电力系统及其自动化实验报告-列车控制

2024-06-15

电力系统及其自动化实验报告-列车控制（精选4篇）

1.电力系统及其自动化实验报告-列车控制篇一

实验一控制系统的稳定性分析

一、实验目的

1．观察系统的不稳定现象。

2．研究系统开环增益和时间常数对稳定性的影响。

二、实验仪器

1．自动控制系统实验箱一台 2．计算机一台

三、实验内容

系统模拟电路图如图

系统模拟电路图其开环传递函数为:

G（s）=10K/s(0.1s+1)(Ts+1)

式中 K1=R3/R2，R2=100K，R3=0～500K；T=RC，R=100K，C=1f或C=0.1f两种情况。

四、实验步骤

1.连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入，将纯积分电容两端连在模拟开关上。检查无误后接通电源。

2.启动计算机，在桌面双击图标 [自动控制实验系统] 运行软件。3.在实验项目的下拉列表中选择实验三[控制系统的稳定性分析]

5.取R3的值为50K，100K，200K，此时相应的K=10，K1=5，10，20。观察不同R3值时显示区内的输出波形(既U2的波形)，找到系统输出产生增幅振荡时相应的R3及K值。再把电阻R3由大至小变化，即R3=200k，100k，50k，观察不同R3值时显示区内的输出波形, 找出系统输出产生等幅振荡变化的R3及K值，并观察U2的输出波形。

五、实验数据 1模拟电路图

2．画出系统增幅或减幅振荡的波形图。C=1uf时： R3=50K K=5：

R3=100K

K=10

R3=200K

K=20：

等幅振荡：R3=220k:

增幅振荡：R3=220k： R3=260k:

C=0.1uf时：

R3=50k:

R3=100K:

R3=200K:

2.川大电力系统自动装置实验报告篇二

一、实验目的

1、加深理解同步发电机准同期并列原理，掌握准同期并列条件；

2、熟悉同步发电机准同期并列过程；

3、观察、分析有关波形。

二、原理与说明

将同步发电机并入电力系统的合闸操作通常采用准同期并列方式。准同期并列要求在合闸前通过调整待并机组的电压和转速，当满足电压幅值和频率条件后，根据“恒定越前时间原理”，由运行操作人员手动或由准同期控制器自动选择合适时机发出合闸命令，这种并列操作的合闸冲击电流一般很小，并且机组投入电力系统后能被迅速拉入同步。根据并列操作的自动化程度不同，又分为手动准同期、半自动准同期和全自动准同期三种方式。

正弦整步电压是不同频率的两正弦电压之差，其幅值作周期性的正弦规律变化。它能反映两个待并系统间的同步情况，如频率差、相角差以及电压幅值差。线性整步电压反映的是不同频率的两方波电压间相角差的变化规律，其波形为三角波。它能反映两个待并系统间的频率差和相角差，并且不受电压幅值差的影响，因此得到广泛应用。

手动准同期并列，应在正弦整步电压的最低点(同相点)时合闸，考虑到断路器的固有合闸时间，实际发出合闸命令的时刻应提前一个相应的时间或角度。

自动准同期并列，通常采用恒定越前时间原理工作，这个越前时间可按断路器的合闸时间整定。准同期控制器根据给定的允许压差和允许频差，不断地检查准同期条件是否满足，在不满足要求时闭锁合闸并且发出均压均频控制脉冲。当所有条件均满足时，在整定的越前时刻送出合闸脉冲。

三、实验项目、方法及过程

(一)机组启动与建压

1、检查调速器上“模拟调节”电位器指针是否指在0位置，如不在则应调到0位置；

2、合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄。调速器面板上数码管在并网前显示发电机转速（左）和控制量（右），在并网后显示控制量（左）和功率角（右）。调速器上“并网”灯和“微机故障”灯均为熄灭状态，“输出零”灯亮；

