柔性直流輸電系統控制保護系統的閉環試驗系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種柔性直流輸電系統控制保護系統的閉環試驗系統，包括實時數字仿真器、接口硬件設備和基于模塊化多電平的柔性直流輸電裝置的控制保護設備，所述接口硬件設備包括功率放大器、端子式繼電器與換流閥內部模擬量和脈沖擴充板；所述實時數字仿真器通過接口硬件設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設備，形成閉環試驗系統。此種閉環試驗系統具有簡單靈活的特點，可方便快速地實現對整個基于模塊化多電平的柔性直流輸電實際控制保護系統裝置的測試。
【專利說明】柔性直流輸電系統控制保護系統的閉環試驗系統

【技術領域】
[0001]本發明屬于電力電子【技術領域】，特別涉及一種基于模塊化多電平的柔性直流輸電系統控制保護系統的閉環試驗系統。

【背景技術】
[0002]隨著電力電子器件和控制技術的進步，柔性直流容量和電壓等級越來越高。基于模塊化多電平的柔性直流輸電因其易于實現新能源并網、黑啟動、功率反轉、構建多端直流系統等諸多優點，而越來越得到廣泛應用。
[0003]基于模塊化多電平的柔性直流輸電裝置在研發及功能測試階段需要模擬現場情況作閉環試驗，以調整與驗證控制系統的穩態和動態性能。閉環試驗常用的方法構建物理原型機，構建物理原型機的方法是將換流閥等一次系統設備按照一定的容量比例進行縮小，并按照實際拓撲結構搭建成小容量的動態模擬試驗系統，并通過接口設備與實際控制保護設備連接形成閉環系統來完成各種動態試驗。
[0004]基于模塊化多電平的柔性直流輸電控制保護系統裝置的試驗具有以下特點:
[0005](I)基于模塊化多電平的柔性直流輸電裝置根據各站的實際情況單獨計算與設計換流閥等一次設備的參數，每套基于模塊化多電平的柔性直流輸電裝置的設備參數和換流閥子模塊個數均不相同；
[0006](2)基于模塊化多電平的柔性直流輸電裝置模型較為復雜，隨著容量的上升，子模塊數越來越來，導致搭建動模系統造價越來越高；
[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(例如風電接入)接入，通過搭建原型機完整模擬整個系統試驗幾乎無法實現。
[0008]由于以上原因，采用動態模型測試方法對基于模塊化多電平的柔性直流輸電的控制保護系統進行功能及動態性能測試顯得非常不經濟，并且變動動態模型設備及參數的施工周期較長，對整個柔性直流系統進行完整模擬往往不能實現。目前，對基于模塊化多電平柔性直流輸電控制保護進行測試，主要依靠離線仿真進行模擬，但離線仿真的調度系統、執行周期、運行參數等不能準備模擬實際控制保護設備，不能準確模擬控制保護系統的穩態和動態性能，不能很好地指導實踐。目前，基于模塊化多電平柔性直流輸電實際控制保護裝置還未有較好的測試方式。隨著數字處理技術、數字信號技術和并行計算技術等的發展，利用實時仿真設備，與基于模塊化多電平柔性直流輸電控制保護設備構成閉環測試系統，使對實際控制保護設備進行穩態和動態性能進行測試成為一種可能。本案即是基于此種考慮而產生。


