柔性直流輸電系統(tǒng)控制保護(hù)系統(tǒng)的閉環(huán)試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種柔性直流輸電系統(tǒng)控制保護(hù)系統(tǒng)的閉環(huán)試驗(yàn)系統(tǒng)，包括實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器、接口硬件設(shè)備和基于模塊化多電平的柔性直流輸電裝置的控制保護(hù)設(shè)備，所述接口硬件設(shè)備包括功率放大器、端子式繼電器與換流閥內(nèi)部模擬量和脈沖擴(kuò)充板；所述實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器通過接口硬件設(shè)備連接基于模塊化多電平的柔性直流輸電裝置的控制保護(hù)設(shè)備，形成閉環(huán)試驗(yàn)系統(tǒng)。此種閉環(huán)試驗(yàn)系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單靈活的特點(diǎn)，可方便快速地實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)基于模塊化多電平的柔性直流輸電實(shí)際控制保護(hù)系統(tǒng)裝置的測(cè)試。
【專利說明】柔性直流輸電系統(tǒng)控制保護(hù)系統(tǒng)的閉環(huán)試驗(yàn)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于模塊化多電平的柔性直流輸電系統(tǒng)控制保護(hù)系統(tǒng)的閉環(huán)試驗(yàn)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子器件和控制技術(shù)的進(jìn)步，柔性直流容量和電壓等級(jí)越來越高?；谀K化多電平的柔性直流輸電因其易于實(shí)現(xiàn)新能源并網(wǎng)、黑啟動(dòng)、功率反轉(zhuǎn)、構(gòu)建多端直流系統(tǒng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，而越來越得到廣泛應(yīng)用。
[0003]基于模塊化多電平的柔性直流輸電裝置在研發(fā)及功能測(cè)試階段需要模擬現(xiàn)場(chǎng)情況作閉環(huán)試驗(yàn)，以調(diào)整與驗(yàn)證控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。閉環(huán)試驗(yàn)常用的方法構(gòu)建物理原型機(jī)，構(gòu)建物理原型機(jī)的方法是將換流閥等一次系統(tǒng)設(shè)備按照一定的容量比例進(jìn)行縮小，并按照實(shí)際拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)搭建成小容量的動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，并通過接口設(shè)備與實(shí)際控制保護(hù)設(shè)備連接形成閉環(huán)系統(tǒng)來完成各種動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。
[0004]基于模塊化多電平的柔性直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)裝置的試驗(yàn)具有以下特點(diǎn):
[0005](I)基于模塊化多電平的柔性直流輸電裝置根據(jù)各站的實(shí)際情況單獨(dú)計(jì)算與設(shè)計(jì)換流閥等一次設(shè)備的參數(shù)，每套基于模塊化多電平的柔性直流輸電裝置的設(shè)備參數(shù)和換流閥子模塊個(gè)數(shù)均不相同；
[0006](2)基于模塊化多電平的柔性直流輸電裝置模型較為復(fù)雜，隨著容量的上升，子模塊數(shù)越來越來，導(dǎo)致搭建動(dòng)模系統(tǒng)造價(jià)越來越高；
[0007]( 3 )基于模塊化多電平的柔性直流輸電用于多端基于模塊化多電平的柔性直流輸電和新能源(例如風(fēng)電接入)接入，通過搭建原型機(jī)完整模擬整個(gè)系統(tǒng)試驗(yàn)幾乎無法實(shí)現(xiàn)。
[0008]由于以上原因，采用動(dòng)態(tài)模型測(cè)試方法對(duì)基于模塊化多電平的柔性直流輸電的控制保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行功能及動(dòng)態(tài)性能測(cè)試顯得非常不經(jīng)濟(jì)，并且變動(dòng)動(dòng)態(tài)模型設(shè)備及參數(shù)的施工周期較長，對(duì)整個(gè)柔性直流系統(tǒng)進(jìn)行完整模擬往往不能實(shí)現(xiàn)。目前，對(duì)基于模塊化多電平柔性直流輸電控制保護(hù)進(jìn)行測(cè)試，主要依靠離線仿真進(jìn)行模擬，但離線仿真的調(diào)度系統(tǒng)、執(zhí)行周期、運(yùn)行參數(shù)等不能準(zhǔn)備模擬實(shí)際控制保護(hù)設(shè)備，不能準(zhǔn)確模擬控制保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，不能很好地指導(dǎo)實(shí)踐。