CN1428611A - 多功能综合电力虚拟测试分析方法及其测试分析仪 - Google Patents

Abstract

多功能综合电力虚拟测试分析方法，其特征是将公知的计算机硬件资源与设置的输入接口、输出接口、信号转换、通讯接口、打印接口和人机接口模块以及根据若干被测对象电量工作机理编制的应用软件包共同构成一个由计算机操纵的模块化仪器虚拟测试系统，通过运行不同的应用软件包，在同一硬件支持下，完成不同被测电量的测试分析。根据上述方法设计的多功能综合电力虚拟测试分析仪，其特征是设置以下硬件构成工控机：含中央处理器CPU及存储器的计算机主板；输入接口模块；输出接口模块；信号转换模块；通讯接口模块；打印机接口模块；显示信息处理的人机接口处理器。

Description

多功能综合电力虚拟测试分析方法及其测试分析仪

                             技术领域

本发明涉及主要用于电力系统多种电气设备进行特性测试分析的试验仪器，特别是一种多功能综合电力虚拟测试分析方法及按该方法设计的测试分析仪。

                             背景技术

随着计算机技术在发电机组的各种控制过程中的广泛应用，对发电机组的各种电气参数的测量提出了更高的要求，不仅要求测量信号全面、准确、可靠、实时，并且要求能实时记录控制过程中各种参数的变化轨迹，以获得最佳的控制参数。但是目前在电力系统的发电机组特性试验、变压器特性试验、励磁系统特性试验、调速系统特性试验、电力系统稳定器特性试验、发电机转子绕组匝间绝缘状态检测、电能质量分析等方面仍然主要采用传统的由各类独立仪器构造的测试分析系统。目前进行上述设备特性试验的手段和技术方法有两种：1、采用多种类的独立电磁式表计(如电压表、电流表、功率表、无功表、频率计等)进行测量，人工记录测量数据，然后将记录结果进行人工绘图并整理报告或用计算机绘图整理报告。2、采用专用数字式智能测试仪器进行测量，自动记录测量数据，自动进行绘图和报告整理。

采用第一种技术方案进行上述设备特性试验分析存在的主要问题如下：

(1)、进行每项试验时的测量表计种类很多，接线复杂，工作量大。

(2)、由于是人工记录各类表计的测量数据，所以需要多人同时工作，造成测量数据的一致性差，且人工读数误差很大，无法保证测量结果的精度要求。

(3)、对测试记录结果，无论是人工绘图并整理报告还是将记录数据输入到计算机中进行绘图及报告整理，都将使测试结果分析费时费力，工作效率低。

采用第二项技术方案进行上述设备特性试验分析存在的主要问题则为：

(1)、进行每项试验时采用不同的专用数字测试分析仪器。每一种专用仪器只针对特定的试验项目使用，造成用户的仪器投资大，且仪器利用率不高。各专用仪器使用操作方法区别很大，造成使用操作复杂。

(2)、由于普通数字测试分析仪器采用前置单片机先进行数据采集，试验过程结束后，再将由前置单片机记录下来的数据传送到后台计算机进行数据处理分析和录波曲波再现的系统构成方案。所以这类数字测试分析仪器数据显示和曲线还原无实时性，试验人员要等到试验结束后才能看到试验的过程曲线。同时，由于受前置单片机的硬件限制，这类数字测试分析仪器的数据记录容量都不可能很大。

(3)、这类专用数字测试分析仪器的功能扩展不易，升级困难，无法很好地满足现场使用中用户提出的某些特殊要求。

                          发明内容

本发明的目的是为从根本上解决上述问题，为广大的电力系统用户提供一种全开放、多功能、多用途的综合电力虚拟测试分析仪器，改变目前国内在发电机组特性试验、变压器特性试验、励磁系统特性试验、调速系统特性试验、电力系统稳定器特性试验、发电机转子绕组匝间绝缘状态检测、电能质量分析、变送器校验、同期装置校验等方面仍然采用一机一用的技术现状，通过一机多用的技术方法，减低用户在测试分析仪器方面的投资成本，提高用户测试分析仪器的利用率，提高电力系统发供电设备的故障检测及实时电量测控领域的技术水平。

本发明的上述目的是这样实现的：

多功能综合电力虚拟测试分析方法，其特征是将公知的计算机硬件资源与设置的输入接口、输出接口、信号转换、通讯接口、打印接口和人机接口模块以及根据若干被测对象电量工作机理编制的应用软件包共同构成一个由计算机操纵的模块化仪器虚拟测试系统，通过运行不同的应用软件包，在同一硬件支持下，完成不同被测电量的测试分析。应用软件包的编制步骤是：

