專利名稱：大型發(fā)電機組自動調(diào)節(jié)裝置通用輔助測試系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大型發(fā)電機組自動調(diào)節(jié)裝置通用輔助測試系統(tǒng)，尤其是能對大型發(fā)電機組自動調(diào)節(jié)裝置的有效性、輸出功率調(diào)節(jié)能力、響應(yīng)性能進行測試。
背景技術(shù)：
大型發(fā)電機組自動調(diào)節(jié)裝置的性能測試一般分兩部分空載測試，滿負荷測試?？蛰d測試相對簡單，但滿負荷測試卻相對困難。因為很難找到與機組額定功率相當?shù)墓铝⒇摵?，讓機組接入，得到負荷變化引起頻率變化的測試環(huán)境，用來測試機組自動調(diào)節(jié)裝置的性能。目前獲得系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)裝置的方法主要兩種一種是通過計算機數(shù)字在線仿真來確定自動調(diào)節(jié)裝置的性能；在仿真前，參數(shù)的確定一般都需要較為準確的過水通道、氣道、原動機、發(fā)電機和負荷的模型，用優(yōu)化的專門軟件計算的。但是，真實電廠有時與數(shù)學模型不同， 數(shù)據(jù)可能存在誤差，并且設(shè)備在其壽命期間經(jīng)受著偶然事故和改進，因此在某些情況下，數(shù)字計算的質(zhì)量相對地表現(xiàn)出不足。要想通過仿真的方法準確地了解大型發(fā)電機組在額定功率下，自動調(diào)節(jié)裝置的實際調(diào)節(jié)過程，并得到定量的結(jié)論是十分困難的；第二種方法是通過將系統(tǒng)接入小型的孤立電網(wǎng)，利用孤立電網(wǎng)中負荷的變化來測試自動調(diào)節(jié)裝置的性能。然而，隨著用電質(zhì)量及可靠性要求的提高，發(fā)電電廠附近的電力網(wǎng)都紛紛接入大電網(wǎng)。小型的、特別是與發(fā)電機組容量相當?shù)墓铝㈦娋W(wǎng)越來越少。在實際測試中尋找合適的小型的孤立電網(wǎng)是非常困難的。另一種想法是將帶有自動調(diào)節(jié)裝置的發(fā)電機組直接接入大電網(wǎng)進行測試，但是，因為一旦發(fā)電機組接入大型電力網(wǎng)，其頻率將受到電力網(wǎng)的強力牽制。所以只能測試發(fā)電機組自動調(diào)節(jié)裝置小范圍內(nèi)的動態(tài)性能。難以獲得發(fā)電機組自動調(diào)節(jié)裝置的較大范圍的動態(tài)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有的上述幾種測試方法的不足，提供一種基于大電網(wǎng)新型的發(fā)電機組自動調(diào)節(jié)裝置輔助測試系統(tǒng)，該裝置在不需要孤立電網(wǎng)條件下，不僅能通過大電網(wǎng)有效地吸收發(fā)電機組的有功功率、避免其頻率的調(diào)節(jié)受到電力網(wǎng)的強力牽制，而且能夠測試發(fā)電機組自動調(diào)節(jié)裝置較大范圍內(nèi)動態(tài)性能。與此同時，由于輔助仿真測試系統(tǒng)的模型系統(tǒng)可重新設(shè)置，所以系統(tǒng)能夠適應(yīng)水輪發(fā)電機組、汽輪發(fā)電機組、風電機組等多種機組的測試。本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案本發(fā)明大型發(fā)電機組自動調(diào)節(jié)裝置通用輔助測試系統(tǒng)，包括功率信號調(diào)理模塊、 A/D轉(zhuǎn)換模塊、微處理器模塊、第一頻率信號輸出模塊、輸出調(diào)理模塊、第二頻率信號輸出模塊、頻率捕獲模塊、機組模型及負荷擾動模型存儲模塊、負荷功率擾動顯示及設(shè)置人機接口和通信模塊，功率信號調(diào)理模塊的輸出端串接A/D轉(zhuǎn)換模塊后接微處理器模塊的輸入端， 第二頻率信號輸出模塊的輸出端串接頻率捕獲模塊后接微處理器模塊的輸入端，微處理器模塊的輸出端依次串接第一頻率信號輸出模塊、輸出調(diào)理模塊，機組模型及負荷擾動模型存儲模塊、負荷功率擾動顯示及設(shè)置人機接口和通信模塊分別與微處理器模塊雙向通信。