目前，基于模塊化多電平柔性直流輸電實(shí)際控制保護(hù)裝置還未有較好的測(cè)試方式。隨著數(shù)字處理技術(shù)、數(shù)字信號(hào)技術(shù)和并行計(jì)算技術(shù)等的發(fā)展，利用實(shí)時(shí)仿真設(shè)備，與基于模塊化多電平柔性直流輸電控制保護(hù)設(shè)備構(gòu)成閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)，使對(duì)實(shí)際控制保護(hù)設(shè)備進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行測(cè)試成為一種可能。本案即是基于此種考慮而產(chǎn)生。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的，在于提供一種柔性直流輸電系統(tǒng)控制保護(hù)系統(tǒng)的閉環(huán)試驗(yàn)系統(tǒng)，其具有簡(jiǎn)單靈活的特點(diǎn)，可方便快速地實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)基于模塊化多電平的柔性直流輸電實(shí)際控制保護(hù)系統(tǒng)裝置的測(cè)試。
[0010]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
[0011]一種柔性直流輸電系統(tǒng)控制保護(hù)系統(tǒng)的閉環(huán)試驗(yàn)系統(tǒng)，包括實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器、接口硬件設(shè)備和基于模塊化多電平的柔性直流輸電裝置的控制保護(hù)設(shè)備，所述接口硬件設(shè)備包括功率放大器、端子式繼電器與換流閥內(nèi)部模擬量和脈沖擴(kuò)充板；實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的交流電壓及電流信號(hào)輸出端通過接口硬件設(shè)備中的功率放大器與控制保護(hù)設(shè)備的交流模擬量輸入端連接，實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的直流電壓及電流信號(hào)輸出端直接與控制保護(hù)設(shè)備的直流模擬量輸入端連接；實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的開關(guān)狀態(tài)信號(hào)輸出端通過接口硬件設(shè)備的端子式繼電器與控制保護(hù)設(shè)備的開關(guān)量輸入端連接，控制保護(hù)設(shè)備的開關(guān)分合命令信號(hào)輸出端通過接口硬件設(shè)備的端子式繼電器與實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的開關(guān)量輸入端連接；實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器模擬輸出的基于模塊化多電平的柔性直流換流閥子模塊電容電壓和子模塊故障狀態(tài)經(jīng)過接口硬件設(shè)備的換流閥內(nèi)部模擬量和脈沖擴(kuò)展板與控制保護(hù)設(shè)備的換流閥控制設(shè)備的每個(gè)子模塊輸入端相連，而控制保護(hù)設(shè)備的閥控制設(shè)備脈沖信號(hào)經(jīng)過接口硬件設(shè)備的換流閥內(nèi)部模擬量和脈沖擴(kuò)展板與實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的脈沖輸入端相連。
[0012]上述實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器采用RTDS或RT-LAB實(shí)時(shí)仿真裝置。
[0013]采用上述方案后，本發(fā)明通過實(shí)時(shí)仿真設(shè)備構(gòu)建柔性直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)閉環(huán)試驗(yàn)系統(tǒng)，將改變以前電力電子裝置靠搭建原型機(jī)予以物理驗(yàn)證的單一技術(shù)手段，克服物理原型機(jī)驗(yàn)證周期長、成本高和缺乏靈活性的缺點(diǎn)，為基于可關(guān)斷器件電力電子控制保護(hù)裝置提供較為全面的試驗(yàn)驗(yàn)證。本發(fā)明的實(shí)施將實(shí)現(xiàn)對(duì)基于模塊化多電平柔性直流輸電形成較為完整閉環(huán)測(cè)試驗(yàn)證，從而縮短工程的開發(fā)、設(shè)計(jì)和建設(shè)周期，減少工程成本?；谀K化多電平柔性直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)的閉環(huán)試驗(yàn)系統(tǒng)由實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器和控制保護(hù)設(shè)備構(gòu)成。通過選擇合適的數(shù)字模型元件，根據(jù)實(shí)際工程拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并輸入相應(yīng)的參數(shù)即可構(gòu)建成適合特定工程需要的數(shù)字模型，將各電力設(shè)備對(duì)應(yīng)的數(shù)字模型按照實(shí)際拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，就形成了一次系統(tǒng)模型程序。利用數(shù)字仿真器配套的編譯軟件將模型程序進(jìn)行編譯后，下載到數(shù)字仿真器的處理器板卡中進(jìn)行運(yùn)算。數(shù)字仿真器的硬件部分通常還包括了接口板卡。接口板卡一邊通過電纜或光纖與處理器板卡相連接，另一邊通過電纜與控制保護(hù)設(shè)備相連接，完成數(shù)字仿真器與實(shí)際控制保護(hù)設(shè)備的接口。
