励磁系统测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种励磁系统测试装置及方法，所述装置包括：采样单元(1)、内置交流励磁机和发电机模型(2)、控制单元(3)、交流信号输出单元(4)、输出功率放大单元(5)和输入输出单元(6)。实施本发明专利技术的有益效果是，实现在机组静止时进行全面的静态试验、动态试验、并网带负荷试验，可对发电机励磁系统进行全面的检测、排查励磁系统开机前的各种隐患；可实现对励磁系统的联调和闭环仿真，且可满足在发电机启动前测试以降低成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发电机领域，更具体地说，涉及一种励磁系统测试装置及方法。
技术介绍
供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。它一般由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。励磁功率单元向同步发电机转子提供励磁电流；而励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。现有技术中，对发电机励磁系统的检测都是静态时做励磁系统静态试验，发电机开机以后做动态试验，不能很好的在发电机开机前进行动态试验，进行全面的检测。且对发电机励磁系统的检测都是对励磁系统的每个部分单独进行测试，属于开环试验，没有设备可以对励磁系统进行联调和闭环仿真实验。另一方面，励磁调节器的性能对电力系统的稳定有着主要的影响，但针对发电机励磁调节器的动态测试只有通过大型电力系统实时仿真系统来检测，而仿真系统投资巨大，不能满足励磁系统现场测试要求。现有技术存在缺陷，需要改进。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述励磁系统的测试成本高，不能实现闭环仿真的缺陷，提供一种励磁系统测试装置及方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一方面，构造一种励磁系统测试装置，包括：采样单元、内置交流励磁机和发电机模型、控制单元、交流信号输出单元、输出功率放大单元和输入输出单元；其中，采样单元用于采集励磁系统输出的励磁电压，再将励磁电压与预设
额定励磁电压比较，得到励磁电压对应的标幺值并送至内置交流励磁机和发电机模型；内置交流励磁机和发电机模型用于基于励磁电压的标幺值，获取发电机电压和电流，并根据预设的发电机二次侧额定电压和电流将发电机电压和电流换算成发电机二次侧的实际电压和电流；控制单元用于将内置交流励磁机和发电机模块计算出来的发电机二次侧实际电压和电流值转换成对应的数码值，并送至交流信号输出单元；交流信号输出单元将发电机二次侧实际电压和电流的数码值转换成双极性模拟信号；功率放大单元用于将双极性模拟信号进行功率和幅值放大。优选的，所述装置还包括：输入输出单元；所述输入输出单元通过串口与所述控制单元之间通讯，用于显示运行数据和状态，并将设置的仿真参数发送至控制单元。优选的，所述采样单元包括：调理电路、AD转换器、第一参考电源、第一隔离电源和第一数字隔离器；所述调理电路与所述AD转换器连接，所述第一参考电源与所述AD转换器连接，所述第一隔离电源与所述AD转换器连接，所述第一数字隔离器与所述AD转换器连接；所述调理电路用于将励磁系统输出的励磁电压进行降压、滤波和稳压后，输出至所述AD转换器；所述第一参考电源用于为所述AD转换器提供高精度的AD比较电源；所述第一隔离电源用于提供工作电源；所述AD转换器用于将经降压、滤波和稳压后的励磁电压经过AD转换成数字信号；所述第一数字隔离器用于将所述数字信号传送至所述控制单元。优选的，所述第一数字隔离器以SPI方式将所述数字信号传送至所述控制单元。优选的，所述内置交流励磁机和发电机模型包括交流励磁机模型和发电机
