[发明专利]电力系统自动化实验装置

摘要

本发明涉及一种电力系统自动化实验装置，其包括发电机组、输电实验装置、控制系统和以太网通信系统，所述发电机机组由直流电动机和三相交流发电机组成，直流电动机作为三相交流发电机的输入功率源；所述输电实验装置包括发电机母线、仪表组PV2、仪表组PA2、仪表组PV3、电抗XL1、电抗XL2、电抗XL3、电抗XL4、无穷大母线、无穷大电源和负载电阻箱；所述控制系统由调速控制系统、微机励磁系统和准同期控制系统组成，所述的调速控制系统、微机励磁系统和准同期控制系统分别与三相交流发电机连接。本发明可实现电力系统的检测、控制、监视、保护、调度的自动化，在极大程度上促进电力自动化教学及电气工程学科的发展。

主权项

一种电力系统自动化实验装置，其特征在于：其包括发电机组、输电实验装置、控制系统、以太网通信系统和上位机，所述发电机机组由直流电动机和三相交流发电机组成，直流电动机作为三相交流发电机的输入功率源；所述输电实验装置包括发电机母线、仪表组PV2、仪表组PA2、仪表组PV3、电抗XL1、电抗XL2、电抗XL3、电抗XL4、无穷大母线、无穷大电源和负载电阻箱，三相同步发电机的输出端子与发电机母线连接，发电机母线分成两条线路，其中一线路由发电机母线A点经过一个断路器和电抗XL2连接B点，B点连接仪表组PV2，B点经过一个断路器开关和仪表组PA2连接，PA2点经过一个电抗XL4和断路器开关连接无穷大母线汇流于C点，C点连接有仪表组PV3；另一线路由发电机母线G点经过一个断路器和电抗XL1连接F点，F点经过电抗XL3和断路器开关与无穷大母线E点连接，电抗XL2、电抗XL4与电抗XL1、电抗XL3组成两条并联输电线路，通过中间开关站进行连接；无穷大母线D点通过两个断路器与无穷大电源连接，负载电阻箱通过断路器和无穷大母线E点连接；所述的仪表组PA2、PV2、或PV3包括电压表、电流表、功率表和功率因数表；所述控制系统由微机调速系统、微机励磁系统和微机准同期系统组成，所述的微机调速系统、微机励磁系统和微机准同期系统分别与三相交流发电机连接；所述的以太网通信系统包括微控制器STM32F103VET6和网络控制芯片WIZNET W5200，控制系统与微控制器通过com端口通讯连接，微控制器通过网络控制芯片与上位机连接；调速系统通过STM32F103VET6的COM1、励磁系统通过STM32F103VET6的COM2、准同期控制系统通过STM32F103VET6的COM3，分别和以太网控制器的COM1、COM2、COM3相连接；STM32F103VET6控制器将上位PC机下传的数据进行解包，然后通过COM口分别下发到各各控制系统，同时也将各各控制系统上传的数据进行打包，然后通过WIZNET W5200传送给上位PC机；各控制系统与微控制器之间的数据传输采用了DMA通信方式，在数据传输的初始，由发送方确定发送的数据的字节数，随后启动DMA控制器发送数据给接收方；而在接收方由于不确定接收数据的大小，所以先建立一个大的数据存储空间，确保在任何传输过程中数据都不会出现溢出现象，然后启动一个定时器，让定时器每过一个字节传输时间去读取当前DMA接收数据的数量，如果接收数据的数量在连续3次读取过程中均无任何变化，则可以确定一帧数据传输完毕，读取一帧数据，启动DMA控制器重新接收数据；在接收数据结束后根据数据的可靠性进行CRC16的校验；所述的微机调速系统或微机励磁系统均包括三相电压采集电路，所述的三相电压采集电路包括电流互感器PT1、PT3、PT4，电源U相与电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与电流互感器PT1原边的上端相连，电源N相与电阻R88的一端相连，电阻R88的另一端与电流互感器PT1原边的下端相连；电流互感器PT1副边的上端与电阻R5的一端相连，与电阻R2的一端相连，电流互感器PT1副边的下端与电阻R5、电容C7、二极管D1的阳极、二极管D2的阴极相连，电阻R2的一端与电容C7、二极管D1的阴极、二极管D2的阳极相连；电源V相与电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