一種電網網源協(xié)調性能測試系統(tǒng)及測試方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電網網源協(xié)調性能測試系統(tǒng)及測試方法，屬電網測試技術領域。
【背景技術】
[0002]國內外發(fā)生的多次大停電事故顯示，機組涉網保護和限制與電網之間的協(xié)調配合是保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的關鍵因素之一。源網不協(xié)調，可能會誘發(fā)事故，甚至會造成事故擴大化的嚴重后果。2012年國家電網公司開展了并網機組網源協(xié)調專項核查工作，針對某省200MW及以上火電機組的涉網參數(shù)進行了核查。通過核查，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)轉子過勵限制功能與發(fā)電機轉子過負荷保護、勵磁系統(tǒng)低勵限制與發(fā)電機失磁保護、勵磁系統(tǒng)V/f限制與發(fā)電機過勵磁保護之間的配合不滿足相關國家標準和行業(yè)標準的要求，具體表現(xiàn)在發(fā)電機保護先于勵磁系統(tǒng)限制動作。這些問題不僅直接危及發(fā)電機組的安全運行，也威脅到電網的安全穩(wěn)定運行。針對發(fā)現(xiàn)的問題，各發(fā)電企業(yè)陸續(xù)開展了網源協(xié)調重要參數(shù)重新整定工作，對勵磁系統(tǒng)過勵限制、低勵限制、V/f限制功能實現(xiàn)程序進行了升級。但相當一部分發(fā)電企業(yè)完成軟件升級工作后未進行實測試驗，這是因為實測試驗存在著一定的風險性，發(fā)電企業(yè)不敢貿然在機組運行情況下開展實測工作。這樣就無法驗證參數(shù)重新整定后，機組保護功能和勵磁限制功能到底能不能合理協(xié)調配合的問題，機組運行仍然存在著安全隱患。目前現(xiàn)有的技術中，有部分發(fā)電企業(yè)利用機組停機檢修機會，利用繼電保護測試儀加模擬量的方法來驗證電網網源協(xié)調性能。但這種做法有個缺陷，以過勵限制實測試驗為例，繼保測試儀在收到勵磁系統(tǒng)過勵限制報警后不能自動把加入的勵磁電流模擬量降低，還是持續(xù)加入原來的量，這樣就必須通過人工來控制，而導致試驗存在很大誤差，試驗結果也就沒什么意義了，更談不上和發(fā)電機保護配合性能的驗證了。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是，針對現(xiàn)有驗證電網網源協(xié)調性能方面存在的問題，本發(fā)明提出一種電網網源協(xié)調性能測試系統(tǒng)及測試方法，利用機組停機或檢修機會來驗證電網網源協(xié)調性能。
[0004]實現(xiàn)本發(fā)明的技術方案，一種電網網源協(xié)調性能測試系統(tǒng)，包括由嵌入式工控機及其外設組成的上層平臺、高速數(shù)字信號處理器及其外設組成的中間平臺、功率放大器及其保護電路組成的底層平臺。
[0005]所述上層平臺采用高性能嵌入式工控機作為控制微機，外設包括主機(802.1lb無線網關)和從機(802.1113終端設備)；工控機直接運行Windows操作系統(tǒng);通過PCI接口與中間層控制板進行通信，通過主機與從機進行無線通信。
[0006]所述主機和從機是兩套相同的測試系統(tǒng)。在進行電網網源協(xié)調性能測試時，其中一臺設備放置于勵磁調節(jié)器旁，另一臺相同的設備放置于發(fā)電機繼電保護屏旁。兩臺設備其中一臺可設置為主機，另一臺則設置為從機。
[0007]所述中間平臺以高速數(shù)字信號處理器DSP56F807為核心，所述處理器具有豐富的I/O 口和多種外圍設備，同時具有60K X 16位的程序FLASH存儲器、2K X 16位的程序RAM存儲器、8KX 16位的數(shù)據(jù)FLASH存儲器、4KX 16位的數(shù)據(jù)RAM存儲器;集成了FPGA先進技術，具備強大的信號處理能力;能夠實現(xiàn)全實時信號發(fā)生、回采和錄波，真正閉環(huán)運行。