【發明內容】

[0009]本發明的目的，在于提供一種柔性直流輸電系統控制保護系統的閉環試驗系統，其具有簡單靈活的特點，可方便快速地實現對整個基于模塊化多電平的柔性直流輸電實際控制保護系統裝置的測試。
[0010]為了達成上述目的，本發明的解決方案是:
[0011]一種柔性直流輸電系統控制保護系統的閉環試驗系統，包括實時數字仿真器、接口硬件設備和基于模塊化多電平的柔性直流輸電裝置的控制保護設備，所述接口硬件設備包括功率放大器、端子式繼電器與換流閥內部模擬量和脈沖擴充板；實時數字仿真器的交流電壓及電流信號輸出端通過接口硬件設備中的功率放大器與控制保護設備的交流模擬量輸入端連接，實時數字仿真器的直流電壓及電流信號輸出端直接與控制保護設備的直流模擬量輸入端連接；實時數字仿真器的開關狀態信號輸出端通過接口硬件設備的端子式繼電器與控制保護設備的開關量輸入端連接，控制保護設備的開關分合命令信號輸出端通過接口硬件設備的端子式繼電器與實時數字仿真器的開關量輸入端連接；實時數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經過接口硬件設備的換流閥內部模擬量和脈沖擴展板與控制保護設備的換流閥控制設備的每個子模塊輸入端相連，而控制保護設備的閥控制設備脈沖信號經過接口硬件設備的換流閥內部模擬量和脈沖擴展板與實時數字仿真器的脈沖輸入端相連。
[0012]上述實時數字仿真器采用RTDS或RT-LAB實時仿真裝置。
[0013]采用上述方案后，本發明通過實時仿真設備構建柔性直流輸電控制保護系統閉環試驗系統，將改變以前電力電子裝置靠搭建原型機予以物理驗證的單一技術手段，克服物理原型機驗證周期長、成本高和缺乏靈活性的缺點，為基于可關斷器件電力電子控制保護裝置提供較為全面的試驗驗證。本發明的實施將實現對基于模塊化多電平柔性直流輸電形成較為完整閉環測試驗證，從而縮短工程的開發、設計和建設周期，減少工程成本。基于模塊化多電平柔性直流輸電控制保護系統的閉環試驗系統由實時數字仿真器和控制保護設備構成。通過選擇合適的數字模型元件，根據實際工程拓撲結構并輸入相應的參數即可構建成適合特定工程需要的數字模型，將各電力設備對應的數字模型按照實際拓撲結構進行連接，就形成了一次系統模型程序。利用數字仿真器配套的編譯軟件將模型程序進行編譯后，下載到數字仿真器的處理器板卡中進行運算。數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設備相連接，完成數字仿真器與實際控制保護設備的接口。
[0014]本發明由于采用實時數字仿真器與基于模塊化多電平的柔性直流輸電控制保護構成閉環系統的結構，可方便、快速地修改一次設備的參數及拓撲結構，滿足不同基于模塊化多電平的柔性直流輸電工程的試驗需求；同時通過實時仿真器搭建基于模塊化多電平的柔性直流輸電控制保護系統閉環系統試驗系統，能夠實現對大型和多端基于模塊化多電平的柔性直流輸電系統控制保護系統進行測試。

