《勵磁調節器檢測方法、裝置及系統》是華北電力科學研究院有限責任公司和華北電網有限公司於2009年11月26日申請的發明專利，該專利的申請號為2009102379187，公布號為CN102082540A，公布日為2011年6月1日，發明人是蘇為民、吳濤、雷為民、姚謙、史揚、李勝。
《勵磁調節器檢測方法、裝置及系統》包括：接收來自勵磁調節器的控制電能信號；將控制電能信號進行一階滯後處理，生成整流後控制電能信號；將整流後控制電能信號進行限幅處理，生成勵磁電能信號；根據勵磁電能信號生成電能信號；將電能信號反饋至勵磁調節器，並根據反饋的電能信號輸出電能信號的錄波信號。通過該發明，可以實現對所有勵磁調節器性能的全面檢測。
2014年11月6日，《勵磁調節器檢測方法、裝置及系統》獲得第十六屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《勵磁調節器檢測方法、裝置及系統》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：勵磁調節器檢測方法、裝置及系統
- 公布號：CN102082540A
- 公布日：2011年6月1日
- 申請號：2009102379187
- 申請日：2009年11月26日
- 申請人：華北電力科學研究院有限責任公司、華北電網有限公司
- 地址：北京市復興門外地藏庵南巷一號
- 發明人：蘇為民、吳濤、雷為民、姚謙、史揚、李勝
- 分類號：H02P9/14(2006.01)I;H02P9/02(2006.01)I;G01R31/00(2006.01)I
- 代理機構：北京三友智慧財產權代理有限公司
- 類別：發明專利
- 代理人：任默聞
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
隨著電力系統的發展，在不斷改善和提高電力系統運行的動態品質和安全穩定的要求中，在協調各電壓調節設備的控制、實現對電力系統電壓的有效控制中，勵磁調節器（AVR）起著關鍵的作用。勵磁調節器性能的好壞，直接決定著電力系統的性能。
2009年11月前，對於勵磁調節器的性能檢測的研究，也是電力系統研究的一個熱點。傳統的勵磁調節器閉環動態性能檢測試驗是在模擬的動態模型環境下實現的，即，使用真實但按比例縮小的電氣元件構建模擬電力系統，觀察勵磁調節器閉環下的動態特性。但是，這種方法效率較低，做一個試驗需很長時間，並且試驗的可重複性較差，不但需要廣大的試驗場所和較多試驗人員，而且試驗用電氣元件較昂貴，維護成本高。因此，中國國內外一些勵磁廠家開發了專用的勵磁調節器閉環試驗仿真器，它使用計算機仿真技術，構建簡單而少量的電氣元件，可以做幾種基本動態試驗。但是，由於2009年11月前已有的數字式仿真器由單機實現，計算能力有限，只能針對某一種勵磁調節器設計，適應性不強，且只能做幾種簡單的動態試驗。
綜上所述，由於數字式仿真器由單機實現，計算能力有限，從而無法對所有勵磁調節器進行全面的性能檢測。
發明內容
專利目的
《勵磁調節器檢測方法、裝置及系統》實施例的主要目的在於提供一種勵磁調節器的性能檢測方案，以解決2009年11月前已有的數字式仿真器由於計算能力有限而無法對所有勵磁調節器進行全面的性能檢測的問題。
技術方案
《勵磁調節器檢測方法、裝置及系統》實施例提供一種勵磁調節器檢測方法，所述的方法包括：接收來自勵磁調節器的控制電能信號；將所述的控制電能信號進行一階滯後處理，生成整流後控制電能信號；將所述的整流後控制電能信號進行限幅處理，生成勵磁電能信號；根據所述的勵磁電能信號生成電能信號；將所述的電能信號反饋至所述的勵磁調節器，並根據反饋的電能信號輸出所述電能信號的錄波信號。
該發明實施例還提供一種勵磁調節器檢測裝置，所述的裝置包括：信號接收單元，用於接收來自勵磁調節器的控制電能信號；整流單元，用於將接收的控制電能信號進行一階滯後處理，生成整流後控制電能信號；限幅單元，用於將接收的整流後控制電能信號進行限幅處理，生成勵磁電能信號；電能信號生成單元，用於根據接收的勵磁電能信號生成電能信號；信號反饋單元，用於將接收的電能信號反饋至所述的勵磁調節器；錄波信號輸出單元，用於根據反饋的電能信號輸出所述電能信號的錄波信號。