3、按调速器上的“微机方式自动/手动”按钮使“微机自动”灯亮；

4、励磁调节器选择它励、恒UF运行方式，合上励磁开关；

5、把实验台上“同期方式”开关置“断开”位置；

6、合上系统电压开关和线路开关QF1，QF3，检查系统电压接近额定值380V；

7、合上原动机开关，按“停机/开机”按钮使“开机”灯亮，调速器将自动启动电动机到额定转速；

8、当机组转速升到95%以上时，微机励磁调节器自动将发电机电压建压到与系统电压相等。)观察与分析整步电压，方波信号，三角波信号的波形

正弦整步电压

脉宽比方波信号(二

三角波线性整步电压信号

四．实验分析

1.比较手动准同期和自动准同期的调整并列过程。

手动准同期并列过程是通过人观察旋转灯的旋转来判断发电机和电网是否满足并车条件，并通过调节发电机的转速及励磁使之满足，然后确定合闸发信装置发出合闸信号的时机。而自动准过同期的调整并列过程是通过自动装置来完成并车条件的判断和对发电机的调节。2．分析合闸冲击电流的大小与哪些因素有关。

合闸冲击电流产生的根本原因是由于合闸时并列点两侧的电压的瞬时值不等。因此影响合闸冲击电流大小的因素有：①并列点两侧电压幅值；②合闸时并列点两侧打压的电压差；③合闸点两侧电压频率差。

3．分析正弦整步电压波形的变化规律。

正弦整步电压是并列点两侧电压差按滑差角频率周期性变化的正弦包络线。其幅值是并列点两侧电压幅值之和，角频率是两侧电压角频率之差。4．滑差频率fs，开关时间tyq 的整定原则？

滑差频率是根据并列所允许的最大冲击电流和发合闸信号所采用的恒定越前量来整定的。即：sy=eytctQFfs2sy，开关时间tyQtctQF，其中tc为自动装置合闸信号输出回路的动作时间，tQF是并列断路器合闸动作时间。

五．思考题回答

1．相序不对(如系统侧相序为A、B、C、为发电机侧相序为A、C、B)，能否并列？为什么？

不能并列，因为相序不对时，并列点三相中至多只有一相保证相位相同，而其余两相存在着较大的相位差，并列时会产生较大的冲击电流。

2．电压互感器的极性如果有一侧(系统侧或发电机侧)接反，会有何结果？

在使用自动准同期并列装置时，如果电压互感器的极性如果有一侧接反，根据自动准同期装置要在变压器二次侧电压差不多同相位时才会合闸，此时并列点两侧电压的实际相位差是接近180°，故在并列时会产生很大的冲击电流而使发电机损坏。

3．准同期并列与自同期并列，在本质上有何差别？如果在这套机组上实验自同期并列，应如何操作？

准同期与自同期并列的本质差别是准同期需要检测同期条件，而自同期不需要。

首先要将励磁开关关掉，将发电机转速调至同步转速附近，然后将发电机与电网并列，最后给发电机加励磁。

4．频率差变化或电压差变化时，正弦整步电压的变化规律如何？

频率差变化时，正弦整步电压的滑差频率将变化。电压差变化时，正弦整步电压的幅值变化。

5．当两侧频率几乎相等，电压差也在允许范围内，但合闸命令迟迟不能发出，这是一种什么现象？应采取什么措施解决？

这是存在合闸相角差的现象，其原因是由于滑差角频率很小，滑差周期时间很大，两侧电压的相角差到达允许范围用时较长。可以通过对发电机频率进行微调，稍微加大滑差角频率来解决。

六．实验结论本实验用的是自动准同期合闸装置，装置主要有输入单元、CPU单元、输出单元、显示单元、电源单元组成。装置的输入时来自发电机和系统两侧的电压，两个电压经装置做差运算得到正弦整步电压，正弦整步电压是一个正弦的包络信号，他包含了准同期并列装置所需检测的信息，如压差，频差，相角差等。但在利用正弦整步电压判定并列点两侧电压的相位差时需要考虑电压差的影响，为排除此影响根据每个基波周期的脉宽比脉冲，利用时域积分得到了较易判定合闸条件的线性三角波整步电压。同步发电机励磁实验

一、实验目的

1.加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务； 2.了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点；

