本發(fā)明屬于艦船電力系統(tǒng)保護(hù)性能測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種艦船電網(wǎng)保護(hù)性能測(cè)試的半物理仿真系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

出于供電可靠性的考慮，大型水面艦船交流電網(wǎng)一般都采用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該形式電網(wǎng)具有一個(gè)特點(diǎn)：從發(fā)電機(jī)到用電負(fù)荷之間輸配電各層級(jí)（環(huán)節(jié)）的進(jìn)線支路額定電流與其饋線支路額定電流之和不相等。環(huán)形電網(wǎng)這種多級(jí)交叉結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性加上實(shí)際斷路器保護(hù)動(dòng)作（I-t動(dòng)作特性）的分散性，給故障保護(hù)系統(tǒng)總體性能帶來(lái)目前尚未確定的影響，有必要進(jìn)行檢測(cè)和驗(yàn)證，以消除安全隱患。依靠現(xiàn)有技術(shù)手段檢驗(yàn)電網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)主要存在兩個(gè)問(wèn)題：一是用數(shù)字仿真計(jì)算方法，但斷路器保護(hù)動(dòng)作特性及其實(shí)際分散性難以準(zhǔn)確計(jì)及；二是用物理試驗(yàn)方法，但物理試驗(yàn)成本昂貴且破壞性和危險(xiǎn)性高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一，在于提供一種用于艦船電網(wǎng)保護(hù)性能測(cè)試的半物理仿真系統(tǒng)，用于解決目前艦船電力系統(tǒng)保護(hù)研究中數(shù)字仿真準(zhǔn)確度不高，而物理試驗(yàn)破壞性、危險(xiǎn)性大和成本高的問(wèn)題。

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出了一種基于數(shù)字-物理混合建模方法的、用于艦船交流電網(wǎng)斷路器保護(hù)性能測(cè)試的半物理仿真系統(tǒng)，本發(fā)明具體是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種用于艦船交流電網(wǎng)斷路器保護(hù)性能測(cè)試的半物理仿真系統(tǒng)，包括：包含有艦船交流電網(wǎng)數(shù)字仿真模型的eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器、電壓/電流信號(hào)功率放大器、試驗(yàn)工作臺(tái)和受試框架斷路器/塑殼斷路器；艦船交流電網(wǎng)數(shù)字仿真模型中的仿真變量通過(guò)eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的D/A輸出端口與電壓/電流信號(hào)功率放大器的輸入端相連，電壓/電流信號(hào)功率放大器的輸出端與受試框架斷路器/塑殼斷路器脫扣裝置的采樣輸入端口相連，受試框架斷路器/塑殼斷路器脫扣裝置的輔助觸點(diǎn)信號(hào)通過(guò)試驗(yàn)工作臺(tái)上的接線柱與eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的數(shù)字量輸入端口相連。

上述艦船交流電網(wǎng)數(shù)字仿真模型包括大型艦船電網(wǎng)典型拓?fù)潆娐纺Ｐ秃投嗉?jí)模擬短路故障觸發(fā)模型（見附圖1），電壓信號(hào)功率放大器增益按實(shí)際框架斷路器配套電流互感器特性設(shè)計(jì)和制作、電流信號(hào)功率放大器增益按實(shí)際塑殼斷路器配套電流互感器特性設(shè)計(jì)和制作；基于電壓/電流信號(hào)功率放大器增益并結(jié)合eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器D/A轉(zhuǎn)換比參數(shù)的設(shè)置，電壓/電流信號(hào)功率放大器的輸出端能夠接入配裝有電子脫扣裝置的各種型號(hào)船用交流框架斷路器和交流塑殼斷路器。

上述試驗(yàn)工作臺(tái)包括受試斷路器脫扣裝置的220V交流電源和5V直流電源以及脫扣裝置輔助觸點(diǎn)與eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器數(shù)字量輸入端的接口匹配電路和基于斷路器分/合邏輯函數(shù)的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)智能動(dòng)態(tài)顯示屏；其中，脫扣裝置輔助觸點(diǎn)的分/合狀態(tài)機(jī)械信號(hào)通過(guò)接口匹配電路轉(zhuǎn)換成高(12V)/低(0V)電平邏輯信號(hào)接入eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器數(shù)字量輸入端和智能動(dòng)態(tài)顯示屏信號(hào)輸入端。

上述艦船交流電網(wǎng)數(shù)字仿真模型中模擬短路故障觸發(fā)前、后的仿真電流信號(hào)量通過(guò)eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器D/A輸出端口與電壓/電流信號(hào)功率放大器輸入端相連，電壓/電流信號(hào)功率放大器的輸出端輸出與實(shí)際電流互感器二次側(cè)等效的電壓或電流物理量作用于斷路器脫扣裝置，受試斷路器的分/合狀態(tài)通過(guò)其脫扣裝置輔助觸點(diǎn)信號(hào)與eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的數(shù)字量輸入端口相連，作用是控制艦船交流電網(wǎng)eMEGAsim數(shù)字仿真模型中相應(yīng)斷路器支路模型的模擬分/合。

上述艦船交流電網(wǎng)數(shù)字仿真模型參數(shù)和仿真變量以及作用于受試斷路器電子脫扣裝置的實(shí)際物理量，其模擬比均為1:1，適用于大型艦船交流電網(wǎng)實(shí)際保護(hù)系統(tǒng)成套設(shè)備的分級(jí)故障保護(hù)協(xié)調(diào)性測(cè)試

