專利名稱：用于艦船直流斷路器保護(hù)性能測試的半實(shí)物仿真系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于艦船電氣設(shè)備性能測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于艦船直流斷路器保護(hù)性能測試的半實(shí)物仿真系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
出于特殊運(yùn)行環(huán)境因素的考慮，艦船電力系統(tǒng)中的直流斷路器大多選用抗沖振類型，該類斷路器具有一個(gè)特點(diǎn):其短路保護(hù)的脫扣動(dòng)作判據(jù)直接取決于斷路器一次主回路電流的電磁力，而不是通過配裝電流互感器(CT)由其二次側(cè)的測量值決定。由一次主回路電流電磁力脫扣的斷路器動(dòng)作特性通常分散性較大，給保護(hù)性能帶來目前尚無法確定的負(fù)面影響。至今難以用試驗(yàn)手段準(zhǔn)確評(píng)估斷路器脫扣分散性對(duì)其保護(hù)性能的影響，要準(zhǔn)確評(píng)估斷路器脫扣分散性對(duì)保護(hù)性能的影響，主要存在兩個(gè)問題:一是如何按實(shí)際參數(shù)模擬電力系統(tǒng)運(yùn)行工況及故障過程并將其動(dòng)態(tài)電流按真實(shí)大小，即模擬比為1:1，施加于斷路器實(shí)物；二是如何實(shí)現(xiàn)斷路器實(shí)物與模擬系統(tǒng)的實(shí)時(shí)閉環(huán)以正確反映斷路器與系統(tǒng)模型間的相互作用。顯然，采用傳統(tǒng)縮比參數(shù)的物理模擬方法是無法解決這些問題的。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型提出了一種基于數(shù)字-物理混合建模方法的、用于艦船直流斷路器保護(hù)性能測試的半實(shí)物仿真系統(tǒng)。為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用如下的技術(shù)方案:一種用于艦船直流斷路器保護(hù)性能測試的半實(shí)物仿真系統(tǒng)，包括:包含有艦船電力系統(tǒng)數(shù)字仿真模型的eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器、電流信號(hào)功率放大器和受試直流斷路器，艦船電力系統(tǒng)數(shù)字仿真模型中的仿真變量通過eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的模擬量輸出端與電流信號(hào)功率放大器的輸入端相連，電流信號(hào)功率放大器的輸出端與受試直流斷路器的一次主回路接線端相連，受試直流斷路器的輔助節(jié)點(diǎn)與eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的數(shù)字量輸入端相連以發(fā)送受試直流斷路器的狀態(tài)信號(hào)。上述艦船電力系統(tǒng)數(shù)字仿真模型包括直流斷路器支路模型和模擬短路故障觸發(fā)模型，直流斷路器支路模型為受試直流斷路器在艦船電力系統(tǒng)數(shù)字仿真模型中的鏡像，模擬短路故障觸發(fā)模型用來模擬艦船電力系統(tǒng)的短路故障發(fā)生過程。模擬短路故障發(fā)生前、后的仿真電流信號(hào)通過eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的模擬量輸出端發(fā)送至電流信號(hào)功率放大器的輸入端。電流信號(hào)功率放大器輸出的大電流作用于受試直流斷路器的一次主回路，受試直流斷路器的狀態(tài)信號(hào)通過輔助節(jié)點(diǎn)發(fā)送至直流斷路器支路模型，控制直流斷路器支路模型的模擬分合狀態(tài)。上述艦船電力系統(tǒng)數(shù)字仿真模型參數(shù)、仿真變量及其作用于受試直流斷路器的實(shí)際物理電流的模擬比均為1:1，受試直流斷路器與其在eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器中的鏡像模型分、合狀態(tài)同步改變。本實(shí)用新型基于數(shù)字-物理混合建模方法，利用eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器按實(shí)際參數(shù)建立艦船電力系統(tǒng)數(shù)字仿真模型，并在此基礎(chǔ)上形成由eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器、電流信號(hào)功率放大器和受試斷路器組成的閉環(huán)半仿真測試平臺(tái)，受試直流斷路器的一次主回路連入該閉環(huán)仿真試驗(yàn)平臺(tái)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:1、本實(shí)用新型是將直流斷路器的一次主回路接入閉環(huán)測試平臺(tái)進(jìn)行保護(hù)性能測試，適用于未裝配電流互感器(CT)的艦船抗沖振型直流斷路器的保護(hù)性能測試。