電力推進船舶綜合電力系統(tǒng)半實物半虛擬試驗平臺的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電力推進船舶綜合電力系統(tǒng)，特別涉及一種電力推進船舶綜合電力系統(tǒng)半實物半虛擬試驗平臺。
【背景技術】
[0002]國內電力推進船舶起步時間較晚，其綜合電力系統(tǒng)試驗條件十分有限，主要原因如下:
1、電力推進船舶綜合電力系統(tǒng)實物試驗平臺初期投資較大
搭建電力推進船舶綜合電力系統(tǒng)實物試驗平臺，需要購置以下設備:多臺柴油發(fā)電機組(含柴油機、發(fā)電機)、機旁控制箱、電子調速器、自動電壓調節(jié)器、配電板、變壓器、阻抗負載、推進電機、推進變頻器、推進控制系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)裝置等；此外，還需要大量電纜、輸油管道、水管等輔助材料，整體建設成本非常高，建設周期很長。當綜合電力系統(tǒng)的規(guī)模及電壓、功率等級提高時，成本增加非常顯著。
[0003]2、電力推進船舶綜合電力系統(tǒng)實物試驗平臺試驗費用較高
電力推進船舶綜合電力系統(tǒng)實物試驗平臺開始建設、使用時，不論試驗平臺的利用率高低，因占地面積較大，將會產生高昂的場地使用(租用)費用；開展試驗時，會消耗大量的水、電、柴油等資源，發(fā)電機組發(fā)出的電能大部分將直接消耗在試驗負載上，并產生一定的設備折舊、維修、維護及環(huán)境治理費用。
[0004]3、電力推進船舶綜合電力系統(tǒng)實物試驗平臺試驗設備參數(shù)無法調節(jié)
電力推進船舶綜合電力系統(tǒng)實物試驗平臺一旦建設完畢，將無法調節(jié)各設備參數(shù)，后續(xù)試驗只能按照原有系統(tǒng)的參數(shù)進行試驗驗證，當需要開展新系統(tǒng)的試驗驗證時，無法按現(xiàn)有系統(tǒng)參數(shù)配置。
[0005]4、某些試驗項目會對設備造成損壞
當需要進行短路、過載或其他破壞性試驗時，電力推進船舶綜合電力系統(tǒng)實物試驗平臺可能會產生很大的電流，或使設備工作在非正常運行狀態(tài)(如過載、超速等)，損壞設備，且造成的影響通常是不可逆的。
[0006]5、新方案、新設備驗證成本較高
當需要進行某些新方案、新設備驗證時，電力推進船舶綜合電力系統(tǒng)實物試驗平臺必須購置大量新設備，費用較高、采購周期較長，且新技術的應用存在一定的技術風險，一旦出現(xiàn)問題，很容易造成設備損壞。
【發(fā)明內容】
[0007]本發(fā)明是針對電力推進船舶綜合電力系統(tǒng)試驗條件有限的問題，提出了一種電力推進船舶綜合電力系統(tǒng)半實物半虛擬試驗平臺，可以進行船舶綜合電力系統(tǒng)的試驗，驗證綜合電力系統(tǒng)設計的可行性，并可以開展綜合電力系統(tǒng)設計仿真驗證、綜合電力系統(tǒng)保護設計與試驗驗證、綜合電力系統(tǒng)保護設計與試驗驗證、綜合電力系統(tǒng)控制設備/控制系統(tǒng)功能試驗的工作。
[0008]本發(fā)明的技術方案為:一種電力推進船舶綜合電力系統(tǒng)半實物半虛擬試驗平臺，虛擬仿真機VM、信號轉換裝置STD、實物同步裝置、實物綜合保護裝置、實物電能采集和處理裝置、實物能量管理系統(tǒng)、實物推進控制系統(tǒng)，虛擬仿真機VM通過建立虛擬船舶綜合電力系統(tǒng)各個設備的數(shù)學模型輸出電壓信號，經過信號轉換裝置STD對信號進行處理后接實物電能采集和處理裝置，信號轉換裝置STD輸出同時通過實物同步裝置和實物綜合保護裝置接實物機組，實物電能采集和處理裝置、實物同步裝置、實物綜合保護裝置與實物能量管理系統(tǒng)、實物推進控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，實物能量管理系統(tǒng)、實物推進控制系統(tǒng)輸出控制信號到虛擬仿真機VM。
[0009]所述虛擬仿真機VM構建虛擬機組、虛擬機組斷路器、虛擬母聯(lián)、虛擬阻抗負載、虛擬推進負載，并根據(jù)虛擬運行設備的不同工況產生虛擬機組三相電壓、虛擬母聯(lián)三相電壓。
[0010]所述信號轉換裝置STD中對應虛擬仿真機VM中每個虛擬機組，帶一個電壓信號放大器、一個電壓電流轉換模塊、一個電流信號放大器，輸出對應每個虛擬機組的一組電流信號和電壓信號。
[0011]所述實物同步裝置、實物綜合保護裝置、實物電能采集和處理裝置分組，對應虛擬仿真機VM中每個虛擬機組，每個虛擬機組經過信號轉換裝置STD處理后的電壓信號接入對應的實物同步裝置，完成與其他機組的同步并車；每個虛擬機組經過信號轉換裝置STD處理后的電壓信號和電流信號接入對應的實物電量采集裝置，完成電參數(shù)的采集與計算；每個虛擬機組經過信號轉換裝置STD處理后的電壓信號和電流信號接入對應的實物綜合保護裝置，實物綜合保護裝置輸出到對應的連接保護裝置，完成對應實物機組的綜合保護功會K。
