CN203054191U - 用于舰船直流断路器保护性能测试的半实物仿真系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于舰船直流断路器保护性能测试的半实物仿真系统，该半实物仿真平台是由eMEGAsim实时数字仿真器、电流信号功率放大器和受试直流断路器组成的闭环仿真试验平台，受试直流断路器的一次主回路连入该闭环仿真试验平台。本实用新型适用于未装配电流互感器（CT）的抗冲振型直流断路器保护性能测试，能够精确、高效地检测或验证直流断路器脱扣电流整定值和跳闸动作时间以及系统分级保护之间的动作协调性。

Description

用于舰船直流断路器保护性能测试的半实物仿真系统

技术领域

本实用新型属于舰船电气设备性能测试技术领域，具体涉及一种用于舰船直流断路器保护性能测试的半实物仿真系统。 

背景技术

出于特殊运行环境因素的考虑，舰船电力系统中的直流断路器大多选用抗冲振类型，该类断路器具有一个特点：其短路保护的脱扣动作判据直接取决于断路器一次主回路电流的电磁力，而不是通过配装电流互感器（CT）由其二次侧的测量值决定。由一次主回路电流电磁力脱扣的断路器动作特性通常分散性较大，给保护性能带来目前尚无法确定的负面影响。至今难以用试验手段准确评估断路器脱扣分散性对其保护性能的影响，要准确评估断路器脱扣分散性对保护性能的影响，主要存在两个问题：一是如何按实际参数模拟电力系统运行工况及故障过程并将其动态电流按真实大小，即模拟比为1:1，施加于断路器实物；二是如何实现断路器实物与模拟系统的实时闭环以正确反映断路器与系统模型间的相互作用。显然，采用传统缩比参数的物理模拟方法是无法解决这些问题的。 

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型提出了一种基于数字-物理混合建模方法的、用于舰船直流断路器保护性能测试的半实物仿真系统。 

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案： 

一种用于舰船直流断路器保护性能测试的半实物仿真系统，包括：包含有舰船电力系统数字仿真模型的eMEGAsim实时数字仿真器、电流信号功率放大器和受试直流断路器，舰船电力系统数字仿真模型中的仿真变量通过eMEGAsim实时数字仿真器的模拟量输出端与电流信号功率放大器的输入端相连，电流信号功率放大器的输出端与受试直流断路器的一次主回路接线端相连，受试直流断路器的辅助节点与eMEGAsim实时数字仿真器的数字量输入端相连以发送受试直流断路器的状态信号。 

上述舰船电力系统数字仿真模型包括直流断路器支路模型和模拟短路故障触发模型，直流断路器支路模型为受试直流断路器在舰船电力系统数字仿真模型中的镜像，模拟短路故障触发模型用来模拟舰船电力系统的短路故障发生过程。模拟短路故障发生前、后的仿真电流 信号通过eMEGAsim实时数字仿真器的模拟量输出端发送至电流信号功率放大器的输入端。电流信号功率放大器输出的大电流作用于受试直流断路器的一次主回路，受试直流断路器的状态信号通过辅助节点发送至直流断路器支路模型，控制直流断路器支路模型的模拟分合状态。 

上述舰船电力系统数字仿真模型参数、仿真变量及其作用于受试直流断路器的实际物理电流的模拟比均为1：1，受试直流断路器与其在eMEGAsim实时数字仿真器中的镜像模型分、合状态同步改变。 

本实用新型基于数字-物理混合建模方法，利用eMEGAsim实时数字仿真器按实际参数建立舰船电力系统数字仿真模型，并在此基础上形成由eMEGAsim实时数字仿真器、电流信号功率放大器和受试断路器组成的闭环半仿真测试平台，受试直流断路器的一次主回路连入该闭环仿真试验平台。 

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和有益效果： 

1、本实用新型是将直流断路器的一次主回路接入闭环测试平台进行保护性能测试，适用于未装配电流互感器（CT）的舰船抗冲振型直流断路器的保护性能测试。 

2、本实用新型的半实物仿真测试系统作用于受试直流断路器的模拟电流物理能效区涵盖直流断路器的正常工作区、延时脱扣动作区和速断动作区，而且还能精确、高效地检测或验证直流断路器脱扣电流整定值、跳闸动作时间以及舰船电力系统分级保护之间的动作协调性。 

附图说明

图1是本实用新型的结构框图； 

图2是本实用新型的电流信号功率放大器的I-t能效特性图； 

图3是实施例中受试直流断路器的速断动作性能测试结果； 

图4是实施例中受试直流断路器的短延时动作性能测试结果。 

具体实施方式

本实用新型半实物仿真系统是由eMEGAsim实时数字仿真器、电流信号功率放大器和受试断路器组成的数字-物理闭环测试平台。数字-物理闭环仿真试验回路中各环节满足时间轴同一性和动态实时性，所有模型参数和仿真变量的模拟比为1:1。 

