一种基于dsp系统的水轮机调速器仿真测试装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及水轮机调速器的测试仿真装置，具体涉及一种基于DSP系统的水轮机调速器仿真测试装置。
【背景技术】
[0002]一方面，水力发电作为我国电力系统第二大电源，对电力系统安全稳定运行起到重要支撑作用。水轮机控制系统安全可靠高效是水力发电过程安全稳定实现的基本保障，这需要功能齐全性能稳定的测试仪器，以往通过从不同厂家购置不同仪器如频率发生器、示波器、数据采集仪等组合进行水轮机控制系统测试和试验，因各仪器厂家工艺、规范等不同，使得各种仪器间的协调出现困难，有时需要组织多台仪器才能进行一项基本试验，给试验带来了诸多不便，同时使得测试精度难以保证。鉴于此，需要研制功能集中且规范统一，便于操作的水轮机控制系统测试装置。
[0003]另一方面，电力系统仿真是研宄电力系统动态行为的重要手段之一。在电力系统中，仿真技术有着很好的应用，并取得了很多研宄成果，产生了良好的社会与经济效益。其中出现了大量成熟的仿真工具与软件，如RTDS、PSCAD/EMTDC等，还有国内常规的电力系统暂态稳定计算软件，例如中国电力科学院开发的电力系统潮流计算、暂态稳定和短路电流计算的仿真软件PSASP，还有BPA软件。但在这些工具软件中，对非线性方程的求解能力不足，其提供的原动机模型往往被简化为线性模型，使模型变得较简单，但与实际不符，以至不能真实的反映原动机在电力系统动态过程中的真实行为。这是因为由于专业分工的影响和早期研宄手段的缺乏，认为水电机组的水力过渡过程、机械过渡过程与电磁过渡过程在时间尺度上不一致，可以分开进行研宄；再加上考虑计算的维度与速度，在电力系统暂态稳定计算中，水力系统一般采用简单引水管道刚性水击-线性化水轮机假设下的简化模型，无法用于复杂水力系统。这种对水力系统模型简化所造成的仿真计算误差对于某些问题的研宄尚可接受，但对于诸如水电系统中长期动态稳定、水轮发电机组再同步、调压井系统大波动稳定等水电耦合和自动调节作用密切相关的问题的研宄，由于数据不全，未完全考虑非线性条件的影响等，严重影响计算的准确度和可信度，甚至会导致不合理的结论。在电力系统安全控制方面，需要考虑电网的真实特性进行控制设备与保护装置的性能测试，需实现电力系统的实时仿真，近年来实时仿真用的最多的是由加拿大曼尼托巴RTDS公司开发制造全称为实时数字仿真仪(Real Time Digital Simulator)(以下简称RTDS)，它是一种专门设计用于研宄电力系统中电磁暂态现象的装置。目前，RTDS已广泛应用于28个国家(地区)的电力企业和研宄机构，但该装置不能仿真电力系统中原动机的非线性特性。有鉴于此，需研宄新的技术方案，综合考虑非线性特征，建立具有良好精度、计算快速的非线性原动机实时仿真装置；结合现已比较成熟的负载及电力网络仿真装置，从而实现电力系统的非线性实时仿真。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型要解决的技术问题是:针对现有技术的上述技术问题，提供一种能够完整独立实现水轮机调速器自动测试仪、通用示波器、多功能频率计、通用测控仪功能，基于DSP控制器实现各功能单元紧密配合，确保试验中各环节时序正确的基于DSP系统的水轮机调速器仿真测试装置。
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为:
[0006]一种基于DSP系统的水轮机调速器仿真测试装置，包括DSP控制单元、频率输入输出单元、模数及数模转换单元、开关量输入单元、电源单元和对外连接接口，所述电源单元分别与DSP控制单元、频率输入输出单元、模数及数模转换单元、开关量输入单元相连，所述DSP控制单元包括相互连接的DSP控制器和静态内存，所述DSP控制器包括片上增强型捕捉模块、片上PWM模块、片上SPI接口模块、片上GP1接口模块和TCP通信接口单元，所述频率输入输出单元包括频率信号输入调理模块和频率信号输出调理模块，所述模数及数模转换单元包括模数调理电路、数模调理电路和模数及数模转换芯片，所述片上增强型捕捉模块的输入端通过频率信号输入调理模块与对外连接接口相连，所述片上PWM模块的输出端通过频率信号输出调理模块与对外连接接口相连，所述片上SPI接口模块通过SPI总线与模数及数模转换芯片相连，所述模数及数模转换芯片的输入端通过模数调理电路与对外连接接口相连，所述模数及数模转换芯片的输出端通过数模调理电路与对外连接接口相连，所述片上GP1接口模块通过开关量输入单元与对外连接接口相连，所述DSP控制器和TCP通信接口单元相连。
