CN102082540B - 励磁调节器检测方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种励磁调节器检测方法、装置及系统，其中，该方法包括：接收来自励磁调节器的控制电能信号；将控制电能信号进行一阶滞后处理，生成整流后控制电能信号；将整流后控制电能信号进行限幅处理，生成励磁电能信号；根据励磁电能信号生成电能信号；将电能信号反馈至励磁调节器，并根据反馈的电能信号输出电能信号的录波信号。通过本发明，可以实现对所有励磁调节器性能的全面检测。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制技术，具体地，涉及一种励磁调节器检测方法、装置及系统。
背景技术
随着电力系统的发展，在不断改善和提高电力系统运行的动态品质和安全稳定的要求中，在协调各电压调节设备的控制、实现对电力系统电压的有效控制中，励磁调节器（AVR）起着关键的作用。励磁调节器性能的好坏，直接决定着电力系统的性能。
目前，对于励磁调节器的性能检测的研究，也是电力系统研究的一个热点。传统的励磁调节器闭环动态性能检测试验是在模拟的动态模型环境下实现的，即，使用真实但按比例缩小的电气元件构建模拟电力系统，观察励磁调节器闭环下的动态特性。但是，这种方法效率较低，做一个试验需很长时间，并且试验的可重复性较差，不但需要广大的试验场所和较多试验人员，而且试验用电气元件较昂贵，维护成本高。因此，目前国内外一些励磁厂家开发了专用的励磁调节器闭环试验仿真器，它使用计算机仿真技术，构建简单而少量的电气元件，可以做几种基本动态试验。但是，由于现有的数字式仿真器由单机实现，计算能力有限，只能针对某一种励磁调节器设计，适应性不强，且只能做几种简单的动态试验。
综上所述，由于现有的数字式仿真器由单机实现，计算能力有限，从而无法对所有励磁调节器进行全面的性能检测。
发明内容
本发明实施例的主要目的在于提供一种励磁调节器的性能检测方案，以解决现有的数字式仿真器由于计算能力有限而无法对所有励磁调节器进行全面的性能检测的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种励磁调节器检测方法，所述的方法包括：接收来自励磁调节器的控制电能信号；将所述的控制电能信号进行一阶滞后处理，生成整流后控制电能信号；将所述的整流后控制电能信号进行限幅处理，生成励磁电能信号；根据所述的励磁电能信号生成电能信号；将所述的电能信号反馈至所述的励磁调节器，并根据反馈的电能信号输出所述电能信号的录波信号。其中，所述接收来自励磁调节器的控制电能信号包括：通过光纤接口接收来自外部励磁调节器的控制电能信号，或者接收来自内部励磁调节器的控制电能信号。
本发明实施例还提供一种励磁调节器检测装置，所述的装置包括：信号接收单元，用于接收来自励磁调节器的控制电能信号；整流单元，用于将接收的控制电能信号进行一阶滞后处理，生成整流后控制电能信号；限幅单元，用于将接收的整流后控制电能信号进行限幅处理，生成励磁电能信号；电能信号生成单元，用于根据接收的励磁电能信号生成电能信号；信号反馈单元，用于将接收的电能信号反馈至所述的励磁调节器；录波信号输出单元，用于根据反馈的电能信号输出所述电能信号的录波信号。其中，所述信号接收单元具体用于：通过光纤接口接收来自外部励磁调节器的控制电能信号，或者，接收来自内部励磁调节器的控制电能信号。
本发明实施例还提供一种励磁调节器检测系统，所述的系统包括：外部励磁调节器、上述的励磁调节器检测装置、和/或录波器。
借助于上述技术方案至少之一，通过对来自励磁调节器的控制电能信号进行一阶滞后处理、限幅处理后生成励磁电能信号，并将根据励磁电能信号生成的电能信号反馈至励磁调节器，然后根据反馈的电能信号输出电能信号的录波信号，以录波信号来全面检测励磁调节器的性能，相比于现有技术，本发明可以实现对所有励磁调节器的全面的性能检测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的励磁调节器检测方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的通过光纤接口接收来自外部励磁调节器的控制电能信号的流程图；
