专利名称：一种交流发电机组电气性能的测试方法
技术领域：
本发明属于交流发电机组测试系统领域，特别涉及一种交流发电机组电气性能的测试方法。
背景技术：
小容量单相交流发电机组，通常采用汽油或柴油动力内燃机驱动交流发电
机，将机械运动转换为交流电(AC)，当该交流电向负载供电时，为了保证负载的安全、可靠运行， 一般要确保交流发电机输出电能的电压、频率控制在一定范围内，对于某些特定负载设备还需要保证电压波形的失真率低于一个给定值。由于中小功率内燃机普遍采用飞轮连杆机构调节转速，因此大部分小容量交流发电机组的输出电压不是很稳定，特别是当负载剧烈变化时。为了保证发电机组在使用过程中不损坏其连接的负载，需要对发电机组带载时的电气特性进行逐台测试，也就是将测试负载、或其它模拟负载如电磁炉、空调、照明灯等耦合到发电机输出端，让后通过测试探针检测带负载过程中发电机组输出电压、频率、电流等参数，特别是电压波动范围，连续输出最大功率等。
现有技术中的交流发电机组负载测试装置，采用多功能电参数测量表与手
动投切负载相结合的方式，存在很多缺陷首先，发电机输出电压的频率随着转速变化而持续波动，通用的电参数测量表由于不具备动态锁相功能而只能采用有效值方法测试，因此其动态响应速度低，不能捕捉到负载变换瞬间电压的剧烈变换过程。其次是测试数据采用手工记录方式记录点数少，容易漏掉发电机工作异常状态，破坏了测试数据的完整性，同时也容易产生误操作。第三，测试数据的分析、判断完全依据操作员的经验，不仅没有统一的标准，也难以对机组返工调校提供技术路线支撑。此外，测试过程加载方式不一致、测试速度慢、效率低、测试过程可控性差等也会导致相关管理问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供能够准确地测试交流发电机组的不同负载率，以及测试在其负载动态变换瞬间的电气输出性能的一种交流发电机组电气性能的测试方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为 一种交流发电机组电气性能的测试方法，包括下列步骤
(1) 在一体化工作站中设置测试环境，包括测试过程所需时间、施加的功率一时间函数P(t)、机组电气性能测试数据的评估标准；
(2) 启动一台待测的交流发电机组，并将其关键参数编入二维条形码中；
(3) 启动一体化工作站中的测试系统软件环境，通过手持激光扫描设备，输入待测交流发电机组的相关参数，以激活一次测试过程；
(4) PCI扩展负载开关阵列，按照指定的负载函数P(t)和当前所处测试时间，计算设定的瞬时测试功率，并将其施加到负载柜；
(5) DSP嵌入式信号处理器接收到的测试指令，根据稳态或暂态工况，以相应的采样速率，分析电流传感器和电压电传感器从负载柜连接电缆采集的电压与电流信号，并将分析的结果通过异步串行数据链，上传至一体化工作站；
(6) 在完成预置的测试负载曲线P(t)后， 一体化工作站从DSP嵌入式信号处理器接收到的数据块，在被打上被测机组的信息标签后存入中心数据库；其中的特征数据如总谐波畸变率THD、最高电压、最低电压等将被分析和抽取并与预置的评估标准做比对，生成综合性能测试报告；(7 )在测试过程中， 一体化工作站从DSP嵌入式信号处理器接收到的实时数据，以曲线、柱状图和实时数字仪表的方式，显示于一体化工作站的测试系统软件环境中。
与现有技术相比，本发明的优点在于，发电机组的测试负载自动控制，在空载至满载区间内连续可调；发电机组输出电压、电流信号采用整周期采样和离散傅立叶(DFT)技术分析，既可快速响应有效值变化，也可获取频谱和总谐波畸变(THD)参数；数倍于稳态的采样速率分析负载变换时机组输出电压、电流信号，有利于捕捉机组动态过程细节；机组型号参数自动识别和测试数据评价标准自动选择，以及测试报告自动生成。
图1为实现本发明的装置的结构方框图2为图1中DSP嵌入式信号处理器的结构方框图3为图1中DSP嵌入式信号处理器的软件流程图。
具体实施例方式
以下结合附图实施例对本发明作进一歩详细描述。
如图1、 2、 3所示， 一种交流发电机组电气性能的测试方法，包括下列步
骤
1、 在一体化工作站1中设置测试环境，包括测试过程所需时间、施加的功率一时间函数P(t)、机组电气性能测试数据的评估标准；
2、 启动一台待测的交流发电机组2，并将其关键参数编入二维条形码中；3、 启动一体化工作站1中的测试系统软件环境，通过手持激光扫描设备3，输入上述交流发电机组2的相关参数以激活一次测试过程；
4、 PCI扩展负载开关阵列4，按照指定的负载函数P(t)和当前所处测试时间，计算设定的瞬时测试功率，并将其施加到负载柜51或52;
