电力推进船舶综合电力系统半实物半虚拟试验平台的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电力推进船舶综合电力系统，特别涉及一种电力推进船舶综合电力系统半实物半虚拟试验平台。
【背景技术】
[0002]国内电力推进船舶起步时间较晚，其综合电力系统试验条件十分有限，主要原因如下:
1、电力推进船舶综合电力系统实物试验平台初期投资较大
搭建电力推进船舶综合电力系统实物试验平台，需要购置以下设备:多台柴油发电机组(含柴油机、发电机)、机旁控制箱、电子调速器、自动电压调节器、配电板、变压器、阻抗负载、推进电机、推进变频器、推进控制系统、冷却水循环装置等；此外，还需要大量电缆、输油管道、水管等辅助材料，整体建设成本非常高，建设周期很长。当综合电力系统的规模及电压、功率等级提高时，成本增加非常显著。
[0003]2、电力推进船舶综合电力系统实物试验平台试验费用较高
电力推进船舶综合电力系统实物试验平台开始建设、使用时，不论试验平台的利用率高低，因占地面积较大，将会产生高昂的场地使用(租用)费用；开展试验时，会消耗大量的水、电、柴油等资源，发电机组发出的电能大部分将直接消耗在试验负载上，并产生一定的设备折旧、维修、维护及环境治理费用。
[0004]3、电力推进船舶综合电力系统实物试验平台试验设备参数无法调节
电力推进船舶综合电力系统实物试验平台一旦建设完毕，将无法调节各设备参数，后续试验只能按照原有系统的参数进行试验验证，当需要开展新系统的试验验证时，无法按现有系统参数配置。
[0005]4、某些试验项目会对设备造成损坏
当需要进行短路、过载或其他破坏性试验时，电力推进船舶综合电力系统实物试验平台可能会产生很大的电流，或使设备工作在非正常运行状态(如过载、超速等)，损坏设备，且造成的影响通常是不可逆的。
[0006]5、新方案、新设备验证成本较高
当需要进行某些新方案、新设备验证时，电力推进船舶综合电力系统实物试验平台必须购置大量新设备，费用较高、采购周期较长，且新技术的应用存在一定的技术风险，一旦出现问题，很容易造成设备损坏。
【发明内容】
[0007]本发明是针对电力推进船舶综合电力系统试验条件有限的问题，提出了一种电力推进船舶综合电力系统半实物半虚拟试验平台，可以进行船舶综合电力系统的试验，验证综合电力系统设计的可行性，并可以开展综合电力系统设计仿真验证、综合电力系统保护设计与试验验证、综合电力系统保护设计与试验验证、综合电力系统控制设备/控制系统功能试验的工作。
[0008]本发明的技术方案为:一种电力推进船舶综合电力系统半实物半虚拟试验平台，虚拟仿真机VM、信号转换装置STD、实物同步装置、实物综合保护装置、实物电能采集和处理装置、实物能量管理系统、实物推进控制系统，虚拟仿真机VM通过建立虚拟船舶综合电力系统各个设备的数学模型输出电压信号，经过信号转换装置STD对信号进行处理后接实物电能采集和处理装置，信号转换装置STD输出同时通过实物同步装置和实物综合保护装置接实物机组，实物电能采集和处理装置、实物同步装置、实物综合保护装置与实物能量管理系统、实物推进控制系统进行数据交换，实物能量管理系统、实物推进控制系统输出控制信号到虚拟仿真机VM。
[0009]所述虚拟仿真机VM构建虚拟机组、虚拟机组断路器、虚拟母联、虚拟阻抗负载、虚拟推进负载，并根据虚拟运行设备的不同工况产生虚拟机组三相电压、虚拟母联三相电压。
[0010]所述信号转换装置STD中对应虚拟仿真机VM中每个虚拟机组，带一个电压信号放大器、一个电压电流转换模块、一个电流信号放大器，输出对应每个虚拟机组的一组电流信号和电压信号。
[0011]所述实物同步装置、实物综合保护装置、实物电能采集和处理装置分组，对应虚拟仿真机VM中每个虚拟机组，每个虚拟机组经过信号转换装置STD处理后的电压信号接入对应的实物同步装置，完成与其他机组的同步并车；每个虚拟机组经过信号转换装置STD处理后的电压信号和电流信号接入对应的实物电量采集装置，完成电参数的采集与计算；每个虚拟机组经过信号转换装置STD处理后的电压信号和电流信号接入对应的实物综合保护装置，实物综合保护装置输出到对应的连接保护装置，完成对应实物机组的综合保护功會K。