該發明實施例還提供一種勵磁調節器檢測系統，所述的系統包括：外部勵磁調節器、上述的勵磁調節器檢測裝置、和/或錄波器。
改善效果
藉助於上述技術方案至少之一，通過對來自勵磁調節器的控制電能信號進行一階滯後處理、限幅處理後生成勵磁電能信號，並將根據勵磁電能信號生成的電能信號反饋至勵磁調節器，然後根據反饋的電能信號輸出電能信號的錄波信號，以錄波信號來全面檢測勵磁調節器的性能，相比於2009年11月前已有技術，該發明可以實現對所有勵磁調節器的全面的性能檢測。
附圖說明
圖1是根據該發明實施例的勵磁調節器檢測方法的流程圖；
圖2是根據該發明實施例的通過光纖接口接收來自外部勵磁調節器的控制電能信號的流程圖；
圖3是根據該發明實施例的接收來自內部勵磁調節器的控制電能信號的流程圖；
圖4是根據該發明實施例的勵磁調節器檢測裝置的結構框圖；
圖5是根據該發明實施例的信號接收單元40的詳細結構框圖；
圖6是根據該發明實施例的光纖接口401的詳細結構框圖；
圖7a是根據該發明實施例的光纖接口401中電光轉換模組4011的詳細結構框圖；
圖7b是根據該發明實施例的光纖接口401中光電轉換模組4012的詳細結構框圖；
圖8是根據該發明實施例的信號接收單元40的另一詳細結構框圖；
圖9是根據該發明實施例的電能信號處理單元406的詳細結構框圖；
圖10是根據該發明實施例的比例積分單元407的詳細結構框圖；
圖11是根據該發明實施例的勵磁調節器檢測系統的詳細結構框圖；
圖12是根據該發明實施例在RTDS中構建的發電機模型和電力系統模型的詳細結構示意圖；
圖13是根據該發明實施例在RTDS中構建的勵磁系統模型的詳細結構示意圖；
圖14是根據該發明實施例的GEX-2000勵磁調節器的檢測系統的仿真試驗示意結構圖；
圖15是根據該發明實施例的勵磁調節器空載動態回響特性的錄波圖；
圖16是根據該發明實施例的發電機勵磁系統有補償頻率特性的錄波圖。
權利要求
1.一種勵磁調節器檢測方法，其特徵在於，所述的方法包括：接收來自勵磁調節器的控制電能信號；將所述的控制電能信號進行一階滯後處理，生成整流後控制電能信號將所述的整流後控制電能信號進行限幅處理，生成勵磁電能信號；根據所述的勵磁電能信號生成電能信號；將所述的電能信號反饋至所述的勵磁調節器，並根據反饋的電能信號輸出所述電能信號的錄波信號；其中，所述接收來自勵磁調節器的控制電能信號包括：接收來自內部勵磁調節器的控制電能信號；所述接收來自內部勵磁調節器的控制電能信號包括：將所述的電能信號與預定值進行減法處理，生成差值電能信號；將所述的差值電能信號進行比例積分處理，生成比例積分差值電能信號；將所述的比例積分差值電能信號進行相位調整處理,生成控制電能信號。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括：顯示所述錄波信號的波形。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，將所述的差值電能信號進行比例積分處理生成比例積分差值電能信號包括：將所述的差值電能信號進行積分處理，生成積分處理後差值電能信號；將所述的差值電能信號進行比例處理，生成比例處理後差值電能信號；將所述的積分處理後差值電能信號和比例處理後差值電能信號進行加法處理，生成比例積分差值電能信號。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，將所述的電能信號與預定值進行減法處理包括：將所述的電能信號進行阻尼低頻震盪處理，生成阻尼低頻振盪後電能信號；將所述的阻尼低頻振盪後電能信號與預定值進行減法處理。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，將所述的控制電能信號進行一階滯後處理包括：將所述的控制電能信號與預定值進行減法處理，生成減法處理後控制電能信號；將所述的減法處理後控制電能信號進行一階滯後處理。