端与电流互感器PT3原边的上端相连，电源N相与电阻R89的一端相连，电阻R89的另一端与电流互感器PT3原边的下端相连；电流互感器PT3副边的上端与电阻R14的一端相连，与电阻R10的一端相连，电流互感器PT3副边的下端与电阻R14、电容C11、二极管D5的阳极、二极管D6的阴极相连，电阻R10的一端与电容C11、二极管D5的阴极、二极管D6的阳极相连；电源W相与电阻R18的一端相连，电阻R18的另一端与电流互感器PT4原边的上端相连，电源N相与电阻R90的一端相连，电阻R90的另一端与电流互感器PT4原边的下端相连；电流互感器PT4副边的上端与电阻R20的一端相连，与电阻R17的一端相连，电流互感器PT4副边的下端与电阻R20、电容C20、二极管D9的阳极、二极管D10的阴极相连，R17的一端与电容C20、二极管D9的阴极、二极管D10的阳极相连；所述的微机准同期系统包括功角测量电路，所述的功角测量电路包括反相器U3A、U3B、U3C、U3D、U3E、U3F，P3插排的1端接+15Vb，2端与U3F的13脚、电容C5的一端相连，3端与GNDb、电容C5、电容C6的一端相连，4端与电容C6、U3E的11脚相连，U3F的12脚与U3A和U3B的1脚和3脚相连，U3A的2脚与U3B的4脚、CE3的CON1端、以及光耦U2的输入端2脚相连，光耦U2的输入端1脚与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端与+15Vb电源端相连；光耦U2的输出端4脚UI与+3.3VD电源端、电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与三极管Q1的集电极、电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与插排P2的4端相连；光耦U2的输出端3脚与电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与三极管Q1的基极、电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端与三极管Q1的发射机、DGND数字地、P2插排的2端相连；U3E的10脚输出与U3D的9脚、U3C的5脚相连，U3D的8脚与U3C的6脚、CE4的CON1端、光耦U4的输入端2脚相连，光耦U4的1脚与电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与+15Vb电源端相连，光耦U4的输出端4脚与+3.3VD、电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端与三极管Q6的集电极、电阻R8的一端相连，电阻R8的另一端与P2插排的3端相连；光耦U4的输出端3脚与电阻R9的一端相连，电阻R9的另一端与电阻R10、三极管Q2的基极相连，三极管Q2的发射极与电阻R10的另一端、DGND相连；U3E的14脚与+15Vb电源端相连，U3E的7脚与GND地相连；所述的微机准同期系统包括电波整形电路，所述的电波整形电路包括运算放大器U1、比较器U2，交流电U11端与电阻R7的一端相连，R7的另一端与电流互感器PT2的输入上端相连，交流电N11端与电容C9的一端相连，电容C9的另一端与电阻R91的一端相连，电阻R91的另一端与电流互感器PT2的输入下端相连，电流互感器PT2的输出上端与U1的2脚、电阻R1的一端、电容C1的一端相连；U1的7脚与+15Va电源端、电容C5的一端相连；电容C1与电阻R1的另一端、U1的6脚、电阻R9的一端相连；电流互感器PT2的输出下端与U1的3脚、电容C16的一端、电容C5的一端、电容C13的一端、U2的1脚和3脚、GNDA地相连，U1的4脚与‑15Va、电容C16的一端相连；电阻R9的另一端与电容C13的一端、U2的2脚相连；U2的8脚与+15Va电源端、电容C6的一端相连，电容C6的另一端与电容C10的一端、GNDa地相连；U2 的7脚与电阻R11的一端、CE3的CON1端相连，电阻R11的另一端与+15Va相连。