(1)、了解掌握被测对象的工作机理，分析和确定被测对象上外加信号源和测点之间以及各测点信号相互之间的关联作用关系，了解掌握相应的试验规程要求；

(2)、根据实时性要求确定数据采集和A/D变换的速度，以及确定信号输出D/A转换的速度；

(3)、根据被测对象及其实际生产过程中各变量之间的关联性，合理设计相应的数学模型或数学表达式来描述不易被检测的过程变量；

(4)、根据被测对象所要求的试验规程确定相应的检测指标体系；

(5)、整体构思主要流程、数据结构、数据库结构、数学表达式；

(6)、编写关键软件流程、数据结构及定义、变量命名、算法说明；

(7)、选择界面元件并设计各主要界面；

(8)、编写软件程序；

(9)、调试软件；

(10)、对开发完成的软件进行安全性、可靠性检查；

(11)、将新完成的软件包增加进“多功能综合电力虚拟测试分析仪”的软件系统中；

(12)、制作安装光盘；

可将被测对象分为：只测量分析输入信号、只产生输出信号、产生输出信号并将该信号作用于被测对象上并测量和分析在被测对象的其他部位上产生的输入信号以及与外部被测设备共同构成实时模拟数字混合仿真系统四种类型，其测量分析步骤分别为：

(1)、只测量分析输入信号：首先，由操作人员通过人机接口处理器的输入键盘操作仪器功能选择器，选择需要使用的测试分析仪，对作为被测对象的各种不同的电气设备，将其相应各被测点的信号量输入到本装置的接口端子上，这些输入信号经过输入接口模件进行隔离、滤波、匹配、矫正等予处理后，再送入信号转换模件进行A/D转换和数据采集，接着送入计算机主机板进行信息处理和结果分析计算，然后在人机接口处理器的显示终端上进行曲线还原图形显示和数字显示，操作人员可通过人机接口处理器的输入键盘操作，进行采集数据的录波，以及将录波结果和分析结果作为历史数据保存进计算机主机板的存储器上的历史数据库中，保存的测试曲线和分析结果可被重复调出在显示终端上进行再现显示或通过打印机接口模件进行打印输出，也可以通过通讯接口模件接入互联网或局域网进行远程数据交换，以便进行远程故障分析诊断；

(2)、只产生输出信号，具有大电流、高电压信号发生器的功能：首先，由操作人员通过人机接口处理器的输入键盘操作仪器功能选择器，选择需要使用的测试分析仪，在分析仪界面上选择输出信号的类型：直流、正弦波、方波、三角波并选择信号性质：电流型、电压型，以及相应交流信号的频率，选择输出信号的幅值大小，然后由计算机主机板进行计算并产生相应的输出数据序列，将该数据序列依次循环送入信号转换模件进行D/A转换，接着送入输出接口模件进行功率放大后，提供给外部测试使用；

(3)、产生输出信号，并将该信号作用于被测对象上，测量和分析在被测对象的其他部位上产生的输入信号：首先，由操作人员通过人机接口处理器的输入键盘操作仪器功能选择器，选择需要使用的测试分析仪，在分析仪界面上选择输出信号类型：直流或交流信号并选择信号性质：电流型或电压型，以及相应交流信号的频率和各信号的相位，选择输出信号的幅值大小，然后由计算机主机板进行计算并产生相应的输出数据序列，并将该数据序列依次循环送入信号转换模件进行D/A转换，再送入输出接口模件进行功率放大，最后将该输出信号施加于被测设备上。然后，将被测设备上由于施加该输出信号而引起的其他变化信号作为被测信号，将该被测信号引入本装置中经过输入接口模件进行隔离、滤波、匹配、矫正等予处理后，再送入信号转换模件进行A/D转换和数据采集，接着送入计算机主机板进行信息处理和结果分析计算，最后在人机接口处理器的液晶显示终端上进行曲线还原图形显示和数字显示。操作人员可通过人机接口处理器的输入键盘操作进行采集数据的录波，以及将录波结果和分析结果作为历史数据保存进计算机主机板的存储器上的历史数据库中，保存的测试曲线和分析结果可被重复调出在液晶显示终端上进行再现显示或通过打印机接口模件进行打印输出，也可以通过通讯接口模件接入互联网或局域网进行远程数据交换，以便进行远程故障分析诊断；

