本發(fā)明屬于艦船電力系統(tǒng)保護性能測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種艦船電網(wǎng)保護性能測試的半物理仿真系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

出于供電可靠性的考慮，大型水面艦船交流電網(wǎng)一般都采用環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)，該形式電網(wǎng)具有一個特點：從發(fā)電機到用電負荷之間輸配電各層級（環(huán)節(jié)）的進線支路額定電流與其饋線支路額定電流之和不相等。環(huán)形電網(wǎng)這種多級交叉結(jié)構(gòu)的復雜性加上實際斷路器保護動作（I-t動作特性）的分散性，給故障保護系統(tǒng)總體性能帶來目前尚未確定的影響，有必要進行檢測和驗證，以消除安全隱患。依靠現(xiàn)有技術(shù)手段檢驗電網(wǎng)保護系統(tǒng)主要存在兩個問題：一是用數(shù)字仿真計算方法，但斷路器保護動作特性及其實際分散性難以準確計及；二是用物理試驗方法，但物理試驗成本昂貴且破壞性和危險性高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一，在于提供一種用于艦船電網(wǎng)保護性能測試的半物理仿真系統(tǒng)，用于解決目前艦船電力系統(tǒng)保護研究中數(shù)字仿真準確度不高，而物理試驗破壞性、危險性大和成本高的問題。

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出了一種基于數(shù)字-物理混合建模方法的、用于艦船交流電網(wǎng)斷路器保護性能測試的半物理仿真系統(tǒng)，本發(fā)明具體是這樣實現(xiàn)的：

一種用于艦船交流電網(wǎng)斷路器保護性能測試的半物理仿真系統(tǒng)，包括：包含有艦船交流電網(wǎng)數(shù)字仿真模型的eMEGAsim實時數(shù)字仿真器、電壓/電流信號功率放大器、試驗工作臺和受試框架斷路器/塑殼斷路器；艦船交流電網(wǎng)數(shù)字仿真模型中的仿真變量通過eMEGAsim實時數(shù)字仿真器的D/A輸出端口與電壓/電流信號功率放大器的輸入端相連，電壓/電流信號功率放大器的輸出端與受試框架斷路器/塑殼斷路器脫扣裝置的采樣輸入端口相連，受試框架斷路器/塑殼斷路器脫扣裝置的輔助觸點信號通過試驗工作臺上的接線柱與eMEGAsim實時數(shù)字仿真器的數(shù)字量輸入端口相連。

上述艦船交流電網(wǎng)數(shù)字仿真模型包括大型艦船電網(wǎng)典型拓撲電路模型和多級模擬短路故障觸發(fā)模型（見附圖1），電壓信號功率放大器增益按實際框架斷路器配套電流互感器特性設(shè)計和制作、電流信號功率放大器增益按實際塑殼斷路器配套電流互感器特性設(shè)計和制作；基于電壓/電流信號功率放大器增益并結(jié)合eMEGAsim實時數(shù)字仿真器D/A轉(zhuǎn)換比參數(shù)的設(shè)置，電壓/電流信號功率放大器的輸出端能夠接入配裝有電子脫扣裝置的各種型號船用交流框架斷路器和交流塑殼斷路器。

上述試驗工作臺包括受試斷路器脫扣裝置的220V交流電源和5V直流電源以及脫扣裝置輔助觸點與eMEGAsim實時數(shù)字仿真器數(shù)字量輸入端的接口匹配電路和基于斷路器分/合邏輯函數(shù)的系統(tǒng)運行狀態(tài)智能動態(tài)顯示屏；其中，脫扣裝置輔助觸點的分/合狀態(tài)機械信號通過接口匹配電路轉(zhuǎn)換成高(12V)/低(0V)電平邏輯信號接入eMEGAsim實時數(shù)字仿真器數(shù)字量輸入端和智能動態(tài)顯示屏信號輸入端。

上述艦船交流電網(wǎng)數(shù)字仿真模型中模擬短路故障觸發(fā)前、后的仿真電流信號量通過eMEGAsim實時數(shù)字仿真器D/A輸出端口與電壓/電流信號功率放大器輸入端相連，電壓/電流信號功率放大器的輸出端輸出與實際電流互感器二次側(cè)等效的電壓或電流物理量作用于斷路器脫扣裝置，受試斷路器的分/合狀態(tài)通過其脫扣裝置輔助觸點信號與eMEGAsim實時數(shù)字仿真器的數(shù)字量輸入端口相連，作用是控制艦船交流電網(wǎng)eMEGAsim數(shù)字仿真模型中相應斷路器支路模型的模擬分/合。

上述艦船交流電網(wǎng)數(shù)字仿真模型參數(shù)和仿真變量以及作用于受試斷路器電子脫扣裝置的實際物理量，其模擬比均為1:1，適用于大型艦船交流電網(wǎng)實際保護系統(tǒng)成套設(shè)備的分級故障保護協(xié)調(diào)性測試

