RU188135U1 - Лабораторный стенд для исследований режимов работы участка электрической сети с регулятором напряжения - Google Patents
Лабораторный стенд для исследований режимов работы участка электрической сети с регулятором напряжения Download PDFInfo
- Publication number
- RU188135U1 RU188135U1 RU2018145438U RU2018145438U RU188135U1 RU 188135 U1 RU188135 U1 RU 188135U1 RU 2018145438 U RU2018145438 U RU 2018145438U RU 2018145438 U RU2018145438 U RU 2018145438U RU 188135 U1 RU188135 U1 RU 188135U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- voltage
- network
- power
- load
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
- G09B23/00—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
- 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
Abstract
Полезная модель относится к учебно-исследовательскому оборудованию и может быть использована для проведения как лабораторных работ с магистрантами, так и экспериментальных исследований аспирантами по направлению 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника»; для демонстрации возможностей систем распределенной энергетики и изучения физических процессов, протекающих в системах с источниками распределенной генерации, а также использоваться для отработки алгоритмов регулирования напряжения и фазы в системах с распределенной генерацией.
Задачи, решаемые предлагаемой полезной моделью - изучение характеристик регуляторов напряжений участка сети, проверка выполнения ими требуемых функций и подтверждения результатов теоретических исследований. Лабораторный стенд должен обеспечить регулирование величины и фазы напряжения на участке трехфазной сети с целью управления потоками активной и реактивной мощности и определения закономерностей изменения величин и характеров токов (потоков мощности) линий распределенной сети.
Лабораторный стенд для исследований режимов работы участка электрической сети с регулятором напряжения, включающий силовой трехфазный трансформатор, модели линии электропередачи, электрическую нагрузку, источники питания, отличающийся наличием однофазных сериесных трансформаторов и автотрансформаторов с электроприводом в каждой фазе сети, обеспечивающих регулирование потоков энергии от источников в нагрузку, датчиков напряжения, тока, сдвига фаз; информационно-управляющей части в виде программируемого логического контроллера, имеющего в своём составе модули дискретного вывода, к которым подключены электромеханические реле, коммутирующие соответствующие цепи нагрузки и управляющие приводом автотрансформаторов, а также применены модули дискретного и аналогового ввода для сбора информации с датчиков напряжения, тока и датчиков сдвига фаз; и промышленного компьютера, передающего информацию в автоматизированную систему управления верхнего уровня. 4 ил.
Description
Полезная модель относится к учебно-исследовательскому оборудованию и может быть использована для проведения как лабораторных работ с магистрантами, так и экспериментальных исследований аспирантами по направлению 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника»; для демонстрации возможностей систем распределенной энергетики и изучения физических процессов, протекающих в системах с источниками распределенной генерации, а также использоваться для отработки алгоритмов регулирования напряжения и фазы в системах с распределенной генерацией.
Наиболее близким из известных аналогов является Лабораторный стенд для изучения режимов работы распределительной сети системы электроснабжения (патент РФ № 143384, МПК G09B 23/18). Лабораторный стенд для изучения работы распределительной сети системы электроснабжения предназначен для проведения лабораторных исследований взаимосвязанных процессов передачи, распределения и потребления электрическойэнергии. Лабораторный стенд содержит устройство стабилизации напряжения в виде источника бесперебойного питания с двойным преобразованием энергии, снабженного выводами для подключения к электрической сети. К источнику последовательно подключены модели силового трансформатора, линии электропередачи и электрической нагрузки. Вольтметр подключен дляизмерения напряжения на нагрузке. Повышение достоверности получаемых данных об электрических параметрах стационарного режима моделируемой распределительной сети системы электроснабжения обеспечено за счет снабжения стенда устройством стабилизации напряжения для подключения через него к электрической сети.
Недостатками данного стенда является отсутствие регулирования напряжения в фазах участка сети, отсутствие программируемого контроллера, позволяющего получать и обрабатывать данные с последующим их представлением на панели оператора и управлять параметрами регулятора напряжения, отсутствие возможности связи стенда с автоматизированной системой управления (АСУ) верхнего уровня, отсутствие датчиков сдвига фаз.