[0014]本發(fā)明由于采用實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器與基于模塊化多電平的柔性直流輸電控制保護(hù)構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，可方便、快速地修改一次設(shè)備的參數(shù)及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，滿足不同基于模塊化多電平的柔性直流輸電工程的試驗(yàn)需求；同時(shí)通過實(shí)時(shí)仿真器搭建基于模塊化多電平的柔性直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)試驗(yàn)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)大型和多端基于模塊化多電平的柔性直流輸電系統(tǒng)控制保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是基于模塊化多電平的柔性直流輸電相關(guān)一次系統(tǒng)的的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖(以兩端基于模塊化多電平的柔性直流輸電系統(tǒng)為例說明)；
[0016]圖2是基于模塊化多電平換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0017]圖3是基于模塊化多電平的柔性直流輸電相關(guān)一次系統(tǒng)數(shù)字模塊搭建的示意圖；
[0018]圖4是本發(fā)明實(shí)時(shí)數(shù)字閉環(huán)試驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0020]如圖4所示，本發(fā)明提供一種柔性直流輸電系統(tǒng)控制保護(hù)系統(tǒng)的閉環(huán)試驗(yàn)系統(tǒng)，包括實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器1、接口硬件設(shè)備2和基于模塊化多電平的柔性直流輸電裝置的控制保護(hù)設(shè)備3，所述實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器I通過接口硬件設(shè)備2連接基于模塊化多電平的柔性直流輸電裝置的控制保護(hù)設(shè)備3，形成閉環(huán)試驗(yàn)系統(tǒng)。
[0021]所述接口硬件設(shè)備2包括功率放大器、端子式繼電器與換流閥內(nèi)部模擬量和脈沖擴(kuò)充板，上述部件使用與否及數(shù)量均可根據(jù)仿真需要靈活選配。
[0022]實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器I的交流電壓及電流信號(hào)輸出端通過接口硬件設(shè)備2中的功率放大器與控制保護(hù)設(shè)備3的交流模擬量輸入端連接，實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器I的直流電壓及電流信號(hào)輸出端直接與控制保護(hù)設(shè)備3的直流模擬量輸入端連接；實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器I的開關(guān)狀態(tài)信號(hào)輸出端通過接口硬件設(shè)備2的端子式繼電器與控制保護(hù)設(shè)備3的開關(guān)量輸入端連接，控制保護(hù)設(shè)備3的開關(guān)分合命令信號(hào)輸出端通過接口硬件設(shè)備2的端子式繼電器與實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器I的開關(guān)量輸入端連接；實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器I模擬輸出的基于模塊化多電平的柔性直流換流閥子模塊電容電壓和子模塊故障狀態(tài)經(jīng)過接口硬件設(shè)備2的換流閥內(nèi)部模擬量和脈沖擴(kuò)展板與控制保護(hù)設(shè)備3的換流閥控制設(shè)備的每個(gè)子模塊輸入端相連，而控制保護(hù)設(shè)備3的閥控制設(shè)備脈沖信號(hào)經(jīng)過接口硬件設(shè)備2的換流閥內(nèi)部模擬量和脈沖擴(kuò)展板與實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器I的脈沖輸入端相連。