(4)、与外部被测设备共同构成实时模拟数字混合仿真系统，在发电机组停运状态下，对发电机励磁系统性能进行闭环仿真测试：

首先，由操作人员通过人机接口处理器的输入键盘操作仪器功能选择器，选择使用励磁系统特性测试分析仪，选择需要仿真的整流装置和发电机组数学模型并设定相应参数，然后将励磁调节器产生的6路移相触发脉冲直接输入接口模件进行隔离、匹配予处理后，再送入信号转换模件进行数据采集，接着送入计算机主机板进行信息处理并将其作为整流装置模型的输入信号，由计算机主机板通过整流装置和发电机组数字模型进行数字仿真后，产生相应的三相发电机机端电压和机端电流输出信号的数字序列，并将该数据序列依次循环送入信号转换模件进行D/A转换，再送入输出接口模件进行功率放大，最后将该输出信号送给励磁调节器作为输入，如此构成一种发电机励磁系统实时闭环仿真系统，可在不启动实际发电机组的情况下，对发电机励磁调节系统的性能进行测试分析；或首先由操作人员通过人机接口处理器的输入键盘操作仪器功能选择器，选择需要仿真的发电机组数学模型并设定相应参数，然后将励磁调节系统功率整流装置产生的励磁电压和励磁电流直接输入接口模件进行隔离、滤波、匹配、矫正予处理后，再送入信号转换模件进行A/D转换和数据采集，接着送入计算机主机板进行信息处理并将其作为发电机组模型的输入信号，由计算机主机板通过对发电机组数字模型进行数字仿真后，产生相应的三相发电机机端电压和机端电流输出信号的数字序列，并将该数据序列依次循环送入信号转换模件进行D/A转换，再送入输出接口模件进行功率放大，最后将该输出信号送给励磁调节器作为输入，如此构成一种发电机励磁系统实时闭环仿真系统，可在不启动实际发电机组的情况下，对发电机励磁调节系统的性能进行测试分析。以上两种实时闭环仿真测试系统构成的区别在于，第一种情况下励磁系统的态流装置和发电机组均由数学模型构成，第二种情况下只有发电机组采用数学模型构成。第一种情况，可应用于实际励磁系统不具备整流装置时仅对励磁调节装置进行性能测试的场合，如在励磁设备制造厂内对励磁调节装置进行性能测试。第二种情况可应用于实际励磁系统已具备整流装置时对整个励磁系统进行性能测试的场合，如在发电厂内对励磁系统进行性能测试。数据采集采用FIFO“先入先出”与中断响应相结合的方式，数据输出采用中断响应的方式。

根据上述方法设计的多功能综合电力虚拟测试分析仪，其特征是设置以下硬件构成工控机：

(1)、含中央处理器CPU及存储器的计算机主板；

(2)、含有对多路外部输入被测模拟信号进行匹配、滤波、矫正、隔离予处理以及对多路外部输入被测数字信号进行隔离、防抖动予处理的输入接口模块；

(3)、含有对输出模拟信号进行功率放大、提供多路电流、电压输出信号以及对输出数字信号进行隔离、电压等级转换处理后提供多路数字输出信号的输出接口模块；

(4)、对经过予处理的测量信号进行模/数转换采集、对希望输出的信号进行数/模转换的信号转换模块；

(5)、将计算机主板接入互联网或局域网进行远程数据交换的通讯接口模块；

(6)、将测试结果输出打印的打印机接口模块；

(7)、显示信息处理结果、测量曲线和接受操作人员指令的人机接口处理器。

输入接口模块包括：16路模拟信号输入端口、16路模拟信号隔离电路、16路抗混叠滤波电路及整形矫正电路、16路数字信号输入端口以及16路数字信号光电隔离器电路；

输出接口模块包括：6路模拟信号输出端口、6路模拟信号跟随器以及变换器电路、16路数字信号输出端口、16路数字信号光隔离电路；

信号转换模块包括：16路模拟信号输入转换电路、16路数字信号输入电路、6路模拟信号输出转换电路、16路数字信号输出电路、足够容量的数据采集存储区、3个可编程定时器/计数器以及PCI接口控制器；

通讯接口包括：REAITEK8139网络接口控制器；

打印机接口模块包括一个可支持ECP/EPP/SPP方式的并行接口控制器；

人机接口处理器包括显示屏及计算机操作键盘。

本发明的优点及效果：

(1)、应用软件系统可基于Windows9x/NT/2000操作平台和全中文仿真仪表3D图形界面，通过运行不同的应用软件，可利用同一硬件资源完成不同电量的测试分析，一机多用，具有实时采集、动态显示、记录保存、追忆回放、逻辑分析、多种优化算法、报告整理、输出打印和网络传输等功能，连续实时存储信息量大，每次试验最多16通道可连续记录5分钟，并且各通道具有动态标度变换和非线性补偿，模拟量和数字量信号输入/输出通道均具有完善的隔离保护，采用人机交互友好界面，提供简捷的软件包操作向导wizard，直观清晰，操作简易。

(2)、根据操作人员的指令选择相应的测试分析仪，可对目前电力系统最常见的14种被测对象进行测量分析：

a)、发电机特性测试分析仪，通过测量和计算发电机转子电压、转子电流、定子电压、定子电流、机组频率、有功功率、无功功率、功率因数等参数，反映发电机不同工况下各种被测信号之间的特性关系，并计算出发电机同步电抗和短路比等参数。具有实时显示、记录保存、追忆回放、图形分析、报告整理、结果打印的功能；

b)、变压器特性测试分析仪，通过测量和计算变压器或互感器原边和副边的三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数等参数，对其进行相序、序阻抗、变比、空载损耗、空载电流、短路损耗、短路电压等参数的计算和特性描述。具有实时显示、记录保存、追忆回放、图形分析、报告整理、结果打印的功能；

