交流控制保護裝置頻率適應性的閉環試驗系統及試驗方法
【專利摘要】本發明是一種交流控制保護裝置頻率適應性閉環試驗系統及方法。包括仿真工作站、實時數字仿真器、端子式繼電器、功率放大器、直流實際控制保護裝置、交流實際控制保護裝置、以太網絡,仿真工作站通過以太網絡與實時數字仿真器連接，實時數字仿真器通過模擬量輸出接口板卡與直流實際控制保護裝置連接，直流實際控制保護裝置通過數字量輸入接口板卡與實時數字仿真器連接；實時數字仿真器通過模擬量輸出接口板卡經功率放大器與交流實際控制保護裝置連接，實時數字仿真器通過數字量輸出接口板卡經端子式繼電器與交流實際控制保護裝置連接，交流實際控制保護裝置通過數字量輸入接口板卡與實時數字仿真器連接。本發明簡單、實用，可方便、快速開展多種適應性試驗。
【專利說明】交流控制保護裝置頻率適應性的閉環試驗系統及試驗方法
【技術領域】
[0001]本發明是一種交流控制保護裝置頻率適應性的閉環試驗系統及試驗方法，特別是一種直流孤島運行下交流控制保護裝置頻率適應性的實時數字閉環試驗系統及其試驗方法，屬于直流孤島運行下交流控制保護裝置頻率適應性的閉環試驗系統及試驗方法的創新技術。
【背景技術】
[0002]直流輸電具有輸電線路長、輸電容量巨大的優點，可以高效地把資源相對豐富地區的電能送往資源緊缺地區，但因其輸電容量巨大，也對電網的穩定性提出了全新的挑戰:直流系統在常規聯網運行方式下，一旦發生雙極閉鎖，巨大的潮流瞬間轉移將嚴重威脅電網安全穩定運行。直流送端孤島運行是應對這威脅的最有效手段，同時能夠提高直流的輸送能力。。
[0003]因直流孤島運行在國內外尚未有運行先例，其運行方式存在一定的安全風險，在直流孤島運行現場調試中發生過直流單極閉鎖同時發生交流系統故障，交流控制保護裝置誤動的情況。常規的交流控制保護裝置試驗通常在工頻情況下進行，其在直流孤島運行單極閉鎖導致電網頻率振蕩工況下的可靠性尚未有過驗證。截止目前，國內外，檢測直流孤島運行下交流控制保護裝置頻率適應性的仿真模型和仿真平臺尚無可參考，對如何試驗檢測直流孤島運行下交流控制保護裝置頻率適應性缺乏行之有效的手段與方法。傳統動模試驗僅可對控制保護裝置的絕緣水平、電磁兼容和抗干擾等性能進行測試，但對控制保護功能、邏輯的正確性、可靠性則難于測試。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于考慮上述問題而提供一種方便、靈活，可快速開展多類型的交流控制保護裝置頻率適應性試驗的閉環試驗系統。
[0005]本發明的另一目的在于提供一種簡單、方便的交流控制保護裝置頻率適應性的閉環試驗系統的試驗方法。
[0006]本發明的技術方案是:本發明交流控制保護裝置頻率適應性的閉環試驗系統，包括有建立電網模型的仿真工作站、實時數字仿真器、模擬量輸出接口板卡、數字量輸出接口板卡、數字量輸入接口板卡、端子式繼電器、功率放大器、直流實際控制保護裝置、交流實際控制保護裝置、以太網絡，其中仿真工作站通過以太網絡與實時數字仿真器連接，實時數字仿真器通過模擬量輸出接口板卡向直流實際控制保護裝置輸出電壓、電流模擬量，直流實際控制保護裝置通過數字量輸入接口板卡向實時數字仿真器返回控制命令數字量；實時數字仿真器通過模擬量輸出接口板卡經功率放大器向交流實際控制保護裝置輸出交流電壓、電流量，實時數字仿真器通過數字量輸出接口板卡經端子式繼電器向交流實際控制保護裝置輸出開關位置信號，交流實際控制保護裝置通過數字量輸入接口板卡將開關跳閘、重合閘命令返回至實時數字仿真器。[0007]上述實時數字仿真器為RTDS實時數字仿真器。