模型；所述交流励磁机模型包括：第一去磁单元、换相电抗压降单元、同步电抗压降单元、整流放大单元、自励饱和单元和D轴阻尼效应单元；交流励磁机励磁电压Ufe减去分别由所述第一去磁单元、所述自励饱和单元和所述D轴阻尼效应单元构成的三个负反馈后经过励磁时间常数TE构成的积分环节得到励磁机内电势Efq；所述励磁机内电势Efq减去所述同步电抗压降单元形成的反馈环节后，进入所述整流放大单元，经过励磁机整流放大系数后由AC电压转换成DC电压，整流后的DC电压减去由所述换相电抗压降单元构成的负反馈后输出DC电压，该DC电压经过交流励磁机电压和发电机的励磁电压换算系数后输出最终的发电机励磁电压Ufg。优选的，所述发电机模型包括：第二去磁单元、转速单元、发电机饱和单元和电抗压降单元213；所述发电机励磁电压Ufg减去由所述发电机饱和单元构成的负反馈环节和减去所述第二去磁单元构成的反馈环节后，经过发电机时间常数TG构成的积分环节得到发电机内电势Eq，Eq经过所述电抗压降单元后输出发电机机端电压U和发电机机端电流IFD；所述发电机机端电压U和发电机机端电流IFD输入到所述交流信号输出单元。优选的，所述交流信号输出单元包括：第二隔离电源、第二参考电源、第三参考电源、第二数字隔离器、输出缓冲电路、DA转换器和输出滤波电路；其中，所述第二数字隔离器与所述控制单元连接，所述DA转换器分别与所述第二参考电源、所述第三参考电源、所述输出缓冲电路连接，所述输出缓冲电路与所述输出滤波电路连接；所述控制模块将所述发电机模型计算出的所述发电机机端电压U和发电机机端电流IFD对应的DAC码值通过所述第二数字隔离器发送至所述DA转换器，所述DA转换器，将所述DAC码值转换成对应的双极性模拟信号；所述双极性模拟信号经所述输出缓冲电路缓冲以及经所述输出滤波电路滤波后
输出至所述输出功率放大单元。优选的，所述输出功率放大单元包括：幅值及功率放大电路、过流检测电路、过温检测电路和过压保护电路；所述幅值及功率放大电路用于将所述交流信号输出单元输出的电压信号进行幅值和功率放大以输出满足励磁系统测试的交流信号；所述过流检测电路用于采集输出回路的电流，当电流超过一定的幅值后，输出信号给控制单元；过温检测电路用于进行过温检测，当温度超过预设值后，输出信号给控制单元；过压保护电路用于对输出的过电压进行吸收。优选的，所述幅值及功率放大电路包括：集成功率放大器A1、电阻R7、电阻R8、电阻R9和电阻R10；所述过流检测电路包括：电阻R11和电阻R12；所述过温检测电路包括：电阻R14、光电隔离器U2和开关管Q1；所述过压保护电路包括：二极管D1、二极管D2、大容量滤波电容E1和大容量滤波电容E2。优选的，所述装置还包括：降压变压单元和整流滤波单元；所述降压变压单元用于将输入电源进行降压和变压后输出工作电源；所述整流滤波单元用于将所述工作电源整流和滤波后输出功放电源。另一方面，提供一种励磁系统测试方法，所述方法包括：S1、采集励磁系统输出的励磁电压，将励磁电压与预设额定励磁电压比较，以获取励磁电压对应的标幺值；S2、基于励磁电压的标幺值获取发电机电压和电流；S3、根据预设的发电机二次侧额定电压和电流，将发电机电压和电流换算成发电机二次侧的实际电压和电流信号；S4、将所述发电机二次侧实际电压和电流值转换成对应的数码值；S5、将所述数码值转换成对应的双极性模拟信号；S6、将双极性模拟信号进行功率和幅值放大后输出。优选的，所述步骤S2具体包括以下步骤：将所述励磁电压的标幺值与交流励磁机反馈的自励饱和单元、D轴阻尼效应单元、第一去磁单元比较后，经过励磁机时间常数TE构成的积分环节得到励磁机电势Efq；将所述励磁机电势Efq经过同步电抗压降单元、整流放大单元、换相电抗压降单元后换算成发电机励磁电压Ufg；将所述发电机励磁电压Ufg与发电机饱和单元、第二去磁单元进行比较后，经过发电机时间常数TG构成的积分环节得到发电机内电势Eq；将所述发电机内电势Eq经过电抗压降单元后输出发电机电压和电流信号。实施本专利技术的励磁系统测试装置及方法，具有以下有益效果：通过将励磁电压信号经采样单元后输出励磁系统输出的励磁电压，经过内置交流励磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种励磁系统测试装置，其特征在于，包括：采样单元(1)、内置交流励磁机和发电机模型(2)、控制单元(3)、交流信号输出单元(4)、输出功率放大单元(5)和输入输出单元(6)；其中，采样单元(1)用于采集励磁系统输出的励磁电压，再将励磁电压与预设额定励磁电压比较，得到励磁电压对应的标幺值并送至内置交流励磁机和发电机模型(2)；内置交流励磁机和发电机模型(2)用于基于励磁电压的标幺值，获取发电机电压和电流，并根据预设的发电机二次侧额定电压和电流将发电机电压和电流换算成发电机二次侧的实际电压和电流；控制单元(3)用于将内置交流励磁机和发电机模块(2)计算出来的发电机二次侧实际电压和电流值转换成对应的数码值，并送至交流信号输出单元(4)；交流信号输出单元(4)将发电机二次侧实际电压和电流的数码值转换成双极性模拟信号；功率放大单元(5)用于将双极性模拟信号进行功率和幅值放大。