5、 DSP嵌入式信号处理器6接收到一体化工作站1的测试指令，根据稳态或暂态工况，以相应的采样速率，分析电流传感器7和电压电传感器8从负载柜51或52连接电缆采集的电压与电流信号，并将分析的结果通过异步串行数据链上传至一体化工作站1;
6、 在完成预置的测试负载曲线P(t)后，一体化工作站1从DSP嵌入式信号处理器6接收到的数据块，在被打上被测机组的信息标签后存入中心数据库；其中的特征数据，如总谐波畸变率THD、最高电压、最低电压等将被分析和抽取，并与预置的评估标准做比对，生成综合性能测试报告；
7、 在测试过程中， 一体化工作站1从DSP嵌入式信号处理 器6接收到的实时数据，以曲线、柱状图和实时数字仪表的方式，显示于一体化工作站l的测试系统软件环境中。
其中，上述步骤1中所述的测试过程所需时间为负载测试总时间；功率一时间函数P(t)为耦合到发电机组的负载功率随测试时间发展的变化趋势或规律；测试数据指的是最高电压、最低电压、稳态频率等;步骤2中所述的关键参数为发电机组额定容量、额定电压、额定频率、产品所处系列号或评价标准；步骤3中所述的相关参数为型号、规格、系列；步骤4中所述的负载柜是由大功率电阻阵列构成的；步骤5中所述的采样速率稳态时，电压、电流等参数变化较慢，采用较低的采样速率分析；瞬态时，电压、电流等参数急剧变化，采用较高的采样速率分析，否则会丢失部分暂态过程的信息；歩骤6中所述的评估标准指的是电压、功率、频率、电压总谐波畸变参数的上下限和波动幅 度限值。
本发明通过自动辨识机组参数，按设定函数自动施加负载并控制其准确性， 在负载变化过程中提供高分辨率信号以提供完整性极高的测试数据。 一方面， 负载柜51、 52由大功率电阻阵列构成，这些大功率电阻器的阻值按照2的整数
次幂构成例如1、 2、 4、 8、 16、 32、 64、 128欧姆等，在一个设计的额定电压 下，这些电阻并联后实现最大额定测试功率，同时借助PCI扩展负载开关阵列4， 控制这些电阻的开通和关断，可以在空载 满载范围内，以最小电阻功率为分 辨率连续调节。另一方面，当连接至交流发电机组2的负载柜51、 52在一段时 间内保持不变时，嵌入式DSP信号处理器以较低的采样率对输出电压、电流及 其频谱进行分析；在负载柜51、 52发生改变的瞬间，以高于稳态数倍的采样率 分析电压、电流、频率、功率等参数的动态变化过程。这些数据都将通过异歩 串行数据链完整的传送至一体化工作站1做后期处理。此外，应用于DSP嵌入 式信号处理器6，基于电压频率估算算法的数字锁相环技术，允许一台装置同时 检测两台不同型号、不同负载工况的交流发电机组，以便实现较好的检测效率。 DSP嵌入式信号处理器6的软件设计，基于TEXAS INSTRUMENT (TI)的Code Composer Studio2. 21交叉编译环境。DSP嵌入式信号处理器6控制软件是实现 交流发电机组2电气性能测试功能的核心，根据功能不同，软件模块可进一步 分为基于电压频率估算算法的数字锁相模块、整周期数据采集、DFT算法及通 讯功能模块。软件采用汇编语言和嵌入式C语言混合编制方式以兼顾实时性和 可维护性。其中DFT算法模块采用汇编语言实现以保证代码执行效率即频谱分 析的实时性；而准同步采样和通讯功能模块均采用嵌入式C语言编制，以增强 程序的可维护性和可移植性。图3给出了 DSP嵌入式信号处理器控制程序的软件流程。
由于发电机组输出电压、电流波形的周期或频率受到发动机工况的影响而 持续变化，要对这些信号进行频谱分析，必须保证严格的整周期采样，因此需 要保证采样工作与输入信号的相位、频率相同步，故采用数字锁相模块。
实现本发明的装置，如图1、 2、 3所示，包括一交流发电机组2、 一一体
化工作站1、 一激光扫描器3，还包括一与所述交流发电机组2电连接的一 PCI 扩展负载开关阵列4;所述PCI扩展负载开关阵列4通过一电压传感器8、 一电 流传感器7电连接一负载柜5;所述电压传感器8、电流传感器7电连接一 DSP 嵌入式信号处理器6; —一体化工作站1与所述激光扫描器3、 PCI扩展负载开 关阵列4及DSP嵌入式信号处理器6分别相互连接；所述的负载柜5是由大功 率电阻阵列构成的；
如图2所示，所述DSP嵌入式信号处理器6包括一信号处理单元61、 一随 机存取存储器62、 一运放信号调理电路63、 一低温漂过零比较电路64、 一并行 接口闪存65、 一串行接口实时钟66、 一异步串行通讯接口电路67、 一光电隔离 输入输出接口 68;所述运放信号调理电路63、低温漂过零比较电路64分别电 连接于所述信号处理单元61，所述信号处理单元61分别与所述随机存取存储器 RAM62、并行接口闪存65、串行接口实时钟66、异步串行通讯接口电路67、光 电隔离输入输出接口 68相互电连接；