[0008]本發明交流控制保護裝置頻率適應性閉環試驗系統的試驗方法，包括如下步驟:
1)根據直流孤島運行下交流控制保護裝置的一次直流、交流系統設備參數及線路參數，建立直流孤島運行下交直流控制保護裝置一次系統實時數字仿真模型；
2)通過實時數字仿真器建立直流孤島運行下交流控制保護裝置一次系統數字仿真模
型；
3)在實時數字仿真器上運行進行實時數字仿真；
4)實時數字仿真器通過接口板卡分別與直流實際控制保護裝置和交流實際控制保護裝置連接，構成實時數字仿真閉環試驗系統，從而對直流孤島運行下交流控制保護裝置頻率適應性進行詳細測試。
[0009]上述直流孤島運行下交直流控制保護裝置一次系統實時數字仿真模型的搭建過程為:
1)根據交流系統的發電機、變壓器、交流線路、斷路器、線路高抗、等值電源設備的實際參數并進行一定等值，按照電網的實際構架搭建直流孤島運行下交流控制保護裝置一次交流系統數字仿真模型；
2)根據直流系統的換流閥組、換流變壓器、交流濾波器、直流濾波器、直流輸電線路、接地極線路、斷路器、隔離開關設備的實際結構和參數，搭建直流孤島運行下交流控制保護裝置一次直流系統的數字仿真模型；
3)建立直流孤島運行下交流控制保護裝置一次交流系統數字仿真模型與交流實際控制保護裝置的接口模型，通過接口板卡輸出或輸入相關數字量或模擬量；
4)建立直流孤島運行下交流控制保護裝置一次直流系統數字仿真模型與直流實際控制保護裝置的接口模型，通過接口板卡輸出或輸入相關數字量或模擬量。
[0010]本發明由于采用實時數字仿真器通過接口硬件設備分別與直流實際控制保護裝置和交流實際控制保護裝置相連接，構成直流孤島運行下交流控制保護裝置頻率適應性閉環試驗系統，滿足方便進行不同故障點、故障類型和故障時間設置，故障后試驗系統可快速恢復至正常運行狀態的試驗特點。本發明是一種設計靈活，性能可靠，簡單實用的直流孤島運行下交流控制保護裝置頻率適應性的閉環試驗系統及其試驗方法。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明一次系統的主要設備及拓撲結構示意圖；
圖2為本發明一次系統數字模型搭建的示意圖；
圖3為本發明的實時數字閉環試驗系統的結構示意圖。
[0012]【具體實施方式】:
本發明直流孤島運行下交流控制保護裝置頻率適應性的閉環試驗系統，包括有建立電網模型的仿真工作站1、實時數字仿真器2、模擬量輸出接口板卡3、數字量輸出接口板卡4、數字量輸入接口板卡5、端子式繼電器6、功率放大器7、直流實際控制保護裝置8、交流實際控制保護裝置9、以太網絡10，其中仿真工作站I通過以太網絡10與實時數字仿真器2連接，實時數字仿真器2通過模擬量輸出接口板卡3向直流實際控制保護裝置8輸出電壓、電流模擬量，直流實際控制保護裝置8通過數字量輸入接口板卡5向實時數字仿真器2返回控制命令數字量；實時數字仿真器2通過模擬量輸出接口板卡3經功率放大器7向交流實際控制保護裝置9輸出交流電壓、電流量，實時數字仿真器2通過數字量輸出接口板卡4經端子式繼電器6向交流實際控制保護裝置9輸出開關位置信號，交流實際控制保護裝置9通過數字量輸入接口板卡5將開關跳閘、重合閘命令返回至實時數字仿真器2。
[0013]本實施例中，上述實時數字仿真器I為RTDS實時數字仿真器。
[0014]本發明直流孤島運行下交流控制保護裝置頻率適應性閉環試驗系統的試驗方法，包括如下步驟:
1)根據直流孤島運行下交流控制保護裝置的一次直流、交流系統設備參數及線路參數，建立直流孤島運行下交直流控制保護裝置一次系統實時數字仿真模型；
2)利用實時數字仿真器2的建模軟件，建立直流孤島運行下交流控制保護裝置一次系統數字仿真模型的數字試驗程序；