Задачи, решаемые предлагаемой полезной моделью - изучение характеристик регуляторов напряжений участка сети, проверка выполнения ими требуемых функций и подтверждения результатов теоретических исследований. Лабораторный стенд должен обеспечить регулирование величину и фазу напряжения на участке трехфазной сети с целью управления потоками активной и реактивной мощности и определения закономерностей изменения величин и характеров токов (потоков мощности) линий распределенной сети.
Технический результат достигается тем, что в лабораторном стенде для исследований режимов работы участка электрической сети с регулятором напряжения, включающем силовой трехфазный трансформатор, модели линии электропередачи, электрическую нагрузку, источники питания, обеспечено наличие однофазных сериесных трансформаторов и автотрансформаторов с электроприводом в каждой фазе сети, обеспечивающих регулирование потоков энергии от источников в нагрузку, датчиков напряжения, тока, сдвига фаз; информационно-управляющей части в виде программируемого логического контроллера, имеющего в своём составе модули дискретного вывода, к которым подключены электромеханические реле, коммутирующие соответствующие цепи нагрузки и управляющие приводом автотрансформаторов, а также применены модули дискретного и аналогового ввода для сбора информации с датчиков напряжения, тока и датчиков сдвига фаз; и промышленного компьютера передающего информацию в автоматизированную систему управления верхнего уровня.
Сущность технического решения состоит во введении регулируемых автотрансформаторов со встроенным электроприводом и сериесных трансформаторов, позволяющих регулировать уровни и фазовые сдвиги напряжений в каждой фазе сети, используя внешний управляющий сигнал от системы управления.
На фиг. 1 изображена структурная схема полезной модели.
Лабораторный стенд для исследований режимов работы участка электрической сети с регулятором напряжения включает в себя силовую часть, состоящую из шунтового трёхфазного трансформатора (1), однофазных сериесных трансформаторов (2) и автотрансформаторов (3), вводных дросселей (4) и фильтровых конденсаторов (5), трёхфазной нагрузки (6), синхронных источников энергии (7), перечисленные элементы объединены электрически; и информационно-управляющую часть в виде программируемого логического контроллера (8), имеющего в своём составе модули дискретного вывода (9), к которым подключены электромеханические реле (10), коммутирующие соответствующие силовые цепи нагрузки и цепи управления электроприводом автотрансформаторов, модули дискретного и аналогового ввода (11) для сбора информации с датчиков напряжения и тока (12) и датчиков угла сдвига фаз (13), а также в виде промышленного компьютера (14) передающего информацию в автоматизированную систему управления верхнего уровня (15).
Автотрансформаторы (3), обеспечивают регулирование (выравнивание) потоков энергии от источников в нагрузку. Вводные дроссели (4) и фильтровые конденсаторы (5) использованы для имитации линий электропередач. Трёхфазная нагрузки (6) набрана из последовательно-соединенных дросселей и резисторов, комбинации которых составляют двоичный код с весами 8-4-2-1. Синхронные источники энергии (7) моделируют источники двух электрических сетей – «сеть №1» и «сеть №2» и представляют собой синфазные напряжения.
Управление стендом осуществляется с помощью программируемого логического контроллера (8), имеющего в своём составе модули дискретного вывода (9), к которым подключены электромеханические реле (10), коммутирующие цепи нагрузки, и управляющие электроприводами автотрансформаторов (3).
Для измерения тока и напряжения в цепях стенда использованы датчики напряжения и тока (12), включённых в каждую фазу «сеть №1», «сеть №2» и нагрузки. Для измерения угла сдвига фаз использованы три датчик сдвига фаз (13), включенные между сетью №1 и №2 в каждую фазу. Информация с датчиков поступает через модули дискретного и аналогового ввода (11) на программируемый логический контроллер (8).