所述信号处理单元61包括一 32位定点CPU611、 一模数转换器612、 一脉 冲捕捉通道613、 一异步串行通讯接口 614、 一数字输入输出接口 615、 一并行 外设接口 616、 一串行外设接口 617;所述32位定点CPU611分别与模数转换器 612、脉冲捕捉通道613、异步串行通讯接口614、数字输入输出接口615、并行 外设接口616、串行外设接口 617相互电连接；所述模数转换器612与所述脉冲捕捉通道613相互电连接；所述异步串行通讯接口 614与所述数字输入输出接 口615相互电连接。
图3为DSP嵌入式信号处理器6的软件流程图。
本发明的工作原理如下
如图l、 2、 3所示，从电流传感器7、电压传感器8获取的交流发电机组2 的电流、电压信号输入至运放信号调理电路63，被运放信号调理电路63中的运 算放大器调理成模数转换器612能够接受的0 3V直流电平范围，转换后数据 通过片内总线传输至32位定点CPU611接受离散傅立叶DFT算法分析。模数转 换器612的转换过程又受到脉冲捕捉通道613捕捉的输入信号频率影响，输入 信号釆用交流发电机组2的电压信号通过低温漂过零比较电路64过零比较产 生，从而保证模数转换器612对电流、电压信号的整周期采样。外扩随机存取 存储器62通过16位并行总线与并行外设接口 616相连，用作运放信号调理电 路63模块工作的采样缓冲、以及DFT算法的临时缓冲。MAX232A异步串行通讯 接口电路67通过双向串行总线与异步串行通讯接口 614相连，将异步串行通讯 接口 614的3. 3V逻辑电平转换成RS-232标准电平，后通过232通讯电缆与一 体化工作站l相连。光电隔离输入输出接口68通过输入、输出线与数字输入输 出接口615相连，负责交流发电机组2测试过程周边开关量的处理，如过电压、 过电流快速保护开关的控制、交流发电机组2机油状态、启动状态输入。并行 接口闪存65、一串行接口实时钟66通过串行外设总线与串行外设接口617相连， 并行接口闪存65负责DSP嵌入式信号处理器6的总体设置参数的存储，如串行 通讯波特率，最低采样率，过电流、过电压保护门限，串行接口实时钟66负责 管理通讯数据的时间标签、超时控制等。
权利要求
1、一种交流发电机组电气性能的测试方法，其特征在于包括下列步骤1)在一体化工作站(1)中设置测试环境，包括测试过程所需时间、施加的功率-时间函数P(t)、机组电气性能测试数据的评估标准；2)启动一台待测的交流发电机组(2)，并将其关键参数编入二维条形码中；3)启动一体化工作站(1)中的测试系统软件环境，通过手持激光扫描设备(3)，输入上述交流发电机组(2)的相关参数以激活一次测试过程；4)PCI扩展负载开关阵列(4)，按照指定的负载函数P(t)和当前所处测试时间，计算设定的瞬时测试功率，并将其施加到负载柜(5)；5)DSP嵌入式信号处理器(6)接收到一体化工作站(1)的测试指令，根据稳态或暂态工况，以相应的采样速率，分析电流传感器(7)和电压电传感器(8)从负载柜(5)连接电缆采集的电压与电流信号，并将分析的结果通过异步串行数据链上传至一体化工作站(1)；6)在完成预置的测试负载曲线P(t)后，一体化工作站(1)从DSP嵌入式信号处理器(6)接收到的数据块，在被打上被测机组的信息标签后存入中心数据库；其中的特征数据，如总谐波畸变率THD、最高电压、最低电压等将被分析和抽取，并与预置的评估标准做比对，生成综合性能测试报告；7)在测试过程中，一体化工作站(1)从DSP嵌入式信号处理器(6)接收到的实时数据，以曲线、柱状图和实时数字仪表的方式，显示于一体化工作站(1)的测试系统软件环境中。
全文摘要
一种交流发电机组电气性能测试方法，其步骤如下将交流发电机组启动并将其输出与测试装置相连，采用激光扫描器输入该机组序列号以激活测试过程；将依据预先设置的功率-时间函数自动调节机组的负载，DSP嵌入式信号处理器按稳态和暂态两种不同的分辨率，实时采集机组电压、电流、频率等信号，并分析其频谱，将分析结果上传至一体化工作站进行存储，并与预置的机组电气性能评估标准作比对，生成测试报告。其优点在于，发电机组的测试负载连续可调；输出电压、电流信号采用整周期采样和离散傅立叶技术分析，既可快速响应有效值变化，也可获取频谱和总谐波畸变参数；机组型号参数自动识别和测试数据评价标准自动选择，以及测试报告自动生成。
文档编号G01R31/34GK101685138SQ200810121348
公开日2010年3月31日 申请日期2008年9月26日 优先权日2008年9月26日
发明者俞红祥 申请人:浙江师范大学