3)利用實時數字仿真器2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2上運行；
4)實時數字仿真器2通過接口板卡分別與直流實際控制保護裝置8和交流實際控制保護裝置9連接，構成實時數字仿真閉環試驗系統，從而對直流孤島運行下交流控制保護裝置頻率適應性進行詳細測試；
上述直流孤島運行下交直流控制保護裝置一次系統實時數字仿真模型的搭建過程
為:
1)根據交流系統的發電機、變壓器、交流線路、斷路器、線路高抗、等值電源等設備的實際參數并進行一定等值，按照電網的實際構架搭建直流孤島運行下交流控制保護裝置一次交流系統數字仿真模型；
2)根據直流系統的換流閥組、換流變壓器、交流濾波器、直流濾波器、直流輸電線路、接地極線路、斷路器、隔離開關等設備的實際結構和參數，搭建直流孤島運行下交流控制保護裝置一次直流系統的數字仿真模型；
3)建立直流孤島運行下交流控制保護裝置一次交流系統數字仿真模型與交流實際控制保護裝置9的接口模型，通過接口板卡輸出或輸入相關數字量或模擬量；
4)建立直流孤島運行下交流控制保護裝置一次直流系統數字仿真模型與直流實際控制保護裝置8的接口模型，通過接口板卡輸出或輸入相關數字量或模擬量；
本直流孤島運行下交流控制保護裝置頻率適應性試驗一次系統的主要設備包括交流系統的發電機、變壓器、交流線路、斷路器、等值電源，直流系統有換流閥組、換流變壓器、交流濾波器、直流濾波器、直流輸電線路、接地極線路、斷路器、隔離開關，其拓撲結構如圖1.本發明根據一次系統結構和參數搭建的直流孤島運行下交流控制保護裝置頻率適應性試驗一次系統的數字仿真模型如圖2所示，包含有交流系統模型和直流系統模型兩部分:
I)交流系統建模:根據發電機的等值參數，采用仿真器建模軟件模型庫中的同步發電機模型并輸入對應參數，同時根據發電機的調速、勵磁、穩定器參數，搭建出發電機及其調速、勵磁、穩定器數字模型；根據交流系統的線路參數類型，采用仿真器建模軟件模型庫中的集中參數線路模型，在模型元件參數菜單中輸入對應參數，搭建交流線路數字仿真模型；同理，根據變壓器、斷路器、線路高抗、等值電源等設備參數，在仿真器建模軟件模型庫中選擇對應模型并輸入對應參數，搭建變壓器、斷路器、線路高抗、等值電源等設備的數字仿真模型；
2)直流系統建模:根據換流閥組、換流變壓器、交流濾波器、直流濾波器、直流輸電線路、接地極線路、斷路器、隔離開關的實際參數，在仿真器建模軟件模型庫中選擇對應模型并輸入對應參數，，搭建換流閥組、換流變壓器、交流濾波器、直流濾波器、直流輸電線路、接地極線路、斷路器、隔離開關等設備的數字仿真模型；
按電網實際拓撲結構，將上述交流系統模型和直流系統模型進行相互連接，完成直流孤島運行下交流控制保護裝置頻率適應性試驗一次系統的數字仿真建模。
[0015]本發明的接口實施方案如圖3，仿真器中的一次系統數字仿真模型運算得到的直流系統換流變交流母線側交流電壓、電流，換流閥組的交流電流，高壓直流母線、直流線路、中性母線、接地極母線、接地極線路的直流電壓、電流，通過仿真器的模擬量輸出接口板卡直接輸出至直流實際控制保護裝置的模擬量輸入卡進行采集計算；直流實際控制保護裝置對采集的模擬量進行計算后得到的換流變分接頭信號、閥觸發脈沖信號、斷路器和隔離刀閘的開斷控制命令，通過保護裝置的數字量輸出卡輸出至仿真器的數字量輸入接口板卡，經數字量輸入接口板卡的A/D轉換輸入值數字仿真器；交流系統的發電機電流、母聯電流、交流線路電壓和電流由數字仿真器經模擬量輸出接口板卡送往功率放大器，經功率放大器按照設定比例線性放大后送往交流實際控制保護裝置的模擬量輸入卡進行采集計算；交流線路的斷路器位置信號由仿真器的數字量輸出接口板卡送往端子式繼電器，經端子式繼電器的電平隔離后送往交流實際控制保護裝置的數字量輸入板卡進行采集計算；交流實際控制保護裝置對采集的模擬量、數字量進行計算后，通過數字輸入接口板卡向數字仿真器輸入斷路器的跳閘或重合閘命令。