На фиг. 2 приведена функциональная схема (в однолинейном изображении) лабораторного стенда для исследований режимов работы участка трехфазной электрической сети с регулятором напряжения. Сплошными линиями изображены электрические соединения элементов стенда. Пунктирными линиями изображены границы функциональных блоков стенда. Штрихпунктирными линиями показаны информационные связи между элементами стенда.
Силовая часть схемы состоит из четырех блоков (узлов) и моделей линий электропередачи (16). Два блока имитируют питающие сети («сеть №1» (17) и «сеть №2» (18)), третий блок – трансформаторный регулятор напряжения (19) и четвертый блок – имитирует нагрузку (20).
На входе первого силового блока – «сеть №1» (17) в каждую фазу включены: однофазный автотрансформатор ТV1 (3) для имитации разбаланса уровней питающего напряжения, а также сериесный трансформатор TV2 (2) (первичная обмотка которого подключена к автотрансформатору TV5 (3), на который в свою очередь с шунтового трансформатора TV8 (1) подается линейное напряжение двух других фаз), для имитации разбаланса фазовых углов.
Для имитация линий электропередач (16) в каждую фазу источников напряжений включены дроссели L1, L2 (4) (имитация омических и индуктивных сопротивлений) и фильтровые конденсаторы C1, С2 (5) (имитация емкостных сопротивлений).
Силовая часть трансформаторного регулятора напряжения (19) состоит из шунтового трехфазного трансформатора TV8 (1), общего для всех трех фаз, и группы сериесных трансформаторов TV3 и TV4 (2), подключенных к автотрансформаторам TV6 и TV7 (3) с электроприводами.
В каждую фазу трансформаторного регулятора напряжения (19) включены последовательно два сериесных трансформатора (2) для продольной и поперечной компенсации. Первичные обмотки сериесных трансформаторов подключены к автотрансформаторам (3), на которые подается соответствующее напряжение (фазное или линейное) с шунтового трансформатора (1).
Нагрузкой (20) каждой фазы являются четыре R-L цепочки, включенные последовательно-параллельно и обеспечивающие «типовое» значение угла нагрузки (cosϕ = 0,7). Мощности цепочек – разные и имеют веса 1, 2, 4, 8, что позволяет иметь 16 возможных комбинаций и изменять нагрузку с шагом не более 7%.
Силовая часть трансформаторного регулятора напряжения (19) включена между двумя синхронными источниками энергии «сеть №1» (17) и «сеть №2» (18). За счет продольной и поперечной компенсации, реализованной регулятором напряжения (19), обеспечивается регулирование (выравнивание) потоков энергии от источников в нагрузку, увеличивается пропускная способность участка электрической сети, может быть реализована стабилизация напряжения на нагрузке.
Управление силовой частью трансформаторного регулятора напряжения (19) и нагрузкой (20) выполняет программируемый логический контроллер (ПЛК) (8), который, анализируя сигналы датчиков (12, 13), через промежуточные реле (10) управляет электроприводами автотрансформаторов (3) и подключает ступени нагрузки (20), выполняя программу испытаний. Для отображения режима работы и формирования управляющих воздействий в каждую фазу физической модели установлены датчики напряжения и тока (12), соsϕ.
Сигналы, приходящие с датчиков (12, 13), обрабатываются в аналоговых модулях расширения контроллера и выводятся на сенсорный экран ПЛК. Также есть возможность отображения графиков изменения во времени управляемых величин (фиг. 3).
Датчик угла сдвига фаз (13) силовых напряжений - специальный, собственной разработки, микропроцессорный (сигналы обрабатываются в измерительном устройстве, передаются на ПЛК и выводятся на сенсорный экран).