本發(fā)明基于數(shù)字-物理混合建模方法，利用eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器按實(shí)際參數(shù)建立艦船交流電網(wǎng)數(shù)字仿真模型，并在此基礎(chǔ)上形成一套由eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器、電壓/電流信號(hào)功率放大器、試驗(yàn)工作臺(tái)和受試斷路器組成的閉環(huán)仿真測(cè)試系統(tǒng)。

另外，本發(fā)明中所包括的試驗(yàn)設(shè)備及其參數(shù)均為特殊設(shè)計(jì)和制作，專門適用于艦船交流電網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)性能檢測(cè)，與現(xiàn)有的半物理仿真系統(tǒng)針對(duì)性不同。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

a.本發(fā)明利用eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器建立艦船交流電網(wǎng)的數(shù)字仿真模型，解決了現(xiàn)有單一物理試驗(yàn)方法建模成本高、試驗(yàn)效率低、高破壞性和危險(xiǎn)性的問(wèn)題。

b.本發(fā)明接入閉環(huán)仿真測(cè)試系統(tǒng)的受試品為實(shí)物，解決了現(xiàn)有單一數(shù)字仿真方法難以準(zhǔn)確模擬受試品保護(hù)動(dòng)作特性及其分散性的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明半物理仿真系統(tǒng)的數(shù)字-物理閉環(huán)結(jié)構(gòu)及艦船交流電網(wǎng)eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真模型示意圖。

圖2是本發(fā)明半物理仿真系統(tǒng)中受試斷路器輔助觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換為電平信號(hào)的電路連接方式示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明半物理仿真系統(tǒng)是由eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器、電壓/電流信號(hào)功率放大器、試驗(yàn)工作臺(tái)和受試斷路器組成的數(shù)字-物理閉環(huán)測(cè)試平臺(tái)。數(shù)字-物理閉環(huán)仿真試驗(yàn)回路中各環(huán)節(jié)滿足時(shí)間軸同一性和動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)性，所有模型參數(shù)和仿真變量的模擬比均為1:1，即模型參數(shù)和仿真變量均與實(shí)際系統(tǒng)參數(shù)保持一致。

以下通過(guò)典型實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施步驟加以具體說(shuō)明。

實(shí)施例1

根據(jù)某型艦船交流電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)備參數(shù)：1）如附圖1所示，用eMEGAsim實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器建立電網(wǎng)的數(shù)字仿真模型和短路故障觸發(fā)模型；2）將eMEGAsim電網(wǎng)數(shù)字仿真模型中框架斷路器支路電流的仿真值由D/A輸出端口連接于電壓信號(hào)功率放大器的輸入端、模型中塑殼斷路器支路電流的仿真值由D/A輸出端口連接于電流信號(hào)功率放大器的輸入端；3）將電壓信號(hào)功率放大器的輸出端連接到受試框架斷路器脫扣裝置的信號(hào)采樣端口、將電流信號(hào)功率放大器的輸出端連接到受試塑殼斷路器脫扣裝置的信號(hào)采樣端口；4）如附圖2所示，通過(guò)接口電路將受試斷路器脫扣裝置的兩個(gè)輔助觸點(diǎn)（1常開+1常閉）轉(zhuǎn)換為高/低電平信號(hào)分別連接至eMEGAsim仿真器的數(shù)字量輸入端和顯示屏的電平信號(hào)輸入端，其中常開觸點(diǎn)信號(hào)送至eMEGAsim仿真器用于控制電網(wǎng)數(shù)字仿真模型中斷路器模型的分/合、常閉觸點(diǎn)信號(hào)送至顯示屏用于控制發(fā)光器件的明/暗；5）參照附圖1，設(shè)負(fù)荷Z③=1pu、Z③-1=1pu、Z③-2=1pu，依次將Z②設(shè)為0～1pu，每次在eMEGAsim電網(wǎng)數(shù)字仿真模型中發(fā)電機(jī)組G1的配電支路末端節(jié)點(diǎn)③處模擬觸發(fā)短路故障，如每次都只有塑殼斷路器#3動(dòng)作跳閘，說(shuō)明保護(hù)系統(tǒng)符合選擇性要求，否則為誤動(dòng)作，該試驗(yàn)科目可檢驗(yàn)負(fù)荷變化狀態(tài)下電網(wǎng)分級(jí)保護(hù)是否具有協(xié)調(diào)性。

實(shí)施例2

與上述實(shí)施例1的步驟1）— 4）相同，參照附圖1，設(shè)負(fù)荷Z②=1pu、Z③=1pu、Z③-1=1pu、Z③-2=1pu，依次在eMEGAsim電網(wǎng)數(shù)字仿真模型中發(fā)電機(jī)組G2的配電支路③、②、①處模擬觸發(fā)短路故障，如各次分別只有塑殼斷路器#3-1、框架斷路器#2、框架斷路器#1動(dòng)作跳閘，說(shuō)明保護(hù)系統(tǒng)符合選擇性要求，否則為誤動(dòng)作，該試驗(yàn)科目可檢驗(yàn)配電網(wǎng)絡(luò)不同層級(jí)節(jié)點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)電網(wǎng)分級(jí)保護(hù)是否具有協(xié)調(diào)性。