图3是根据本发明实施例的接收来自内部励磁调节器的控制电能信号的流程图；
图4是根据本发明实施例的励磁调节器检测装置的结构框图；
图5是根据本发明实施例的信号接收单元40的详细结构框图；
图6是根据本发明实施例的光纤接口401的详细结构框图；
图7a是根据本发明实施例的光纤接口401中电光转换模块4011的详细结构框图；
图7b是根据本发明实施例的光纤接口401中光电转换模块4012的详细结构框图；
图8是根据本发明实施例的信号接收单元40的另一详细结构框图；
图9是根据本发明实施例的电能信号处理单元406的详细结构框图；
图10是根据本发明实施例的比例积分单元407的详细结构框图；
图11是根据本发明实施例的励磁调节器检测系统的详细结构框图；
图12是根据本发明实施例在RTDS中构建的发电机模型和电力系统模型的详细结构示意图；
图13是根据本发明实施例在RTDS中构建的励磁系统模型的详细结构示意图；
图14是根据本发明实施例的GEX-2000励磁调节器的检测系统的仿真试验示意结构图；
图15是根据本发明实施例的励磁调节器空载动态响应特性的录波图；
图16是根据本发明实施例的发电机励磁系统有补偿频率特性的录波图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
由于现有的数字式仿真器由单机实现，计算能力有限，不可能构建大型复杂的电力系统数字模型，也无法实现较复杂的动态试验，因此，现有的数字式仿真器只能针对某几种励磁调节器进行设计，完成这几种励磁调节器的性能检测试验。基于此，本发明实施例提供一种励磁调节器检测方法、装置及系统，以实现对所有的励磁调节器进行全面的性能检测试验。
以下结合附图对本发明进行详细说明。
实施例一
本发明实施例提供一种励磁调节器检测方法。图1是该方法的流程图，如图1所示，该方法包括：
步骤101，接收来自励磁调节器的控制电能信号。
步骤102，将控制电能信号进行一阶滞后处理，生成整流后控制电能信号。
步骤103，将整流后控制电能信号进行限幅处理，生成励磁电能信号。
步骤104，根据励磁电能信号生成电能信号。
步骤105，将电能信号反馈至励磁调节器，并根据反馈的电能信号输出电能信号的录波信号。在实际操作中，还可以显示录波信号的波形。
由以上描述可知，通过对来自励磁调节器的控制电能信号进行一阶滞后处理、限幅处理后生成励磁电能信号，并将根据励磁电能信号生成的电能信号反馈至励磁调节器，以及根据反馈的电能信号输出电能信号的录波信号，以录波信号的波形来全面检测励磁调节器的性能，相比于现有技术，本发明可以实现对所有励磁调节器的性能检测。
上述步骤101、102、103可以由励磁机（或者励磁机模型）实现，步骤104可以由发电机（或者发电机模型）实现。这里的励磁机模型、发电机模型可以根据实际设备的各项参数在实时大型数字仿真系统中构建，该实时大型数字仿真系统可以是加拿大的RTDS（Real Time Digital Simulator，实时数字仿真仪）。
在实际操作中，步骤101中的励磁调节器可以是外部励磁调节器，即，励磁调节器实体，也可以是内部励磁调节器，即，在实时大型数字仿真系统中构建的励磁调节器模型。以下分别以接收来自外部励磁调节器的控制电能信号、接收来自内部励磁调节的控制电能信号为例，来详细描述本发明实施例。
（一）接收来自外部励磁调节器的控制电能信号
由于外部励磁调节器输出的控制电能信号（弱电控制信号）很容易受到干扰，实际测试时，控制电能信号中可能会混有50Hz电源干扰和高频干扰，这将影响正常的测试结果。另外，励磁调节器上电时，控制电能信号有一暂态高压，在测试过程中会损坏光耦隔离器件。因此，优选地，可以通过光纤接口接收来自外部励磁调节器的控制电能信号。这样，就可以避免信号受到干扰以及损坏光耦隔离器件。
图2是通过光纤接口接收来自外部励磁调节器的控制电能信号的流程图，如图2所示，该流程包括：
步骤1011，通过光纤接口，将接收的控制电能信号进行解干扰和隔离高压处理，生成解干扰和隔离高压后控制电能信号。