6.一種勵磁調節器檢測裝置，其特徵在於，所述的裝置包括：信號接收單元，用於接收來自勵磁調節器的控制電能信號；整流單元，用於將接收的控制電能信號進行一階滯後處理，生成整流後控制電能信號；限幅單元,用於將接收的整流後控制電能信號進行限幅處理，生成勵磁電能信號；電能信號生成單元，用於根據接收的勵磁電能信號生成電能信號；信號反饋單元，用於將接收的電能信號反饋至所述的勵磁調節器；錄波信號輸出單元,用於根據反饋的電能信號輸出所述電能信號的錄波信號；其中，所述信號接收單元具體用於：接收來自內部勵磁調節器的控制電能信號；所述的信號接收單元包括：電能信號處理單元，用於將所述的電能信號與預定值進行減法處理，生成差值電能信號；比例積分單元，用於將接收的差值電能信號進行比例積分處理，生成比例積分差值電能信號；調相單元,用於將接收的比例積分差值電能信號進行相位調整處理，生成控制電能信號。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述的裝置還包括：錄波信號顯示單元，用於顯示所述錄波信號的波形。
8.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述的電能信號處理單元包括：電能信號接收模組，用於接收所述的電能信號；阻尼低頻振盪模組，用於阻尼所述電能信號中的低頻振盪信號，生成阻尼低頻振盪後電能信號；差值電能信號生成模組，用於將接收的阻尼低頻振盪後電能信號與預定值進行減法處理,生成差值電能信號。
9.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述的比例積分單元包括：積分處理模組，用於將所述的差值電能信號進行積分處理，生成積分處理後差值電能信號；比例處理模組，用於將所述的差值電能信號進行比例處理，生成比例處理後差值電能信號；比例積分信號生成模組，用於將所述的積分處理後差值電能信號和比例處理後差值電能信號進行加法處理，生成比例積分差值電能信號。
10.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述的裝置還包括：負反饋單元，用於將接收的所述控制電能信號與預定值進行減法處理後輸出至所述的整流單元。
11.一種勵磁調節器檢測系統，其特徵在於，所述的系統包括：外部勵磁調節器、如權利要求6至10中任一項所述的勵磁調節器檢測裝置、和錄波器。
實施方式
實施例一
該發明實施例提供一種勵磁調節器檢測方法。圖1是該方法的流程圖，如圖1所示，該方法包括：
步驟101，接收來自勵磁調節器的控制電能信號。
步驟102，將控制電能信號進行一階滯後處理，生成整流後控制電能信號。
步驟103，將整流後控制電能信號進行限幅處理，生成勵磁電能信號。
步驟104，根據勵磁電能信號生成電能信號。
步驟105，將電能信號反饋至勵磁調節器，並根據反饋的電能信號輸出電能信號的錄波信號。在實際操作中，還可以顯示錄波信號的波形。
由以上描述可知，通過對來自勵磁調節器的控制電能信號進行一階滯後處理、限幅處理後生成勵磁電能信號，並將根據勵磁電能信號生成的電能信號反饋至勵磁調節器，以及根據反饋的電能信號輸出電能信號的錄波信號，以錄波信號的波形來全面檢測勵磁調節器的性能，相比於2009年11月前已有技術，該發明可以實現對所有勵磁調節器的性能檢測。
上述步驟101、102、103可以由勵磁機（或者勵磁機模型）實現，步驟104可以由發電機（或者發電機模型）實現。這裡的勵磁機模型、發電機模型可以根據實際設備的各項參數在實時大型數字仿真系統中構建，該實時大型數字仿真系統可以是加拿大的RTDS（RealTimeDigitalSimulator，實時數字仿真儀）。
在實際操作中，步驟101中的勵磁調節器可以是外部勵磁調節器，即，勵磁調節器實體，也可以是內部勵磁調節器，即，在實時大型數字仿真系統中構建的勵磁調節器模型。以下分別以接收來自外部勵磁調節器的控制電能信號、接收來自內部勵磁調節的控制電能信號為例，來詳細描述該發明實施例。
（一）接收來自外部勵磁調節器的控制電能信號