Принцип измерения угла сдвига фаз напряжений построен на измерении времени между передними фронтами импульсов, поступающих на входы PCO и PC1 микроконтроллера. Значение разности фаз напряжений может быть как с положительным, так и с отрицательным знаком. На фиг. 4 показан случай положительного значения смещения напряжения фазы А. Измеренное смещение фазы напряжения программа преобразует в аналоговый сигнал посредством широтно-импульсной модуляции и RC-фильтра. Этот сигнал изменяется в диапазоне от 0 до 5 В и пропорционален измеренному значению смещения фаз, смещенному по амплитуде на 2,5 В. Т.е. нулевому смещению фаз напряжений соответствует значение выходного сигнала 2,5 В, смещению +180 эл. градусов соответствует значение 5 В, а значению -180 эл. градусов соответствует 0 В.
Кроме экрана ПЛК визуализацию режима работы лабораторного стенда для исследований режимов работы участка электрической сети с регулятором напряжения обеспечивают щитовые приборы (вольтметры, амперметры, ватт и варметры, измерители косинуса фи).
Благодаря наличию интеллектуальной системы управления лабораторный стенд позволяет произвести оценку несимметрии напряжений по уровню и фазе участка электрической сети, а также осуществить автоматическое или ручное выравнивание перетоков мощностей как в одной, так и в трех фазах одновременно с получением исчерпывающей выходной информации о ходе процесса компенсации в виде таблиц и графиков изменения регулируемых величин.
Разработанный лабораторный стенд для исследований режимов работы участка электрической сети с регулятором напряжения является рабочим инструментом для экспериментальных исследований и позволяет на практике проверять и верифицировать результаты теоретических исследований и имитационного моделирования сложных «электронных трансформаторов» (трансформаторно-транзисторно-тиристорных регуляторов напряжения).
Claims (1)
- Лабораторный стенд для исследований режимов работы участка электрической сети с регулятором напряжения, включающий силовой трехфазный трансформатор, модели линии электропередачи, электрическую нагрузку, источники питания, отличающийся наличием однофазных сериесных трансформаторов и автотрансформаторов с электроприводом в каждой фазе сети, обеспечивающих регулирование потоков энергии от источников в нагрузку, датчиков напряжения, тока, сдвига фаз; информационно-управляющей части в виде программируемого логического контроллера, имеющего в своём составе модули дискретного вывода, к которым подключены электромеханические реле, коммутирующие соответствующие цепи нагрузки и управляющие приводом автотрансформаторов, а также применены модули дискретного и аналогового ввода для сбора информации с датчиков напряжения, тока и датчиков сдвига фаз; и промышленного компьютера, передающего информацию в автоматизированную систему управления верхнего уровня.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018145438U RU188135U1 (ru) | 2018-12-20 | 2018-12-20 | Лабораторный стенд для исследований режимов работы участка электрической сети с регулятором напряжения |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018145438U RU188135U1 (ru) | 2018-12-20 | 2018-12-20 | Лабораторный стенд для исследований режимов работы участка электрической сети с регулятором напряжения |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU188135U1 true RU188135U1 (ru) | 2019-04-01 |
Family
ID=66087992
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018145438U RU188135U1 (ru) | 2018-12-20 | 2018-12-20 | Лабораторный стенд для исследований режимов работы участка электрической сети с регулятором напряжения |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU188135U1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1107149A1 (ru) * | 1980-06-13 | 1984-08-07 | Украинский Филиал Специального Конструкторского Бюро Министерства Высшего И Среднего Специального Образования Ссср | Тренажер дл обучени навыкам работы с многофазными электросет ми |
| SU1449994A1 (ru) * | 1987-01-12 | 1989-01-07 | Военный Инженерный Краснознаменный Институт Им.А.Ф.Можайского | Учебный прибор по электротехнике |
| CN101615356B (zh) * | 2009-05-15 | 2011-01-19 | 郑州万特电气有限公司 | 电力负荷管理终端培训装置 |
