Лаборатория «Возобновляемые источники энергии и силовая электроника»

Лаборатория представления следующими учебными стендами:

Производство электроэнергии

Наряду с основополагающими экспериментами с синхронным генератором трехфазного тока опыты в этой области включают ручные и автоматические схемы синхронизации, а также эксперименты, относящиеся к автоматическому регулированию коэффициента мощности (регулирование косинуса phi) и мощности. Поэтому данный модуль позволяет моделировать работу электростанции в изолированном и совместном режиме. Кроме того, требуется эффективная защита генераторов от внутренних и внешних погрешностей. Это приводит к необходимости применения большого числа предохранительных устройств.

• Синхронные генераторы трехфазного тока (UniTrain)

Содержание курса

• Объяснение технологии и ее применение на практике

• Изучение физических основ, необходимых для понимания

• Пуск машин с пусковыми реостатами и переменной частотой

• Управление числом оборотов

• Проведение различных экспериментов:

- Подключение двигателя с фазным ротором

- Влияние разомкнутых и нагруженных обмоток ротора

- Действие различных напряжений возбуждения

• Продолжительность изучения курса: ок.4 часов

• Регулирование генераторов и синхронизация

Содержание курса

• Схема синхронизации „втёмную“

• Схема синхронизации „на свет“

• Схема „тёмно-светлого“ включения

• Генерирование активной мощности

• Генерирование индуктивной реактивной мощности

• Генерирование емкостной реактивной мощности

Схемы автоматической синхронизации

• Пуск и параметрирование устройства автоматизации

• Синхронизация в опытном режиме

• Синхронизация с реальной сетью

• Поведение автоматизационного устройства при ошибочном программировании

Автоматическое регулирование коэффициента мощности

• Параметрирование автоматического регулятора косинуса phi

• Синхронизация генератора с сетью

• Регулирование косинуса phi синхронного генератора

• Регулирование косинуса phi сети

Автоматическое регулирование мощности

• Параметрирование автоматического регулятора мощности

• Синхронизация генератора с сетью

• Поведение регулятора мощности при задающем и возмущающем воздействии

• Чувствительность и направление действия регулятора мощности

• Защита генераторов

Содержание курса

Макс. токовая защита с выдержкой времени

• Срабатывание и отпускание в случае однополюсного и трехполюсного замыкания

• Определение времени отключения

Защита от несимметричной нагрузки

• Срабатывание и отпускание при несимметричной нагрузке

• Определение коэффициента возврата и времени отключения

• Определение релейной характеристики TA = f (несимметричная нагрузка)

Защита от обратной мощности

• Синхронизация генератора с сетью

• Обнаружение сбоя и отключение генератора при перетоке обратной мощности

Защита от перенапряжения и минимальная защита напряжения

• Реакции при выпадении фазы

• Учет времени возбуждения и времени срабатывания

Защита статорной обмотки от замыкания на землю

• Регистрация напряжения системы при нормальном режиме работы или при замыкании статора на землю

• Измерение времени отключения

• Расчет тока замыкания на землю

Производство электроэнергии из регенеративных источников

•Фотовольтаика

Во время бурного роста стоимости энергии и повышения экологического сознания фотовольтаика предлагает очень интересную альтернативу для традиционного производства электроэнергии. С помощью курса по фотовольтаике Вы можете не только ознакомиться с принципами работы солнечных батарей и проводить различные исследования, но и моделировать фотовольтаическую систему в режиме прямого питания или в режиме аккумулирования.

Содержание курса

Исследование солнечных модулей

• Тесты по оптимальной ориентации солнечных модулей

• Снятие характеристики солнечных модулей

• Исследование поведения при частичном отключении

• Исследование принципа действия шунтирующихдиодов

• Ознакомление со схемами соедин. солн. модулей

Схема автономных фотовольтаических установок

• Монтаж фотовольтаических установок

• Монтаж и испытание автономной фотовольтаической установки в режиме прямого использования

• Монтаж и испытание автономной фотовольтаической установки в режиме аккумулирования

• Монтаж и испытание автономной фотовольт.

установки переменного напряжения 230 В.

Схема фотовольтаических установок, работающих параллельно с сетью

• Инсталляция, монтаж и испытание фотовольтаической установки с вводом энергии в сеть

• Измерение энергии, производимой фотовольтаической установкой

• Определение к.п.д. сетевого инвертора

• Изучение поведения фотовольтаической установки при отказе сети

•Продвинутая фотовольтаика

Тренажерная система позволяет выполнять приближенную к практическим условиям имитацию траектории солнца. Благодаря этому можно также и без солнца проводить эксперименты в лаборатории с помощью эмуляторов, создавая натуральные условия. Передача знаний и ноу-хау, а также оценка результатов измерений с помощью ПК - все это обеспечивает мультимедийный курс по продвинутой фотовольтаике.