由於外部勵磁調節器輸出的控制電能信號（弱電控制信號）很容易受到干擾，實際測試時，控制電能信號中可能會混有50赫茲電源干擾和高頻干擾，這將影響正常的測試結果。另外，勵磁調節器上電時，控制電能信號有一暫態高壓，在測試過程中會損壞光耦隔離器件。因此，優選地，可以通過光纖接口接收來自外部勵磁調節器的控制電能信號。這樣，就可以避免信號受到干擾以及損壞光耦隔離器件。
圖2是通過光纖接口接收來自外部勵磁調節器的控制電能信號的流程圖，如圖2所示，該流程包括：
步驟1011，通過光纖接口，將接收的控制電能信號進行解干擾和隔離高壓處理，生成解干擾和隔離高壓後控制電能信號。
具體地，將控制電能信號進行增量積分調製處理和電光轉換處理，生成電光轉換後控制電能信號；將電光轉換後控制電能信號進行光電轉換處理和增量積分解調處理，生成解干擾和隔離高壓後控制電能信號。
步驟1012，將解干擾和隔離高壓後控制電能信號進行光耦隔離處理，生成光耦隔離處理後控制電能信號；
步驟1013，將光耦隔離處理後控制電能信號進行模數轉換處理。
由以上描述可以看出，通過採用光纖接口，可以解決受擾及安全隔離問題。
在該例中，對於上述步驟105，還需要將整流後控制電能信號反饋至外部勵磁調節器。
具體地，首先將電能信號進行數模轉換處理，生成數模轉換後電能信號；然後，將數模轉換後電能信號和整流後控制電能信號反饋至外部勵磁調節器。這樣，外部勵磁調節器就可以根據接收的數模轉換後電能信號和整流後控制電能信號生成控制電能信號。
（二）接收來自內部勵磁調節器的控制電能信號
該內部勵磁調節器（即勵磁調節器模型）可以根據實際待檢測勵磁調節器的各項參數在實時大型數字仿真系統中構建，作為實際待檢測勵磁調節器的仿真模型。
圖3是接收來自內部勵磁調節器的控制電能信號的流程圖，如圖3所示，該流程包括：
步驟1014，將電能信號與預定值進行減法處理，生成差值電能信號。
具體地，將電能信號進行阻尼低頻振盪處理，生成阻尼低頻振盪後電能信號；然後將阻尼低頻振盪後電能信號與預定值進行減法處理。該預定值可以為預先設定的電壓值。
通過該步驟，內部勵磁調節器就可以獲知當前的電能信號與預先設定的電壓值之間的差異值，之後，就可以進行調節，以使電能信號可以與預先設定的電壓值相等。
步驟1015，將差值電能信號進行比例積分處理，生成比例積分差值電能信號。
具體地，將差值電能信號進行積分處理，生成積分處理後差值電能信號；並將差值電能信號進行比例處理，生成比例處理後差值電能信號；然後，將積分處理後差值電能信號和比例處理後差值電能信號進行加法處理，生成比例積分差值電能信號。
步驟1016，將比例積分後差值電能信號進行相位調整處理，生成控制電能信號。
然後，將接收的控制電能信號進行一階滯後處理，該步驟可以由勵磁機（或者勵磁機模型）實現，具體包括：將控制電能信號與預定值進行減法處理，生成減法處理後控制電能信號；將減法處理後控制電能信號進行一階滯後處理。該預定值可以是一個常數，例如，2，3等，用於縮短勵磁機模型的回響時間常數，進而使得機端電壓快速達到預先設定的電壓值。
實施例二
該發明實施例提供一種勵磁調節器檢測裝置，優選地用於實現上述實施例一中的方法。圖4是該裝置的結構框圖，如圖4所示，該裝置包括：信號接收單元40，用於接收來自勵磁調節器的控制電能信號，該單元優選地用於實現上述步驟101；整流單元41，用於將接收的控制電能信號進行一階滯後處理，生成整流後控制電能信號；該單元優選地用於實現上述步驟102；限幅單元42，用於將接收的整流後控制電能信號進行限幅處理，生成勵磁電能信號；該單元優選地用於實現上述步驟103；電能信號生成單元43，用於根據接收的勵磁電能信號生成電能信號；該單元優選地用於實現上述步驟104；信號反饋單元44，用於將接收的電能信號反饋至勵磁調節器；錄波信號輸出單元45，用於根據反饋的電能信號輸出電能信號的錄波信號。
信號反饋單元44和錄波信號輸出單元45優選地用於實現上述步驟105。