[0007]优选地，所述开关量输入单元包括依次连接的光耦隔离芯片、隔离逻辑处理芯片，所述片上GP1接口模块依次通过隔离逻辑处理芯片、光耦隔离芯片与对外连接接口相连。
[0008]优选地，所述对外连接接口上设有四路频率输入引脚，所述四路频率输入引脚分别与频率信号输入调理模块的输入端相连。
[0009]优选地，所述对外连接接口上还设有四路频率输出引脚，所述四路频率输出引脚分别与频率信号输出调理模块的输出端相连。
[0010]优选地，所述对外连接接口上还设有十六路模数输入引脚，所述十六路模数输入引脚分别与模数调理电路的输入端相连。
[0011 ] 优选地，所述对外连接接口上还设有八路模数输出引脚，所述八路模数输出引脚分别与数模调理电路的输出端相连。
[0012]优选地，所述对外连接接口上还设有八路24V开关量输入引脚，所述八路24V开关量输入引脚分别与光耦隔离芯片的输入端相连，所述光耦隔离芯片的输出端通过八路3.3V开关输出线路与隔离逻辑处理芯片的输入端相连。
[0013]本实用新型基于DSP系统的水轮机调速器仿真测试装置具有下述优点:
[0014]1、本实用新型包括DSP控制单元、频率输入输出单元、模数及数模转换单元、开关量输入单元、电源单元和对外连接接口，DSP控制单元包括相互连接的DSP控制器和静态内存，DSP控制器包括片上增强型捕捉模块、片上PWM模块、片上SPI接口模块、片上GP1接口模块和TCP通信接口单元，本实用新型通过上述结构，能够完整独立实现水轮机调速器自动测试仪、通用示波器、多功能频率计、通用测控仪功能。
[0015]2、本实用新型包括模数及数模转换单元，通过模数及数模转换单元能够实现模拟量输出功能，结合多路模拟量输出，可更加灵活的进行实时仿真输出配置。
[0016]3、本实用新型的DSP控制器包括片上增强型捕捉模块、片上PWM模块、片上SPI接口模块、片上GP1接口模块和TCP通信接口单元，基于DSP控制器实现了各功能单元紧密配合，确保试验中各环节时序正确。
[0017]4、本实用新型利用DSP技术能够实现原动机部分的非线性实时仿真，能够提供电力系统及网络原动机部分的非线性实时仿真的硬件基础。
[0018]5、本实用新型包括TCP通信接口单元，针对现有测试仿真装置实用的USB接口连接断开后无法自动重连必须拔掉USB接头缺点，采用TCP通信接口单元实现TCP通信，可实现掉线自动重连，而且数据传输更加稳定可靠。
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型实施例的框架结构示意图。
[0020]图2为本实用新型实施例在工作状态下与被测试或仿真的系统或装置的连接示意图。
[0021]图例说明:1、DSP控制单元；11、DSP控制器；12、静态内存；13、片上增强型捕捉模块；14、片上PWM模块；15、片上SPI接口模块；16、片上GP1接口模块；17、TCP通信接口单元；2、频率输入输出单元；21、频率信号输入调理模块；22、频率信号输出调理模块；3、模数及数模转换单元；31、模数调理电路；32、数模调理电路；33、模数及数模转换芯片；4、开关量输入单元；41、光耦隔离芯片；42、隔离逻辑处理芯片；5、电源单元；6、对外连接接口。
【具体实施方式】
[0022]如图1所示，本实施例基于DSP系统的水轮机调速器仿真测试装置包括DSP控制单元1、频率输入输出单元2、模数及数模转换单元3、开关量输入单元4、电源单元5和对外连接接口 6，电源单元5分别与DSP控制单元1、频率输入输出单元2、模数及数模转换单元3、开关量输入单元4相连，DSP控制单元I包括相互连接的DSP控制器11和静态内存12，DSP控制器11包括片上增强型捕捉(eCAP)模块13、片上PWM模块14、片上SPI接口模块15、片上GP1接口模块16和TCP通信接口单元17，频率输入输出单元2包括频率信号输入调理模块21和频率信号输出调理模块22，模数及数模转换单元3包括模数调理电路31、数模调理电路32和模数及数模转换芯片33，片上增强型捕捉模块13的输入端通过频率信号输入调理模块21与对外连接接口 6相连，片上PWM模