C)、励磁系统特性测试分析仪，其作用有两类，一是分别在发电机启动过程、空载扰动过程、甩负荷过程中以及励磁系统其他特性试验的过程中，通过测量和计算发电机的转子电流、转子电压、定子电流、定子电压、机组频率、有功功率、无功功率、功率因数等参数及其变化曲线，对励磁调节系统进行过程曲线的超调量、波动次数、调节时间等指标分析，进而评估励磁调节系统的性能。二是可代替实际发电机组与励磁调节系统共同构成发电机励磁调节系统的模拟的数字闭环实时仿真系统，由本分析仪通过对发电机数学模型进行计算仿真来实现对励磁调节系统性能的实时动态性能测试分析，使现场用户无需实际启动发电机组就可对励磁调节系统性能进行全面的测试分析。具有实时显示、记录保存、追忆回放、图形分析、报告整理、结果打印的功能；d)、调速系统特性测试分析仪，在水轮发电机组停机状态下，可产生并输出要求的频率信号提供给调速器，并通过测量相应的导叶接力器以及轮叶接力器运动量，对调速器的静态特性进行分析。在水轮发电机组的启动过程、空载扰动过程、带负荷过程、甩负荷过程中，通过测量和计算调速器的输出信号、接力器运动信号、机组频率信号、机组有功功率信号、水头或水位信号以及它们的变化曲线，对调速系统进行过程曲线的超调量、波动次数、调节时间、不动时间等分析，进而评估调速系统的性能。具有实时显示、记录保存、追忆回放、图形分析、报告整理、结果打印的功能；

e)、电力系统稳定器PSS性能测试分析仪，可产生并输出符合要求的噪声信号提供给电力系统稳定器PSS，并测试其相应的输出信号，进而评估电力系统稳定器PSS的性能。具有实时显示、记录保存、追忆回放、图形分析、报告整理、结果打印的功能；

f)、电能质量测试分析仪，通过测量电压和电流信号，对该测量信号进行63次以内任意次谐波的幅值、相位角、功率因数、波形畸变率、谐波含有率及谐波功率等参数的计算，进而评估所测电能的质量。具有实时显示、记录保存、追忆回放、图形分析、报告整理、结果打印的功能；

g)、发电机转子绝缘测试分析仪，通过测量发电机转子绕组电流在附加感应线圈中的感应电势，将其与专家库中保存的标准曲线进行比较或通过计算其波形畸变率，来确定是否存在发电机转子绕组短路情况及短路程度。具有实时显示、记录保存、追忆回放、图形分析、报告整理、结果打印的功能；

h)、电气参数测试分析仪，可测量各种电气设备的三相电压、三相电流、功率因数、有功功率、无功功率、频率等。具有实时显示、记录保存、追忆回放、图形分析、报告整理、结果打印的功能；

i)、电力线路参数测试分析仪，可产生并输出电压或电流作用于被测线路，并通过测量相应的电压或电流信号，计算分析出线路的正序电阻、正序电抗、正序电感、零序电阻、零序电抗、零序电感、正序电容、正序容抗、零序电容、零序容抗等参数。具有实时显示、记录保存、报告整理、结果打印的功能；

j)、直流电阻测试分析仪，可产生并输出直流电流作用于被测电阻，并通过测量电阻上的电压值来计算相应的直流电阻值。具有实时显示、记录保存、报告整理、结果打印的功能；

k)、同期装置测试分析仪，可分别产生并输出两路交流电压提供给同期装置作为机组电压和系统电压输入信号，并测量同期装置发出的合闸脉冲信号，可计算合闸脉冲的导前时间是否满足要求。具有实时显示、记录保存、追忆回放、图形分析、报告整理、结果打印的功能；

l)、变送器信号校验分析仪，可分别产生并输出2路电压幅值为0～±10V或电流幅度为0～20ma的信号，信号类型可以是直流、交流正弦波、方波、三角波等，频率可在0～500Hz范围内选择，能满足对工业控制中的各种电压型或电流型直流表计、以及变送器的信号校验的需要；

m)、低频记忆示波器，可同时测量2路频率范围在0～10KHz内变化的模拟输入电压信号，并进行曲线显示和录波记录。具有Y轴和X轴移位、信号触发、显示缩放、时间轴调整、相位比较、衰减选择、数据录波、曲线和数据打印等功能；

n)、低频逻辑分析仪，可同时测量频率范围在10kHz之内8路数字输入信号(DI)，并对它们进行时序分析和状态分析，具有波形显示、录波回放、时序分析、状态分析、频率统计、计数统计功能；上述14种被测对象中，a)、b)、f)、g)、h)、m)、n)属于只测量分析输入信号类，l)属于只产生输出信号类，d)、e)、i)、j)、k)属于产生输出信号并将该信号作用于被测对象类；c)属于与外部被测设备共同构成实时仿真系统类。

