一种用于水电站运维技能培训的数字物理混合仿真系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种用于水电站运维技能培训的数字物理混合仿真系统，包括仿真水轮发电机组、励磁控制组、水轮机调速控制组和计算机监控组。本实用新型专利技术解决了在没有水轮机作为原动机的前提下，通过变频器实现了水轮发电机转速控制的仿真，进而实现了机组的停机、空载、并网的工况模拟，以及在各类工况下调速器和励磁系统的常规试验。另外，本实用新型专利技术通过物理仿真和实时数字混合仿真的结合，在水轮发电机组设备和调速、励磁、监控等自动装置的闭环控制关系基础上，再现了水力发电全过程，能够模拟水轮发电机组各类故障、事故，提供直观、安全、低成本的实战培训环境，显著提高水电站运维技能人才的培训条件。

【技术实现步骤摘要】
一种用于水电站运维技能培训的数字物理混合仿真系统
本技术涉及水电厂生产技能培训
，特别涉及一种用于水电站运维技能培训的数字物理混合仿真系统。
技术介绍
作为水电站的主要设备，水轮发电机组购置价值高、安装周期长，尤其是大型、巨型水轮发电机组，在电力系统中地位重要，在安全性、经济性和可靠性约束下,在真实的水电站工作环境中开展相关技能培训会很受到诸多限制。修建专门的教学电厂，利用真实的水轮发电机组、辅助设备和水电站自动装置进行教学能取得比较理想的培训效果，但其投资较大，建设周期较长，选点困难且位置往往比较偏僻，教学和生产任务之间存有一定矛盾。近年来，利用计算机仿真技术对水轮发电机组进行仿真成为一种趋势，纯数字仿真可以为受训者提供和真实水电站操作员站相同的人机界面，利用仿真服务器内建的数学模型模拟工况转换、负荷增减和事故处理，但是单纯利用数字仿真难以使受训者建立对发电过程的感性认识，也难以提供完整的水电站自动装置的检测、调试和试验培训。在这种情况下，较常用的方法是主机设备培训采用模型，自动装置培训采用真实的二次设备，运行操作采用计算机仿真，其缺点是各设备之间没有联系，不能联动，培训效果不能令人满意。近年来，许多水电厂利用与自动装置之间实现了简单联动的电动机-发电机模拟水轮发电机组开展培训，但不能准确反映水轮发电机组和自动装置之间的闭环控制关系，只能提供演示功能和认知培训。
技术实现思路
本技术提供了一种用于水电站运维技能培训的数字物理混合仿真系统，为解决以往水轮发电机组数字系统和真实系统之间相互分离、缺乏联系的问题。本技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于水电站运维技能培训的数字物理混合仿真系统，包括：仿真水轮发电机组，其包括异步电动机、变频器、同步发电机和齿盘测速装置，所述异步电动机与同步发电机通过连轴法兰连接，所述齿盘测速装置设置在连轴法兰上，所述变频器与异步电动机连接；励磁控制组，其包括发电机励磁调节器和晶闸管整流装置，所述发电机励磁调节器与晶闸管整流装置连接，所述晶闸管整流装置与同步发电机连接；水轮机调速控制组，其包括水轮机调速器电气部分和水轮机调速器机械液压部分，所述水轮机调速器电气部分与水轮机调速器机械液压部分连接，所述水轮机调速器电气部分分别与齿盘测速装置和变频器连接；计算机监控组，其包括计算机监控系统现地控制单元，所述计算机监控系统现地控制单元分别与齿盘测速装置、变频器、发电机励磁调节器和水轮机调速器电气部分连接。进一步地，所述同步发电机与市电系统连接，所述仿真水轮发电机组还包括设置在同步发电机与市电系统之间的模拟发电机断路器和电流互感器，所述同步发电机和市电系统均设有电压互感器，所述的同步发电机设有励磁变压器，所述励磁变压器与发电机励磁调节器连接。进一步地，所述同步发电机侧的电压互感器、市电系统侧的电压互感器和电流互感器均分别与发电机励磁调节器、水轮机调速器电气部分和计算机监控系统现地控制单元连接。进一步地，所述水轮机调速控制组包括接力器和接力器位移传感器，所述接力器与水轮机调速器机械液压部分连接，所述接力器与接力器位移传感器连接，所述接力器位移传感器与水轮机调速器电气部分连接。进一步地，所述计算机监控组还包括计算机监控系统操作员站、仿真服务器和网络设备，所述计算机监控系统操作员站和仿真服务器均通过网络设备与计算机监控系统现地控制单元。进一步地，所述计算机监控组还包括自动准同期装置，所述自动准同期装置与计算机监控系统现地控制单元连接，所述自动准同期装置与模拟发电机断路器连接。进一步地，所述自动准同期装置分别与同步发电机侧的电压互感器和市电系统侧的电压互感器连接。进一步地，所述自动准同期装置分别与发电机励磁调节器和水轮机调速器电气部分。本技术的有益效果是：本技术按照模拟水轮发电机组和调速、励磁、监控等自动装置的闭环控制关系构建，解决了在没有水轮机作为原动机的前提下，通过变频器实现了水轮发电机转速控制的仿真，进而实现了机组的停机、空载、并网的工况模拟，以及在各类工况下调速器和励磁系统的常规试验。本技术通过物理仿真和实时数字混合仿真的结合，在水轮发电机组设备和调速、励磁、监控等自动装置的闭环控制关系基础上，再现了水力发电全过程，能够模拟水轮发电机组各类故障、事故，提供直观、安全、低成本的实战培训环境，显著提高水电站运维技能人才的培训条件。附图说明图1为本技术提供的一种用于水电站运维技能培训的数字物理混合仿真系统结构示意图。