[0008]所述測試系統(tǒng)中間層采用高精度D/A轉換器，保證了全范圍內電流、電壓的精度和線性度。由于擬合點數(shù)密度高，波形保真度高，諧波分量小，對低通濾波器的要求很低，從而具有很好的暫態(tài)特性、相頻特性、幅頻特性，易于實現(xiàn)精確移相、諧波置加，尚頻率時亦可保證很高精度。
[0009]根據(jù)所述測試系統(tǒng)的性能要求，選用AD669作為最終選用的數(shù)模轉換器件。由于D/A轉換器輸出的信號是離散點構成，并且考慮到AD669輸出與后續(xù)的功放大信號的影響，在AD669輸出端口需要加隔離將高壓信號隔離開，隔離放大器后加濾波器在將AD669輸出的信號高頻部分濾除，從而得到更加平滑的模擬信號。無損隔離放大器IS0124P最大非線性度為0.010%，信噪比為160dB，雙極性輸出，其優(yōu)越性能可滿足本測試系統(tǒng)要求；而通用UAF42可靈活配置為低通、帶通、高通濾波器，故而選用之。具體框圖如圖2所示。
[0010]所述測試系統(tǒng)，由D/A轉換器輸出的模擬信號經過隔離放大器和低通濾波器后，須經過功率放大后才能得到大電壓和大電流，才能驅動負載。
[0011]所述底層平臺包括功放電路、模擬量輸出電路、各通道控制繼電器、開出電路和開入電路。由中間平臺隔離放大低通濾波電路送來的低通信號經模擬量輸出電路送功放電路;功放電路與各通道控制繼電器互聯(lián);開出電路連接各通道控制繼電器;開入電路連接中間平臺的隔離放大低通濾波電路。
[0012]所述底層平臺采用進口大功率高保真模塊式功率器件作功率輸出級，結合合理設計的散熱結構，具有足夠大的功率冗余和熱容量。功放電路具有完備的過熱、過流、過壓及短路保護。當電流回路出現(xiàn)過流，電壓回路出現(xiàn)過載或短路時，自動限制輸出功率，關斷整個功放電路，并給出告警信號顯示。為防止大電流下長期工作引起功放電路過熱，裝置設置了大電流下軟件限時。1A及以下輸出時裝置可長期工作，當電流超過1A時，軟件限時啟動，限時時間到，軟件自動關閉功率輸出并給出告警指示。輸出電流越大，時限越短。
[0013]所述底層平臺的功放電路包括電壓功放電路和電流功放電路。
[0014]電壓功放電路包括恒流差分前級輸入電路、中間放大電路、輸出級前級驅動電路和后級輸出放大電路。D/A轉換器輸出的模擬信號經過恒流差分前級輸入電路、中間放大級電路，再通過輸出級前級驅動電路，由后級輸出放大后的電壓。電壓功放電路的相電壓交流輸出O?120V(有效值)，直流輸出O?±160V(有效值)，輸出最大容量為140VA，電源采用土180V雙電源供電；其中電壓功率放大器采用晶體管一場效應功率管。
[0015]電流功放電路包括輸入電路、中間電壓放大電路、電流功率輸出電路和加法器負反饋電路。D/A轉換器輸出的模擬信號由輸入電路經過中間電壓放大電路、電流功率輸出電路，輸出放大后的電流。電流功率輸出經過加法器負反饋電路給輸入端形成閉環(huán)控制。電流功放電路的功率放大器電流輸出指標為交流O?40A/每相(有效值)，最大輸出容量420VA;三相并聯(lián)O?120A，容量900VA。直流O?±10A/每相，最大輸出電壓20V，供電電源電壓土30V。整個電流源功率放大器采用晶體管一場效應功率管制作而成。
[0016]所述上層平臺通過工控機外設802.1lb無線網關的PCI接口連接所述中間平臺的高速數(shù)字信號處理器;所述中間平臺通過高速數(shù)字信號處理器的隔離放大低通濾波電路分別連接底層平臺的模擬量輸出電路、開出電路和開入電路;并通過模擬量輸出電路連接功放電路;所述工控機外設802.1 Ib無線網關通過無線通信連接802.1 Ib終端設備。
[0017]本發(fā)明系統(tǒng)的通信原理，本發(fā)明測試系統(tǒng)工業(yè)控制網絡的物理層與數(shù)據(jù)鏈路層采用IEEE802標準，可與以太網設備互聯(lián)，接入模式為點對點接入。點對點接入方式就是每個802.1lb無線終端設備可在無線網絡覆蓋范圍內移動，建立無線終端設備到無線終端設備的點對點的連接，802.1Ib終端設備與工控網絡通信時，802.1Ib無線網關按照802.1Ib協(xié)議接收802.llb終端設備的數(shù)據(jù)包并按IEEE802.3協(xié)議進行封裝后，轉發(fā)到工業(yè)控制網絡；工控網絡與現(xiàn)場設備通信時，802.1lb無線網關將工控網絡傳來的數(shù)據(jù)包按802.1lb協(xié)