(3)、采用便携式工控机一体化结构，轻便牢固，易于携带，操作方便。

                          附图说明

图1是本发明的系统组成及结构图；

图2是仪器功能选择器控制流程图；

图3是只测量和分析输入信号的工作流程图；

图4是只产生输出信号的工作流程图；

图5是产生输出信号并测量分析相应输入信号的工作流程图；

图6是模拟数字混合仿真系统工作流程图；

图7是发电机特性测试分析仪主控制流程图；

图8是变压器特性测试分析仪主控制流程图；

图9是励磁系统特性测试分析仪主控制流程图；

图10是调速系统特性测试分析仪主控制流程图；

图11是电力系统稳定器(PSS)性能测试分析仪主控制流程图；

图12是电能质量测试分析仪主控制流程图；

图13是发电机转子绝缘测试分析仪主控制流程图；

图14是电气参数测试分析仪主控制流程图；

图15是电力线路参数测试分析仪主控制流程图；

图16是直流电阻测试分析仪主控制流程图；

图17是同期装置测试分析仪主控制流程图；

图18是变送器信号校验分析仪主控制流程图；

图19是低频记忆示波器主控制流程；

图20是低频逻辑分析仪主控制流程图；

图21是仪器功能选择器界面图；

图22是发电机特性测试分析仪界面图；

图23是变压器特性测试分析仪界面图；

图24是电能质量测试分析仪界面图；

图25是变送器信号校验分析仪界面图；

图26是低频记忆示波器界面图；

图27是输入信号数据采集原理图；

图28是信号输出的数据输出原理图；

图29是输入接口模块的结构示意图；

图30是输出接口模块的结构示意图；

图31是对发电机空载特征进行测试的实施例示意图；

图32是对电压表进行检验的实施例示意图；

图33是对变压器线圈绕阻进行直流电阻测试的实施例示意图；

图34是本发明测试仪的外型结构图。

                         具体实施方式

参看图1，本发明测试分析仪包括：

计算机主机板1，控制整个系统的信息处理、信息存储、组织调度；它包括中央处理器(CPU)和存储器；

输入接口模件2，对多路外部输入的模拟测量信号(AI)进行匹配、漓波、矫正、隔离等予处理，也可对外部输入的数字测量信号(DI)进行隔离、防抖动等予处理；

输出接口模件4，对输出的模拟信号进行功率放大，提供多路大电流、高电压的输出信号(AO)，也可对输出的数字信号进行隔离、电压等级转换处理后提供数字输出信号(DO)；

信号转换模件3，对经过予处理的测量信号进行模/数转换采集并送入计算机主机板1进行处理，对希望的输出信号进行数/模转换并送入输出接口模件4进行功率放大；

通讯接口模件7，将计算机主机板1接入互联网或局域网并进行远程数据交换，以便进行远程故障分析诊断；

打印机接口模件6，将测试结果的分析报告输出到打印机上；

人机接口处理器5，显示信息处理结果、测量曲线和接受操作人员指令；它包括液晶显示终端和输入键盘；仪器功能选择器8，根据操作人员的指令选择相应的测试分析仪进行工作；电力系统常见的14种被测对象软件包，标号：9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22分别对应发电机特性测试分析仪、变压器特性测试分析仪、励磁系统特性测试分析仪、调速系统特性测试分析仪、电力系统稳定器(PSS)性能测试分析仪电能质量测试分析仪、发电机转子绝缘测试分析仪、电气参数测试分析仪、低频记忆示波器、低频逻辑分析仪。

图2-20为流程图，图中有文字描述，不再另行说明。

图21-26为仪器虚拟面板界面图，图中有文字描述，不再另行说明。

图27-30为硬件模块结构，应为普通技术人员公知，不再另行描述。

在本发明中，数据采集采用FIFO(先入先出)与中断响应相结合的方式完成。如图27，其工作机理是：

在信号变换模件3中，由晶振体(OSC)产生10MHz的触发脉冲信号，经分频器选择分频后得到32KHz～100KHz触发脉冲，该脉冲信号送入A/D触发控制器，再提供给A/D变换器作为每一次进行A/D变换处理的触发脉冲。经过输入接口模件2处理后的模拟信号A1～A16送入信号变换模件3中的多路信号选择器中，由多路信号选择器选择其中一路模拟信号送入运算放大器处理后，再送给A/D转换器。每当A/D转换器接受到一次A/D触发控制器的脉冲触发，就将模拟信号转换成一个相应的数字信号，转换好的数字信号将被保存在FIFO(先入先出)数据采集区中，该数据采集区共有4K的存储容量，它被分成两个相等容量(各2K)的工作区交替进行工作，数据采集区中采集到了2K的输入信号数据后，将发出一个采集区“半满”信号给中断控制器，中断控制器将产生一个相应的中断信号，并将此中断信号经过PCI接口控制器送给计算机主机板1，通知计算机主机板1在数据采集区中已完成了2K容量的信号数据采集，可读入这些数据了。此时，计算机主机板1响应此中断请求，通过PCI接口控制器向操作控制器送出“读数据”指令，操作控制器控制数据采集区数据的读取操作，迅速通过PCI接口控制器将采集好的数据读入到计算机存储器中，使本数据采集工作区为“空”状态，为A/D转换器下一次向该数据采集工作区中保存数据做好准备。在计算机主机板1响应中断请求读取数据的时候，A/D转换器还在不断地将转换好的数据保存进另一个数据采集工作区中。两个数据采集工作区如此循环交替地工作，完成整个数据采集工作。