3.熟悉三相全控桥整流、逆变的工作波形；观察触发脉冲及其相位移动； 4.了解微机励磁调节器的基本控制方式；

5.了解电力系统稳定器的作用；观察强励现象及其对稳定的影响； 6.了解几种常用励磁限制器的作用； 7.掌握励磁调节器的基本使用方法。

二、原理与说明

同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。励磁控制系统的三大基本任务是：稳定电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳定性。

图1 励磁控制系统示意图

实验用的励磁控制系统示意图如图1所示。可供选择的励磁方式有两种：自并励和它励。当三相全控桥的交流励磁电源取自发电机机端时，构成自并励励磁系统。而当交流励磁电源取自380V市电时，构成它励励磁系统。两种励磁方式的可控整流桥均是由微机自动励磁调节器控制的，触发脉冲为双脉冲，具有最大最小α角限制。

微机励磁调节器的控制方式有四种：恒UF（保持机端电压稳定）、恒IL（保持励磁电流稳定）、恒Q（保持发电机输出无功功率稳定）和恒α（保持控制角稳定）。其中，恒α方式是一种开环控制方式，只限于它励方式下使用。

同步发电机并入电力系统之前，励磁调节装置能维持机端电压在给定水平。当操作励磁调节器的增减磁按钮，可以升高或降低发电机电压；当发电机并网运行时，操作励磁调节器的增减磁按钮，可以增加或减少发电机的无功输出，其机端电压按调差特性曲线变化。发电机正常运行时，三相全控桥处于整流状态，控制角α小于90°；当正常停机或事故停机时，调节器使控制角α大于90°，实现逆变灭磁。

电力系统稳定器――PSS是提高电力系统动态稳定性能的经济有效方法之一，已成为励磁调节器的基本配置；励磁系统的强励，有助于提高电力系统暂态稳定性；励磁限制器是保障励磁系统安全可靠运行的重要环节，常见的励磁限制器有过励限制器、欠励限制器等。

三、实验项目及方法

不同α角（控制角）对应的励磁电压波形观测

1、合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄；

2、励磁系统选择它励励磁方式：操作“励磁方式开关”切到“微机它励”方式，调节器面板“它励”指示灯亮；

3、励磁调节器选择恒α运行方式：操作调节器面板上的“恒α”按钮选择为恒α方式，面板上的“恒α”指示灯亮；

4、合上励磁开关，合上原动机开关；

5、在不启动机组的状态下，松开微机励磁调节器的灭磁按钮，操作增磁按钮或减磁按钮即可逐渐减小或增加控制角α，从而改变三相全控桥的电压输出及其波形。

四、实验波形

α为 120度时的输出波形

α为 90度时的输出波形

α为 60度时的输出波形

五、思考题

1．三相可控桥对触发脉冲有什么要求？六个晶闸管按顺序依次相隔60度触发，共阴极或共阳极的晶闸管依次相隔120度触发，同一相两极相隔180度触发。

六、实验结论

整流装置中，触发角α对整流输出波形起着决定性的作用，随着α角的不断改变，输出波形也不断的改变。0°<α﹤90°时，处于整流工作状态，改变α角，可以调节发电机励磁电流;在90°<α< 180°时，电路处于逆变工作状态，可以实现对发电机的自动灭磁。

七、实验心得体会

3.铁路列车运行控制系统篇三

列车运行控制系统(简称列控)是铁路运输极重要的环节。随着对铁路运输要求的提高,如何改进列车控制系统,实现列车安全、快速、高效的运行是目前的主要问题。随着计算机技术、通信技术、微电子技术和控制技术的飞速发展使得无线通信传递车地大容量信息成为可能。

传统的列车运行控制系统是利用地面发送设备向运行中的列车传送各种信息，使司机了解地面线路状态并控制列车速度的设备，用以保证行车安全，同时也能适度提高行车效率。它是一种功能单

一、控制分散、通信信号相对独立的传统技术。它包括机车信号、自动停车装置以及列车速度监督和控制等。依据不同的要求安装不同的设备。机车信号和自动停车装置都可单独使用，也可以同时安装。