由以上描述可知，通過整流單元41和限幅單元42分別對信號接收單元40接收的來自勵磁調節器的控制電能信號進行一階滯後處理、限幅處理後生成勵磁電能信號，並將電能信號生成單元43根據勵磁電能信號生成的電能信號由信號反饋單元44反饋至勵磁調節器，然後錄波信號輸出單元45根據反饋的電能信號輸出電能信號的錄波信號，以錄波信號的波形來全面檢測勵磁調節器的性能，相比於2009年11月前已有技術，該發明可以實現對所有勵磁調節器的性能檢測。
上述信號反饋單元44包括：數模轉換器和信號反饋模組，其中，數模轉換器用於將電能信號進行數模轉換處理，生成數模轉換後電能信號；信號反饋模組用於將數模轉換後電能信號和整流後控制電能信號反饋至外部勵磁調節器。
優選地，上述裝置還可以包括：錄波信號顯示單元（圖中未示出），用於顯示錄波信號輸出單元45輸出的錄波信號的波形。
在實際操作中，上述信號接收單元40接收的控制電能信號可以來自外部勵磁調節器、也可以來自內部勵磁調節器。其中，外部勵磁調節器，即，勵磁調節器實體；內部勵磁調節器，即，在實時大型數字仿真系統中構建的勵磁調節器模型。該實時大型數字仿真系統可以是RTDS。
以下分別以接收的控制電能信號可以來自外部勵磁調節器、以及接收的控制電能信號可以來自內部勵磁調節器為例，來詳細描述該發明實施例。
（一）接收的控制電能信號來自外部勵磁調節器
圖5是信號接收單元40的詳細框圖，如圖5所示，該信號接收單元40包括：光纖接口401，用於接收來自外部勵磁調節器的控制電能信號，並對控制電能信號進行解干擾和隔離高壓處理，生成解干擾和隔離高壓後控制電能信號；該光纖接口401優選地用於實現上述步驟1011。
信號傳輸模組402，用於傳輸接收的解干擾和隔離高壓後控制電能信號；光耦隔離模組403，用於對接收的解干擾和隔離高壓後控制電能信號進行光耦隔離處理，生成光耦隔離處理後控制電能信號；該光耦隔離模組403優選地用於實現上述步驟1012。
模數轉換器404，用於將接收的光耦隔離處理後控制電能信號進行模數轉換處理。該模數轉換器404優選地用於實現上述步驟1013。
類似於實施例一，通過上述光纖接口401和光耦隔離模組403，可以解決受擾及安全隔離問題。
具體地，如圖6所示，上述光纖接口401包括：電光轉換模組4011，用於對控制電能信號進行增量積分調製處理和電光轉換處理，生成電光轉換後控制電能信號；光電轉換模組4012，用於對電光轉換後控制電能信號進行光電轉換處理和增量積分解調處理，生成解干擾和隔離高壓後控制電能信號；多模光纖4013，用於連線電光轉換模組和光電轉換模組。
圖7a是電光轉換模組4011的具體結構框圖，如圖7a所示，電光轉換模組4011包括偏置電路40111、增量積分調製器40112以及電光轉化設備40113。圖7b是光電轉換模組4012的具體結構框圖，如圖7b所示，光電轉換模組4012包括光電轉換設備40121、增量積分解調器40122以及偏置電路40123。以下對該光纖接口的工作原理進行詳細的描述。
電光轉換模組4011及光電轉換模組4012用電池供電，使其和相連的設備無電位差。多模光纖4013傳導控制信號，解決了控制信號的受擾及安全隔離的問題。電光轉換模組4011對輸入的實際AVR（即外部AVR）的控制電能信號採用增量積分調製的方法，調製出高頻的二進制（0和1）碼流，其中1的密度代表了輸入電壓的大小，使用電光轉換設備40113把電信號的二進制碼流轉換為光脈衝，通過多模光纖4013傳輸到光電轉換設備40121，把光脈信號變為電信號的二進制碼流，再經過增量積分解調器40122將電信號反解調還原成控制電能信號輸出。
（二）接收的控制電能信號來自內部勵磁調節器
圖8是根據該發明實施例的信號接收單元40的另一詳細結構框圖，如圖8所示，該信號接收單元40包括：
電能信號處理單元406，用於將電能信號與預定值進行減法處理，生成差值電能信號；該電能信號處理單元406優選地用於實現上述步驟1014。
具體地，如圖9所示，該電能信號處理單元406包括：電能信號接收模組4060，用於接收電能信號；阻尼低頻振盪模組4061，用於阻尼電能信號中的低頻振盪信號，生成阻尼低頻振盪後電能信號；差值電能信號生成模組4062，用於將接收的阻尼低頻振盪後電能信號與預定值進行減法處理，生成差值電能信號。