Содержание курса

Изучение солнечных батарей

• Дневные и годовые изменения режима

• Поиск оптимальной ориентации солнечных батарей

• Снятие характеристик солнечных батарей

Устройство фотоэлектрических систем при параллельном режиме работы

• Измерение количества произведенной энергии

• Ограничение мощности преобразователя

• КПД преобразователя

• МPP tracking

• Исследование с помощью эмулятора движения солнца

• Поведение установки при сбоях и отказах

• Экономические показатели

Регулирование напряжения в локальной сети

• Локальный трансформатор

• Автоматическая регулировка напряжения

• Интеграция фотоэлектрической установки в SMART Grid

•Ветрогенераторные установки

Комплект оборудования обеспечивает изучение современных ветрогенераторных установок с „генераторами двойного питания“. Ветер можно эмулировать близко к реальным условиям с помощью испытательного сервостенда и программы „WindSim“. Связь с персональным компьютером обеспечивает во время экспериментов простое обслуживание и визуализацию. Соответствующий мультимедийный курс „Interactive Lab Assistent“ передает теоретические знания, поддерживает проведение экспериментов и анализ результатов измерений.

Содержание курса

• Изучение конструкции и принципа действия ветроэнергетических установок

• Проработка физических основ „От ветра к валу“

• Ознакомление с различными концепциями ветрогенераторных установок

• Конструкция и принцип действия асинхронного трансформатора двойного питания

• Работа генератора при различной силе ветра и регулирование выходного напряжения и частоты

• Определение оптимальных рабочих точек при изменяющемся ветре

• Исследование поведения при отказах сети „Fault-ride-through“

Малые ветрогенераторные установки

Содержание курса

• Изучение конструкции и принципа действия современных малых ветроэнергетических установок

• Проработка физических основ „От ветра к валу“

• Ознакомление с различными концепциями ветрогенераторных установок

• Конструкция и пуск генератора малой ветроэнергетической установки

• Работа в аккумулирующем режиме при изменяющейся силе ветра

• Аккумулирование электроэнергии

• Оптимизация установки

• Устройство автономной установки для генерирования переменного напряжения 230 В

• Ознакомление с гибридными системами для независимого электроснабжения на основе энергии ветра и фотовольтаики

•Продвинутые топливные элементы

Производство электроэнергии с помощью топливных элементов приобретает все более важное значение как техническая возможность разнообразного применения в электротехнике и автомобилестроении. Экспериментальная система, обеспечивающая безопасную работу с водородом и топливным элементом, дает возможность проведения многих интересных опытов и пригодна как для демонстрации, так и для тренажа. Анимированное изложение теоретических основ, вызов руководства по проведению экспериментов и индикация результатов - все это обеспечивает программа „Interactive Lab Assistant“.

Содержание курса

• Ознакомление с принципом действия топливных элементов

• Снятие характеристик топливного элемента

• Объяснение электрохимических процессов электролиза (первый и второй закон Фарадея)

• Определение фарадеевского к.п.д. и к.п.д. топливного элемента по энергии

• Последовательное и параллельное соединение топливных элементов

• Рассмотрение мощности топливных элементов

• Ознакомление с принципом действия электролизёра

• Снятие UI-характеристики электролизера

• Определение фарадеевского к.п.д. и к.п.д. электролизёра по энергии

Трансформаторы

• Изучение трансформаторов

Трансформаторы применяются в электроэнергетике для взаимоувязки различных уровней напряжений электрической сети. В ходе экспериментов на стенде рассматривается схема замещения трансформатора и путем измерений определяются характеристические величины.

Содержание курса:

- Многофазный трансформатор на холостом ходу и при коротком замыкании;

- Многофазный трансформатор с омической, индуктивной и емкостной нагрузкой;

- Определение полного сопротивления нулевой последовательности;

- Исследование коэффициента трансформации.