【權利要求】
1.一種交流控制保護裝置頻率適應性的閉環試驗系統，其特征在于包括有建立電網模型的仿真工作站(I)、實時數字仿真器(2 )、模擬量輸出接口板卡(3 )、數字量輸出接口板卡(4)、數字量輸入接口板卡(5)、端子式繼電器(6)、功率放大器(7)、直流實際控制保護裝置(8)、交流實際控制保護裝置(9)、以太網絡(10)，其中仿真工作站(I)通過以太網絡(10)與實時數字仿真器(2)連接，實時數字仿真器(2)通過模擬量輸出接口板卡(3)向直流實際控制保護裝置(8)輸出電壓、電流模擬量，直流實際控制保護裝置(8)通過數字量輸入接口板卡(5)向實時數字仿真器(2)返回控制命令數字量；實時數字仿真器(2)通過模擬量輸出接口板卡(3)經功率放大器(7)向交流實際控制保護裝置(9)輸出交流電壓、電流量，實時數字仿真器(2)通過數字量輸出接口板卡(4)經端子式繼電器(6)向交流實際控制保護裝置(9 )輸出開關位置信號，交流實際控制保護裝置(9 )通過數字量輸入接口板卡(5 )將開關跳閘、重合閘命令返回至實時數字仿真器(2 )。
2.根據權利要求1所述的交流控制保護裝置頻率適應性試驗系統，其特征在于上述實時數字仿真器(I)為RTDS實時數字仿真器。
3.一種根據權利要求1所述的交流控制保護裝置頻率適應性閉環試驗系統的試驗方法，其特征在于包括如下步驟: 1)根據直流孤島運行下交流控制保護裝置的一次直流、交流系統設備參數及線路參數，建立直流孤島運行下交直流控制保護裝置一次系統實時數字仿真模型； 2)通過實時數字仿真器(2)建立直流孤島運行下交流控制保護裝置一次系統數字仿真模型； 3)在實時數字仿真器(2)上運行進行實時數字仿真； 4)實時數字仿真器(2)通過接口板卡分別與直流實際控制保護裝置(8)和交流實際控制保護裝置(9)連接，構成實時數字仿真閉環試驗系統，從而對直流孤島運行下交流控制保護裝置頻率適應性進行詳細測試。
4.根據權利要求3所述的交流控制保護裝置頻率適應性閉環試驗系統的試驗方法，其特征在于上述直流孤島運行下交直流控制保護裝置一次系統實時數字仿真模型的搭建過程為: 1)根據交流系統的發電機、變壓器、交流線路、斷路器、線路高抗、等值電源設備的實際參數并進行一定等值，按照電網的實際構架搭建直流孤島運行下交流控制保護裝置一次交流系統數字仿真模型； 2)根據直流系統的換流閥組、換流變壓器、交流濾波器、直流濾波器、直流輸電線路、接地極線路、斷路器、隔離開關設備的實際結構和參數，搭建直流孤島運行下交流控制保護裝置一次直流系統的數字仿真模型； 3)建立直流孤島運行下交流控制保護裝置一次交流系統數字仿真模型與交流實際控制保護裝置(9)的接口模型，通過接口板卡輸出或輸入相關數字量或模擬量； 4)建立直流孤島運行下交流控制保護裝置一次直流系統數字仿真模型與直流實際控制保護裝置(8 )的接口模型，通過接口板卡輸出或輸入相關數字量或模擬量。
【文檔編號】G05B23/02GK103760893SQ201410034921
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月24日 優先權日:2014年1月24日
【發明者】蔡海青, 黃立濱, 韓偉強, 胡云 申請人:南方電網科學研究院有限責任公司