[0012]所述虚拟仿真机VM根据虚拟电力系统中虚拟负载状态，实时计算虚拟机组的三相电流，并将计算后的虚拟电流值按照预设比例转换成ACO?16V电压信号输出，同时ACO?16V电压信号分别经过电压电流转换模块和电流信号放大器，输出实物机组的三相电流；输出实物机组的三相电流与真实的电力推进船舶综合电力系统机组电流经电流互感器的二次侧测量电流完全一致。
[0013]本发明的有益效果在于:本发明电力推进船舶综合电力系统半实物半虚拟试验平台，采用虚拟设备产生的电压、电流替代实物设备产生的电压、电流，可以降低试验成本及风险；系统扩展性较强；任意调节系统参数；可进行新方案、新技术、新设备的验证；当研制了某些新型控制设备时(如同步装置、电能采集和处理装置、综合保护装置等)，可以先接入半实物半虚拟试验平台做功能试验；再利用实船设备进行验证。
【附图说明】
[0014]图1为本发明一种电力推进船舶综合电力系统半实物半虚拟试验平台虚拟部分结构示意图；
图2为本发明一种电力推进船舶综合电力系统半实物半虚拟试验平台实物部分结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]一种电力推进船舶综合电力系统半虚拟，主要包括中图1、图2中的虚拟仿真机VM、信号转换装置STD、连接装置、实物电能采集和处理装置、实物同步装置、实物综合保护装置、实物能量管理系统、实物推进控制系统。虚拟仿真机VM通过建立虚拟船舶综合电力系统各个设备的数学模型的输出电压信号，经过信号转换装置STD对信号进行处理后接实物电能采集和处理装置，信号转换装置STD输出同时通过实物同步装置和实物综合保护装置接实物机组，实物电能采集和处理装置、实物同步装置、实物综合保护装置与实物能量管理系统、实物推进控制系统进行数据交换，实物能量管理系统、实物推进控制系统输出控制信号到虚拟仿真机VM。
[0016]信号转换装置STD中每组带一个电压信号放大器、一个电压电流转换模块、一个电流信号放大器，连接装置为实物机组断路器。
[0017]虚拟仿真机VM中可以构建虚拟机组VG、虚拟机组断路器VQF、虚拟母联VQB、虚拟阻抗负载、虚拟推进负载等虚拟设备，根据虚拟运行设备的不同工况产生虚拟VG三相电压(虚拟VG A相电压、B相电压、C相电压)、虚拟VBUS三相电压(虚拟VBUS A相电压、B相电压、C相电压)。根据不同的系统配置，也可以虚拟船舶综合电力系统的其他设备。
[0018]图1中虚拟部分，在虚拟仿真机VM中，建立两组虚拟机组VGl、VG2 (机组可以是柴油发电机组、汽轮发电机组或其他形式的船舶发电机组)，两组虚拟机组各自带一个虚拟机组断路器VQFl、VQF2，两组虚拟母联VBUSl、VBUS2，两组虚拟母联之间的虚拟母联断路器VQB，虚拟常规阻抗负载，虚拟电力推进负载等电力推进船舶综合电力系统主要虚拟设备的数学模型，并根据实物机组断路器QF1、QF2的状态信号反馈，实时闭合或断开虚拟机组断路器 VQF1、VQF2。
[0019]虚拟仿真机VM根据当前机组运行状态、电网结构、负载状况等，实时计算虚拟机组VGl、VG2的三相电压和虚拟母联VBUSl、VBUS2的三相电压，并将虚拟机组VGl、VG2的三相电压按照预设比例转换成AC O?16V电压信号输出，分别经过电压信号放大器1、电压信号放大器2放大，输出作为实物机组Gl、G2的三相电压；在实物侧设置两个实物断路器QF1、QF2，通过闭合或断开实物机组断路器，可得到不同的实物母联BUS1、BUS2的三相电压。实物机组G1、G2的三相电压和实物母联BUS1、BUS2的三相电压为AC O?100V电压信号，这4组信号与真实电力推进船舶综合电力系统的机组电压、母联电压经电压互感器转换后的二次侧测量电压完全一致，可用于模拟真实电力推进船舶综合电力系统电压。
[0020]虚拟仿真机VM根据当前电力系统负载状态(含虚拟常规阻抗负载、虚拟电力推进负载)，实时计算虚拟机组VG1、VG2的三相电流，并将以上虚拟电流值按照预设比例转换成AC O?16V电压信号输