基于綜合性能測試系統的電站電氣性能測試方法研究

楊明軍，余云加，余 琳，劉 進，葉江勇

(廣州廣電計量檢測股份有限公司，廣東 廣州 510000)

1 引言

內燃機電站主要通過掛車等車載平臺用于野外場所的供電，為保障供電設備的穩定運行，科學準確地評價電站電氣性能指標極為重要[1，2]。當前，電站電氣性能指標測試的主要技術手段是采用電能質量分析儀、萬用表、示波器、秒表等儀器儀表進行人工檢測、記錄并計算的方式。這種傳統的測試方法：一是對試驗工程師技術素養要求較高，且需要較長的培訓時間才能上手檢測；二是傳統測試方法測試精度不高，更依賴測試人員的經驗及測試水平，性能檢測的精度和效率也相對較低，對試驗任務所承擔的人力成本、時間成本更高，傳統的檢測方法已經完全不能滿足電站電氣性能檢測的需求[3，4]。因此，研究能夠滿足內燃機電站高精度、高效率的電氣性能測試系統極為重要。同時，PLC控制、高精度傳感器檢測等虛擬儀器技術在其它類型設備功能性能檢測中的成功應用也為電站電氣性能綜合性能測試系統提供了技術保障[5，6]。為此，研究一種基于綜合性能測試系統電站電氣性能測試方法不僅是內燃機電站檢測技術發展的需要，在技術上也完全可行[7，8]。

2 測試系統組成

測試系統主要由上位機、網絡通信模塊、控制系統、數據采集系統、模擬負載、冷卻風機等部分組成，系統組成見圖1所示。上位機為整個測試系統的核心，通過網絡通信模塊結合PLC控制技術，實現負載類型選擇，負載自動加載、卸載操作，負載功率因數設置以及冷卻風機的開關。數據采集系統主要用于執行上位機指令，采集測量內燃機電站電壓、電流以及頻率等信號，并將采集測量數據結果上傳給上位機。網絡通信模塊是上位機與控制系統和數據采集系統的通訊橋梁，采用TCP/IP技術完成網絡通信協議的轉換，將接收到的上位機指令發送到指定的端口，并將端口的返回信息轉換之后發給上位機。

圖1 系統組成

3 測試系統工作原理

測試系統針對交流電站(工頻/中頻)和直流電站研發，配備交流負載和直流負載，交流負載由阻性和感性負載兩部組成，根據測試電站類型，可以實現功率因數0.6～1.0的交流負載組合[9]。測試系統采用上位機連同PLC進行自動控制，PLC執行上位機指令，控制對應接觸器的通斷，完成負載加載、卸載功能。控制PLC的控制碼由上位機根據加載的需要計算得出，控制碼采用網絡協議發送。發送的數據流通過網絡通信模塊發送給PLC?？刂拼a被PLC接收后，對相應的輸出點置位，相關接觸器控制線包獲得220V操作電源，接觸器吸合，預期的負載回路接通，實現負載功率的調整。負載的控制原理見圖2所示?？紤]到目前市場上主要的移動電站功率，交流負載設計的最大功率為500 kW(功率因數0.6～1.0)，直流負載設計的最大功率為80 kW，負載采用多段分檔設計理念，阻性負載可以實現0.1 kW每步加載/卸載，感性負載可以實現0.1 kVar每步加載/卸載，滿足功率連續可調要求[10～12]。

圖2 負載控制原理

測試系統根據內燃機電站相關標準測試要求，實現了對交直流電站綜合電氣性能測試，能夠完成的測試指標包括：電壓、電流、頻率、電壓和頻率的穩態調整率及電壓和頻率的波動率、電壓和頻率的瞬態調整率及其穩定時間、不對稱負載下的線電壓偏差、三相電壓不平衡值等，并完成電站過電壓、欠電壓、過頻、欠頻等安全性測試。測試系統通過自動控制設計，在上位機軟件實現三相電壓及電流、交流頻率、總功率的實時監測，并按照電站功率和功率因數自動匹配負載設置，按照被測試電站功率實現負載設置功率的0、25%、50%、75%、100%、75%、50%、25%、0按順序自動切換及0～100%和100%～0的負載突加和突減，并自動記錄每個功率狀態下的電壓、電流和頻率數值，并按照標準要求實現對不同電氣指標的自動計算[13～15]。

4 測試系統上位機軟件

測試系統上位機軟件主要依據內燃機電站電氣性能相關測試標準編制軟件控制程序和數據處理分析評價算法。通過上位機軟件發出指令，控制負載加載/卸載，使被測電站能夠工作于不同工況狀態，對于每一種工況，被測量電站的電壓、電流、功率等性能參數經過信號變換電路，送入A/D，在計算機程序控制下，被測量經A/D采集，并根據提前編入標準的數據處理程序，對采集數據進行分析處理計算，最終變換為電氣性能指標的相應值。通過上位機軟件的功能選擇模塊，可以完成交流(工頻 /中頻)和直流電站進行電氣性能的穩態試驗、瞬態試驗等項目的指標測試，試驗過程中通過人機交互界面實現測試動態實時監測，并自動生成測試報告。

測試系統的人機交互界面是用戶操作與顯示終端，通過人機交互界面，將操作指令下發給控制系統和數據采集系統，人機界面功能框圖如圖3所示，軟件界面包括用戶登錄、負載設置、控制參數設置、測試項目選擇、數據保存和報告生成等功能。

圖3 測試系統上位機軟件主界面

5 結論與討論

本文針對傳統電站電氣性能參數測試存在測試儀表操作復雜、耗時長、精度低等問題，結合相關標準要求，研究并設計完成了一種運用自動控制、檢測和傳感器等虛擬儀器技術并結合相關標準電站電氣性能指標要求的綜合分析評價算法的軟硬件測試系統，可實現對交流(工頻/中頻)電站、直流電站穩態性能、瞬態性能等多項核心電氣性能參數一站式高效、精準測試和分析。

測試系統為電站電氣性能參數測試提供了一種代替傳統儀表測試的智能化測試方案，測試系統穩定性強、精度高，能夠科學系統地評價電站電氣性能指標。同時電站綜合性能測試系統的研究也為電站電氣性能測試提供了一種采用國產化技術的思路。