比例積分單元407，用於將接收的差值電能信號進行比例積分處理，生產比例積分差值電能信號；該比例積分單元407優選地用於實現上述步驟1015。
具體地，如圖10所示，比例積分單元407包括：積分處理模組4070，用於將差值電能信號進行積分處理，生成積分處理後差值電能信號；比例處理模組4071，用於將差值電能信號進行比例處理，生成比例處理後差值電能信號；比例積分信號生成模組4072，用於將積分處理後差值電能信號和比例處理後差值電能信號進行加法處理，生成比例積分差值電能信號。
調相單元408，用於將接收的比例積分後差值電能信號進行相位調整處理，生成控制電能信號。該調相單元408優選地用於實現上述步驟1016。
在具體實施過程中，該裝置還可以包括：負反饋單元，用於將接收的控制電能信號與預定值進行減法處理後輸出至整流單元。負反饋單元具體的功能包括：將控制電能信號與預定值進行減法處理，生成減法處理後控制電能信號；然後將減法處理後控制電能信號進行一階滯後處理。該預定值可以是一個常數，例如，2，3等，通過該負反饋單元，可以縮短勵磁機模型的回響時間常數，進而使得機端電壓快速達到預先設定的電壓值。
上述各單元、各模組詳細的功能可以參考上述實施例一中的描述。
實施例三
該發明實施例提供一種勵磁調節器檢測系統，該系統包括：外部勵磁調節器和/或內部勵磁調節器、實施例二提供的勵磁調節器檢測裝置、和/或錄波器。錄波器優選地用於實現上述錄波信號顯示單元的功能。
以下基於RTDS，建立勵磁調節器檢測裝置，包括上述信號接收單元40、整流單元41、限幅單元42、電能信號生成單元43、信號反饋單元44的功能。
圖11是根據該實施例的勵磁調節器檢測系統的詳細結構框圖，如圖11所示，圖中所示的主變壓器、主開關以及等值無窮大電源等電力系統模型相當於勵磁調節器所在的實際電力系統，實際AVR為外部勵磁調節器（即待檢測AVR），勵磁機模型或整流器模型用於實現信號接收單元40、整流單元41和限幅單元42的功能，發電機模型用於實現電能信號生成單元43和信號反饋單元44的功能，AVR模型即為內部勵磁調節器。在實際操作中，AVR模型中還可以包括調速系統、PSS（power system stabilization，電力系統穩定器）等模型。
以下基於圖11所示的結構，來詳細描述該發明實施例。
如圖11所示，作為實際AVR控制對象的勵磁機模型或整流器模型、發電機模型、以及電力系統模型，向實際AVR傳送其所需要的經D/A（數字量轉換到模擬量）轉換的電氣量信號（該電氣量信息即上述的電能信號），例如，Uta（機端電壓模擬量）、Ita（機端電流模擬量）、If（整流器轉子電流模擬量）、Ife（勵磁機轉子電流模擬量）等模擬信號，其中，Uta和Ita對應於上述的電能信號，If和Ife對應於上述的整流後控制電能信號。而實際AVR，根據接收的電氣量信號輸出模擬控制電能信號（如Uc），並將該模擬控制電能信號經過A/D（模擬量轉換到數字量）轉換後形成數字量輸入到RTDS中的勵磁機模型或整流器模型，作為勵磁機模型或描述整流器特性的一階滯後及其限制環節的控制輸入，最終和發電機模型、電力系統模型構成閉環試驗環境。
RTDS的外部控制輸入接口（即勵磁機模型或整流器模型的輸入端）可以是量程為±10V模擬電壓輸入通道，此通道經光耦隔離後接入RTDS系統。如果勵磁調節器輸出的弱電控制信號直接接入此接口，很容易受干擾，實際測試時弱電控制信號中可能會混有50赫茲電源干擾和高頻干擾，影響了正常測試。此外勵磁調節器上電時弱電控制信號有一暫態高壓，實際測試中會損壞RTDS輸入口的光耦隔離器件。
為解決上述問題，在該發明實施例中採用光纖接口，解決受擾及安全隔離問題，即，實際AVR通過光纖接口向RTDS輸出控制電能信號。
然後，該控制電能信號通過±10V模擬電壓輸入通道、光耦隔離模組（或光耦隔離模型）以及A/D轉換器後輸入至勵磁機模型或整流器模型，用於控制勵磁機模型或整流器模型。
在使用AVR模型時，AVR模型的輸入是RTDS內部數字量Ut、It（該Ut、It即上述的電能信號），AVR模型的輸出可和實際AVR的Uc（控制電壓）切換接至勵磁機模型或整流器模型的控制輸入端，最終也和發電機模型、電力系統模型構成閉環試驗環境。