新一代铁路信号设备是由列车调度控制系统及列车运行控制系统两大部分组成的。从技术发展的趋势看是向着数字化、网络化、自动化与智能化的方向发展。它是列车运营的大脑神经系统，直接关系保证着行车安全、提高运输效率、节省能源、改善员工劳动条件。发展中的列控系统将成为一个集列车运行控制、行车调度指挥、信息管理和设备监测为一体的综合业务管理的自动化系统。列车运行控制系统的内容是随着技术发展而提高的，从初级阶段的机车信号与自动停车装置，发展到列车速度监督系统与列车自动操纵系统。

随着列车速度的不断提高,随着计算机、通信和控制的等前沿科学技术发展，为通信信号一体化提供了理论和技术基础。尤其，其所依托的新技术，如网络技术与通信技术的技术标准与国外是一致的，可属于技术上借鉴。近年来,欧洲铁路公司在欧盟委员会和国际铁路联盟的推动下,为信号系统的互联和兼容问题制定了相关的技术标准,其中包括欧洲列车运行控制系统———ETCS标准。在世界各国经验的基础上，从2002年开始，结合我国国情、路情，已制定了统一的中国列车运行控制系统为ChineseTrainControlSystem的缩写——CTCS（暂行）技术标准。随后，还做了相关技术标准的修订工作,2007年颁布了《客运专线CTCS—2级列控系统配置及运用技术原则(暂行)》文件,明确规定了CTCS—2级列控系统运用技术原则,对CTCS—3级列控系统提出了技术要求。

CTCS列控系统是为了保证列车安全运行,并以分级形式满足不同线路运输需求的列车运行控制系统。CTCS系统包括地面设备和车载设备,根据系统配置按功能划分为以下5级: 1.CTCS—0级为既有线的现状,由通用机车信号和运行监控记录装置构成。2.CTCS—1级由主体机车信号+安全型运行监控记录装置组成,面向160km/h以下的区段,在既有设备基础上强化改造,达到机车信号主体化要求,增加点式设备,实现列车运行安全监控功能。

3.CTCS—2级是基于轨道传输信息的列车运行控制系统,CTCS—2级面向提速干线和高速新线,采用车—地一体化计,CTCS—2级适用于各种限速区段,地面可不设通过信号机,机车乘务员凭车载信号行车。

4.CTCS—3级是基于无线传输信息并采用轨道电路等方式检查列车占用的列车运行控制系统;CTCS—3级面向提速干线、高速新线或特殊线路,基于无线通信的固定闭塞或虚拟自动闭塞,CTCS—3级适用于各种限速区段,地面可不设通过信号机,机车乘务员凭车载信号行车。

5.CTCS—4级是基于无线传输信息的列车运行控制系统,CTCS—4级面向高速新线或特殊线路,基于无线通信传输平台,可实现虚拟闭塞或移动闭塞,CTCS—4级由RBC和车载验证系统共同完成列车定位和列车完整性检查,CTCS—4级地面不设通过信号机,机车乘务员凭车载信号行车。我国新建200km/h～250km/h客运专线采用CTCS—2级列控系统, 300km/h～350km/h客运专线的列控系统采用CTCS—3级功能,兼容CTCS—2级功能。

客运专线的CTCS—3列控系统包含了CTCS—2列控系统的全部设备,并在CTCS—2的基础上增加了铁路专用全球移动通信系统(GSM—R)系统设备。

新型列车控制系统的核心是通信技术的应用，铁路通信是专门的通信系统，历史上是有线通信，后来是有线和无线结合，现在是先进的无线通信是GSM-R。

GSM-R是一种根据目前世界最成熟、最通用的公共无线通信系统GSM平台上的、专门为满足铁路应用而开发的数字式的无线通信系统，针对铁路通信列车调度、列车控制、支持高速列车等特点，为铁路运营提供定制的附加功能的一种经济高效的综合无线通信网络系统。所以，GSM-R网络本身不是孤立存在的，是跟铁路的各应用系统衔接在一起的，是跟信号系统、列车控制系统衔接在一起的。GSM-R网络在应用过程当中，本身是一个载体，相当于一条为车提供行驶通道的公路。