具体地，将控制电能信号进行增量积分调制处理和电光转换处理，生成电光转换后控制电能信号；将电光转换后控制电能信号进行光电转换处理和增量积分解调处理，生成解干扰和隔离高压后控制电能信号。
步骤1012，将解干扰和隔离高压后控制电能信号进行光耦隔离处理，生成光耦隔离处理后控制电能信号；
步骤1013，将光耦隔离处理后控制电能信号进行模数转换处理。
由以上描述可以看出，通过采用光纤接口，可以解决受扰及安全隔离问题。
在本例中，对于上述步骤105，还需要将整流后控制电能信号反馈至外部励磁调节器。
具体地，首先将电能信号进行数模转换处理，生成数模转换后电能信号；然后，将数模转换后电能信号和整流后控制电能信号反馈至外部励磁调节器。这样，外部励磁调节器就可以根据接收的数模转换后电能信号和整流后控制电能信号生成控制电能信号。
（二）接收来自内部励磁调节器的控制电能信号
该内部励磁调节器（即励磁调节器模型）可以根据实际待检测励磁调节器的各项参数在实时大型数字仿真系统中构建，作为实际待检测励磁调节器的仿真模型。
图3是接收来自内部励磁调节器的控制电能信号的流程图，如图3所示，该流程包括：
步骤1014，将电能信号与预定值进行减法处理，生成差值电能信号。
具体地，将电能信号进行阻尼低频振荡处理，生成阻尼低频振荡后电能信号；然后将阻尼低频振荡后电能信号与预定值进行减法处理。该预定值可以为预先设定的电压值。
通过该步骤，内部励磁调节器就可以获知当前的电能信号与预先设定的电压值之间的差异值，之后，就可以进行调节，以使电能信号可以与预先设定的电压值相等。
步骤1015，将差值电能信号进行比例积分处理，生成比例积分差值电能信号。
具体地，将差值电能信号进行积分处理，生成积分处理后差值电能信号；并将差值电能信号进行比例处理，生成比例处理后差值电能信号；然后，将积分处理后差值电能信号和比例处理后差值电能信号进行加法处理，生成比例积分差值电能信号。
步骤1016，将比例积分差值电能信号进行相位调整处理，生成控制电能信号。
然后，将接收的控制电能信号进行一阶滞后处理，该步骤可以由励磁机（或者励磁机模型）实现，具体包括：将控制电能信号与预定值进行减法处理，生成减法处理后控制电能信号；将减法处理后控制电能信号进行一阶滞后处理。该预定值可以是一个常数，例如，2，3等，用于缩短励磁机模型的响应时间常数，进而使得机端电压快速达到预先设置的电压值。
实施例二
本发明实施例提供一种励磁调节器检测装置，优选地用于实现上述实施例一中的方法。图4是该装置的结构框图，如图4所示，该装置包括：
信号接收单元40，用于接收来自励磁调节器的控制电能信号，该单元优选地用于实现上述步骤101；
整流单元41，用于将接收的控制电能信号进行一阶滞后处理，生成整流后控制电能信号；该单元优选地用于实现上述步骤102；
限幅单元42，用于将接收的整流后控制电能信号进行限幅处理，生成励磁电能信号；该单元优选地用于实现上述步骤103；
电能信号生成单元43，用于根据接收的励磁电能信号生成电能信号；该单元优选地用于实现上述步骤104；
信号反馈单元44，用于将接收的电能信号反馈至励磁调节器；
录波信号输出单元45，用于根据反馈的电能信号输出电能信号的录波信号。
信号反馈单元44和录波信号输出单元45优选地用于实现上述步骤105。
由以上描述可知，通过整流单元41和限幅单元42分别对信号接收单元40接收的来自励磁调节器的控制电能信号进行一阶滞后处理、限幅处理后生成励磁电能信号，并将电能信号生成单元43根据励磁电能信号生成的电能信号由信号反馈单元44反馈至励磁调节器，然后录波信号输出单元45根据反馈的电能信号输出电能信号的录波信号，以录波信号的波形来全面检测励磁调节器的性能，相比于现有技术，本发明可以实现对所有励磁调节器的性能检测。
上述信号反馈单元44包括：数模转换器和信号反馈模块，其中，数模转换器用于将电能信号进行数模转换处理，生成数模转换后电能信号；信号反馈模块用于将数模转换后电能信号和整流后控制电能信号反馈至外部励磁调节器。
优选地，上述装置还可以包括：录波信号显示单元（图中未示出），用于显示录波信号输出单元45输出的录波信号的波形。