在電力系統穩定性分析中，AVR模型可以代表實際的勵磁調節器裝置，在進行穩定性分析時，可以直接使用AVR模型，可得到滿足實際工程精度要求的結果。在沒有實際勵磁調節器裝置時，通過AVR模型，也可以方便地進行電力系統穩定性分析。
為了進一步理解該發明，以下對RTDS中構建的勵磁機模型或整流器模型、AVR模型、發電機模型、以及電力系統模型進行詳細的描述。
（1）發電機模型和電力系統模型
圖12是在RTDS中構建的發電機模型和電力系統模型的詳細結構示意圖，如圖12所示，發電機模型採用經典派克方程描述，輸入量是機械力矩和轉子電壓，輸出量是三相定子電壓和定子電流。經過開關模型，發電機模型連線至變壓器模型。開關模型控制發電機空載和帶負荷狀態的轉換，變壓器模型用於電壓幅值的變換。變壓器模型經三相輸電線模型接至電動機負荷模型和無窮大電源模型。三相輸電線模型用於傳輸電能量，無窮大電源模型代表電力系統，電動機負荷模型代表用電負荷。
（2）勵磁系統模型
該勵磁系統模型包括：勵磁機模型或整流器模型、和AVR模型。圖13是在RTDS中構建的勵磁系統模型的詳細結構示意圖，如圖13所示，SL1代表電壓給定（即步驟1014中的預先設定的電壓值），VRMS信號由發電機模型出口三相電壓經有效值計算得出，即圖11中的輸入至AVR模型的Ut信號，PSS模型的輸入P是有功功率，經PSS模組處理後產生抑制有功功率波動的電壓量，並和VRMS信號一起和電壓給定相減，所形成的差值經過比例積分控制環節和超前滯後環節後輸出控制電能，該比例積分控制環節和一級超前滯後環節代表的是AVR模型的電壓控制主環。其中，比例積分控制環節用於實現步驟1015，超前滯後環節用於實現步驟1016。在實際操作中，比例積分控制環節也可替換為超前滯後環節。AVR模型輸出的控制電能可和實際AVR輸出的控制電能信號（如Uc）切換接至勵磁機模型或整流器模型的控制輸入端，圖13中採用的是整流器模型，該整流器模型由超前滯後環節表示，經過限幅環節後輸出VF（即上述勵磁電能信號），並將VF傳送至發電機模型的轉子輸入端。
通過上述系統，根據時域和頻域特性測試對勵磁調節器進行性能檢測。
具體地，對勵磁調節器進行時域特性試驗包括：
（1）靜態檢查：包括實際AVR設備電壓測量環節時間常數檢查、增益檢查、移相觸發環節反餘弦特性檢查；
（2）發電機空載試驗：包括實際AVR設備空載升壓試驗、勵磁調節器空載動態回響特性、實際AVR設備與模型AVR之間空載階躍回響對比、調節器自動、手動調壓範圍測定、零起升壓試驗、停機滅磁試驗、自動手動切換試驗、頻率特性試驗、過激磁限制試驗、電壓互感器二次迴路斷線試驗等；
（3）發電機負載試驗：包括發電機併網試驗、自動、手動無功調節試驗，手動與自動切換試驗、靜差率的測定、調差率校核、強勵能力和強勵限制試驗、系統短路試驗、低勵限制試驗、過勵限制試驗、PT斷線試驗、甩負荷試驗、發電機負載階躍試驗、實際AVR設備與模型AVR之間負載階躍回響對比、PSS投入效果檢查等試驗。
對勵磁調節器進行頻域特性試驗包括：
（1）測量濾波、比例、積分、PID校正環節、PSS等環節頻率特性；
（2）測量勵磁系統無補償頻率特性；
（3）測量或計算勵磁系統有補償頻率特性。
以下以某型勵磁調節器的性能檢測試驗為例，來詳細描述該發明實施例。在該實施例中，實際AVR設備為GEX-2000型勵磁調節器，光纖接口中的電光轉換模組的採樣晶片為Ti公司的ADS8519，光電轉換模組的DA晶片為Ti公司的DAC8881，電光轉換設備採用的是Agilent公司的HFBR1416T，多模光纖採用普通通信用光纖，芯徑為125/62.5微米。在實際進行實際測試時，可以採用AVR模型替代實際AVR，即，根據GEX-2000型勵磁調節器設定AVR模型。
圖14是GEX-2000勵磁調節器檢測系統的仿真試驗示意結構圖，如圖14所示，超前滯後環節和轉子電壓負反饋環節表示AVR模型中的電壓控制主環，整流器環節代表勵磁機，測量環節代表信號反饋單元44和錄波信號輸出單元45，發電機模型、變壓器、開關、無窮大電源等模型採用圖12所示的模型結構。
