用于舰船电网保护性能测试的半物理仿真系统技术方案

一种用于舰船电网保护性能测试的半物理仿真系统，包括eMEGAsim实时数字仿真器、电压/电流信号功率放大器、试验工作台和受试框架断路器/塑壳断路器；舰船交流电网数字仿真模型中的仿真变量通过eMEGAsim实时数字仿真器的D/A输出端口与电压/电流信号功率放大器的输入端相连，电压/电流信号功率放大器的输出端与受试框架断路器/塑壳断路器脱扣装置的采样输入端口相连，受试框架断路器/塑壳断路器脱扣装置的辅助触点信号通过试验工作台上的接口电路与eMEGAsim实时数字仿真器的数字量输入端口相连。本发明专利技术利用eMEGAsim实时数字仿真器建立舰船交流电网的数字仿真模型，解决了现有单一物理试验方法建模成本高、试验效率低、高破坏性和危险性的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于舰船电力系统保护性能测试
，具体涉及一种舰船电网保护性能测试的半物理仿真系统。
技术介绍
出于供电可靠性的考虑，大型水面舰船交流电网一般都采用环形拓扑结构，该形式电网具有一个特点：从发电机到用电负荷之间输配电各层级（环节）的进线支路额定电流与其馈线支路额定电流之和不相等。环形电网这种多级交叉结构的复杂性加上实际断路器保护动作（I-t动作特性）的分散性，给故障保护系统总体性能带来目前尚未确定的影响，有必要进行检测和验证，以消除安全隐患。依靠现有技术手段检验电网保护系统主要存在两个问题：一是用数字仿真计算方法，但断路器保护动作特性及其实际分散性难以准确计及；二是用物理试验方法，但物理试验成本昂贵且破坏性和危险性高。
技术实现思路
本专利技术的目的之一，在于提供一种用于舰船电网保护性能测试的半物理仿真系统，用于解决目前舰船电力系统保护研究中数字仿真准确度不高，而物理试验破坏性、危险性大和成本高的问题。针对现有技术存在的不足，本专利技术提出了一种基于数字-物理混合建模方法的、用于舰船交流电网断路器保护性能测试的半物理仿真系统，本专利技术具体是这样实现的：一种用于舰船交流电网断路器保护性能测试的半物理仿真系统，包括：包含有舰船交流电网数字仿真模型的eMEGAsim实时数字仿真器、电压/电流信号功率放大器、试验工作台和受试框架断路器/塑壳断路器；舰船交流电网数字仿真模型中的仿真变量通过eMEGAsim实时数字仿真器的D/A输出端口与电压/电流信号功率放大器的输入端相连，电压/电流信号功率放大器的输出端与受试框架断路器/塑壳断路器脱扣装置的采样输入端口相连，受试框架断路器/塑壳断路器脱扣装置的辅助触点信号通过试验工作台上的接线柱与eMEGAsim实时数字仿真器的数字量输入端口相连。上述舰船交流电网数字仿真模型包括大型舰船电网典型拓扑电路模型和多级模拟短路故障触发模型（见附图1），电压信号功率放大器增益按实际框架断路器配套电流互感器特性设计和制作、电流信号功率放大器增益按实际塑壳断路器配套电流互感器特性设计和制作；基于电压/电流信号功率放大器增益并结合eMEGAsim实时数字仿真器D/A转换比参数的设置，电压/电流信号功率放大器的输出端能够接入配装有电子脱扣装置的各种型号船用交流框架断路器和交流塑壳断路器。上述试验工作台包括受试断路器脱扣装置的220V交流电源和5V直流电源以及脱扣装置辅助触点与eMEGAsim实时数字仿真器数字量输入端的接口匹配电路和基于断路器分/合逻辑函数的系统运行状态智能动态显示屏；其中，脱扣装置辅助触点的分/合状态机械信号通过接口匹配电路转换成高(12V)/低(0V)电平逻辑信号接入eMEGAsim实时数字仿真器数字量输入端和智能动态显示屏信号输入端。上述舰船交流电网数字仿真模型中模拟短路故障触发前、后的仿真电流信号量通过eMEGAsim实时数字仿真器D/A输出端口与电压/电流信号功率放大器输入端相连，电压/电流信号功率放大器的输出端输出与实际电流互感器二次侧等效的电压或电流物理量作用于断路器脱扣装置，受试断路器的分/合状态通过其脱扣装置辅助触点信号与eMEGAsim实时数字仿真器的数字量输入端口相连，作用是控制舰船交流电网eMEGAsim数字仿真模型中相应断路器支路模型的模拟分/合。上述舰船交流电网数字仿真模型参数和仿真变量以及作用于受试断路器电子脱扣装置的实际物理量，其模拟比均为1:1，适用于大型舰船交流电网实际保护系统成套设备的分级故障保护协调性测试本专利技术基于数字-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交流电网数字仿真模型，并在此基础上形成一套由eMEGAsim实时数字仿真器、电压/电流信号功率放大器、试验工作台和受试断路器组成的闭环仿真测试系统。另外，本专利技术中所包括的试验设备及其参数均为特殊设计和制作，专门适用于舰船交流电网保护系统性能检测，与现有的半物理仿真系统针对性不同。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：a.本专利技术利用eMEGAsim实时数字仿真器建立舰船交流电网的数字仿真模型，解决了现有单一物理试验方法建模成本高、试验效率低、高破坏性和危险性的问题。b.本专利技术接入闭环仿真测试系统的受试品为实物，解决了现有单一数字仿真方法难以准确模拟受试品保护动作特性及其分散性的问题。附图说明图1是本专利技术半物理仿真系统的数字-物理闭环结构及舰船交流电网eMEGAsim实时数字仿真模型示意图。图2是本专利技术半物理仿真系统中受试断路器辅助触点转换为电平信号的电路连接方式示意图。具体实施方式本专利技术半物理仿真系统是由eMEGAsim实时数字仿真器、电压/电流信号功率放大器、试验工作台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均为1:1，即模型参数和仿真变量均与实际系统参数保持一致。以下通过典型实施例对本专利技术的实施步骤加以具体说明。实施例1根据某型舰船交流电网系统结构和设备参数：1）如附图1所示，用eMEGAsim实时数字仿真器建立电网的数字仿真模型和短路故障触发模型；2）将eMEGAsim电网数字仿真模型中框架断路器支路电流的仿真值由D/A输出端口连接于电压信号功率放大器的输入端、模型中塑壳断路器支路电流的仿真值由D/A输出端口连接于电流信号功率放大器的输入端；3）将电压信号功率放大器的输出端连接到受试框架断路器脱扣装置的信号采样端口、将电流信号功率放大器的输出端连接到受试塑壳断路器脱扣装置的信号采样端口；4）如附图2所示，通过接口电路将受试断路器脱扣装置的两个辅助触点（1常开+1常闭）转换为高/低电平信号分别连接至eMEGAsim仿真器的数字量输入端和显示屏的电平信号输入端，其中常开触点信号送至eMEGAsim仿真器用于控制电网数字仿真模型中断路器模型的分/合、常闭触点信号送至显示屏用于控制发光器件的明/暗；5）参照附图1，设负荷Z③=1pu、Z③-1=1pu、Z③-2=1pu，依次将Z②设为0～1pu，每次在eMEGAsim电网数字仿真模型中发电机组G1的配电支路末端节点③处模拟触发短路故障，如每次都只有塑壳断路器#3动作跳闸，说明保护系统符合选择性要求，否则为误动作，该试验科目可检验负荷变化状态下电网分级保护是否具有协调性。实施例2与上述实施例1的步骤1）—4）相同，参照附图1，设负荷Z②=1pu、Z③=1pu、Z③-1=1pu、Z③-2=1pu，依次在eMEGAsim电网数字仿真模型中发电机组G2的配电支路③、②、①处模拟触发短路故障，如各次分别只有塑壳断路器#3-1、框架断路器#2、框架断路器#1动作跳闸，说明保护系统符合选择性要求，否则为误动作，该试验科目可检验配电网络不同层级节点发生短路故障时电网分级保护是否具有协调性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于舰船电网保护性能测试的半物理仿真系统，其特征在于：所述用于舰船电网保护性能测试的半物理仿真系统包括eMEGAsim实时数字仿真器、电压/电流信号功率放大器、试验工作台和受试框架断路器/塑壳断路器；所述eMEGAsim实时数字仿真器包含有舰船交流电网数字仿真模型，舰船交流电网数字仿真模型中的仿真变量通过eMEGAsim实时数字仿真器的D/A输出端口与电压/电流信号功率放大器的输入端相连，电压/电流信号功率放大器的输出端与受试框架断路器/塑壳断路器脱扣装置的采样输入端口相连，受试框架断路器/塑壳断路器脱扣装置的辅助触点信号通过试验工作台上的接口电路与eMEGAsim实时数字仿真器的数字量输入端口相连。