[0023]在本實(shí)施例中，實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器I采用RTDS或RT-LAB實(shí)時(shí)仿真裝置。
[0024]本發(fā)明在實(shí)施時(shí)，包括如下步驟:
[0025]I)根據(jù)基于模塊化多電平的柔性直流輸電裝置的一次系統(tǒng)設(shè)備拓?fù)浼皡?shù)和交流系統(tǒng)參數(shù)，建立基于模塊化多電平的柔性直流輸電相關(guān)一次系統(tǒng)數(shù)字仿真模型；
[0026]2)利用實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的配套建模軟件，建立基于模塊化多電平的柔性直流輸電相關(guān)一次系統(tǒng)數(shù)字仿真模型的數(shù)字試驗(yàn)程序；
[0027]3)利用實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器配套的程序編譯軟件將數(shù)字試驗(yàn)程序編譯，并下載到實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器上運(yùn)行；
[0028]4)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器模擬的交流電壓及電流、直流電壓及電流、開關(guān)狀態(tài)和開關(guān)分合命令通過電纜實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真設(shè)備與實(shí)際控制保護(hù)系統(tǒng)相連，實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器模擬的換流閥內(nèi)部模擬量輸出、故障輸出和脈沖輸入通過電纜或光纜與實(shí)際控制保護(hù)設(shè)備相連，構(gòu)建閉環(huán)仿真系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)基于模塊化多電平的柔性直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)的功能和動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行詳細(xì)測(cè)試。
[0029]本發(fā)明基于模塊化多電平的柔性直流輸電相關(guān)的一次系統(tǒng)主要設(shè)備包括風(fēng)力發(fā)電廠、交流等值系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、換流變壓器、基于模塊化多電平的柔性直流輸電換流閥、交流線路和直流線路，另外還包括交流和直流側(cè)的斷路器、隔離刀閘、接地刀閘，其兩端拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，其中包含了若干電壓、電流的測(cè)量量:換流閥變交流系統(tǒng)側(cè)母線電壓電流、換流閥閥側(cè)電壓電流、各橋臂電流、直流電壓電流等。
[0030]本發(fā)明根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及一次設(shè)備的參數(shù)搭建的柔性直流相關(guān)一次系統(tǒng)的數(shù)字仿真模型如圖1所示，根據(jù)換流站交流側(cè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及接線方式，如圖1所示的與站I相連的風(fēng)電場(chǎng)、變壓器Tl、交流開關(guān)Q1、變壓器T2等，在數(shù)字仿真器配套建模軟件搭建根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及參數(shù)搭建交流系統(tǒng)仿真模型；根據(jù)換流閥電抗器、換流閥拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其具體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示，電容值、半控型器件等組成橋臂電抗器和換流閥等設(shè)備的參數(shù)，在數(shù)字仿真配套建模軟件通過模型元件搭建換流閥及橋臂電抗仿真模型；根據(jù)換流站直流側(cè)線路的接線方式、線纜類型、線纜長度、高度等實(shí)際參數(shù)，在數(shù)字仿真配套建模軟件通過模型元件搭建直流線路模型。按照實(shí)際拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將上述各數(shù)字模型進(jìn)行相互連接，完成基于模塊化多電平的柔性直流輸電相關(guān)一次系統(tǒng)數(shù)字模型。其一次模型搭建示意圖如圖3所示。