在实际操作中，上述信号接收单元40接收的控制电能信号可以来自外部励磁调节器、也可以来自内部励磁调节器。其中，外部励磁调节器，即，励磁调节器实体；内部励磁调节器，即，在实时大型数字仿真系统中构建的励磁调节器模型。该实时大型数字仿真系统可以是RTDS。
以下分别以接收的控制电能信号可以来自外部励磁调节器、以及接收的控制电能信号可以来自内部励磁调节器为例，来详细描述本发明实施例。
（一）接收的控制电能信号来自外部励磁调节器
图5是信号接收单元40的详细框图，如图5所示，该信号接收单元40包括：
光纤接口401，用于接收来自外部励磁调节器的控制电能信号，并对控制电能信号进行解干扰和隔离高压处理，生成解干扰和隔离高压后控制电能信号；该光纤接口401优选地用于实现上述步骤1011。
信号传输模块402，用于传输接收的解干扰和隔离高压后控制电能信号；
光耦隔离模块403，用于对接收的解干扰和隔离高压后控制电能信号进行光耦隔离处理，生成光耦隔离处理后控制电能信号；该光耦隔离模块403优选地用于实现上述步骤1012。
模数转换器404，用于将接收的光耦隔离处理后控制电能信号进行模数转换处理。该模数转换器404优选地用于实现上述步骤1013。
类似于实施例一，通过上述光纤接口401和光耦隔离模块403，可以解决受扰及安全隔离问题。
具体地，如图6所示，上述光纤接口401包括：电光转换模块4011，用于对控制电能信号进行增量积分调制处理和电光转换处理，生成电光转换后控制电能信号；光电转换模块4012，用于对电光转换后控制电能信号进行光电转换处理和增量积分解调处理，生成解干扰和隔离高压后控制电能信号；多模光纤4013，用于连接电光转换模块和光电转换模块。
图7a是电光转换模块4011的具体结构框图，如图7a所示，电光转换模块4011包括偏置电路40111、增量积分调制器40112以及电光转化设备40113。图7b是光电转换模块4012的具体结构框图，如图7b所示，光电转换模块4012包括光电转换设备40121、增量积分解调器40122以及偏置电路40123。以下对该光纤接口的工作原理进行详细的描述。
电光转换模块4011及光电转换模块4012用电池供电，使其和相连的设备无电位差。多模光纤4013传导控制信号，解决了控制信号的受扰及安全隔离的问题。电光转换模块4011对输入的实际AVR（即外部AVR）的控制电能信号采用增量积分调制的方法，调制出高频的二进制（0和1）码流，其中1的密度代表了输入电压的大小，使用电光转换设备40113把电信号的二进制码流转换为光脉冲，通过多模光纤4013传输到光电转换设备40121，把光脉信号变为电信号的二进制码流，再经过增量积分解调器40122将电信号反解调还原成控制电能信号输出。
（二）接收的控制电能信号来自内部励磁调节器
图8是根据本发明实施例的信号接收单元40的另一详细结构框图，如图8所示，该信号接收单元40包括：
电能信号处理单元406，用于将电能信号与预定值进行减法处理，生成差值电能信号；该电能信号处理单元406优选地用于实现上述步骤1014。
具体地，如图9所示，该电能信号处理单元406包括：
电能信号接收模块4060，用于接收电能信号；
阻尼低频振荡模块4061，用于阻尼电能信号中的低频振荡信号，生成阻尼低频振荡后电能信号；
差值电能信号生成模块4062，用于将接收的阻尼低频振荡后电能信号与预定值进行减法处理，生成差值电能信号。
比例积分单元407，用于将接收的差值电能信号进行比例积分处理，生产比例积分差值电能信号；该比例积分单元407优选地用于实现上述步骤1015。
具体地，如图10所示，比例积分单元407包括：
积分处理模块4070，用于将差值电能信号进行积分处理，生成积分处理后差值电能信号；
比例处理模块4071，用于将差值电能信号进行比例处理，生成比例处理后差值电能信号；
比例积分信号生成模块4072，用于将积分处理后差值电能信号和比例处理后差值电能信号进行加法处理，生成比例积分差值电能信号。
调相单元408，用于将接收的比例积分差值电能信号进行相位调整处理，生成控制电能信号。该调相单元408优选地用于实现上述步骤1016。