用于舰船电力系统中的抗冲振型直流断路器由于没有装配用于脱扣的电流互感器（CT），电流信号功率放大器的输出电流必须是直流断路器一次主回路大电流，而不是电流互感器CT二次侧的安培级小电流，直流断路器的一次主回路电流大小在0～数万安培范围动态变化；同时电流信号放大器输出电流的波形还应与eMEGAsim实时数字仿真器中的仿真电流一致。因 此电流信号功率放大器的输出对输入信号响应必须是高速度、高增益且线性无畸变，本实用新型所采用的电流信号放大器的性能参数和主要指标如下： 

（1）输出端的最大载荷电压为5V； 

（2）输出电流对阶跃输入信号的响应时间不超过20ms； 

（3）输出电流的时间持续能力分为三段：第一段为大电流(0.8～1.0)I_m，持续能力为60s；第二段为中电流(0.4～0.8)I_m，持续能力为120s；第三段为低电流(0～0.4)I_m，持续能力为长期。 

其中I_m为最大输出电流，I_m略大于直流断路器标称脱扣特性的速断动作值，电流信号功率放大器三段式的I-t能效特性包含直流断路器标称I-t特性，见图1所示，从图中可以看出，本实用新型的半实物仿真测试系统作用于受试直流断路器的模拟电流物理能效区涵盖了直流断路器的正常工作区、延时脱扣动作区和速断动作区。 

参照图2，在eMEGAsim实时数字仿真器上建立舰船电力系统数字仿真模型，舰船电力系统数字仿真模型包括受试直流断路器支路模型和模拟短路故障触发模型，受试直流断路器支路模型为受试直流断路器在舰船电力系统数字仿真模型中的镜像。 

在eMEGAsim实时数字仿真器中的相应支路建立模拟短路故障触发模型，通过调节其短路电阻值，即过渡电阻，以模拟不同大小的短路电流。当模拟短路故障触发模型触发短路，舰船电力系统数字仿真模型产生的仿真电流i（数字信号）通过eMEGAsim实时数字仿真器的D/A输出端口转换为模拟量接入电流信号功率放大器的控制量输入端，电流信号功率放大器输出端即可产生与仿真电流i相同大小的实际电流并作用于受试直流断路器，受试直流断路器的分合状态信号通过其辅助节点发送至eMEGAsim实时数字仿真器的数字量输入端口，并转换为电力系统数字仿真模型中的0-1逻辑信号，控制直流断路器支路模型的仿真分闸、合闸动作。当受试直流断路器以合闸状态接入试验回路，受试直流断路器在eMEGAsim实时数字仿真器中相应支路镜像模型的动作电流值和动作时间即为实际值。通过监测eMEGAsim实时数字仿真器中直流断路器支路模型的动作电流值和动作时间从而可实现对受试直流断路器的保护性能测试。 

本实用新型可用于验证抗冲振型直流断路器标称脱扣特性的实际效能，验证过程如下：根据受试直流断路器的标称脱扣I-t特性在模拟短路故障触发模型中设置不同短路电阻值以使作用于受试直流断路器的短路电流与其标称脱扣I-t特性中的I对应，模拟短路故障触发模型根据预先设置的短路电流进行短路触发，观测直流断路器支路模型并记录每次试验的脱扣动作时间t和分闸瞬刻电流值，可获得受试直流断路器的实际脱扣I-t特性。针对H-DZ17-200型塑壳断路器验证其速断动作性能和短延时动作性能测试分别见图3和图4。 

本实用新型可用于验证直流断路器的配电板进线保护与馈线保护之间的协调性，验证过 程如下：将进线直流断路器和馈线直流断路器串联后接入试验回路，调整模拟短路故障触发模型中短路电阻使电流信号功率放大器的输出电流大于上述两个直流断路器的速断标称电流，观测哪个直流断路器分闸动作，馈线断路器动作则符合故障保护的选择性要求。 

Claims (1)

1.一种用于舰船直流断路器保护性能测试的半实物仿真系统，其特征在于，包括： 

eMEGAsim实时数字仿真器、电流信号功率放大器和受试直流断路器，eMEGAsim实时数字仿真器的模拟量输出端与电流信号功率放大器的输入端相连，电流信号功率放大器的输出端与受试直流断路器的一次主回路接线端相连，受试直流断路器的辅助节点与eMEGAsim实时数字仿真器的数字量输入端相连。 

Images