统中，将水电站运行时的各个实时数据进行分类，分为两类：开关量和模拟量；采用拨动开关的通断来模拟开关量，并将开关量信号直接通过PLC控制器的输入点输入到PLC控制器中进行处理；采用电位器的不同阻值变化实现对模拟量进行模拟。本发明有效模拟水电站的发电系统、便于培训水电站运行人员和高校的教学科研工作。

Description

一种水电站发电模拟系统
技术领域
本发明涉及模拟设备领域，尤其是一种水电站发电模拟系统。
背景技术
在实际水电站中，发电系统由水轮机、发电机及其附属设备组成，其发电流程为水流冲击水轮机叶片使其转动，水轮机通过与发电机之间的联轴器带动发电机，实现将机械能转换成电能。随着水电站技术的不断发展，发电系统变得越来越复杂，对于电站运行人员的岗前培训也变得越来越重要，同时越来越多的高等院校开始涉及水电站技术领域。
为了水电站运行人员培训和高校的教学科研工作，有必要设计一套用于培训和教学科研的水电站发电系统，如果按实际水电站的发电系统来设计那将会是一个很大的工程，需要投入巨大的人力物力财力。因此有必要设计开发一套水电站发电模拟系统。
发明内容
为了克服现有技术中无法模拟水电站的发电系统的不足，本发明提供一种有效模拟水电站的发电系统、便于培训水电站运行人员和高校的教学科研工作的水电站发电模拟系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种水电站发电模拟系统，该系统包括发电子系统和参数模拟子系统，
所述发电子系统包括直流电机调速器、直流电动机和发电机，采用直流电机调速器用来模拟水电站的水轮机调速器，采用直流电动机来模拟水电站的水轮机，所述发电机与所述直流电动机连接，所述直流电动机与所述直流电机调速器连接，所述直流电机调速器与PLC控制器连接，所述直流电机调速器接收PLC控制器输入的0-10V的控制命令时输出0-220V的直流电压给直流电动机电枢，直流电动机通过接收到的直流电压输入值实现无级调速，直流电动机通过联轴器带动发电机发电；
所述参数模拟子系统中，将水电站运行时的各个实时数据进行分类，分为两类：开关量和模拟量；所述开关量包括调速器手动/自动信号、调速器故障信号、调速器事故信号、轴承冷却水示流信号、制动投入/复归信号、进水闸全关/全开信号、旁通阀全关/全开信号、灭磁开关位置信号、剪断销剪断信号、机组温度偏高信号、机组温度过高信号和电气保护停机信号；
所述模拟量包括发电机径向轴承瓦温、水轮机径向轴承瓦温、发电机推力轴承瓦温、空冷器冷风温度、发电机定子三相线圈温度、发电机定子三相铁芯温度、前池水位、制动气压、调速器油压和蜗壳压力；
采用拨动开关的通断来模拟开关量，并将开关量信号直接通过PLC控制器的输入点输入到PLC控制器中进行处理；采用电位器的不同阻值变化实现对模拟量进行模拟。
进一步，所述发电子系统中，通过测频装置，发电机给PLC控制器反馈发电频率，实现发电频率的稳定控制；发电子系统带上负载后，当负载发生改变时，将引起发电机输出的有功功率的改变，直流电机调速器通过自身的电流控制回路改变输出电流的大小，从而实现发电机有功功率的调整。
本发明的工作原理：本发明中发电子系统由直流电机调速器、直流电动机、发电机组成，使用直流电机调速器来模拟水轮机调速器，实现用直流电机调速器输出电压的大小模拟水轮机调速器在控制水轮机导叶的开启程度。用直流电机调速器的电流控制回路实现不同功率的输出来模拟电站发电时有功功率的调节。参数模拟子系统采用拨动开关的通断来模拟开关量，并将开关量信号直接通过PLC的输入点输入到PLC中进行处理。采用电位器的不同阻值变化实现对模拟量的模拟，模拟量既可以通过PLC的AD转换模块进行采集处理，也可以使用智能控制仪器来采集。
本发明的有益效果表现为：1、发电子系统由直流电机调速器、直流电动机和发电机组成，安全可靠且容易控制；2、参数模拟子系统中的拨动开关和电位器都能人为控制，方便对各种运行状态和事故故障的模拟；3、发电模拟系统占地小、便于安装，且不需要建水工设施。
附图说明
图1是发电子系统设计思路图。
图2是发电子系统发电控制思路图。
图3是开关量输入设计图。
图4是温度模拟量输入设计图。
图5是其余模拟量输入设计图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图5，一种水电站发电模拟系统，该系统包括发电子系统和参数模拟子系统，
所述发电子系统包括直流电机调速器、直流电动机和发电机，采用直流电机调速器用来模拟水电站的水轮机调速器，采用直流电动机来模拟水电站的水轮机，所述发电机与所述直流电动机连接，所述直流电动机与所述直流电机调速器连接，所述直流电机调速器与PLC控制器连接，所述直流电机调速器接收PLC控制器输入的0-10V的控制命令时输出0-220V的直流电压给直流电动机电枢，直流电动机通过接收到的直流电压输入值实现无级调速，直流电动机通过联轴器带动发电机发电；
所述参数模拟子系统中，将水电站运行时的各个实时数据进行分类，分为两类：开关量和模拟量；所述开关量包括调速器手动/自动信号、调速器故障信号、调速器事故信号、轴承冷却水示流信号、制动投入/复归信号、进水闸全关/全开信号、旁通阀全关/全开信号、灭磁开关位置信号、剪断销剪断信号、机组温度偏高信号、机组温度过高信号和电气保护停机信号；
所述模拟量包括发电机径向轴承瓦温、水轮机径向轴承瓦温、发电机推力轴承瓦温、空冷器冷风温度、发电机定子三相线圈温度、发电机定子三相铁芯温度、前池水位、制动气压、调速器油压和蜗壳压力；
采用拨动开关的通断来模拟开关量，并将开关量信号直接通过PLC控制器的输入点输入到PLC控制器中进行处理；采用电位器的不同阻值变化实现对模拟量进行模拟。
进一步，所述发电子系统中，通过测频装置，发电机给PLC控制器反馈发电频率，实现发电频率的稳定控制；发电子系统带上负载后，当负载发生改变时，将引起发电机输出的有功功率的改变，直流电机调速器通过自身的电流控制回路改变输出电流的大小，从而实现发电机有功功率的调整。
本发明中采用拨动开关的通断来模拟开关量，并将开关量信号直接通过PLC的输入点输入到PLC中进行处理。图3所示，本发明以三菱PLC为例，将以上所列举的开关量依次接入到输入点X0-X17，其中所示意的开关即为拨动开关。
本发明中采用电位器的不同阻值变化实现对模拟量进行模拟，模拟量既可以通过PLC的AD转换模块进行采集处理，也可以使用智能控制仪器来采集。为了更好诠释模拟量的采集方法，本发明中按图4所示将温度模拟量由电位器来模拟并由智能设备温度巡检仪来采集，按图5所示将前池水位、制动气压、调速器油压、蜗壳压力4个模拟量由电位器来模拟并由PLC的AD模块来采集。