在具体实施过程中，该装置还可以包括：负反馈单元，用于将接收的控制电能信号与预定值进行减法处理后输出至整流单元。负反馈单元具体的功能包括：将控制电能信号与预定值进行减法处理，生成减法处理后控制电能信号；然后将减法处理后控制电能信号进行一阶滞后处理。该预定值可以是一个常数，例如，2，3等，通过该负反馈单元，可以缩短励磁机模型的响应时间常数，进而使得机端电压快速达到预先设置的电压值。
上述各单元、各模块详细的功能可以参考上述实施例一中的描述，这里不再赘述。
实施例三
本发明实施例提供一种励磁调节器检测系统，该系统包括：外部励磁调节器和/或内部励磁调节器、实施例二提供的励磁调节器检测装置、和/或录波器。录波器优选地用于实现上述录波信号显示单元的功能。
以下基于RTDS，建立励磁调节器检测装置，包括上述信号接收单元40、整流单元41、限幅单元42、电能信号生成单元43、信号反馈单元44的功能。
图11是根据本实施例的励磁调节器检测系统的详细结构框图，如图11所示，图中所示的主变压器、主开关以及等值无穷大电源等电力系统模型相当于励磁调节器所在的实际电力系统，实际AVR为外部励磁调节器（即待检测AVR），励磁机模型或整流器模型用于实现信号接收单元40、整流单元41和限幅单元42的功能，发电机模型用于实现电能信号生成单元43和信号反馈单元44的功能，AVR模型即为内部励磁调节器。在实际操作中，AVR模型中还可以包括调速系统、PSS（power system stabilization，电力系统稳定器）等模型。
以下基于图11所示的结构，来详细描述本发明实施例。
如图11所示，作为实际AVR控制对象的励磁机模型或整流器模型、发电机模型、以及电力系统模型，向实际AVR发送其所需要的经D/A（数字量转换到模拟量）转换的电气量信号（该电气量信息即上述的电能信号），例如，Uta（机端电压模拟量）、Ita（机端电流模拟量）、If（整流器转子电流模拟量）、Ife（励磁机转子电流模拟量）等模拟信号，其中，Uta和Ita对应于上述的电能信号，If和Ife对应于上述的整流后控制电能信号。而实际AVR，根据接收的电气量信号输出模拟控制电能信号（如Uc），并将该模拟控制电能信号经过A/D（模拟量转换到数字量）转换后形成数字量输入到RTDS中的励磁机模型或整流器模型，作为励磁机模型或描述整流器特性的一阶滞后及其限制环节的控制输入，最终和发电机模型、电力系统模型构成闭环试验环境。
RTDS的外部控制输入接口（即励磁机模型或整流器模型的输入端）可以是量程为±10V模拟电压输入通道，此通道经光耦隔离后接入RTDS系统。如果励磁调节器输出的弱电控制信号直接接入此接口，很容易受干扰，实际测试时弱电控制信号中可能会混有50Hz电源干扰和高频干扰，影响了正常测试。此外励磁调节器上电时弱电控制信号有一暂态高压，实际测试中会损坏RTDS输入口的光耦隔离器件。
为解决上述问题，在本发明实施例中采用光纤接口，解决受扰及安全隔离问题，即，实际AVR通过光纤接口向RTDS输出控制电能信号。
然后，该控制电能信号通过±10V模拟电压输入通道、光耦隔离模块（或光耦隔离模型）以及A/D转换器后输入至励磁机模型或整流器模型，用于控制励磁机模型或整流器模型。
在使用AVR模型时，AVR模型的输入是RTDS内部数字量Ut、It（该Ut、It即上述的电能信号），AVR模型的输出可和实际AVR的Uc（控制电压）切换接至励磁机模型或整流器模型的控制输入端，最终也和发电机模型、电力系统模型构成闭环试验环境。
在电力系统稳定性分析中，AVR模型可以代表实际的励磁调节器装置，在进行稳定性分析时，可以直接使用AVR模型，可得到满足实际工程精度要求的结果。在没有实际励磁调节器装置时，通过AVR模型，也可以方便地进行电力系统稳定性分析。
为了进一步理解本发明，以下对RTDS中构建的励磁机模型或整流器模型、AVR模型、发电机模型、以及电力系统模型进行详细的描述。
（1）发电机模型和电力系统模型
