基于综合性能测试系统的电站电气性能测试方法研究

杨明军，余云加，余 琳，刘 进，叶江勇

(广州广电计量检测股份有限公司，广东 广州 510000)

1 引言

内燃机电站主要通过挂车等车载平台用于野外场所的供电，为保障供电设备的稳定运行，科学准确地评价电站电气性能指标极为重要[1，2]。当前，电站电气性能指标测试的主要技术手段是采用电能质量分析仪、万用表、示波器、秒表等仪器仪表进行人工检测、记录并计算的方式。这种传统的测试方法：一是对试验工程师技术素养要求较高，且需要较长的培训时间才能上手检测；二是传统测试方法测试精度不高，更依赖测试人员的经验及测试水平，性能检测的精度和效率也相对较低，对试验任务所承担的人力成本、时间成本更高，传统的检测方法已经完全不能满足电站电气性能检测的需求[3，4]。因此，研究能够满足内燃机电站高精度、高效率的电气性能测试系统极为重要。同时，PLC控制、高精度传感器检测等虚拟仪器技术在其它类型设备功能性能检测中的成功应用也为电站电气性能综合性能测试系统提供了技术保障[5，6]。为此，研究一种基于综合性能测试系统电站电气性能测试方法不仅是内燃机电站检测技术发展的需要，在技术上也完全可行[7，8]。

2 测试系统组成

测试系统主要由上位机、网络通信模块、控制系统、数据采集系统、模拟负载、冷却风机等部分组成，系统组成见图1所示。上位机为整个测试系统的核心，通过网络通信模块结合PLC控制技术，实现负载类型选择，负载自动加载、卸载操作，负载功率因数设置以及冷却风机的开关。数据采集系统主要用于执行上位机指令，采集测量内燃机电站电压、电流以及频率等信号，并将采集测量数据结果上传给上位机。网络通信模块是上位机与控制系统和数据采集系统的通讯桥梁，采用TCP/IP技术完成网络通信协议的转换，将接收到的上位机指令发送到指定的端口，并将端口的返回信息转换之后发给上位机。

图1 系统组成

3 测试系统工作原理

测试系统针对交流电站(工频/中频)和直流电站研发，配备交流负载和直流负载，交流负载由阻性和感性负载两部组成，根据测试电站类型，可以实现功率因数0.6～1.0的交流负载组合[9]。测试系统采用上位机连同PLC进行自动控制，PLC执行上位机指令，控制对应接触器的通断，完成负载加载、卸载功能。控制PLC的控制码由上位机根据加载的需要计算得出，控制码采用网络协议发送。发送的数据流通过网络通信模块发送给PLC。控制码被PLC接收后，对相应的输出点置位，相关接触器控制线包获得220V操作电源，接触器吸合，预期的负载回路接通，实现负载功率的调整。负载的控制原理见图2所示。考虑到目前市场上主要的移动电站功率，交流负载设计的最大功率为500 kW(功率因数0.6～1.0)，直流负载设计的最大功率为80 kW，负载采用多段分档设计理念，阻性负载可以实现0.1 kW每步加载/卸载，感性负载可以实现0.1 kVar每步加载/卸载，满足功率连续可调要求[10～12]。

图2 负载控制原理

测试系统根据内燃机电站相关标准测试要求，实现了对交直流电站综合电气性能测试，能够完成的测试指标包括：电压、电流、频率、电压和频率的稳态调整率及电压和频率的波动率、电压和频率的瞬态调整率及其稳定时间、不对称负载下的线电压偏差、三相电压不平衡值等，并完成电站过电压、欠电压、过频、欠频等安全性测试。测试系统通过自动控制设计，在上位机软件实现三相电压及电流、交流频率、总功率的实时监测，并按照电站功率和功率因数自动匹配负载设置，按照被测试电站功率实现负载设置功率的0、25%、50%、75%、100%、75%、50%、25%、0按顺序自动切换及0～100%和100%～0的负载突加和突减，并自动记录每个功率状态下的电压、电流和频率数值，并按照标准要求实现对不同电气指标的自动计算[13～15]。

4 测试系统上位机软件

测试系统上位机软件主要依据内燃机电站电气性能相关测试标准编制软件控制程序和数据处理分析评价算法。通过上位机软件发出指令，控制负载加载/卸载，使被测电站能够工作于不同工况状态，对于每一种工况，被测量电站的电压、电流、功率等性能参数经过信号变换电路，送入A/D，在计算机程序控制下，被测量经A/D采集，并根据提前编入标准的数据处理程序，对采集数据进行分析处理计算，最终变换为电气性能指标的相应值。通过上位机软件的功能选择模块，可以完成交流(工频 /中频)和直流电站进行电气性能的稳态试验、瞬态试验等项目的指标测试，试验过程中通过人机交互界面实现测试动态实时监测，并自动生成测试报告。

测试系统的人机交互界面是用户操作与显示终端，通过人机交互界面，将操作指令下发给控制系统和数据采集系统，人机界面功能框图如图3所示，软件界面包括用户登录、负载设置、控制参数设置、测试项目选择、数据保存和报告生成等功能。

图3 测试系统上位机软件主界面

5 结论与讨论

本文针对传统电站电气性能参数测试存在测试仪表操作复杂、耗时长、精度低等问题，结合相关标准要求，研究并设计完成了一种运用自动控制、检测和传感器等虚拟仪器技术并结合相关标准电站电气性能指标要求的综合分析评价算法的软硬件测试系统，可实现对交流(工频/中频)电站、直流电站稳态性能、瞬态性能等多项核心电气性能参数一站式高效、精准测试和分析。

测试系统为电站电气性能参数测试提供了一种代替传统仪表测试的智能化测试方案，测试系统稳定性强、精度高，能够科学系统地评价电站电气性能指标。同时电站综合性能测试系统的研究也为电站电气性能测试提供了一种采用国产化技术的思路。