在本发明中，数据输出采用中断响应的方式完成。如图28示，其工作机理是：

首先，在计算机主机板1中按照某一频率(20KHz～100KHz)将希望输出的6条信号曲线进行离散化计算并保存在存储器中。在信号变换模件3中，由晶振体(OSC)产生10MHz的脉冲信号，经分频器选择分频(与信号离散化计算的频率相同)后得到20KHz～100KHz脉冲信号，将该脉冲信号送入到中断控制器中，由中断控制器产生一个与脉冲信号相同频率的中断信号源，然后经过PCI接口控制器向计算机主机板1提出中断申请。计算机主机板1收到该中断申请信号后，从事先离散化计算好并保存在存储器中的6条输出信号数据序列中，各取一个数据，通过PCI接口控制器分别送入D/A转换器(通道1～通道6)中，然后再通过PCI接口控制器向操作控制器发送一个“开始转换”的信号，由操作控制器操作D/A转换器(通道1～通道6)将数据转换成一个对应的电压信号，并将该转换好的输出信号送到输出接口模件4中进行功率放大处理并最终输出供外部设备使用。如此就完成了离散化输出信号数据序列中的一个数据信号的输出过程。当计算机主机板1收到第二次中断申请后，再将输出信号数据序列中的下一个数据信号重复上述输出过程。不断地重复上述输出过程，最终完成整个信号曲线的数据输出过程。

实施例1，如图31为对发电机空载特性进行测试的实施例示意图。

首先，将发电机三相定子电压(V3，V4，V5)、发电机转子励磁电压V1、发电机转子励磁电流V2(用分流器上的电压表示)、励磁机电流A1等信号作为输入信号A1接入输入接口模件2中。再由操作人员通过人机接口处理器5的输入键盘操作仪器功能选择器8，选择发电机特性测试分析仪9。输入信号(AI)经过输入接口模件2进行隔离、滤波、匹配、矫正等予处理后，再送入信号转换模件3进行A/D转换和数据采集，接着送入计算机主机板1进行信息处理和结果分析计算，然后在人机接口处理器5的液晶显示终端上将采集的各输入信号进行曲线还原图形显示和数字显示。发电机特性分析仪的操作界面如图22，操作人员可通过人机接口处理器5的输入键盘操作，对采集的数据进行录波，并将录波结果和分析结果作为历史数据保存进计算机主机板1的存储器中。保存后的测试曲线和分析结果可被重复调出在液晶显示终端上进行再现显示或通过打印机接口模件6进行打印输出，也可以通过通讯接口模件7接入互联网或局域网进行远程数据交换，以便进行远程故障分析诊断。

实施例2，如图32为对电压表计进行校验的实施例示意图。

首先，将输出接口模件4的输出电压作为输出信号(AO)接入到电压表(V)中。由操作人员通过人机接口处理器5的输入键盘操作仪器功能选择器8，选择变送器信号校验分析仪20。变送器信号校验分析仪20的操作界面如图23所示。在操作界面上将类型旋钮置于直流位置，按下电压信号键(U)，将幅值旋钮置于某一个电压值处，按下“输出1”按钮，此时，计算机主机板1计算并产生相应的输出数据，并将该数据送入信号转换模件3进行D/A转换，接着送入输出接口模件4进行功率放大后，将该电压输出到外部所连接的被校验的电压表(V)上。被校验的电压表(V)的读数应与变送器信号校验分析仪20的操作界面上幅值旋钮所置的电压值一致，否则要对被校验电压表(V)进行精度调整。可以重复将变送器信号校验分析仪20上的幅值旋钮置于不同的电压值处，分别检验被校验电压表(V)在不同电压值处的读数精度。

实施例3，如图33为对变压器线圈绕组进行直流电阻测试的实施例示意图。

首先，将输出接口模件4的直流输出电流作为输出信号(AO)接入到变压器(T)线圈绕组中(电流A)，再将变压器(T)线圈绕组中的直流电压V作为输入信号(AI)输入到输入接口模件2中。由操作人员通过人机接口处理器5的输入键盘操作仪器功能选择器8，选择直流电阻测试分析仪18。在直流电阻测试分析仪18操作界面上选择直流输出电流值，由计算机主机板1将电流值数据送入信号转换模件3进行D/A转换，接着送入输出接口模件4进行功率放大后产生电流(A)，并将该电流(A)施加于变压器(T)线圈绕组上。将变压器(T)线圈绕组上由于施加电流(A)所产生的电压(V)作为被测信号，将该电压(V)引入输入接口模件(2)进行隔离、滤波、匹配、矫正等予处理后，再送入信号转换模件3进行A/D转换和数据采集，接着将采集数据送入计算机主机板1中进行信息处理和计算。根据欧姆定理由变压器(T)线圈绕组上的电流(A)和电压(V)就可以计算出该线圈绕组的直流电阻值。计算机主机板1的计算处理结果送到人机接口处理器5的液晶显示终端上进行数字显示。操作人员可通过人机接口处理器5的输入键盘操作将计算处理结果作为历史数据保存进计算机主机板1的存储器上的历史数据库中。保存的计算分析结果可被重复调出在液晶显示终端上进行再现显示或通过打印机接口模件6进行打印输出，也可以通过通讯接口模件7接入互联网或局域网进行远程数据交换，以便进行远程故障分析诊断。