图12是在RTDS中构建的发电机模型和电力系统模型的详细结构示意图，如图12所示，发电机模型采用经典派克方程描述，输入量是机械力矩和转子电压，输出量是三相定子电压和定子电流。经过开关模型，发电机模型连接至变压器模型。开关模型控制发电机空载和带负荷状态的转换，变压器模型用于电压幅值的变换。变压器模型经三相输电线模型接至电动机负荷模型和无穷大电源模型。三相输电线模型用于传输电能量，无穷大电源模型代表电力系统，电动机负荷模型代表用电负荷。
（2）励磁系统模型
该励磁系统模型包括：励磁机模型或整流器模型、和AVR模型。图13是在RTDS中构建的励磁系统模型的详细结构示意图，如图13所示，SL1代表电压给定（即步骤1014中的预先设定的电压值），VRMS信号由发电机模型出口三相电压经有效值计算得出，即图11中的输入至AVR模型的Ut信号，PSS模型的输入P是有功功率，经PSS模块处理后产生抑制有功功率波动的电压量，并和VRMS信号一起和电压给定相减，所形成的差值经过比例积分控制环节和超前滞后环节后输出控制电能，该比例积分控制环节和一级超前滞后环节代表的是AVR模型的电压控制主环。其中，比例积分控制环节用于实现步骤1015，超前滞后环节用于实现步骤1016。在实际操作中，比例积分控制环节也可替换为超前滞后环节。AVR模型输出的控制电能可和实际AVR输出的控制电能信号（如Uc）切换接至励磁机模型或整流器模型的控制输入端，图13中采用的是整流器模型，该整流器模型由超前滞后环节表示，经过限幅环节后输出VF（即上述励磁电能信号），并将VF发送至发电机模型的转子输入端。
通过上述系统，根据时域和频域特性测试对励磁调节器进行性能检测。
具体地，对励磁调节器进行时域特性试验包括：
（1）静态检查：包括实际AVR设备电压测量环节时间常数检查、增益检查、移相触发环节反余弦特性检查；
（2）发电机空载试验：包括实际AVR设备空载升压试验、励磁调节器空载动态响应特性、实际AVR设备与模型AVR之间空载阶跃响应对比、调节器自动、手动调压范围测定、零起升压试验、停机灭磁试验、自动手动切换试验、频率特性试验、过激磁限制试验、电压互感器二次回路断线试验等；
（3）发电机负载试验：包括发电机并网试验、自动、手动无功调节试验，手动与自动切换试验、静差率的测定、调差率校核、强励能力和强励限制试验、系统短路试验、低励限制试验、过励限制试验、PT断线试验、甩负荷试验、发电机负载阶跃试验、实际AVR设备与模型AVR之间负载阶跃响应对比、PSS投入效果检查等试验。
对励磁调节器进行频域特性试验包括：
（1）测量滤波、比例、积分、PID校正环节、PSS等环节频率特性；
（2）测量励磁系统无补偿频率特性；
（3）测量或计算励磁系统有补偿频率特性。
以下以某型励磁调节器的性能检测试验为例，来详细描述本发明实施例。在该实施例中，实际AVR设备为GEX-2000型励磁调节器，光纤接口中的电光转换模块的采样芯片为Ti公司的ADS8519，光电转换模块的DA芯片为Ti公司的DAC8881，电光转换设备采用的是Agilent公司的HFBR1416T，多模光纤采用普通通信用光纤，芯径为125/62.5μm。在实际进行实际测试时，可以采用AVR模型替代实际AVR，即，根据GEX-2000型励磁调节器设置AVR模型。
图14是GEX-2000励磁调节器检测系统的仿真试验示意结构图，如图14所示，超前滞后环节和转子电压负反馈环节表示AVR模型中的电压控制主环，整流器环节代表励磁机，测量环节代表信号反馈单元44和录波信号输出单元45，发电机模型、变压器、开关、无穷大电源等模型采用图12所示的模型结构。
具体试验内容可以根据上述的时域和频域特性测试项目实施。以下以测试励磁调节器空载动态响应特性、和测量发电机励磁系统有补偿频率特性为例，来进行详细描述本实施例。
（1）测试励磁调节器空载动态响应特性