微處理器模塊由數(shù)字信號處理模塊和電網(wǎng)負荷模型擾動及機組模型仿真頻率計算模塊構(gòu)成。大型發(fā)電機組自動調(diào)節(jié)裝置通用輔助測試系統(tǒng)的測試方法，將被測試的機組接入大電網(wǎng)，在機組閉環(huán)調(diào)節(jié)裝置的頻率反饋回路中，插入頻率隨輸出功率變化的模型，模擬機組帶載時頻率隨機組輸出功率變化的規(guī)律；模擬機組帶載時頻率變化，機組模型及參數(shù)可重置，可選擇負荷變化模型，可實現(xiàn)頻率階躍變化，簡單通用的接口電路；模擬機組帶載時頻率變化是指系統(tǒng)在將發(fā)電機組的輸出有功功率輸出到大電網(wǎng)的同時，模擬發(fā)電機組在負荷擾動作用下頻率隨輸出功率變化而變化，從而便于發(fā)電機組自動調(diào)節(jié)裝置的性能測試； 機組模型及參數(shù)可重置是指系統(tǒng)的機組模型可重新設(shè)置，保證系統(tǒng)可用于不同大型機組測試，其模型參數(shù)及模型表達式用差分文本方式表達，可重新裝入并解釋執(zhí)行，系統(tǒng)在脫機狀態(tài)，通過串行口將模型的表達式裝入系統(tǒng)非易失存儲器，系統(tǒng)復(fù)位后能自動裝入存儲的表達式及參數(shù)，解釋并運行模型；權(quán)屬特征可選擇負荷變化模型是指系統(tǒng)預(yù)設(shè)兩種負荷變化模型，系統(tǒng)可根據(jù)測試要求選擇模型并設(shè)置參數(shù)；可實現(xiàn)頻率階躍變化是指系統(tǒng)為適應(yīng)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)測試系統(tǒng)可實現(xiàn)幅值可調(diào)的頻率階躍變化；簡單通用的接口電路是指用一個差分放大器，兩個6位開關(guān)，6各電位器及參考電壓實現(xiàn)實現(xiàn)0-5v，O-IOv, 0-20v, +-5v, +-IOv, 0-10mA,0-20mA, +-5mA, +-10mA, 4-20mA功率互感器接口，實現(xiàn)系統(tǒng)的通用性。本發(fā)明的有益效果是，可以直接利用大電網(wǎng)來吸收發(fā)電機輸出的有功功率，使得發(fā)電機組工作于額定功率附近不同的狀態(tài)，從而測試機組自動調(diào)節(jié)裝置在不同工作狀態(tài)下系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能。由于采用模型解釋軟件模塊，使得仿真裝置針對能用單個差分表達式表達的機組模型具有一定的通用性。輔助仿真測試系統(tǒng)輸入功率接口電路能適應(yīng)現(xiàn)場多種功率輸入信號。


圖1是本發(fā)明的原理框圖；圖2是本發(fā)明主程序流程圖；圖3是本發(fā)明的仿真子程序流程圖；圖4是本發(fā)明的仿真定時中斷子程序流程圖；圖5是本發(fā)明的功率信號調(diào)理電路原理圖；圖6大型發(fā)電機組及自動調(diào)節(jié)裝置測試示圖；圖1中，1.功率信號調(diào)理，2. A/D轉(zhuǎn)換，3.數(shù)字信號處理，4.電網(wǎng)負荷模型擾動及機組模型仿真頻率計算，5.頻率信號輸出，6.輸出調(diào)理，7.頻率信號調(diào)理，8.頻率信號捕獲，9.機組模型及負荷擾動模型存儲，10.負荷功率擾動顯示及設(shè)置人機接口，11. RS232通信模塊。圖2中，1.初始化各端口，2.讀入設(shè)置，3.選擇要執(zhí)行功能，4.執(zhí)行仿真功能， 5.執(zhí)行查詢功能，6.執(zhí)行設(shè)置功能，7.實現(xiàn)與計算機通信。圖3中，1.讀入設(shè)置，2.根據(jù)設(shè)置讀發(fā)電機組模型，3.解釋發(fā)電機組模型，4.根據(jù)設(shè)置讀入擾動負荷模型，5.讀入當前電網(wǎng)頻率，6.設(shè)置并開定時中斷，7.讀結(jié)束標志，8.關(guān)定時中斷。圖4中，1.采集機組有功功率，2.有功功率濾波，3.計算當前擾動負荷值，4.解釋機組模型并計算新頻率，5.輸出新頻率，6.輸出頻率限值圖 5 中，Si、S2、S3、S4 為數(shù)位開關(guān)，R22、R23、R24、R30、R31、R32 為精密可調(diào)電阻， R25、C36、R29、C41和C39為低通濾波電路，U8為差分放大器，U9為電壓跟隨器，似8為分壓電路。C40、FC2、FR為低通濾波電容及電阻，C30、C31、C44、C45、C32、C33、C42、C43為電源