[0012]所述虛擬仿真機VM根據(jù)虛擬電力系統(tǒng)中虛擬負載狀態(tài)，實時計算虛擬機組的三相電流，并將計算后的虛擬電流值按照預設比例轉換成ACO?16V電壓信號輸出，同時ACO?16V電壓信號分別經過電壓電流轉換模塊和電流信號放大器，輸出實物機組的三相電流；輸出實物機組的三相電流與真實的電力推進船舶綜合電力系統(tǒng)機組電流經電流互感器的二次側測量電流完全一致。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明電力推進船舶綜合電力系統(tǒng)半實物半虛擬試驗平臺，采用虛擬設備產生的電壓、電流替代實物設備產生的電壓、電流，可以降低試驗成本及風險；系統(tǒng)擴展性較強；任意調節(jié)系統(tǒng)參數(shù)；可進行新方案、新技術、新設備的驗證；當研制了某些新型控制設備時(如同步裝置、電能采集和處理裝置、綜合保護裝置等)，可以先接入半實物半虛擬試驗平臺做功能試驗；再利用實船設備進行驗證。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明一種電力推進船舶綜合電力系統(tǒng)半實物半虛擬試驗平臺虛擬部分結構示意圖；
圖2為本發(fā)明一種電力推進船舶綜合電力系統(tǒng)半實物半虛擬試驗平臺實物部分結構示意圖。
【具體實施方式】
[0015]一種電力推進船舶綜合電力系統(tǒng)半虛擬，主要包括中圖1、圖2中的虛擬仿真機VM、信號轉換裝置STD、連接裝置、實物電能采集和處理裝置、實物同步裝置、實物綜合保護裝置、實物能量管理系統(tǒng)、實物推進控制系統(tǒng)。虛擬仿真機VM通過建立虛擬船舶綜合電力系統(tǒng)各個設備的數(shù)學模型的輸出電壓信號，經過信號轉換裝置STD對信號進行處理后接實物電能采集和處理裝置，信號轉換裝置STD輸出同時通過實物同步裝置和實物綜合保護裝置接實物機組，實物電能采集和處理裝置、實物同步裝置、實物綜合保護裝置與實物能量管理系統(tǒng)、實物推進控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，實物能量管理系統(tǒng)、實物推進控制系統(tǒng)輸出控制信號到虛擬仿真機VM。
[0016]信號轉換裝置STD中每組帶一個電壓信號放大器、一個電壓電流轉換模塊、一個電流信號放大器，連接裝置為實物機組斷路器。
[0017]虛擬仿真機VM中可以構建虛擬機組VG、虛擬機組斷路器VQF、虛擬母聯(lián)VQB、虛擬阻抗負載、虛擬推進負載等虛擬設備，根據(jù)虛擬運行設備的不同工況產生虛擬VG三相電壓(虛擬VG A相電壓、B相電壓、C相電壓)、虛擬VBUS三相電壓(虛擬VBUS A相電壓、B相電壓、C相電壓)。根據(jù)不同的系統(tǒng)配置，也可以虛擬船舶綜合電力系統(tǒng)的其他設備。
[0018]圖1中虛擬部分，在虛擬仿真機VM中，建立兩組虛擬機組VGl、VG2 (機組可以是柴油發(fā)電機組、汽輪發(fā)電機組或其他形式的船舶發(fā)電機組)，兩組虛擬機組各自帶一個虛擬機組斷路器VQFl、VQF2，兩組虛擬母聯(lián)VBUSl、VBUS2，兩組虛擬母聯(lián)之間的虛擬母聯(lián)斷路器VQB，虛擬常規(guī)阻抗負載，虛擬電力推進負載等電力推進船舶綜合電力系統(tǒng)主要虛擬設備的數(shù)學模型，并根據(jù)實物機組斷路器QF1、QF2的狀態(tài)信號反饋，實時閉合或斷開虛擬機組斷路器 VQF1、VQF2。
[0019]虛擬仿真機VM根據(jù)當前機組運行狀態(tài)、電網結構、負載狀況等，實時計算虛擬機組VGl、VG2的三相電壓和虛擬母聯(lián)VBUSl、VBUS2的三相電壓，并將虛擬機組VGl、VG2的三相電壓按照預設比例轉換成AC O?16V電壓信號輸出，分別經過電壓信號放大器1、電壓信號放大器2放大，輸出作為實物機組Gl、G2的三相電壓；在實物側設置兩個實物斷路器QF1、QF2，通過閉合或斷開實物機組斷路器，可得到不同的實物母聯(lián)BUS1、BUS2的三相電壓。實物機組G1、G2的三相電壓和實物母聯(lián)BUS1、BUS2的三相電壓為AC O?100V電壓信號，這4組信號與真實電力推進船舶綜合電力系統(tǒng)的機組電壓、母聯(lián)電壓經電壓互感器轉換后的二次側測量電壓完全一致，可用于模擬真實電力推進船舶綜合電力系統(tǒng)電壓。
[0020]虛擬仿真機VM根據(jù)當前電力系統(tǒng)負載狀態(tài)(含虛擬常規(guī)阻抗負載、虛擬電力推進負載)，實時計算虛擬機組VG1、VG2的三相電流，并將以上虛擬電流值按照預設比例轉換成AC O?16V電壓信號輸