励磁调节器空载动态响应特性是指在发电机出口开关断开，不带负载工况下，励磁调节器对机端电压阶跃变化的动态响应特性。在RTDS中构建发电机模型和电力系统模型，并选择控制电能模拟量的输入口（即选择励磁机模型或整流器模型输入来自实际AVR或AVR模型的控制电能的端口）。在未接入AVR模型时，可以将光纤接口连接至实际AVR的控制电能输出口。励磁调节器参数设置如下：比例增益（kp）=500，第一级超前时间常数（T1）=1，第一级滞后时间常数（T2）=10，第二级超前时间常数（T3）=0.1，第二级滞后时间常数（T4）=0.1，励磁机增益（Ke）=1，励磁机时间常数（Te）=0.02，励磁机转子电压负反馈系数（β）=0.01，整流器增益（KR）=1，整流器时间常数（TR）=0.01。发电机模型参数按照300WM汽轮发电机典型参数设置，运行仿真机对应模型，操作待检测AVR建立空载闭环控制，在待检测AVR上改变设定电压，待检测AVR响应电压变化，动态调整机端电压的过程即是检测待检测AVR空载动态响应特性的过程，在该过程中录波器对输入待检测AVR的电压进行录波，图15是录波图。如图15所示，根据录波图可以得出：
根据如下公式测量机端电压超调量Mp：
机端电压Uta的上升时间T1为0.39秒；
按照行业标准：机端电压Uta的上升时间T1小于0.6秒，超调量Mp小于30%可知，GEX-2000励磁调节器的空载动态特性满足行业标准。
（2）测量励磁系统有补偿频率特性
发电机励磁系统有补偿频率特性是指在发电机带负荷工况下，PSS的相频特性和励磁系统相频特性相加所形成的在0.1～2.0Hz频率范围内，发电机机端电压相量滞后PSS输入相量的相位。基于图11所示的仿真图，使用实际AVR和RTDS励磁机模型（或整流器模型）、发电机模型及电力系统模型构成闭环环境，励磁调节器参数设置如下：比例增益(kp)=500,第一级超前时间常数(T1)=1,第一级滞后时间常数(T2)=10,第二级超前时间常数(T3)=0.1,第二级滞后时间常数(T4)=0.1,励磁机增益(Ke)=1,励磁机时间常数(Te)=0.02,整流器增益(β)=0.01,整流器增益(KR)=1,整流器时间常数(TR)=0.01，PSS的参数设置如下：PSS增益(Ks1)=10，计算电功率的补偿因子(Ks2)=5/8.3=0.6,信号匹配因子(Ks3)=1,滤波器时间常数(TW1)=(TW2)=5，电功率计算时间常数(T7)=5，斜波跟踪滤波器时间常数(T8)=0.2，斜波跟踪滤波器时间常数(T9)=0.1，斜波跟踪滤波器阶数(M)=4，斜波跟踪滤波器阶数(N)=1，调整网络的超前时间常数(T1)=0.19，调整网络的滞后时间常数(T2)=0.02，调整网络的超前时间常数(T3)=0.1，调整网络的滞后时间常数(T4)=0.02，信号限幅(Liminer)=±5%，发电机模型参数按照300WM汽轮发电机典型参数设置，在实际AVR的模拟量输入口加入测试所需的白噪声电压信号，RTDS的发电机模型的电压输出响应此测试信号，在0.1～2.0Hz频率范围内有不同的相位滞后。使用动态信号分析仪测量白噪声电压信号和和发电机机端电压信号之间的相位频率特性，即得出励磁系统有补偿频率特性。试验结果如图16所示，横轴是频率，采用对数坐标，纵轴是相角，采用线性坐标，左边较粗竖线和曲线相交坐标为：频率是0.1Hz，相角是66.9度；右边较粗竖线和曲线相交坐标为：频率是0.2Hz，相角是117.9度。可见在0.1～2.0Hz频率范围内，相位滞后值在－66.9°～－117.9°之间。有补偿相频特性的行业标准应在－60°～－120°以内，可见GEX-2000励磁系统有补偿相频特性满足行业标准。
综上所述，本发明实施例通过设置电力系统仿真模型，构建励磁调节器与电力系统仿真模型的闭环环境，在该闭环环境下获取励磁调节器进行时域和频域特性测试的录波，全面检测了各励磁调节器的动态性能特性，严格要求入网运行产品符合相关技术标准，从而提高了电网安全运行水平。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，比如ROM/RAM、磁碟、光盘等。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种励磁调节器检测方法，其特征在于，所述的方法包括：
接收来自励磁调节器的控制电能信号；
将所述的控制电能信号进行一阶滞后处理，生成整流后控制电能信号；
将所述的整流后控制电能信号进行限幅处理，生成励磁电能信号；
根据所述的励磁电能信号生成电能信号；
将所述的电能信号反馈至所述的励磁调节器，并根据反馈的电能信号输出所述电能信号的录波信号；
其中，所述接收来自励磁调节器的控制电能信号包括：
