CN209992827U - 一种核电应急柴油发电机组半物理仿真验证系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种核电应急柴油发电机组半物理仿真验证系统，包括相互连接的ETAS仿真平台、执行机构位置传感器、调速系统，所述调速系统包括电子调速器、电子调速器监测PC、执行器和转速传感器信号，其中，所述电子调速器、执行器、转速传感器接口与所述ETAS仿真平台连接，执行器还与所述其位置传感器连接，所述ETAS仿真平台根据电子调速器、执行器、执行机构位置传感器和转速传感器的信息验证核电应急柴油发电机组电子调速功能是否完整，并向调速系统反馈核电应急发电机组信息；所述电子调速器监测PC与电子调速器连接。本实用新型通过将ETAS仿真平台于核电应急柴油发电机组的调速系统连接，达到验证核电应急柴油发电机组的调速功能，监测电子调速器故障的功能。

Description

一种核电应急柴油发电机组半物理仿真验证系统

技术领域

本实用新型涉及一种仿真技术，更具体的，涉及一种核电应急柴油发电机组的半物理仿真平台。

背景技术

核电应急柴油发电机组作为核电站最为重要的应急电源保障，在事故预防和事故缓解上都具有极其重要的作用，其可靠性和稳定性尤为关键。核电应急发电机组在实际运行状态下遇到极限工况的表现以及应急发电机组的电子调速器功能的完整性对于保障核电供电安全具有重要意义。鉴于核电应急发电机组的特殊性，无法直接在实际的应急发电机组上进行各运行工况的相关测试，也难以验证应急发电机组的电子调速器功能是否完整，性能指标是否符合要求。因此，需要一种能模拟核电应急发电机组在实际运行过程中的各种工况并验证电子调速器确保其能够安全可靠投入使用的核电应急发电机组验证系统。

实用新型内容

为了模拟核电应急发电机组在实际运行过程中的各种运行工况以验证电子调速器功能完整，确保其性能安全可靠，并且能模拟核电应急发电机组在实际运行过程中的典型故障，便于工作人员对核电应急发电机组进行检修，本实用新型提供了一种包括ETAS仿真平台的核电应急发电机组半物理仿真验证系统，该系统还包括第一传感器和调速系统，所述ETAS仿真平台与第一传感器连接，所述调速系统包括电子调速器、电子调速器监测PC、执行器和第二传感器，其中，所述电子调速器为核电应急发电机组的电子调速器，根据发电机主机负载调节发电机主机转速，与所述ETAS仿真平台连接，用于传输核电应急发电机组的主机负载信息；所述执行器为核电应急发电机组的执行器，根据发电机转速调节涡轮增压器的切入切出和齿条位移，控制供油量，与所述ETAS仿真平台和第一传感器连接，用于传输涡轮增压器切入切出信息和齿条位移信息；所述第二传感器为核电应急发电机组的主机转速传感器和涡轮增压器转速传感器，与所述ETAS仿真平台连接，用于传输涡轮增压器转速信息和主机转速信息，所述 ETAS仿真平台据此验证核电应急发电机组功能是否完整，并向调速系统反馈核电应急发电机组信息；所述电子调速器监测PC与电子调速器(31)连接，用于监测电子调速器的运行状态。

本实用新型中的核电应急发电机组半物理仿真验证系统中，所述 ETAS仿真平台包括：工控机、ETAS仿真设备、硬件板卡和接口面板，其中工控机与ETAS仿真设备和硬件板卡连接，用于安装 MATLAB/Simulink以及labcar软件平台，MATLAB/Simulink平台用于对应急发电机组进行可视化仿真，同时Labcar软件平台用于控制和监视ETAS仿真平台的运行状态；ETAS仿真设备可以是工控机服务器，用于加载和运行预先经过设计的应急发电机组模型并为硬件板卡提供载体；硬件板卡为ETAS公司专门设计的内燃机仿真板卡，拥有8 个模拟量输出，8个数字量输出，4个模拟量输入以及20个数字量输入，同时能够产生和输出PWM信号和方波，能够满足本应急发电机组仿真项目的需求；接口面板与ETAS仿真设备和硬件板卡通过连接件连接。

在本实用新型所述核电应急发电机组半物理仿真验证系统中，所述接口面板上具有多个接口，分别与第一传感器、电子调速器、执行器、第二传感器连接。

本发明的有益之处在于，通过将ETAS仿真平台与实际的核电应急柴油发电机组的电子调速器、执行器、传感器连接，以验证核电应急发电机组的电子调速器功能是否完整，可以用于对核电应急柴油发电机组的电子调速器更换前进行可用性检查、对电子调速器故障原因进行检测以及工作人员对应急发电机组的运行状态进行相关知识的培训。