具體試驗內容可以根據上述的時域和頻域特性測試項目實施。以下以測試勵磁調節器空載動態回響特性、和測量發電機勵磁系統有補償頻率特性為例，來進行詳細描述該實施例。
（1）測試勵磁調節器空載動態回響特性
勵磁調節器空載動態回響特性是指在發電機出口開關斷開，不帶負載工況下，勵磁調節器對機端電壓階躍變化的動態回響特性。在RTDS中構建發電機模型和電力系統模型，並選擇控制電能模擬量的輸入口（即選擇勵磁機模型或整流器模型輸入來自實際AVR或AVR模型的控制電能的連線埠）。在未接入AVR模型時，可以將光纖接口連線至實際AVR的控制電能輸出口。勵磁調節器參數設定如下：比例增益（kp）＝500，第一級超前時間常數（T1）＝1，第一級滯後時間常數（T2）＝10，第二級超前時間常數（T3）＝0.1，第二級滯後時間常數（T4）＝0.1，勵磁機增益（Ke）＝1，勵磁機時間常數（Te）＝0.02，勵磁機轉子電壓負反饋係數（β）＝0.01，整流器增益（KR）＝1，整流器時間常數（TR）＝0.01。發電機模型參數按照300WM汽輪發電機典型參數設定，運行仿真機對應模型，操作待檢測AVR建立空載閉環控制，在待檢測AVR上改變設定電壓，待檢測AVR回響電壓變化，動態調整機端電壓的過程即是檢測待檢測AVR空載動態回響特性的過程，在該過程中錄波器對輸入待檢測AVR的電壓進行錄波，圖15是錄波圖。
如圖15所示，根據錄波圖可以得出：根據如下公式測量機端電壓超調量Mp：
（2）測量勵磁系統有補償頻率特性
發電機勵磁系統有補償頻率特性是指在發電機帶負荷工況下，PSS的相頻特性和勵磁系統相頻特性相加所形成的在0.1～2.0赫茲頻率範圍內，發電機機端電壓相量滯後PSS輸入相量的相位。基於圖11所示的仿真圖，使用實際AVR和RTDS勵磁機模型（或整流器模型）、發電機模型及電力系統模型構成閉環環境，勵磁調節器參數設定如下：比例增益（kp）＝500，第一級超前時間常數（T1）＝1，第一級滯後時間常數（T2）＝10，第二級超前時間常數（T3）＝0.1，第二級滯後時間常數（T4）＝0.1，勵磁機增益（Ke）＝1，勵磁機時間常數（Te）＝0.02，整流器增益（β）＝0.01，整流器增益（KR）＝1，整流器時間常數（TR）＝0.01，PSS的參數設定如下：PSS增益（Ks1）＝10，計算電功率的補償因子（Ks2）＝5/8.3＝0.6，信號匹配因子（Ks3）＝1，濾波器時間常數（TW1）＝（TW2）＝5，電功率計算時間常數（T7）＝5，斜波跟蹤濾波器時間常數（T8）＝0.2，斜波跟蹤濾波器時間常數（T9）＝0.1，斜波跟蹤濾波器階數（M）＝4，斜波跟蹤濾波器階數（N）＝1，調整網路的超前時間常數（T1）＝0.19，調整網路的滯後時間常數（T2）＝0.02，調整網路的超前時間常數（T3）＝0.1，調整網路的滯後時間常數（T4）＝0.02，信號限幅（Liminer）＝±5％，發電機模型參數按照300WM汽輪發電機典型參數設定，在實際AVR的模擬量輸入口加入測試所需的白噪聲電壓信號，RTDS的發電機模型的電壓輸出回響此測試信號，在0.1～2.0赫茲頻率範圍內有不同的相位滯後。使用動態信號分析儀測量白噪聲電壓信號和和發電機機端電壓信號之間的相位頻率特性，即得出勵磁系統有補償頻率特性。試驗結果如圖16所示，橫軸是頻率，採用對數坐標，縱軸是相角，採用線性坐標，左邊較粗豎線和曲線相交坐標為：頻率是0.1赫茲，相角是66.9度；右邊較粗豎線和曲線相交坐標為：頻率是0.2赫茲，相角是117.9度。可見在0.1～2.0赫茲頻率範圍內，相位滯後值在-66.9°～-117.9°之間。有補償相頻特性的行業標準應在-60°～-120°以內，可見GEX-2000勵磁系統有補償相頻特性滿足行業標準。
綜上所述，該發明實施例通過設定電力系統仿真模型，構建勵磁調節器與電力系統仿真模型的閉環環境，在該閉環環境下獲取勵磁調節器進行時域和頻域特性測試的錄波，全面檢測了各勵磁調節器的動態性能特性，嚴格要求入網運行產品符合相關技術標準，從而提高了電網安全運行水平。
榮譽表彰
2014年11月6日，《勵磁調節器檢測方法、裝置及系統》獲得第十六屆中國專利優秀獎。