图中，101-异步电动机、102-变频器、111-同步发电机、112-发电机模拟断路器、121-齿盘测速装置、122-电压互感器、123-电流互感器、201-发电机励磁调节器、202-晶闸管整流装置、203-励磁变压器、211-水轮机调速器电气电气部分、212-水轮机调速器机械液压部分、213-接力器、214-接力器位移传感器、221-自动准同期装置、231-计算机监控系统现地控制单元、311-计算机监控系统操作员站、301-仿真服务器、321-网络设备。具体实施方式下面将结合实施例，对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。本技术较准确地反映水力发电过程，实现和真实水电站相同的水轮发电机组开机、并网操作、增减负荷、停机操作，模拟水轮发电机组各类故障、事故，为水电站自动装置检修和运行技能人才培训提供直观、安全、低成本的实战培训环境。参阅图1，本技术提供一种技术方案：一种用于水电站运维技能培训的数字物理混合仿真系统，包括：仿真水轮发电机组，其包括异步电动机101、变频器102、同步发电机111和齿盘测速装置121，所述异步电动机101与同步发电机111通过连轴法兰连接，所述齿盘测速装置121设置在连轴法兰上，所述变频器102与异步电动机101连接；励磁控制组，其包括发电机励磁调节器201和晶闸管整流装置202，所述发电机励磁调节器201与晶闸管整流装置202连接，所述晶闸管整流装置202与同步发电机111连接；水轮机调速控制组，其包括水轮机调速器电气部分211和水轮机调速器机械液压部分212，所述水轮机调速器电气部分211与水轮机调速器机械液压部分212连接，所述水轮机调速器电气部分211分别与齿盘测速装置121和变频器102连接；计算机监控组，其包括计算机监控系统现地控制单元231，所述计算机监控系统现地控制单元231分别与齿盘测速装置121、变频器102、发电机励磁调节器201和水轮机调速器电气部分211连接。在一些实施例中，所述同步发电机111与市电系统连接，所述仿真水轮发电机组还包括设置在同步发电机1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于水电站运维技能培训的数字物理混合仿真系统，其特征在于，包括：/n仿真水轮发电机组，其包括异步电动机(101)、变频器(102)、同步发电机(111)和齿盘测速装置(121)，所述异步电动机(101)与同步发电机(111)通过连轴法兰连接，所述齿盘测速装置(121)设置在连轴法兰上，所述变频器(102)与异步电动机(101)连接；/n励磁控制组，其包括发电机励磁调节器(201)和晶闸管整流装置(202)，所述发电机励磁调节器(201)与晶闸管整流装置(202)连接，所述晶闸管整流装置(202)与同步发电机(111)连接；/n水轮机调速控制组，其包括水轮机调速器电气部分(211)和水轮机调速器机械液压部分(212)，所述水轮机调速器电气部分(211)与水轮机调速器机械液压部分(212)连接，所述水轮机调速器电气部分(211)分别与齿盘测速装置(121)和变频器(102)连接；/n计算机监控组，其包括计算机监控系统现地控制单元(231)，所述计算机监控系统现地控制单元(231)分别与齿盘测速装置(121)、变频器(102)、发电机励磁调节器(201)和水轮机调速器电气部分(211)连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于水电站运维技能培训的数字物理混合仿真系统，其特征在于，包括：
仿真水轮发电机组，其包括异步电动机(101)、变频器(102)、同步发电机(111)和齿盘测速装置(121)，所述异步电动机(101)与同步发电机(111)通过连轴法兰连接，所述齿盘测速装置(121)设置在连轴法兰上，所述变频器(102)与异步电动机(101)连接；
励磁控制组，其包括发电机励磁调节器(201)和晶闸管整流装置(202)，所述发电机励磁调节器(201)与晶闸管整流装置(202)连接，所述晶闸管整流装置(202)与同步发电机(111)连接；
水轮机调速控制组，其包括水轮机调速器电气部分(211)和水轮机调速器机械液压部分(212)，所述水轮机调速器电气部分(211)与水轮机调速器机械液压部分(212)连接，所述水轮机调速器电气部分(211)分别与齿盘测速装置(121)和变频器(102)连接；
计算机监控组，其包括计算机监控系统现地控制单元(231)，所述计算机监控系统现地控制单元(231)分别与齿盘测速装置(121)、变频器(102)、发电机励磁调节器(201)和水轮机调速器电气部分(211)连接。


2.根据权利要求1所述的一种用于水电站运维技能培训的数字物理混合仿真系统，其特征在于：所述同步发电机(111)与市电系统连接，所述仿真水轮发电机组还包括设置在同步发电机(111)与市电系统之间的模拟发电机断路器(112)和电流互感器(123)，所述同步发电机(111)和市电系统均设有电压互感器(122)，所述的同步发电机(111)设有励磁变压器(203)，所述励磁变压器(203)与发电机励磁调节器(201)连接。


3.根据权利要求2所述的一种用于水电站运维技能培训的数字物理混合仿真系统，其特征在于：所述同步发电机侧的...

【专利技术属性】
技术研发人员：白奎明，柳钢，翟保刚，何志兰，张玺，陈迅，郭澄波，
申请(专利权)人：四川华能太平驿水电有限责任公司，
类型：新型
国别省市：四川;51