退偶電容。S4的6腳，7腳接參考電壓。圖6中，大型發(fā)電機組及自動調(diào)節(jié)裝置測試示圖。
具體實施例方式在圖1中，發(fā)電機組三相功率變換器將發(fā)電機組的三相有功功率變換為0 5V或 2-20mA等弱信號。功率信號調(diào)理(1)將多種不同的弱信號統(tǒng)一變換為0 3V的電壓信號， A/D轉(zhuǎn)換( 將0 3V的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進入DSP。DSP對輸入的信號進行數(shù)字濾波、剔除高頻擾動獲得與實際輸出功率對應(yīng)的數(shù)值。將濾波獲得的數(shù)值乘以功率變換系數(shù)得到發(fā)電機實際輸出有功功率值；頻率信號調(diào)理(7)利用電壓互感器將電網(wǎng)的電壓強信號轉(zhuǎn)換為弱電壓信號，并將正弦信號轉(zhuǎn)換為方波，并通過光耦隔離送入頻率捕獲(8)。頻率捕獲(8)實時地將電網(wǎng)的頻率捕獲到DSP;仿真測試開始時，DSP讀入機組仿真模型及擾動模型表達式，解釋表達式，將從擾動負荷有功功率變化模型獲得的初始時刻值、當前發(fā)電機實際輸出有功功率值，以及開始仿真時刻頻率捕獲(8)捕獲的電網(wǎng)頻率值(僅作為初始頻率fo，在一次仿真過程中只在開始仿真時刻捕獲頻率作為仿真起始頻率fo，仿真過程中不再捕獲)帶入機組及負荷簡化模型運算，獲得按模型仿真計算得到的新頻率。DSP通過頻率信號輸出( 將新頻率輸出。輸出調(diào)理(6)將頻率信號輸出( 輸出的頻率信號通過光耦隔離及信號變換，變換為士 12V的標準方波，輸出到自動調(diào)節(jié)裝置的頻率輸入端。DSP定時采集發(fā)電機實際輸出有功功率值，從擾動負荷有功功率變化模型計算負荷有功功率，通過機組仿真模型計算獲得新頻率，直至仿真結(jié)束。其仿真子程序的主要流程如圖2及圖3。將機組接入大電網(wǎng)，利用大電網(wǎng)吸收機組發(fā)出的有功功率。斷開機組自動調(diào)節(jié)裝置的頻率反饋回路，在機組自動調(diào)節(jié)裝置的頻率反饋回路中插入一輔助仿真測試系統(tǒng)。輔助仿真測試系統(tǒng)的輸入為機組的輸出有功功率，輸出為隨負荷擾動變化的頻率。這樣，自動調(diào)節(jié)裝置的輸入頻率不再是大電網(wǎng)頻率，其頻率的變化不再受電力網(wǎng)的強力牽制，因此輸入頻率可以在較大范圍內(nèi)變化。在輔助仿真測試系統(tǒng)內(nèi)部建立機組的簡化模型及負荷擾動模型，利用輔助仿真測試系統(tǒng)模擬發(fā)電機組隨負荷變化而變化的頻率。這樣既可以讓機組工作在不同的負荷狀態(tài)，其自動調(diào)節(jié)裝置的頻率又不受大電網(wǎng)的頻率強力牽制，同時由于系統(tǒng)處于實際的工作環(huán)境，因此，不需要建立詳細、準確的過水通道、氣道、原動機、發(fā)電機和負荷的模型。1)以水輪發(fā)電機組為例，在額定功率附近建立系統(tǒng)簡化模型J— + βω = (Pt-Pg)/ω0
dt式中，J為水輪機組的轉(zhuǎn)動慣量，e為機組自調(diào)節(jié)系數(shù)，Pt原動機輸入有功功率，Pg 為輸出電功率，ω機組角頻率，Coci為額定角頻率。系統(tǒng)工作于額定狀態(tài)附近，假設(shè)轉(zhuǎn)速不變，則近似有Pt = Pg 測量輸出+2 Jif0CO0e
Pt原動機輸入有功功率由通用輔助測試系統(tǒng)實際測試獲得，不需要建立詳細、準確的過水通道、氣道、原動機、發(fā)電機模型?？傻玫筋l率與有功功率的變化規(guī)律。將頻率輸入到機組調(diào)節(jié)裝置，可使機組調(diào)節(jié)裝置得到充分測試。又ω = 2 Ji f，那么寫成差分格式
權(quán)利要求