• Защита трансформаторов

Дифференциальная защита трансформаторов (начиная с ок. 1 МВА) изучается путем измерений при различных схемах соединений обмотки (звезда, треугольник) в различных группах соединений и в зависимости от оформления нейтрали (свободное, глухое заземление или заземление через дугогасительную катушку) в нормальном режиме и в случае различных неисправностей. Максимальная токовая защита с выдержкой времени дополняет меры дифференциальной защиты трансформаторов. Максимальная токовая защита с выдержкой времени предохраняет трансформатор от коротких замыканий за пределами защитной зоны и от перегрузки.

Передача электроэнергии

• Высоковольтные линии электропередачи

Изучение трехфазных линий

Содержание курса

• Повышение напряжения линии, работающей без нагрузки

• Падение напряжения в зависимости от длины линии

• Падение напряжения в зависимости от нагрузки

• Емкостная и индуктивная мощность потерь линии в зависимости от U и I

• Сдвиг по фазе в линии

Параллельное и последовательное соединение линий

Содержание курса

• Распределение мощности, напряжения и тока в параллельных линиях одинаковой длины

• Распределение мощности, напряжения и тока в параллельных линиях разной длины

• Распределение мощности, напряжения и тока в последовательных соединениях линий одинаковой длины

• Распределение мощности, напряжения и тока в последовательных соединениях линий разной длины

• Распределение нагрузки, поток мощности

• Количественная и качественная оценка эксплуатационных взаимосвязей

Линия с компенсацией замыкания на землю

Содержание курса

• Замыкание на землю линии с изолированной нейтралью

• Поведение при замыкании на землю

• Компенсация замыкания на землю

Системы передачи с синхронным генератором

Содержание курса

• Распределение мощности и тока сети электропередач с питанием от генератора

• Параллельная работа генератора и линии с сетью

• Управление вводом активной мощности

• Управление вводом реактивной мощности

Изучение трехфазных кабелей

Содержание курса

• Эффект Ферранти, зарядная мощность, критическая длина

• Резистивная, индуктивная и смешанная резистивно-индуктивная нагрузка

• Компенсация смешанной резистивно-индуктивной нагрузки

• Определение полного сопротивления нулевой последовательности

• Симметричные и несимметричные короткие замыкания

• Выбор режима нейтрали и замыкание на землю

Объединенные сети кабелей и проводов

Содержание курса

• Различие между кабелями и воздушными линиями

• Исследование трасс линий электропередачи:

- Воздушная линия, трансформатор и кабель

- Кабель, трансформатор и воздушная линия

• Рассмотрение потерь в отдельных компонентах

• Сравнение теории и практики

• Характеристики трансформаторной подстанции

Регулирование перетоков мощности в ячеистых сетях

Содержание курса

• Регулировочные трансформаторы

• Различие между нерегулируемым и регулируемым трансформатором

• Продольное регулирование напряжения трансформатора

• Поперечное регулирование напряжения трансформатора

• Продольно-поперечное регулирование напряжения трансформатора

• Наблюдение за перетоками мощности в сети и оказание влияния на них

• Сравнение теории и практики

Встречное регулирование напряжения линии

Содержание курса

• Диапазон напряжений трехфазного регулировочного трансформатора, подключенного по автотрансформаторной схеме

• Режим холостого хода и режим короткого замыкания автотрансформатора

• Комбинирование трехфазного регулировочного трансформатора и эквивалента линии с подключенной нагрузкой

• Автоматическая настройка напряжения при любом токе нагрузки

• Повышающий трансформатор

• Понижающий трансформатор

• Высоковольтная передача постоянного тока

Содержание курса

• RРегулирование напряжения промежуточного звена

• Выработка реактивной мощности без потока активной мощности (СТАТКОМ)

• Ручная и автоматическая синхронизация сетей

• Регулирование активной мощности высоковольтной передачи постоянного тока с изменением потока мощности

• Индивидуальное регулирование реактивной мощности для обеих преобразовательных подстанций

• Изучение потерь при различной дальности передачи

• Питание сети с пассивными потребителями постоянным током высокого напряжения (запуск из обесточенного состояния)

• Соединение с ветрогенераторными установками

• Изучение функции бесперебойного электроснабжения в случае систем передачи энергии постоянным током

• Защита линий электропередачи

Высоковольтные сети работают, как правило, на напряжении от 110 до 380 кВ, причем большие города и крупные промышленные предприятия снабжаются напряжением в 110 кВ, а при передаче электроэнергии на дальние расстояния применяются 380 кВ. Моделирование сетей задумано таким образом, что напряжение модели находится в диапазоне 110 - 380 кВ. Используя соответствующие маски можно выбирать различную длину линий. Исследования на тренажерной системе могут проводиться в холостом, нормальном режиме, в режиме короткого замыкания, а также в режиме несимметричных нагрузок, включая замыкание на землю с компенсацией или без нее. Кроме того имеется возможность построения комплексных структур, соединяя модели линий параллельно или последовательно. Ввод напряжения может осуществляться через сеть стабилизированного напряжения или через синхронный генератор.