附图说明

图1为本实用新型核电应急发电机组半物理仿真验证系统的结构框图；

图2为本实用新型中ETAS仿真平台的结构框图

图3为本实用新型中ETAS仿真平台中仿真模型的结构示意图；

图4a为在启动工况下，本实用新型中仿真平台反映出的核电应急发电机组主机转速响应曲线；

图4b为在启动工况下，本实用新型中仿真平台反应出的核电应急发电机组齿条位移响应曲线；

图5a为在加减载工况下，本实用新型中仿真平台反应出的核电应急发电机组主机转速响应曲线；

图5b为在加减载工况下，本实用新型中仿真平台反应出的核电应急发电机组齿条位移响应曲线；

图6为额定转速为1500r/min时，本实用新型中仿真平台反应出增压器切入曲线；

图7为通过本实用新型仿真平台得到的核电应急发电机组部分典型故障响应曲线，a、b、c、d分别为主机超速故障、涡轮增压器超速故障、主机起动过慢故障、涡轮增压器无转速信号故障。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案、优点更为明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，为本实用新型的一种核电应急发电机组半物理仿真验证系统的一种具体实施例，该系统包括ETAS仿真平台。所述ETAS 仿真平台的一种具体实施例如图2所示，其中包括工控机11、ETAS 仿真设备12、硬件板卡13和接口面板14，工控机11与ETAS仿真设备12和硬件板卡13连接，用于安装MATLAB/Simulink以及labcar软件平台，其中MATLAB/Simulink平台用于建立应急发电机组Simulink 模型；LABCAR平台包括集成平台labcar-IP和实验环境平台Experiment Environment(EE)。LABCAR-IP平台用于配置柴油机Simulink模型与外界的输入输出接口以及相关的输入输出信号之间的连接，EE平台用于检测、记录、存储、输出相关的实验数据，可以提供多种形式的显示形式，通过EE平台，可以在线修改柴油机运行参数，如模拟柴油机启动、停车、加速、减速工况，修改目标转速、负载，实时监测柴油机主机转速、各增压器转速齿条位移，设置故障模型等，这给用户带来了很大的便利；ETAS仿真设备12可以是工控机服务器，用于加载和运行MATLAB/Simulink平台设计的应急发电机组模型并为硬件板卡13提供载体，本实施例中硬件板卡13型号为ES5340-ICE，为ETAS 公司专门设计的内燃机仿真板卡，拥有8个模拟量输出，8个数字量输出，4个模拟量输入以及20个数字量输入，同时能够产生和输出 PWM信号和方波，能够满足本柴油机仿真项目的需求；接口面板14 与ETAS仿真设备12和硬件板卡13通过连接件连接，上有多个硬件接口，分别与第一传感器20、电子调速器31、执行器33、第二传感器34连接。

通过MATLAB/Simulink平台建立的应急发电机组Simulink模型的一种实施例的整体结构示意图如图3所示，包括了模型输入部分，发电机模型和模型输出部分。其中，图3所示的实施例中，将发电机模型分为输入模块、输出模块、调速模块、燃油供给模块、进排气系统模块、气缸模块以及故障模型模块。

为了使搭建的Simulink应急发电机组模型模型能够获得核电应急发电机组实际的主机负载信息，主机转速信息、涡轮增压器转速信息等，对实际的核电应急发电机组的电子调速器功能完整性进行验证并且搭建的Simulink应急发电机组模型能够对实际的核电应急发电机组发生的故障进行判断，需要将所述ETAS仿真平台与实际的核电应急发电机组连接，根据建立的核电应急发电机组模型，接收实际核电应急发电机组发出的控制信号，并将模型输出实时反馈给实际核电应急发电机组，因此将ETAS仿真平台置入本实用新型的核电应急发电机组半物理仿真验证系统，与调速系统连接，将仿真平台与实际核电应急发电机组有效的结合起来。

如图1所示，实用新型的核电应急发电机组半物理仿真验证系统除了前文所述ETAS仿真平台10外，还包括包括第一传感器20和调速系统30，所述ETAS仿真平台10与第一传感器20连接，所述调速系统包括电子调速器31、电子调速器监测PC32、执行器33和第二传感器34，其中，所述电子调速器31为核电应急发电机组的电子调速器，根据发电机主机负载调节发电机主机转速，与10连接，用于向所述ETAS仿真平台传输核电应急发电机组的主机负载信息；所述执行器33为核电应急发电机组的执行器，根据发电机转速调节涡轮增压器的切入切出和齿条位移，控制供油量，与所述ETAS仿真平台10 和第一传感器20连接，用于向所述ETAS仿真平台10传输涡轮增压器切入切出信息和齿条位移信息；所述第二传感器34为核电应急发电机组的主机转速传感器和涡轮增压器转速传感器，与所述ETAS仿真平台10连接，用于向所述ETAS仿真平台10传输涡轮增压器转速信息和主机转速信息，所述ETAS仿真平台10据此对应急发电机组仿真模型进行修改，检测电子调速器是否能将发电机主机转速调整到预设速度，验证核电应急发电机组电子调速器功能是否完整，并向调速系统反馈模拟的核电应急发电机组信息；所述电子调速器监测PC32 与电子调速器31连接，用于监测电子调速器31的运行状态。