1.一種大型發(fā)電機組自動調(diào)節(jié)裝置通用輔助測試系統(tǒng)，其特征在于包括功率信號調(diào)理模塊(1)、A/D轉(zhuǎn)換模塊(2)、微處理器模塊、第一頻率信號輸出模塊(5)、輸出調(diào)理模塊 (6)、第二頻率信號輸出模塊(7)、頻率捕獲模塊(8)、機組模型及負荷擾動模型存儲模塊 (9)、負荷功率擾動顯示及設(shè)置人機接口(10)和通信模塊(11)，功率信號調(diào)理模塊(1)的輸出端串接A/D轉(zhuǎn)換模塊(2)后接微處理器模塊的輸入端，第二頻率信號輸出模塊(7)的輸出端串接頻率捕獲模塊(8)后接微處理器模塊的輸入端，微處理器模塊的輸出端依次串接第一頻率信號輸出模塊(5)、輸出調(diào)理模塊(6)，機組模型及負荷擾動模型存儲模塊(9)、負荷功率擾動顯示及設(shè)置人機接口(10)和通信模塊(11)分別與微處理器模塊雙向通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型發(fā)電機組自動調(diào)節(jié)裝置通用輔助測試系統(tǒng)，其特征在于微處理器模塊由數(shù)字信號處理模塊(3 )和電網(wǎng)負荷模型擾動及機組模型仿真頻率計算模塊(4)構(gòu)成。
3.—種如權(quán)利要求1所述的大型發(fā)電機組自動調(diào)節(jié)裝置通用輔助測試系統(tǒng)的測試方法，其特征在于將被測試的機組接入大電網(wǎng)，在機組閉環(huán)調(diào)節(jié)裝置的頻率反饋回路中，插入頻率隨輸出功率變化的模型，模擬機組帶載時頻率隨機組輸出功率變化的規(guī)律；模擬機組帶載時頻率變化，機組模型及參數(shù)可重置，可選擇負荷變化模型，可實現(xiàn)頻率階躍變化，簡單通用的接口電路；模擬機組帶載時頻率變化是指系統(tǒng)在將發(fā)電機組的輸出有功功率輸出到大電網(wǎng)的同時，模擬發(fā)電機組在負荷擾動作用下頻率隨輸出功率變化而變化，從而便于發(fā)電機組自動調(diào)節(jié)裝置的性能測試；機組模型及參數(shù)可重置是指系統(tǒng)的機組模型可重新設(shè)置，保證系統(tǒng)可用于不同大型機組測試，其模型參數(shù)及模型表達式用差分文本方式表達，可重新裝入并解釋執(zhí)行，系統(tǒng)在脫機狀態(tài)，通過串行口將模型的表達式裝入系統(tǒng)非易失存儲器，系統(tǒng)復(fù)位后能自動裝入存儲的表達式及參數(shù)，解釋并運行模型；權(quán)屬特征可選擇負荷變化模型是指系統(tǒng)預(yù)設(shè)兩種負荷變化模型，系統(tǒng)可根據(jù)測試要求選擇模型并設(shè)置參數(shù)；可實現(xiàn)頻率階躍變化是指系統(tǒng)為適應(yīng)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)測試系統(tǒng)可實現(xiàn)幅值可調(diào)的頻率階躍變化； 簡單通用的接口電路是指用一個差分放大器，兩個6位開關(guān)，6各電位器及參考電壓實現(xiàn)實現(xiàn) 0-5v，0-10v，0-20v，+-5v, +-IOv, O-IOmA, 0-20mA, +-5mA, +-10mA，4_20mA 功率互感器接口，實現(xiàn)系統(tǒng)的通用性。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種大型發(fā)電機組自動調(diào)節(jié)裝置通用輔助測試系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括功率信號調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、微處理器模塊、第一頻率信號輸出模塊、輸出調(diào)理模塊、第二頻率信號輸出模塊、頻率捕獲模塊、機組模型及負荷擾動模型存儲模塊、負荷功率擾動顯示及設(shè)置人機接口和通信模塊。方法是將機組發(fā)出的有功功率輸出到大電網(wǎng)，利用機組的仿真模型及實際的輸出有功功率，模擬大型機組攜帶孤立電網(wǎng)運行時，電網(wǎng)頻率隨機組輸出有功功率變化而變化的規(guī)律，阻止大電網(wǎng)對機組調(diào)節(jié)裝置頻率的牽制,從而能夠測試機組調(diào)節(jié)裝置的自動調(diào)節(jié)能力。人工選擇模擬輸入負荷的變化規(guī)律，利用大電網(wǎng)消耗機組發(fā)出的有功功率，輔助測試機組自動調(diào)節(jié)裝置的性能。
文檔編號G05B17/02GK102508159SQ20111036481
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者李志華, 黃青松 申請人:河海大學