本發(fā)明基于數(shù)字-物理混合建模方法，利用eMEGAsim實時數(shù)字仿真器按實際參數(shù)建立艦船交流電網(wǎng)數(shù)字仿真模型，并在此基礎(chǔ)上形成一套由eMEGAsim實時數(shù)字仿真器、電壓/電流信號功率放大器、試驗工作臺和受試斷路器組成的閉環(huán)仿真測試系統(tǒng)。

另外，本發(fā)明中所包括的試驗設(shè)備及其參數(shù)均為特殊設(shè)計和制作，專門適用于艦船交流電網(wǎng)保護系統(tǒng)性能檢測，與現(xiàn)有的半物理仿真系統(tǒng)針對性不同。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果：

a.本發(fā)明利用eMEGAsim實時數(shù)字仿真器建立艦船交流電網(wǎng)的數(shù)字仿真模型，解決了現(xiàn)有單一物理試驗方法建模成本高、試驗效率低、高破壞性和危險性的問題。

b.本發(fā)明接入閉環(huán)仿真測試系統(tǒng)的受試品為實物，解決了現(xiàn)有單一數(shù)字仿真方法難以準確模擬受試品保護動作特性及其分散性的問題。

附圖說明

圖1是本發(fā)明半物理仿真系統(tǒng)的數(shù)字-物理閉環(huán)結(jié)構(gòu)及艦船交流電網(wǎng)eMEGAsim實時數(shù)字仿真模型示意圖。

圖2是本發(fā)明半物理仿真系統(tǒng)中受試斷路器輔助觸點轉(zhuǎn)換為電平信號的電路連接方式示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明半物理仿真系統(tǒng)是由eMEGAsim實時數(shù)字仿真器、電壓/電流信號功率放大器、試驗工作臺和受試斷路器組成的數(shù)字-物理閉環(huán)測試平臺。數(shù)字-物理閉環(huán)仿真試驗回路中各環(huán)節(jié)滿足時間軸同一性和動態(tài)實時性，所有模型參數(shù)和仿真變量的模擬比均為1:1，即模型參數(shù)和仿真變量均與實際系統(tǒng)參數(shù)保持一致。

以下通過典型實施例對本發(fā)明的實施步驟加以具體說明。

實施例1

根據(jù)某型艦船交流電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)備參數(shù)：1）如附圖1所示，用eMEGAsim實時數(shù)字仿真器建立電網(wǎng)的數(shù)字仿真模型和短路故障觸發(fā)模型；2）將eMEGAsim電網(wǎng)數(shù)字仿真模型中框架斷路器支路電流的仿真值由D/A輸出端口連接于電壓信號功率放大器的輸入端、模型中塑殼斷路器支路電流的仿真值由D/A輸出端口連接于電流信號功率放大器的輸入端；3）將電壓信號功率放大器的輸出端連接到受試框架斷路器脫扣裝置的信號采樣端口、將電流信號功率放大器的輸出端連接到受試塑殼斷路器脫扣裝置的信號采樣端口；4）如附圖2所示，通過接口電路將受試斷路器脫扣裝置的兩個輔助觸點（1常開+1常閉）轉(zhuǎn)換為高/低電平信號分別連接至eMEGAsim仿真器的數(shù)字量輸入端和顯示屏的電平信號輸入端，其中常開觸點信號送至eMEGAsim仿真器用于控制電網(wǎng)數(shù)字仿真模型中斷路器模型的分/合、常閉觸點信號送至顯示屏用于控制發(fā)光器件的明/暗；5）參照附圖1，設(shè)負荷Z③=1pu、Z③-1=1pu、Z③-2=1pu，依次將Z②設(shè)為0～1pu，每次在eMEGAsim電網(wǎng)數(shù)字仿真模型中發(fā)電機組G1的配電支路末端節(jié)點③處模擬觸發(fā)短路故障，如每次都只有塑殼斷路器#3動作跳閘，說明保護系統(tǒng)符合選擇性要求，否則為誤動作，該試驗科目可檢驗負荷變化狀態(tài)下電網(wǎng)分級保護是否具有協(xié)調(diào)性。

實施例2

與上述實施例1的步驟1）— 4）相同，參照附圖1，設(shè)負荷Z②=1pu、Z③=1pu、Z③-1=1pu、Z③-2=1pu，依次在eMEGAsim電網(wǎng)數(shù)字仿真模型中發(fā)電機組G2的配電支路③、②、①處模擬觸發(fā)短路故障，如各次分別只有塑殼斷路器#3-1、框架斷路器#2、框架斷路器#1動作跳閘，說明保護系統(tǒng)符合選擇性要求，否則為誤動作，該試驗科目可檢驗配電網(wǎng)絡(luò)不同層級節(jié)點發(fā)生短路故障時電網(wǎng)分級保護是否具有協(xié)調(diào)性。