图34中31是与被测对象对应的接口端子，2是输入接口模块板，3是信号转换模块板，4是输出接口模块板，1是计算机主板，32、33分别是软盘驱动器和光盘驱动器，用来记载被测对象应用软件包9-22(与图1对应)。51是输入键盘，52是显示器。

Claims (6)

1、多功能综合电力虚拟测试分析方法，其特征是将公知的计算机硬件资源与设置的输入接口、输出接口、信号转换、通讯接口、打印接口和人机接口模块以及根据若干被测对象电量工作机理编制的应用软件包共同构成一个由计算机操纵的模块化仪器虚拟测试系统，通过运行不同的应用软件包，在同一硬件支持下，完成不同被测电量的测试分析。

2、根据权利要求1所述的多功能综合电力虚拟测试分析方法，其特征是应用软件包的编制步骤是：

(1)、了解掌握被测对象的工作机理，分析和确定被测对象上外加信号源和测点之间以及各测点信号相互之间的关联作用关系，了解掌握相应的试验规程要求；

(2)、根据实时性要求确定数据采集和A/D变换的速度，以及确定信号输出和D/A转换的速度；

(3)、根据被测对象及其实际生产过程中各变量之间的关联性，合理设计相应的数学模型或数学表达式来描述不易被检测的过程变量；

(4)、根据被测对象所要求的试验规程确定相应的检测指标体系；

(5)、整体构思主要流程、数据结构、数据库结构、数学表达式；

(6)、编写关键软件流程、数据结构及定义、变量命名、算法说明；

(7)、选择界面元件并设计各主要界面；

(8)、编写软件程序；

(9)、调试软件；

(10)、对开发完成的软件进行安全性、可靠性检查；

(11)、将新完成的软件包增加进“多功能综合电力虚拟测试分析仪”的软件系统中；

(12)、制作安装光盘。

3、根据权利要求1所述的多功能综合电力虚拟测试分析方法，其特征是将被测对象分为：只测量分析输入信号、只产生输出信号、产生输出信号并将该信号作用于被测对象上并测量和分析在被测对象的其他部位上产生的输入信号以及与外部被测设备共同构成实时模拟数字混合仿真系统四种类型，其测量分析步骤分别为：

(1)、只测量分析输入信号：首先，由操作人员通过人机接口处理器的输入键盘操作仪器功能选择器，选择需要使用的测试分析仪，对作为被测对象的各种不同的电气设备，将其相应各被测点的信号量输入到本装置的接口端子上，这些输入信号经过输入接口模件进行隔离、滤波、匹配、矫正等予处理后，再送入信号转换模件进行A/D转换和数据采集，接着送入计算机主机板进行信息处理和结果分析计算，然后在人机接口处理器的显示终端上进行曲线还原图形显示和数字显示，操作人员可通过人机接口处理器的输入键盘操作，进行采集数据的录波，以及将录波结果和分析结果作为历史数据保存进计算机主机板的存储器上的历史数据库中，保存的测试曲线和分析结果可被重复调出在显示终端上进行再现显示或通过打印机接口模件进行打印输出，也可以通过通讯接口模件接入互联网或局域网进行远程数据交换，以便进行远程故障分析诊断；

(2)、只产生输出信号，具有大电流、高电压信号发生器的功能：首先，由操作人员通过人机接口处理器的输入键盘操作仪器功能选择器，选择需要使用的测试分析仪，在分析仪界面上选择输出信号的类型：直流、正弦波、方波、三角波并选择信号性质：电流型、电压型，以及相应交流信号的频率，选择输出信号的幅值大小，然后由计算机主机板进行计算并产生相应的输出数据序列，将该数据序列依次循环送入信号转换模件进行D/A转换，接着送入输出接口模件进行功率放大后，提供给外部测试使用；

