CN108333507B - 发电机励磁调节器检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种发电机励磁调节器检测系统，涉及电力系统技术领域，为解决动态性能检测过程中引入的误差的问题。所述发电机励磁调节器检测系统包括励磁调节器装置、仿真接口设备和实时仿真装置，所述实时仿真装置通过所述仿真接口设备与励磁调节器装置连接，所述励磁调节器装置包括励磁调节器主控制系统和励磁调节器模拟量采样板，所述励磁调节器模拟量采样板分别与仿真接口设备、励磁调节器主控制系统连接，且励磁调节器模拟量采样板直接将从仿真接口设备采集到的小电压信号输出到励磁调节器主控制系统。

Description

发电机励磁调节器检测系统

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种发电机励磁调节器检测系统。

背景技术

发电机的励磁调节器的动态性能对于发电厂以及整个电网的电压稳定性都有重要的影响。尤其在直流孤岛条件下，发电厂电压波动对孤岛系统的稳定性的影响较常规交流系统中电厂的影响更为直接和显著，因此做好直流孤岛发电机励磁调节器的动态性能检测非常必要，在实际投入使用之前，通过研究掌握孤岛系统在不同工况与故障情况下的控制特性，检验其能否满足稳定运行的要求。

由于电网系统及电厂的相关设备繁多且控制特性复杂，考虑检测试验安全因素，不可能将实际的励磁调节器装置接入真实的发电机及电力系统进行检测试验，因此采用实时仿真装置模拟系统一次设备与励磁调节器系统通过仿真接口设备连接构成闭环进行试验。现有技术的闭环试验为了保证测量得到与现场一致的信号，采用功率放大器将实时仿真器送出的模拟信号进行放大，再送入励磁调节器装置进行动态性能的检测。但是功率放大器接收、放大、传送信号的过程信号容易引入误差，同时检测试验也占用了功率放大器资源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发电机励磁调节器检测系统，能够降低动态性能检测过程中引入的误差。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种发电机励磁调节器检测系统，包括励磁调节器装置、仿真接口设备和实时仿真装置，所述实时仿真装置通过所述仿真接口设备与励磁调节器装置连接，所述励磁调节器装置包括励磁调节器主控制系统和励磁调节器模拟量采样板，所述励磁调节器模拟量采样板分别与仿真接口设备、励磁调节器主控制系统连接，且励磁调节器模拟量采样板直接将从仿真接口设备采集到的小电压信号输出到励磁调节器主控制系统。

优选的，所述励磁调节器装置还包括数字量输入输出板，所述数字量输出输出板分别与仿真接口设备、励磁调节器主控制系统连接，且数字量输出输出板直接在仿真接口设备和励磁调节器主控制系统之间传输小电压信号。

优选的，所述励磁调节器装置还包括励磁控制量输出板，所述励磁控制量输出板分别与仿真接口设备、励磁调节器主控制系统连接，且励磁控制量输出板将励磁调节器主控制系统输出的模拟量直接输出给仿真接口设备。

优选的，所述励磁调节器模拟量采样板包括同步电压采集电路，所述同步电压采集电路包括连接到仿真接口设备的两级滤波电路，所述两级滤波电路采用适应小电压的滤波电容和电阻。

优选的，所述励磁调节器模拟量采样板包括机端电压/频率采集电路，所述机端电压/频率采集电路包括连接到仿真接口设备的滤波电路，所述滤波电路采用适应小电压的滤波电容和电阻。

优选的，所述励磁调节器模拟量采样板包括励磁电流采集电路，所述励磁电流采集电路的输入端包括连接到仿真接口设备的电阻和二极管，所述励磁电流采集电路的输出端包括连接在两个输出端之间的电阻。

优选的，所述励磁调节器模拟量采样板包括机端电流采集电路，所述机端电流采样电路包括3组分别对应机端三相电流的采样电路。

优选的，所述每组采样电路包括两个输入端，且两个输入端之间连接有两个分压电阻，其中一个分压电阻上并联有一对反向连接的二极管。

本发明提供的发电机励磁调节器检测系统中，设置有励磁调节器装置，仿真接口设备，实时仿真装置，用于对发电机励磁调节器的静态特性、空载特性、负载特性、电力系统稳定器控制特性等进行测试，能够模拟电力系统不同运行工况与故障情况下励磁调节器的动态性能，安全、精确、有效检测发电机励磁调节器的性能。