【技术特征摘要】
1.一种用于舰船电网保护性能测试的半物理仿真系统，其特征在于：所述用于舰船电网保护性能测试的半物理仿真系统包括eMEGAsim实时数字仿真器、电压/电流信号功率放大器、试验工作台和受试框架断路器/塑壳断路器；所述eMEGAsim实时数字仿真器包含有舰船交流电网数字仿真模型，舰船交流电网数字仿真模型中的仿真变量通过eMEGAsim实时数字仿真器的D/A输出端口与电压/电流信号功率放大器的输入端相连，电压/电流信号功率放大器的输出端与受试框架断路器/塑壳断路器脱扣装置的采样输入端口相连，受试框架断路器/塑壳断路器脱扣装置的辅助触点信号通过试验工作台上的接口电路与eMEGAsim实时数字仿真器的数字量输入端口相连。2.根据权利要求1所述用于舰船电网保护性能测试的半物理仿真系统，其特征在于：所述的舰船交流电网数字仿真模型包括大型舰船电网典型拓扑电路模型和多级模拟短路故障触发模型，所述的电压信号功率放大器增益按实际框架断路器配套电流互感器特性设计和制作、电流信号功率放大器增益按实际塑壳断路器配套电流互感器特性设计和制作；基于电压/电流信号功率放大器增益并结合eMEGAsim实时数字仿真器D/A转换比参数的设置，电压/电流信号功率放大器的输出端能够接入配装有电子脱扣装置的各种型号船用交流框架断路器和交流塑壳断路器。3.根据权利要求1所述用于舰...

【专利技术属性】
技术研发人员：李健健，刘兴，王庆红，申喜，钱珞江，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：湖北;42