【技术特征摘要】
1.一种励磁系统测试装置，其特征在于，包括：采样单元(1)、内置交流励磁机和发电机模型(2)、控制单元(3)、交流信号输出单元(4)、输出功率放大单元(5)和输入输出单元(6)；其中，采样单元(1)用于采集励磁系统输出的励磁电压，再将励磁电压与预设额定励磁电压比较，得到励磁电压对应的标幺值并送至内置交流励磁机和发电机模型(2)；内置交流励磁机和发电机模型(2)用于基于励磁电压的标幺值，获取发电机电压和电流，并根据预设的发电机二次侧额定电压和电流将发电机电压和电流换算成发电机二次侧的实际电压和电流；控制单元(3)用于将内置交流励磁机和发电机模块(2)计算出来的发电机二次侧实际电压和电流值转换成对应的数码值，并送至交流信号输出单元(4)；交流信号输出单元(4)将发电机二次侧实际电压和电流的数码值转换成双极性模拟信号；功率放大单元(5)用于将双极性模拟信号进行功率和幅值放大。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：输入输出单元(6)；所述输入输出单元(6)通过串口与所述控制单元(3)之间通讯，用于显示运行数据和状态，并将设置的仿真参数发送至控制单元(3)。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述采样单元(1)包括：调理电路(11)、AD转换器(12)、第一参考电源(13)、第一隔离电源(14)和第一数字隔离器(15)；所述调理电路(11)与所述AD转换器(12)连接，所述第一参考电源(13)与所述AD转换器(12)连接，所述第一隔离电源(14)与所述AD转换器(12)连接，所述第一数字隔离器(15)与所述AD转换器(12)连接；所述调理电路(11)用于将励磁系统输出的励磁电压进行降压、滤波和稳
\t压后，输出至所述AD转换器(12)；所述第一参考电源(13)用于为所述AD转换器(12)提供高精度的AD比较电源；所述第一隔离电源(14)用于提供工作电源；所述AD转换器(12)用于将经降压、滤波和稳压后的励磁电压经过AD转换成数字信号；所述第一数字隔离器(15)用于将所述数字信号传送至所述控制单元(3)。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一数字隔离器(15)以SPI方式将所述数字信号传送至所述控制单元(3)。5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述内置交流励磁机和发电机模型(2)包括交流励磁机模型(20)和发电机模型(21)；所述交流励磁机模型(20)包括：第一去磁单元(201)、换相电抗压降单元(202)、同步电抗压降单元(203)、整流放大单元(204)、自励饱和单元(205)和D轴阻尼效应单元(206)；交流励磁机励磁电压Ufe减去分别由所述第一去磁单元(201)、所述自励饱和单元(205)和所述D轴阻尼效应单元(206)构成的三个负反馈后经过励磁时间常数TE构成的积分环节得到励磁机内电势Efq；所述励磁机内电势Efq减去所述同步电抗压降单元(203)形成的反馈环节后，进入所述整流放大单元(204)，经过励磁机整流放大系数后由AC电压转换成DC电压，整流后的DC电压减去由所述换相电抗压降单元(202)构成的负反馈后输出DC电压，该DC电压经过交流励磁机电压和发电机的励磁电压换算系数后输出最终的发电机励磁电压Ufg。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述发电机模型(21)包括：第二去磁单元(210)、转速单元(211)、发电机饱和单元(212)和电抗压降单元213；所述发电机励磁电压Ufg减去由所述发电机饱和单元(212)构成的负反馈环节和减去所述第二去磁单元(210)构成的反馈环节后，经过发电机时间常数TG构成的积分环节得到发电机内电势Eq，Eq经过所述电抗压降单元
\t(213)后输出发电机机...

【专利技术属性】
技术研发人员：祖友军，罗祥栋，饶春平，陈俊华，祝春晖，杨国辉，代晶，刘欣亮，宫健，沈锦峄，
申请(专利权)人：中广核工程有限公司，武汉科创源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44