2、本實(shí)用新型的半實(shí)物仿真測試系統(tǒng)作用于受試直流斷路器的模擬電流物理能效區(qū)涵蓋直流斷路器的正常工作區(qū)、延時(shí)脫扣動(dòng)作區(qū)和速斷動(dòng)作區(qū)，而且還能精確、高效地檢測或驗(yàn)證直流斷路器脫扣電流整定值、跳閘動(dòng)作時(shí)間以及艦船電力系統(tǒng)分級(jí)保護(hù)之間的動(dòng)作協(xié)調(diào)性。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實(shí)用新型的電流信號(hào)功率放大器的I_t能效特性圖；圖3是實(shí)施例中受試直流斷路器的速斷動(dòng)作性能測試結(jié)果；圖4是實(shí)施例中受試直流斷路器的短延時(shí)動(dòng)作性能測試結(jié)果。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型半實(shí)物仿真系統(tǒng)是由eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器、電流信號(hào)功率放大器和受試斷路器組成的數(shù)字-物理閉環(huán)測試平臺(tái)。數(shù)字-物理閉環(huán)仿真試驗(yàn)回路中各環(huán)節(jié)滿足時(shí)間軸同一性和動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)性，所有模型參數(shù)和仿真變量的模擬比為1:1。用于艦船電力系統(tǒng)中的抗沖振型直流斷路器由于沒有裝配用于脫扣的電流互感器(CT)，電流信號(hào)功率放大器的輸出電流必須是直流斷路器一次主回路大電流，而不是電流互感器CT 二次側(cè)的安培級(jí)小電流，直流斷路器的一次主回路電流大小在O 數(shù)萬安培范圍動(dòng)態(tài)變化；同時(shí)電流信號(hào)放大器輸出電流的波形還應(yīng)與eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器中的仿真電流一致。因此電流信號(hào)功率放大器的輸出對(duì)輸入信號(hào)響應(yīng)必須是高速度、高增益且線性無畸變，本實(shí)用新型所采用的電流信號(hào)放大器的性能參數(shù)和主要指標(biāo)如下:( I)輸出端的最大載荷電壓為5V ;(2)輸出電流對(duì)階躍輸入信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間不超過20ms ；(3)輸出電流的時(shí)間持續(xù)能力分為三段:第一段為大電流(0.8 1.0) Im，持續(xù)能力為60s ;第二段為中電流(0.4 0.8) Im，持續(xù)能力為120s ;第三段為低電流(O 0.4) Im,持續(xù)能力為長期。其中Ini為最大輸出電流，Ini略大于直流斷路器標(biāo)稱脫扣特性的速斷動(dòng)作值，電流信號(hào)功率放大器三段式的1-t能效特性包含直流斷路器標(biāo)稱1-t特性，見圖1所示，從圖中可以看出，本實(shí)用新型的半實(shí)物仿真測試系統(tǒng)作用于受試直流斷路器的模擬電流物理能效區(qū)涵蓋了直流斷路器的正常工作區(qū)、延時(shí)脫扣動(dòng)作區(qū)和速斷動(dòng)作區(qū)。參照?qǐng)D2，在eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器上建立艦船電力系統(tǒng)數(shù)字仿真模型，艦船電力系統(tǒng)數(shù)字仿真模型包括受試直流斷路器支路模型和模擬短路故障觸發(fā)模型，受試直流斷路器支路模型為受試直流斷路器在艦船電力系統(tǒng)數(shù)字仿真模型中的鏡像。[0023]在eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器中的相應(yīng)支路建立模擬短路故障觸發(fā)模型，通過調(diào)節(jié)其短路電阻值，即過渡電阻，以模擬不同大小的短路電流。