GSM-R通信系统包括：交换机、基站、机车综合通信设备、手机等设备组成。从集群通信的角度来看，GSM-R是一种数字式的集群系统，能提供无线列调、编组调车通信、应急通信、养护维修组通信等语音通信功能。GSM-R能满足列车运行速度为0-500km／小时的无线通信要求，安全性好。GSM-R可作为信号及列控系统的良好传输平台，正在试验中的ETCS欧洲列车控制系统(也称FZB)和另一种用于160公里以下的低成本的列车控制系统(FFB)，都是将GSM-R作为传输平台。

以青藏铁路为例：青藏铁路是世界上海拔最高的铁路线，青藏线北起青海省格尔木市，途经纳赤台、五道梁、沱沱河、雁石坪，翻越唐古拉山进入西藏自治区境内后，经安多、那曲、当雄至西藏自治区首府拉萨市，全长约1142km。绝大部分线路在高原缺氧的无人区。为了满足铁路运输通信、信号及调度指挥的需要，采用了GSM-R移动通信系统。青藏线GSM-R通信系统实现了如下功能：

1、调度通信功能。调度通信系统业务包括列车调度通信、货运调度通信、牵引变电调度通信、其他调度及专用通信、站场通信、应急通信、施工养护通信和道口通信等。

2、车次号传输与列车停稳信息的传送功能。车次号传输与列车停稳信息对铁路运输管理和行车安全具有重要的意义，它可通过基于GSM-R电路交换技术的数据采集传输应用系统来实现数据传输，也可以采用GPRS方式来实现。

3、调度命令传送功能。铁路调度命令是调度所里的调度员向司机下达的书面命令，它是列车行车安全的重要保障。采用GSM-R系统传输通道传输调度命令无疑将加速调度命令的传递过程，提高工作效率。

4、列车尾部装置信息传送功能。将尾部风压数据反馈传输通道纳入GSM-R通信系统，可以方便地解决尾部风压数据传输问题。

5、调车机车信号和监控信息系统传输功能。提供调车机车信号和监控信息传输通道，实现地面设备和多台车载设备间的数据传输，并能够存储进入和退出调车模式的有关信息。

6、列车控制数据传输功能。采用GSM-R通信系统实现车地间双向无线数据传输，提供车地之间双向安全数据传输通道。

7、区间移动公务通信。在区间作业的水电、工务、信号、通信、供电、桥梁守护等部门内部的通信，均可以使用GSM-R作业手持台，作业人员在需要时可与车站值班员、各部门调度员或自动电话用户联系。紧急情况下，作业人员还可以呼叫司机，与司机建立通话联络。

8、应急指挥通信话音和数据业务。应急通信系统是当发生自然灾害或突发事件等影响铁路运输的紧急情况时，在突发事件现场与救援中心之间，以及现场内部采用GSM-R通信系统，建立语音、图像、数据通信系统。

再以高速铁路为例：2008年在世界高速铁路大会上，与会代表就高速铁路定义进行讨论以后，最后，达成三点新的共识：一是新建的专用铁路。强调是新建的专用铁路，既有的铁路线不能算；另一层，“专用”含义是单指客运，没必要搞一个超高速度的货运列车。二是，在新建的专用铁路线上，开行达到运营时速250公里以上的动车组列车。三是采用了开行高速铁路列车的运行控制系统，这种运行控制系统和普速的铁路是完全不同的，它是一个电脑化的控制系统，这是高速铁路最核心技术。我们知道列车运行控制系统都是机器控制和人控制相结合的。传统普速铁路是以人控为主，机器做辅助的；而高速铁路是反过来，机器控制优先为主，人是辅助的。高速铁路必须要用这样一个先进的高铁的运营控制系统，我们才能认定说这条线路是高速铁路。特别时速300公里以上的高速铁路，一些线路要采用CTCS3级列控技术，这就要利用GSM-R铁路移动通信系统标准作为信息传输的一种手段。CTCS3还要求有一个无线闭塞中心，这个闭塞中心要采集一些信息，以无线GSM-R网络向车载系统来提供信息。因为GSM-R是无线通信，无线信道是变参信道，从信道的角度讲它的传输环境是可变的。而且，GSM-R本身是一个复杂的系统，涉及的设备运用、网络管理因素很多，要想有效、可靠地传输这些信息，实际上对GSM-R网络质量，对系统运行维护的质量就提出了非常苛刻的要求。