并且本发明提供的发电机励磁调节器检测系统实现仿真器直接送出实时的小电压信号给励磁调节器装置，取消原有电路中间环节的功率放大器对信号的接收、放大和传输。由于设备连接采用小信号形式，设备连接简单，试验操作安全，可以精确、有效检测发电机励磁调节器的性能是否满足系统稳定运行的要求，减少了因功率放大器引入的误差。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例中发电机励磁调节器检测系统的框图示意图。

图2为本发明实施例中励磁调节器模拟量采样板的连接示意图。

图3为本发明实施例中同步电压采集电路改进设计图。

图4为本发明实施例中机端电压/频率采集电路改进设计图。

图5为本发明实施例中励磁电流采集电路改进设计图。

图6为本发明实施例中机端电流采集电路改进设计图。

图7位本发明实施例中实时仿真装置内部连接示意图。

图8位本发明实施例中接口设备的连接示意图。

具体实施方式

为了进一步说明本发明实施例提供的发电机励磁调节器检测系统，下面结合说明书附图进行详细描述。

本发明实施例提供一种发电机励磁调节器检测系统，如图1所示，该检测系统包括励磁调节器装置100、仿真接口设备200和实时仿真装置300，所述实时仿真装置300通过所述仿真接口设备200与励磁调节器装置100连接，所述励磁调节器装置100包括励磁调节器主控制系统110和励磁调节器模拟量采样板120，所述励磁调节器模拟量采样板120分别与仿真接口设备200、励磁调节器主控制系统110连接，且励磁调节器模拟量采样板120直接将从仿真接口设备200采集到的小电压信号输出到励磁调节器主控制系统110。其中仿真接口设备200分别与励磁调节器装置100及电力系统实时仿真设备300双向连接。

本发明提供的发电机励磁调节器检测系统实现仿真器直接送出实时的小电压信号给励磁调节器装置，取消原有电路中间环节的功率放大器对信号的接收、放大和传输。由于设备连接采用小信号形式，设备连接简单，试验操作安全，可以精确、有效检测发电机励磁调节器的性能是否满足系统稳定运行的要求，减少了因功率放大器引入的误差。

如图1所示，本发明实施例中的励磁调节器装置100还包括数字量输入输出板140，所述数字量输出输出板140分别与仿真接口设备200、励磁调节器主控制系统110连接，且数字量输出输出板140直接在仿真接口设备200和励磁调节器主控制系统110之间传输小电压信号。

如图1所示，本发明实施例中的励磁调节器装置100还包括励磁控制量输出板130，所述励磁控制量输出板130分别与仿真接口设备200、励磁调节器主控制系统110连接，且励磁控制量输出板130将励磁调节器主控制系统110输出的模拟量直接输出给仿真接口设备200。

具体而言，励磁调节器主控制系统110的第一输入端与励磁调节器模拟量采集板120的输出端连接，励磁调节器主控制系统110的第一输出端与励磁控制量输出板130输入端连接，励磁调节器主控制系统110与数字量输入输出板140双向连接，励磁调节器模拟量采集板120的输入端与仿真接口设备200的第一输出端连接，励磁控制量输出板130的输出端与仿真接口设备200的第一输入端连接，数字量输入输出板140与仿真接口设备双向连接。

本发明提供的发电机励磁调节器检测系统，直接接收仿真接口设备送入的模拟量：同步电压、频率、机端电压、励磁电流和定子电流小信号用于实现励磁调节器内部计算并将计算结果送出用于实时放置装置的输入模拟量或状态控制量：模拟量通过励磁控制量输出板130送出给实时仿真接口设备200，数字量作为控制命令通过数字量输入输出板140送出给仿真接口设备200。实现励磁调节器与实时仿真装置不经过中间功率放大器，直接经过接口电路及实时仿真接口设备互联，节省了试验资源，避免了由于引入中间功率放大器设备而造成的信号误差。

请参阅附图2，本发明实施例提供的发电机励磁调节器检测系统中励磁调节器模拟量采集板120具体包括同步电压采集电路121、机端电压/频率采集电路122、励磁电流采集电路123、机端电流采集电路124。

如图3所示，本发明实施例中同步电压采集电路包括连接到仿真接口设备的两级滤波电路，所述两级滤波电路采用适应小电压的滤波电容(C22、C23)和电阻(R16、R20)。

现有技术中同步电压信号通过放大电路实现与现场检测值一样，实际是52V，而本发明实施例提供发电机励磁调节器动态性能检测装置用于实验室，对应额定机端电压时只有8V，采用现有技术中的同步电压采集电路，电压过低对于同步信号滤波回路的相位测量影响很大，引入测量误差。为此本发明实施例两级滤波电阻和电容参数重新匹配，更换电阻电容元件，适应小电压信号。