當(dāng)模擬短路故障觸發(fā)模型觸發(fā)短路，艦船電力系統(tǒng)數(shù)字仿真模型產(chǎn)生的仿真電流i (數(shù)字信號(hào))通過eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的D/A輸出端口轉(zhuǎn)換為模擬量接入電流信號(hào)功率放大器的控制量輸入端，電流信號(hào)功率放大器輸出端即可產(chǎn)生與仿真電流i相同大小的實(shí)際電流并作用于受試直流斷路器，受試直流斷路器的分合狀態(tài)信號(hào)通過其輔助節(jié)點(diǎn)發(fā)送至eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的數(shù)字量輸入端口，并轉(zhuǎn)換為電力系統(tǒng)數(shù)字仿真模型中的0-1邏輯信號(hào)，控制直流斷路器支路模型的仿真分閘、合閘動(dòng)作。當(dāng)受試直流斷路器以合閘狀態(tài)接入試驗(yàn)回路，受試直流斷路器在eMEGAs im實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器中相應(yīng)支路鏡像模型的動(dòng)作電流值和動(dòng)作時(shí)間即為實(shí)際值。通過監(jiān)測eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器中直流斷路器支路模型的動(dòng)作電流值和動(dòng)作時(shí)間從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)受試直流斷路器的保護(hù)性能測試。本實(shí)用新型可用于驗(yàn)證抗沖振型直流斷路器標(biāo)稱脫扣特性的實(shí)際效能，驗(yàn)證過程如下:根據(jù)受試直流斷路器的標(biāo)稱脫扣1-t特性在模擬短路故障觸發(fā)模型中設(shè)置不同短路電阻值以使作用于受試直流斷路器的短路電流與其標(biāo)稱脫扣1-t特性中的I對(duì)應(yīng)，模擬短路故障觸發(fā)模型根據(jù)預(yù)先設(shè)置的短路電流進(jìn)行短路觸發(fā)，觀測直流斷路器支路模型并記錄每次試驗(yàn)的脫扣動(dòng)作時(shí)間t和分閘瞬刻電流值，可獲得受試直流斷路器的實(shí)際脫扣1-t特性。針對(duì)H-DZ17-200型塑殼斷路器驗(yàn)證其速斷動(dòng)作性能和短延時(shí)動(dòng)作性能測試分別見圖3和圖4。本實(shí)用新型可用于驗(yàn)證直流斷路器的配電板進(jìn)線保護(hù)與饋線保護(hù)之間的協(xié)調(diào)性，驗(yàn)證過程如下:將進(jìn)線直流斷路器和饋線直流斷路器串聯(lián)后接入試驗(yàn)回路，調(diào)整模擬短路故障觸發(fā)模型中短路電阻使電流信號(hào)功率放大器的輸出電流大于上述兩個(gè)直流斷路器的速斷標(biāo)稱電流，觀測哪個(gè)直流斷路器分閘動(dòng)作，饋線斷路器動(dòng)作則符合故障保護(hù)的選擇性要求。
權(quán)利要求1.一種用于艦船直流斷路器保護(hù)性能測試的半實(shí)物仿真系統(tǒng)，其特征在于，包括:eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器、電流信號(hào)功率放大器和受試直流斷路器，eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的模擬量輸出端與電流信號(hào)功率放大器的輸入端相連，電流信號(hào)功率放大器的輸出端與受試直流斷路器的一次主回路接線端相連，受試直流斷路器的輔助節(jié)點(diǎn)與eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的數(shù)字量輸入端相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于艦船直流斷路器保護(hù)性能測試的半實(shí)物仿真系統(tǒng)，該半實(shí)物仿真平臺(tái)是由eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器、電流信號(hào)功率放大器和受試直流斷路器組成的閉環(huán)仿真試驗(yàn)平臺(tái)，受試直流斷路器的一次主回路連入該閉環(huán)仿真試驗(yàn)平臺(tái)。本實(shí)用新型適用于未裝配電流互感器(CT)的抗沖振型直流斷路器保護(hù)性能測試，能夠精確、高效地檢測或驗(yàn)證直流斷路器脫扣電流整定值和跳閘動(dòng)作時(shí)間以及系統(tǒng)分級(jí)保護(hù)之間的動(dòng)作協(xié)調(diào)性。
文檔編號(hào)G01R31/327GK203054191SQ201220611088
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月19日
發(fā)明者邢劍, 錢珞江, 王 琦, 曹晨, 鄒永鑄, 任思敏, 程駿 申請(qǐng)人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一〇研究所, 武漢大學(xué)