【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一次系統的的拓撲結構示意圖(以兩端基于模塊化多電平的柔性直流輸電系統為例說明)；
[0016]圖2是基于模塊化多電平換流器拓撲結構及子模塊拓撲結構；
[0017]圖3是基于模塊化多電平的柔性直流輸電相關一次系統數字模塊搭建的示意圖；
[0018]圖4是本發明實時數字閉環試驗系統的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0019]以下將結合附圖，對本發明的技術方案進行詳細說明。
[0020]如圖4所示，本發明提供一種柔性直流輸電系統控制保護系統的閉環試驗系統，包括實時數字仿真器1、接口硬件設備2和基于模塊化多電平的柔性直流輸電裝置的控制保護設備3，所述實時數字仿真器I通過接口硬件設備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設備3，形成閉環試驗系統。
[0021]所述接口硬件設備2包括功率放大器、端子式繼電器與換流閥內部模擬量和脈沖擴充板，上述部件使用與否及數量均可根據仿真需要靈活選配。
[0022]實時數字仿真器I的交流電壓及電流信號輸出端通過接口硬件設備2中的功率放大器與控制保護設備3的交流模擬量輸入端連接，實時數字仿真器I的直流電壓及電流信號輸出端直接與控制保護設備3的直流模擬量輸入端連接；實時數字仿真器I的開關狀態信號輸出端通過接口硬件設備2的端子式繼電器與控制保護設備3的開關量輸入端連接，控制保護設備3的開關分合命令信號輸出端通過接口硬件設備2的端子式繼電器與實時數字仿真器I的開關量輸入端連接；實時數字仿真器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經過接口硬件設備2的換流閥內部模擬量和脈沖擴展板與控制保護設備3的換流閥控制設備的每個子模塊輸入端相連，而控制保護設備3的閥控制設備脈沖信號經過接口硬件設備2的換流閥內部模擬量和脈沖擴展板與實時數字仿真器I的脈沖輸入端相連。
[0023]在本實施例中，實時數字仿真器I采用RTDS或RT-LAB實時仿真裝置。
[0024]本發明在實施時，包括如下步驟:
[0025]I)根據基于模塊化多電平的柔性直流輸電裝置的一次系統設備拓撲及參數和交流系統參數，建立基于模塊化多電平的柔性直流輸電相關一次系統數字仿真模型；
[0026]2)利用實時數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一次系統數字仿真模型的數字試驗程序；
[0027]3)利用實時數字仿真器配套的程序編譯軟件將數字試驗程序編譯，并下載到實時數字仿真器上運行；
[0028]4)實時數字仿真器模擬的交流電壓及電流、直流電壓及電流、開關狀態和開關分合命令通過電纜實現實時數字仿真設備與實際控制保護系統相連，實時數字仿真器模擬的換流閥內部模擬量輸出、故障輸出和脈沖輸入通過電纜或光纜與實際控制保護設備相連，構建閉環仿真系統，從而實現對基于模塊化多電平的柔性直流輸電控制保護系統的功能和動態性能進行詳細測試。
[0029]本發明基于模塊化多電平的柔性直流輸電相關的一次系統主要設備包括風力發電廠、交流等值系統、發電機、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的斷路器、隔離刀閘、接地刀閘，其兩端拓撲結構如圖1所示，其中包含了若干電壓、電流的測量量:換流閥變交流系統側母線電壓電流、換流閥閥側電壓電流、各橋臂電流、直流電壓電流等。
[0030]本發明根據拓撲結構及一次設備的參數搭建的柔性直流相關一次系統的數字仿真模型如圖1所示，根據換流站交流側拓撲結構及接線方式，如圖1所示的與站I相連的風電場、變壓器Tl、交流開關Q1、變壓器T2等，在數字仿真器配套建模軟件搭建根據拓撲結構及參數搭建交流系統仿真模型；根據換流閥電抗器、換流閥拓撲結構，其具體拓撲結構如圖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備的參數，在數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；根據換流站直流側線路的接線方式、線纜類型、線纜長度、高度等實際參數，在數字仿真配套建模軟件通過模型元件搭建直流線路模型。按照實際拓撲結構，將上述各數字模型進行相互連接，完成基于模塊化多電平的柔性直流輸電相關一次系統數字模型。其一次模型搭建示意圖如圖3所示。
[0031]本發明接口的實施方案如圖4所示，實時數字仿真器中柔性直流相關一次系統數字模型運算得到的換流變系統側交流電壓、換流變閥側交流電壓、電流送往功率放大器，經過功率放大器的線性放大后送往控制保護設備的交流模擬量輸入板卡進行采樣；換流閥直流側電壓、電流、橋臂電流等電壓電流信號經過實時數字仿真器的模擬量輸出板卡直接送往控制保護設備的直流模擬量輸入板卡進行采樣；交流側斷路器和直流側隔離開關的位置狀態等開關狀態通過仿真器的開關量輸出板經過端子式繼電器的電平轉換后再送往控制保護設備的開關量輸入板卡，控制保護設備對交流側斷路器和直流策略隔離刀閘等的開關分合命令由控制保護設備的開關量輸出板經過端子式繼電器轉換后再送往實時數字仿真器的開關量輸入板卡；實時數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經過換流閥內部模擬量和脈沖擴展板與控制保護設備的換流閥控制設備的每個子模塊輸入端相連；控制保護設備閥控制設備經過一系列運算后，觸發脈沖信號經過內部模擬量和脈沖擴展板與實時數字仿真設備相連，完成對數字仿真模型中換流閥觸發的精確控制。
[0032]通過上述方式，基于模塊化多電平的柔性直流輸電實際控制保護實現了對實時數字仿真模型的精確控制，完成對控制保護設備的功能性測試和動態性能測試。
[0033]以上實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護范圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種柔性直流輸電系統控制保護系統的閉環試驗系統，其特征在于:包括實時數字仿真器、接口硬件設備和基于模塊化多電平的柔性直流輸電裝置的控制保護設備，所述接口硬件設備包括功率放大器、端子式繼電器與換流閥內部模擬量和脈沖擴充板；實時數字仿真器的交流電壓及電流信號輸出端通過接口硬件設備中的功率放大器與控制保護設備的交流模擬量輸入端連接，實時數字仿真器的直流電壓及電流信號輸出端直接與控制保護設備的直流模擬量輸入端連接；實時數字仿真器的開關狀態信號輸出端通過接口硬件設備的端子式繼電器與控制保護設備的開關量輸入端連接，控制保護設備的開關分合命令信號輸出端通過接口硬件設備的端子式繼電器與實時數字仿真器的開關量輸入端連接；實時數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經過接口硬件設備的換流閥內部模擬量和脈沖擴展板與控制保護設備的換流閥控制設備的每個子模塊輸入端相連，而控制保護設備的閥控制設備脈沖信號經過接口硬件設備的換流閥內部模擬量和脈沖擴展板與實時數字仿真器的脈沖輸入端相連。
2.如權利要求1所述的柔性直流輸電系統控制保護系統的閉環試驗系統，其特征在于:所述實時數字仿真器采用奶03或奶-1^8實時仿真裝置。
【文檔編號】G05B23/02GK104423373SQ201310373655
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月23日 優先權日:2013年8月23日
【發明者】饒宏, 田杰, 黎小林, 李巖, 李鋼, 董云龍, 王珂 申請人:南方電網科學研究院有限責任公司, 南京南瑞繼保電氣有限公司