Claims (2)

1.一种水电站发电模拟系统，其特征在于：该系统包括发电子系统和参数模拟子系统，
所述发电子系统包括直流电机调速器、直流电动机和发电机，采用直流电机调速器用来模拟水电站的水轮机调速器，采用直流电动机来模拟水电站的水轮机，所述发电机与所述直流电动机连接，所述直流电动机与所述直流电机调速器连接，所述直流电机调速器与PLC控制器连接，所述直流电机调速器接收PLC控制器输入的0-10V的控制命令时输出0-220V的直流电压给直流电动机电枢，直流电动机通过接收到的直流电压输入值实现无级调速，直流电动机通过联轴器带动发电机发电；
所述参数模拟子系统中，将水电站运行时的各个实时数据进行分类，分为两类：开关量和模拟量；所述开关量包括调速器手动/自动信号、调速器故障信号、调速器事故信号、轴承冷却水示流信号、制动投入/复归信号、进水闸全关/全开信号、旁通阀全关/全开信号、灭磁开关位置信号、剪断销剪断信号、机组温度偏高信号、机组温度过高信号和电气保护停机信号；
所述模拟量包括发电机径向轴承瓦温、水轮机径向轴承瓦温、发电机推力轴承瓦温、空冷器冷风温度、发电机定子三相线圈温度、发电机定子三相铁芯温度、前池水位、制动气压、调速器油压和蜗壳压力；
采用拨动开关的通断来模拟开关量，并将开关量信号直接通过PLC控制器的输入点输入到PLC控制器中进行处理；采用电位器的不同阻值变化实现对模拟量进行模拟。
2.如权利要求1所述的1水电站发电模拟系统，其特征在于：所述发电子系统中，通过测频装置，发电机给PLC控制器反馈发电频率，实现发电频率的稳定控制；发电子系统带上负载后，当负载发生改变时，将引起发电机输出的有功功率的改变，直流电机调速器通过自身的电流控制回路改变输出电流的大小，从而实现发电机有功功率的调整。
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