| RU117691U1 (ru) * | 2011-10-10 | 2012-06-27 | Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный инженерно-экономический институт (НГИЭИ) | Устройство для моделирования преобразовательного электровоза переменного тока |
| CN203490883U (zh) * | 2013-10-21 | 2014-03-19 | 江苏益邦电力科技有限公司 | 一种电流型变压器模拟故障装置 |
| US9460636B2 (en) * | 2011-05-10 | 2016-10-04 | Anhui Electric Power Research Institute | Power frequency parameter simulation system for a power transmission line and control method thereof |
-
2018
- 2018-12-20 RU RU2018145438U patent/RU188135U1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1107149A1 (ru) * | 1980-06-13 | 1984-08-07 | Украинский Филиал Специального Конструкторского Бюро Министерства Высшего И Среднего Специального Образования Ссср | Тренажер дл обучени навыкам работы с многофазными электросет ми |
| SU1449994A1 (ru) * | 1987-01-12 | 1989-01-07 | Военный Инженерный Краснознаменный Институт Им.А.Ф.Можайского | Учебный прибор по электротехнике |
| CN101615356B (zh) * | 2009-05-15 | 2011-01-19 | 郑州万特电气有限公司 | 电力负荷管理终端培训装置 |
| US9460636B2 (en) * | 2011-05-10 | 2016-10-04 | Anhui Electric Power Research Institute | Power frequency parameter simulation system for a power transmission line and control method thereof |
| RU117691U1 (ru) * | 2011-10-10 | 2012-06-27 | Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный инженерно-экономический институт (НГИЭИ) | Устройство для моделирования преобразовательного электровоза переменного тока |
| CN203490883U (zh) * | 2013-10-21 | 2014-03-19 | 江苏益邦电力科技有限公司 | 一种电流型变压器模拟故障装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9140731B2 (en) | Algorithm and implementation system for measuring impedance in the D-Q domain | |
| KR101400009B1 (ko) | 스마트그리드 교육용 실습장치 | |
| CN203706574U (zh) | 一种工业自动化控制网络系统实训装置 | |
| Binduhewa et al. | Photovoltaic emulator | |
| Tarase et al. | Monitoring & controlling of substation using iot in distribution power grid | |
| RU188135U1 (ru) | Лабораторный стенд для исследований режимов работы участка электрической сети с регулятором напряжения | |
| Wang et al. | Systematic characterization of power hardware-in-the-loop evaluation platform stability | |
| CN104183178A (zh) | 变压器模拟装置 | |
| US2319106A (en) | Electrical calculating machine | |
| Engelbrecht et al. | Educational droop control laboratory setup | |
| Rudion et al. | Non-linear load modeling—Requirements and preparation for measurement | |
| Balamurugan et al. | Laboratory model to teach operation of power systems | |
| Chowdhury et al. | Enhancing power and energy systems concepts with laboratory experience | |
| Hadjidemetriou et al. | Low-cost real-time monitoring of a laboratory scale power system | |
| Koochaki | Teaching calculation of transformer equivalent circuit parameters using MATLAB/Simulink for undergraduate electric machinery courses | |
| Leonard et al. | Real-time modeling of multi-level megawatt class power converters for hardware-in-the-loop testing | |
| Sami et al. | Detailed modelling and simulation of single-phase transformers for research and educational purposes | |
| Imhof et al. | Modelling of tap-changer transformers in an energy management system | |
| RU2710956C1 (ru) | Устройство, имитирующее электронным способом бесконтактный синхронный генератор, и стенд проверки и настройки блоков регулирования, защиты и управления | |
| RU2776278C1 (ru) | Способ симметрирования режима работы четырехпроводной линии электропередачи | |
| Polo-Gallego et al. | Development of a photovoltaic array emulator in a real time control environment using xpc target | |
| RU2786122C1 (ru) | Способ симметрирования режима работы трехпроводной линии электропередачи | |
| CN113450620B (zh) | 电力计量装置模拟现场工作台及模拟现场故障方法 | |
| Bayindir et al. | A web-based educational tool for simulation of reactive power compensation with synchronous motor | |
| Grainger et al. | Electric power laboratory workbench for training the next generation of engineering professionals |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB9K | Licence granted or registered (utility model) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200303 Effective date: 20200303 |