接收来自内部励磁调节器的控制电能信号；
所述接收来自内部励磁调节器的控制电能信号包括：
将所述的电能信号与预定值进行减法处理，生成差值电能信号；
将所述的差值电能信号进行比例积分处理，生成比例积分差值电能信号；
将所述的比例积分差值电能信号进行相位调整处理，生成控制电能信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
显示所述录波信号的波形。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述的差值电能信号进行比例积分处理生成比例积分差值电能信号包括：
将所述的差值电能信号进行积分处理，生成积分处理后差值电能信号；
将所述的差值电能信号进行比例处理，生成比例处理后差值电能信号；
将所述的积分处理后差值电能信号和比例处理后差值电能信号进行加法处理，生成比例积分差值电能信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述的电能信号与预定值进行减法处理包括：
将所述的电能信号进行阻尼低频震荡处理，生成阻尼低频振荡后电能信号；
将所述的阻尼低频振荡后电能信号与预定值进行减法处理。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述的控制电能信号进行一阶滞后处理包括：
将所述的控制电能信号与预定值进行减法处理，生成减法处理后控制电能信号；
将所述的减法处理后控制电能信号进行一阶滞后处理。
6.一种励磁调节器检测装置，其特征在于，所述的装置包括：
信号接收单元，用于接收来自励磁调节器的控制电能信号；
整流单元，用于将接收的控制电能信号进行一阶滞后处理，生成整流后控制电能信号；
限幅单元，用于将接收的整流后控制电能信号进行限幅处理，生成励磁电能信号；
电能信号生成单元，用于根据接收的励磁电能信号生成电能信号；
信号反馈单元，用于将接收的电能信号反馈至所述的励磁调节器；
录波信号输出单元，用于根据反馈的电能信号输出所述电能信号的录波信号；
其中，所述信号接收单元具体用于：接收来自内部励磁调节器的控制电能信号；
所述的信号接收单元包括：
电能信号处理单元，用于将所述的电能信号与预定值进行减法处理，生成差值电能信号；
比例积分单元，用于将接收的差值电能信号进行比例积分处理，生成比例积分差值电能信号；
调相单元，用于将接收的比例积分差值电能信号进行相位调整处理，生成控制电能信号。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的装置还包括：
录波信号显示单元，用于显示所述录波信号的波形。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的电能信号处理单元包括：
电能信号接收模块，用于接收所述的电能信号；
阻尼低频振荡模块，用于阻尼所述电能信号中的低频振荡信号，生成阻尼低频振荡后电能信号；
差值电能信号生成模块，用于将接收的阻尼低频振荡后电能信号与预定值进行减法处理，生成差值电能信号。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的比例积分单元包括：
积分处理模块，用于将所述的差值电能信号进行积分处理，生成积分处理后差值电能信号；
比例处理模块，用于将所述的差值电能信号进行比例处理，生成比例处理后差值电能信号；
比例积分信号生成模块，用于将所述的积分处理后差值电能信号和比例处理后差值电能信号进行加法处理，生成比例积分差值电能信号。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的装置还包括：
负反馈单元，用于将接收的所述控制电能信号与预定值进行减法处理后输出至所述的整流单元。
11.一种励磁调节器检测系统，其特征在于，所述的系统包括：外部励磁调节器、如权利要求6至10中任一项所述的励磁调节器检测装置、和录波器。
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