Распределение энергии

• Трехфазная система двойных сборных шин

Содержание курса:

- Простые схемы трехполюсной системы двойных сборных шин;

- Трехфазная система двойных сборных шин с нагрузкой;

- Смена сборных шин без прерывания ответвления;

- Проработка коммутационных алгоритмов для различных коммутационных операций;

- Соединение сборных шин.

• Максимальная токовая защита сборных шин

Содержание курса:

- Регистрация токов в нормальном режиме;

- Определение силы тока при однополюсном, двухполюсном или трехполюсном коротком замыкании;

- Погрешности за пределами защитной зоны;

- Реакция защиты при погрешностях внутри распределительного устройства и за его пределами.

Модель системы двойных сборных шин включает все функции, играющие важную роль на практике. Встроенные приборы для измерения силы тока и напряжения позволяют незамедлительный анализ коммутационных операций.

Сборные шины состоят из панелей ввода и вывода, а также соединительных панелей и панелей с трансформаторами. В комплекте оборудования Lucas-Nülle все эти функции объединены в панелях распредустройства, включающих силовые выключатели, разъединители и устройства регистрации результатов измерений.

Управление энергией

• Комплексные потребители, измерение потребления энергии и контроль пиковой нагрузки

Содержание курса

• Потребители трехфазного тока с соединением по схемам звезда и треугольник (R-, L-, C-, RL-, RC- или RLC-нагрузка)

• Измерение счетчиками активной и реактивной энергии

- при симметричной и несимметричной RL-нагрузке

- при выпадении фазы

- при перекомпенсации (RС-нагрузка)

- при активной нагрузке

- при изменении направления протекания энергии

• Определение первого и второго максимума мощности

• Определение максимума мощности при несимметричной нагрузке

• Снятие характеристик профиля нагрузки

• Динамические потребители

Содержание курса

• Динамический потребитель трехфазного тока (асинхронный двигатель)

• Измерение мощности при изменении направления протекания энергии

• Ручная и автоматическая компенсация реактивной мощности

Содержание курса

• Пуск асинхронной машины и снятие характеристик

• Расчет компенсирующих конденсаторов

• Компенсация с помощью различных конденсаторов

• Определение уровней мощности

• Ручная компенсация реактивной мощности

• Автоматическое распознавание подключения регулятора реактивной мощности

• Автоматическая компенсация реактивной мощности

Экономические и экологические требования приводят к постоянному повышению значения рационального применения энергии. Данный стенд позволяет проводить эксперименты с ручной и автоматической компенсацией реактивной мощности, так и эксперименты по снижению пиковой нагрузки и измерения с помощью киловаттметра и счетчика максимальных значений, которые показывают, что нагрузка сети может быть сокращена и одновременно распределена в течение суток. Предпосылкой эффективного применения измерительной техники является анализ сети и подключенных потребителей. Поэтому в отдельных экспериментах можно подробно исследовать статическую, динамическую, симметричную и несимметричную нагрузку. Кроме того на стенде изучается такая важная тебя как защита потребителей электроэнергии.

Smart Grid (Интеллектуальная сеть)

• Smart Grid: Контрольный центр

• Smart Grid: Управление энергией

• Производители энергии в интеллектуальных сетях

• Аккумуляторы энергии в интеллектуальных сетях

• Режим автономной работы в интеллектуальных сетях

Оснащение учебных курсов дает возможность электрического и информационно-технического комбинирования тренажерных систем по производству, передаче, распределению электроэнергии, защите оборудования и управлению электроэнергией. Контрольный центр интеллектуальной сети регистрирует все параметры и активирует соответствующие коммутационные операции. Это обеспечивает изучение в лаборатории влияния регенеративной электроэнергии на производство электроэнергии. Таким путем можно воспроизводить различные сценарии, например:

•Зарядка электромобилей при избытке ветровой энергии

•Накопление избыточной электроэнергии в гидроаккумулирующей электростанции

•Отключение потребителей для уменьшения пиковой нагрузки

•Покрытие нехватки электроэнергии включением гидроаккумулирующей электростанции

Программное обеспечение SCADA позволяет наблюдать за всей установкой и управлять ею с любого рабочего места.