如图4所示，本发明实施例中机端电压/频率采集电路包括连接到仿真接口设备的滤波电路，所述滤波电路采用适应小电压的滤波电容和电阻。频率测量是采用机端电压测频的方式，所用测频回路与机端电压测量回路是同一回路。现有技术中的机端电压额定值对应的二次侧电压是100V，而本发明实施例提供发电机励磁调节器动态性能检测装置用于实验室，实验室对应的二次侧电压值是8V，电压过低对于励磁调节器装置模拟量采集板采集机端电压量具有影响，引入测量误差。为了适应本发明实施例提供发电机励磁调节器动态性能检测装置在实验室仿真需要，将图4机端电压/频率采集电路中的电阻R26和R68按比例减少电阻值，重新设计电路。

参阅附图5，本发明实施例励磁电流采集电路的输入端包括连接到仿真接口设备的电阻R24和二极管，所述励磁电流采集电路的输出端包括连接在两个输出端之间的电阻R25。现有技术是直接接收功率放大器送出的三相交流信号，采用互感器将三相交流信号变换成三相小电流，输出经过二极管整流电路整流成直流量小信号，而本发明提供的发电机励磁调节器动态性能检测装置直接采用直流电压值传送电流信号，省去功放将信号放大，信号进入采集板再用电流互感器变换成小电流，再整流成直流小信号的过程，避免了转换过程的信号误差。

参阅附图6，本发明实施例机端电流采样电路包括3组分别对应机端三相电流的采样电路，分别对应每一相机端电流进行采样。每组采样电路包括两个输入端，且两个输入端之间连接有两个分压电阻，其中一个分压电阻(R33、R86、R87)上并联有一对反向连接的二极管(V1-V6)。现有技术中直接采集电流互感器二次侧的电流，进入励磁调节器模拟量采集板后经三相变流器将大电流变成小电流，采用小电流流经500欧的电阻上的电压信号作为机端电流采样信号，而本发明提供的发电机励磁调节器动态性能检测装置用于实验室直接采用电压值传送电流，省去了原有的功率放大器装置，将原测量电流的电路串接分压电阻，直接测量二次侧出口电压，作为机端电流采样值。实验室环境下避免了信号经功率放大器放大，又经过变流器变小再采样的过程，避免了信号变换带来的误差。

请参阅附图7，本发明实施例提供的发电机励磁调节器仿真检测装置包括仿真接口设备200和实时仿真装置300，所述仿真接口设备200分别与励磁调节器装置100和实时仿真装置300双向连接，所述实时仿真装置中设有发电机仿真装置320、机端断路器仿真装置310、机端升压变压器仿真装置330、输电线路仿真装置340和等值网络仿真装置350；

所述发电机仿真装置320及机端断路器仿真装置310均与接口设备20双向连接，且所述发电机仿真装置320与所述机端断路器仿真装置310双向连接，所述机端断路器仿真装置310与所述机端升压变压器仿真装置330双向连接，所述机端升压变压器仿真装置330与所述线路仿真装置340双向连接，所述的线路仿真装置340与所述等值网络仿真装置350双向连接。

发电机仿真装置320、机端断路器仿真装置330将发电机同步电压、机端电压、发电机励磁电流、定子电流和机端断路器位置信号通过接口设备200传送给待检测的励磁调节器装置100，励磁调节器装置100根据发电机状态信息，通过内部PID计算出模拟量控制信号传送给发电机仿真装置30，通过这样的闭环控制实现励磁调节器对发电机励磁状态及机端电压的控制。

本发明提供的发电机励磁调节器仿真检测装置中，实现仿真设备通过发电机仿真装置、机端断路器仿真装置、机端升压变压器仿真装置、输电线路仿真装置和等值网络仿真装置能够有效仿真电网的实际运行工况，从而能够对待检测的励磁调节器进行检测，不再需要接入真实的发电机及其他电网一次设备进行检测试验，并且可以安全、精确、有效检测发电机励磁调节器的动态性能是否满足系统稳定运行的要求，降低了检测成本，提高了检测效率。

请参阅附图8，仿真接口设备200用于连接仿真设备和待检测的励磁调节器100，实现两端的信息传输。本发明实施例所述仿真接口设备包括千兆位高速模拟量输出卡GTAO，高速模拟量输入装置GTAI，高速数字量输出卡GTDO；接口设备中高速模拟量输出卡GTAO是以千兆位为计量单位的高速模拟量输出卡，高速数字量输出卡GTDO是以千兆位为计量单位的高速数字量输出卡，高速模拟量输入卡GTAI是以千兆位为计量单位的高速模拟量输入卡，所以，本实施例中提及的高速均指以千兆位为计量单位。