[0031]本發(fā)明接口的實(shí)施方案如圖4所示，實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器中柔性直流相關(guān)一次系統(tǒng)數(shù)字模型運(yùn)算得到的換流變系統(tǒng)側(cè)交流電壓、換流變閥側(cè)交流電壓、電流送往功率放大器，經(jīng)過功率放大器的線性放大后送往控制保護(hù)設(shè)備的交流模擬量輸入板卡進(jìn)行采樣；換流閥直流側(cè)電壓、電流、橋臂電流等電壓電流信號(hào)經(jīng)過實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的模擬量輸出板卡直接送往控制保護(hù)設(shè)備的直流模擬量輸入板卡進(jìn)行采樣；交流側(cè)斷路器和直流側(cè)隔離開關(guān)的位置狀態(tài)等開關(guān)狀態(tài)通過仿真器的開關(guān)量輸出板經(jīng)過端子式繼電器的電平轉(zhuǎn)換后再送往控制保護(hù)設(shè)備的開關(guān)量輸入板卡，控制保護(hù)設(shè)備對(duì)交流側(cè)斷路器和直流策略隔離刀閘等的開關(guān)分合命令由控制保護(hù)設(shè)備的開關(guān)量輸出板經(jīng)過端子式繼電器轉(zhuǎn)換后再送往實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的開關(guān)量輸入板卡；實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器模擬輸出的基于模塊化多電平的柔性直流輸電換流閥子模塊電容電壓和子模塊故障狀態(tài)經(jīng)過換流閥內(nèi)部模擬量和脈沖擴(kuò)展板與控制保護(hù)設(shè)備的換流閥控制設(shè)備的每個(gè)子模塊輸入端相連；控制保護(hù)設(shè)備閥控制設(shè)備經(jīng)過一系列運(yùn)算后，觸發(fā)脈沖信號(hào)經(jīng)過內(nèi)部模擬量和脈沖擴(kuò)展板與實(shí)時(shí)數(shù)字仿真設(shè)備相連，完成對(duì)數(shù)字仿真模型中換流閥觸發(fā)的精確控制。
[0032]通過上述方式，基于模塊化多電平的柔性直流輸電實(shí)際控制保護(hù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真模型的精確控制，完成對(duì)控制保護(hù)設(shè)備的功能性測(cè)試和動(dòng)態(tài)性能測(cè)試。
[0033]以上實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種柔性直流輸電系統(tǒng)控制保護(hù)系統(tǒng)的閉環(huán)試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:包括實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器、接口硬件設(shè)備和基于模塊化多電平的柔性直流輸電裝置的控制保護(hù)設(shè)備，所述接口硬件設(shè)備包括功率放大器、端子式繼電器與換流閥內(nèi)部模擬量和脈沖擴(kuò)充板；實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的交流電壓及電流信號(hào)輸出端通過接口硬件設(shè)備中的功率放大器與控制保護(hù)設(shè)備的交流模擬量輸入端連接，實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的直流電壓及電流信號(hào)輸出端直接與控制保護(hù)設(shè)備的直流模擬量輸入端連接；實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的開關(guān)狀態(tài)信號(hào)輸出端通過接口硬件設(shè)備的端子式繼電器與控制保護(hù)設(shè)備的開關(guān)量輸入端連接，控制保護(hù)設(shè)備的開關(guān)分合命令信號(hào)輸出端通過接口硬件設(shè)備的端子式繼電器與實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的開關(guān)量輸入端連接；實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器模擬輸出的基于模塊化多電平的柔性直流換流閥子模塊電容電壓和子模塊故障狀態(tài)經(jīng)過接口硬件設(shè)備的換流閥內(nèi)部模擬量和脈沖擴(kuò)展板與控制保護(hù)設(shè)備的換流閥控制設(shè)備的每個(gè)子模塊輸入端相連，而控制保護(hù)設(shè)備的閥控制設(shè)備脈沖信號(hào)經(jīng)過接口硬件設(shè)備的換流閥內(nèi)部模擬量和脈沖擴(kuò)展板與實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的脈沖輸入端相連。
2.如權(quán)利要求1所述的柔性直流輸電系統(tǒng)控制保護(hù)系統(tǒng)的閉環(huán)試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器采用奶03或奶-1^8實(shí)時(shí)仿真裝置。
【文檔編號(hào)】G05B23/02GK104423373SQ201310373655
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月23日
【發(fā)明者】饒宏, 田杰, 黎小林, 李巖, 李鋼, 董云龍, 王珂 申請(qǐng)人:南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司, 南京南瑞繼保電氣有限公司