下面介绍如何根据实际工况，利用ETAS仿真平台，通过本实用新型验证所述实际核电应急发电机组电子调速器的各种基本功能。

起动工况仿真实验：

在起动工况下，应急发电机组转速响应曲线和齿条位移响应曲线在ETAS仿真平台上如图4a和图4b所示，表明，该核电应急发电机组通过仿真平台验证，电子调速器能够满足应急发电机组的调速系统起动性能的需求，且仿真平台响应迅速，稳定性好。

加减载仿真试验

在额定转速1500r/min，空载工况下，增加3000Nm的负载，待转速和齿条位移稳定后，再将负载降至0，应急发电机组转速和齿条位移响应曲线在ETAS仿真平台上如图5a和图5b所示，当负载突变时，齿条位移能在2.5s内达到稳定，转速在负载变化后有小幅波动，但能够迅速恢复原转速状态并保持稳定，表明该核电应急发电机组电子调速器的调速性能良好。

涡轮增压器切入切出实验

在额定转数1500r/min时的增压器切入曲线在ETAS仿真平台上如图6所示，增压器A1/A2转速上升，当A1/A2转速达到39000r/min时，增压器B1切入，B1转速由0开始迅速升高，达到3900r/min时，增压器B2切入，B2转速超过41000r/min时，B3切入，此时5组增压器全部切入，且转速最后均稳定在51000r/min左右。表明该核电应急发电机组涡轮增压器切入切出功能良好。

在验证所述实际核电应急发电机组电子调速器的各种基本功能完好后，考虑到应急发电机组在实际运行的过程中，可能出现的一些故障状况，在ETAS仿真平台上建立应急发电机组的故障模型。如图7所示，为核电应急发电机组部分典型故障响应曲线，当所述实际核电应急发电机组在线或与ETAS仿真平台连接时，ETAS仿真平台上出现故障响应曲线，即刻判定为实际核电应急发电机组出现相对应的故障，方便工作人员检修。

通过以上说明，可以表明：本实用新型提供了一种核电应急发电机组半物理仿真验证系统，使ETAS仿真平台能够精确实时反应实际核电应急发电机组的工作状态，准确反映核电应急发电机组电子调速器的工作性能，使得该仿真平台在离线状态下(与实际核电应急发电机组断开的情况下)能够用于核电应急发电机组的测试与研发，降低了核电应急发电机组的开发成本，同时可以通过该模型对相关工作人员进行核电应急发电机组相关知识的培训。建立核电应急发电机组典型故障模型，使得该仿真平台在在线状态下(与实际核电应急发电机组连接的情况下)能够对核电应急发电机组出现的故障做出精确及时的反应，保障电子调速器具备完好的功能，避免出现安全事故。

以上结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (4)

1.一种核电应急柴油发电机组半物理仿真验证系统，包括ETAS仿真平台(10)，其特征在于，还包括第一传感器(20)和调速系统(30)，所述ETAS仿真平台(10)与第一传感器(20)连接，所述调速系统包括电子调速器(31)、电子调速器监测PC(32)、执行器(33)和第二传感器(34)，其中，所述电子调速器(31)与所述ETAS仿真平台(10)连接，用于传输核电应急发电机组的主机负载信息；所述执行器(33)与所述ETAS仿真平台(10)和第一传感器(20)连接，用于传输涡轮增压器切入切出信息和齿条位移信息；所述第二传感器(34)与所述ETAS仿真平台(10)连接，用于传输涡轮增压器转速信息和主机转速信息，所述ETAS仿真平台(10)据此验证核电应急发电机组功能是否完整，并向调速系统反馈核电应急发电机组信息；所述电子调速器监测PC(32)与电子调速器(31)连接，用于监测电子调速器(31)的运行状态。

2.根据权利要求1所述核电应急柴油发电机组半物理仿真验证系统，其特征在于，所述ETAS仿真平台(10)包括：工控机(11)、ETAS仿真设备(12)、硬件板卡(13)和接口面板(14)，其中工控机(11)与ETAS仿真设备(12)和硬件板卡(13)连接，用于安装MATLAB/Simulink以及labcar软件平台，同时还可以控制和监视ETAS仿真平台(10)的运行状态；ETAS仿真设备(12)用于加载和运行应急发电机组模型并为硬件板卡(13)提供载体；硬件板卡(13)为ETAS公司专门设计的内燃机仿真板卡；接口面板(14)与ETAS仿真设备(12)和硬件板卡(13)连接。

3.根据权利要求2所述核电应急柴油发电机组半物理仿真验证系统，其特征在于，所述接口面板(14)还与第一传感器(20)、电子调速器(31)、执行器(33)、第二传感器(34)连接。

4.根据权利要求3所述核电应急柴油发电机组半物理仿真验证系统，其特征在于，所述调速系统(30)的电子调速器(31)与执行器(33)和第二传感器(34)连接。

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