从以二例充分说明，21世纪以来,随着全球铁路跨越式的发展,越来越多的新技术被应用到铁路——这个近代文明产物，使得铁路包含的高科技含量也越来越多。今天的铁路早已不是单纯的以列车和铁轨的合成工作所定义的概念。铁路的通信系统越来越重要，它也迎来了划时代的转变,铁路无线全球通信系统的GSM--R的建设和使用,表明成长中的我国铁路正在不断吸取国外铁路的先进经验和成果,努力提升自身的经济技术结构和规模水平,加快发展步伐,争取在较短时间内运输能力满足国民经济和社会发展需要,实现主要技术装备达到或接近国际先进水平。

总之，我国铁路列车运行控制系统经过几十年的发展，已经具备一定基础。但还不能满足我国铁路客运专线和城市轨道交通的发展需求，其列控系统基本还是靠引进。国外系统虽具有先进、相对成熟的特点，但造价高和运营维护成本高，技术受制于人。为此，我国应加快发展适合于我国国情的列控系统。在铁路交通方面，参照欧洲列控系统(ETCS)发展的中国列车运行控制系统(CTCS)，并采用专门为铁路划分频段的全球移动通信系统(GSM-R)欧洲标准作为发展我国铁路综合数字移动通信网络的技术标准，用以建设无线列调、无线通信业务和列车控制系统信息传输通道；在城市轨道交通领域参照相关国际标准，采用商用设备COTS技术发展列控系统。在消化吸收国外先进技术的同时，研究新一代基于移动通信的列控系统(CBTC)，来确保铁路、城市轨道交通列车运行安全和提高运输效率，迫切需要装备性能先进、安全可靠的列车运行控制系统。由于GSM-R的网络比较复杂，不是简单的设备连接，或者是简单的设备开通。它是一个大的系统，这个大的系统本身就有各个环节。而且网络本身就受到无线信号环境以及气候环境等诸多因素的影响。要注意ＧＳＭ－Ｒ的电磁环境，其干扰源主要一是系统内部干扰，主要是由频率规划和小区规划不当等自身原因造成的同频、邻频干扰等；二是外部干扰又分为来自中国移动ＧＳＭ网的干扰，ＣＤＭＡ基站下行链路对ＧＳＭ－Ｒ上行链路的干扰，全频段或部分频段人为故意大信号堵塞干扰等。如排除自身因素和人为因素，ＧＳＭ－Ｒ的干扰最可能来源于与其共享频率资源的中国移动ＧＳＭ－Ｒ网络。在如此复杂的电磁环境中，应对ＧＳＭ－Ｒ网络进行“无线空中管制”，为列车控制系统创造无“污染”的通信天空。采用何种方案来与中国移动等单位进行协调，从而保证ＧＳＭ－Ｒ正常的无线通信环境，将是铁路面临的一个紧迫而重要的问题。还有无线网络的覆盖情况会随着时间和地点的变化而变化。可能在我们开工的时候，网络质量没有问题，传控系统也没有问题。但是在设备的互相影响和无线信道变化的影响下，系统会发生一些变化。这就要求我们在运营维护的时候能够通过有效手段监测到干扰，并防止干扰。换句话说，高速铁路对整个GSM-R的无线系统和运行维护提出了很高的要求。从我国目前的GSM-R系统主要有三个设备供应商。我国的GSM-R网络系统在刚开始的时候是按某一单线来建的，以后会过渡到将各条线逐步连在一起作为一张网来管理。从专业的角度来说，GSM-R更多的应用需要有前期认证、网络系统建设以及应用和推广三个阶段。目前只是停留在系统建设期，基本上还没有开始成网络系统应用起来，还没有到成熟应用的阶段。从建设的角度来讲，GSM-R一定要形成标准化，否则不同的厂商提供的产品不同，如果我们没有一个公用的标准是连接不到一起去的。