发电机仿真装置320的输出端与高速模拟量输出卡GTAO 210的输入端连接，高速模拟量输出卡GTAO 210的输出端与待检测的励磁系统调节器装置100的第一输入端连接，待检测的励磁调节器100的输出端与高速模拟量输入卡GTAI 220的输入端连接，高速模拟量输入卡GTAI 220的输出端与发电机仿真装置320的输入端连接，机端断路器仿真装置310的输出端与高速数字量输出卡GTDO 230的输入端连接，高速数字量输出卡GTDO 230的输出端与待检测的励磁系统调节器装置100的第二输入端连接。

发电机仿真装置320的输入端与高速模拟量输出卡GTAO 210的输入端连接，将发电机机端电压、定子电流、励磁电流、同步电压以小信号(5V-10V电信号)形式经通道输出给励磁系统调节器装置的模拟量采集板120。

机端断路器仿真装置310的输出端与高速数字量输出卡GTDO 230的输入端连接，高速数字量输出卡GTDO 230的输出端与待检测的励磁系统调节器装置的输入端连接。机端断路器将当前机端断路器状态以数字形式传送给高速数字量输出卡GTDO 230，高速数字量输出卡GTDO通过通道将24V电信号作为机端断路器的位置信号送出，经过继电器转换为空间节点信号后由励磁系统调节器装置100的数字量输入输出板140接收。

励磁系统调节器装置100的输出端与高速模拟量输入卡GTAI 220的输入端连接，高速模拟量输入卡GTAI 220与发电机仿真装置320连接。励磁系统调节器装置100通过励磁控制量输出板130将励磁调节控制信号以0-10V的电信号形式通过通道传送给高速模拟量输入卡GTAI 220，高速模拟量输入卡GTAI 220将该励磁调节控制信号通过通道送给发电机仿真装置320，发电机仿真装置采集该0-10V电信号后通过转换变成实际控制发电机励磁的励磁电压信号送给发电机模型，发电机根据接收励磁电压信号，控制机端电压，实现发电机励磁控制。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种发电机励磁调节器检测系统，包括励磁调节器装置、仿真接口设备和实时仿真装置，所述实时仿真装置通过所述仿真接口设备与励磁调节器装置连接，其特征在于，所述励磁调节器装置包括励磁调节器主控制系统和励磁调节器模拟量采样板，所述励磁调节器模拟量采样板分别与仿真接口设备、励磁调节器主控制系统连接，且励磁调节器模拟量采样板直接将从仿真接口设备采集到的小电压信号输出到励磁调节器主控制系统；

所述励磁调节器装置还包括数字量输入输出板，所述数字量输出输出板分别与仿真接口设备、励磁调节器主控制系统连接，且数字量输出输出板直接在仿真接口设备和励磁调节器主控制系统之间传输小电压信号；

所述励磁调节器模拟量采样板包括同步电压采集电路，所述同步电压采集电路包括连接到仿真接口设备的两级滤波电路，所述两级滤波电路采用适应小电压的滤波电容和电阻。

2.根据权利要求1所述的发电机励磁调节器检测系统，其特征在于，所述励磁调节器装置还包括励磁控制量输出板，所述励磁控制量输出板分别与仿真接口设备、励磁调节器主控制系统连接，且励磁控制量输出板将励磁调节器主控制系统输出的模拟量直接输出给仿真接口设备。

3.根据权利要求1所述的发电机励磁调节器检测系统，其特征在于，所述励磁调节器模拟量采样板包括机端电压/频率采集电路，所述机端电压/频率采集电路包括连接到仿真接口设备的滤波电路，所述滤波电路采用适应小电压的滤波电容和电阻。

4.根据权利要求1所述的发电机励磁调节器检测系统，其特征在于，所述励磁调节器模拟量采样板包括励磁电流采集电路，所述励磁电流采集电路的输入端包括连接到仿真接口设备的电阻和二极管，所述励磁电流采集电路的输出端包括连接在两个输出端之间的电阻。

5.根据权利要求1所述的发电机励磁调节器检测系统，其特征在于，所述励磁调节器模拟量采样板包括机端电流采集电路，所述机端电流采样电路包括3组分别对应机端三相电流的采样电路。

6.根据权利要求5所述的发电机励磁调节器检测系统，其特征在于，所述3组采样电路中每组采样电路包括两个输入端，且两个输入端之间连接有两个分压电阻，其中一个分压电阻上并联有一对反向连接的二极管。

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