(3)、产生输出信号，并将该信号作用于被测对象上，测量和分析在被测对象的其他部位上产生的输入信号：首先，由操作人员通过人机接口处理器的输入键盘操作仪器功能选择器，选择需要使用的测试分析仪，在分析仪界面上选择输出信号类型：直流或交流信号并选择信号性质：电流型或电压型，以及相应交流信号的频率和各信号的相位，选择输出信号的幅值大小，然后由计算机主机板进行计算并产生相应的输出数据序列，并将该数据序列依次循环送入信号转换模件进行D/A转换，再送入输出接口模件进行功率放大，最后将该输出信号施加于被测设备上。然后，将被测设备上由于施加该输出信号而引起的其他变化信号作为被测信号，将该被测信号引入本装置中经过输入接口模件进行隔离、滤波、匹配、矫正等予处理后，再送入信号转换模件进行A/D转换和数据采集，接着送入计算机主机板进行信息处理和结果分析计算，最后在人机接口处理器的液晶显示终端上进行曲线还原图形显示和数字显示。操作人员可通过人机接口处理器的输入键盘操作进行采集数据的录波，以及将录波结果和分析结果作为历史数据保存进计算机主机板的存储器上的历史数据库中，保存的测试曲线和分析结果可被重复调出在液晶显示终端上进行再现显示或通过打印机接口模件进行打印输出，也可以通过通讯接口模件接入互联网或局域网进行远程数据交换，以便进行远程故障分析诊断；

(4)、与外部被测设备共同构成实时模拟数字混合仿真系统，在发电机组停运状态下，对发电机励磁系统性能进行闭环仿真测试：

首先，由操作人员通过人机接口处理器的输入键盘操作仪器功能选择器，选择使用励磁系统特性测试分析仪，选择需要仿真的整流装置和发电机组数学模型并设定相应参数，然后将励磁调节器产生的6路移相触发脉冲直接输入接口模件进行隔离、匹配予处理后，再送入信号转换模件进行数据采集，接着送入计算机主机板进行信息处理并将其作为整流装置模型的输入信号，由计算机主机板通过整流装置和发电机组数字模型进行数字仿真后，产生相应的三相发电机机端电压和机端电流输出信号的数字序列，并将该数据序列依次循环送入信号转换模件进行D/A转换，再送入输出接口模件进行功率放大，最后将该输出信号送给励磁调节器作为输入，如此构成一种发电机励磁系统实时闭环仿真系统，可在不启动实际发电机组的情况下，对发电机励磁调节系统的性能进行测试分析；或首先由操作人员通过人机接口处理器的输入键盘操作仪器功能选择器，选择需要仿真的发电机组数学模型并设定相应参数，然后将励磁调节系统功率整流装置产生的励磁电压和励磁电流直接输入接口模件进行隔离、滤波、匹配、矫正予处理后，再送入信号转换模件进行A/D转换和数据采集，接着送入计算机主机板进行信息处理并将其作为发电机组模型的输入信号，由计算机主机板通过对发电机组数字模型进行数字仿真后，产生相应的三相发电机机端电压和机端电流输出信号的数字序列，并将该数据序列依次循环送入信号转换模件进行D/A转换，再送入输出接口模件进行功率放大，最后将该输出信号送给励磁调节器作为输入，如此构成一种发电机励磁系统实时闭环仿真系统，可在不启动实际发电机组的情况下，对发电机励磁调节系统的性能进行测试分析。

4、根据权利要求1或3所述的多功能综合电力虚拟测试分析方法，其特征是数据采集采用FIFO“先入先出”与中断响应相结合的方式，数据输出采用中断响应的方式。

5、根据上述方法设计的多功能综合电力虚拟测试分析仪，其特征是设置以下硬件构成工控机：

(1)、含中央处理器CPU及存储器的计算机主板；

(2)、含有对多路外部输入被测模拟信号进行匹配、滤波、矫正、隔离子处理以及对多路外部输入被测数字信号进行隔离、防抖动予处理的输入接口模块；

(3)、含有对输出模拟信号进行功率放大、提供多路电流、电压输出信号以及对输出数字信号进行隔离、电压等级转换处理后提供多路数字输出信号的输出接口模块；

(4)、对经过予处理的测量信号进行模/数转换采集、对希望输出的信号进行数/模转换的信号转换模块；

(5)、将计算机主板接入互联网或局域网进行远程数据交换的通讯接口模块；

(6)、将测试结果输出打印的打印机接口模块；

(7)、显示信息处理结果、测量曲线和接受操作人员指令的人机接口处理器。

6、根据权利要求5所述的多功能综合电力虚拟测试分析仪，其特征是：

输入接口模块包括：16路模拟信号输入端口、16路模拟信号隔离电路、16路抗混叠滤波电路及整形矫正电路、16路数字信号输入端口以及16路数字信号光电隔离器电路；

输出接口模块包括：6路模拟信号输出端口、6路模拟信号跟随器以及变换器电路、16路数字信号输出端口、16路数字信号光隔离电路；

信号转换模块包括：16路模拟信号输入转换电路、16路数字信号输入电路、6路模拟信号输出转换电路、16路数字信号输出电路、足够容量的数据采集存储区、3个可编程定时器/计数器以及PCI接口控制器；

通讯接口包括：REAITEK8139网络接口控制器；

打印机接口模块包括一个可支持ECP/EPP/SPP方式的并行接口控制器；

人机接口处理器包括显示屏及计算机操作键盘。

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