專利名稱：一種基于rtds的直流控制保護仿真裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電氣測量領域，尤其涉及一種用于高壓直流輸電設備的直流控制保護系統仿真研究的仿真測試裝置。
背景技術：
電力需求的不斷增長導致了輸電系統向長距離、大容量和高穩定性的方向發展。隨著各電網區域內的特高壓交流輸電工程和高壓直流輸電工程的建設項目不斷增加，用電量集中區域的電網呈現出明顯的多直流饋入的特高壓交直流混聯受端電網特征，電網結構緊密，多條交直流線路之間電氣距離更加緊密，特高壓和超高壓交流系統故障后，易引發包含高壓直流在內的多條直流同時換相失敗，而多回直流的換相失敗其恢復過程又將對交流系統產生較大沖擊，如果各直流系統的恢復策略配合不當，則還有可能導致多條直流同時發生連續的換相失敗，甚至引發直流閉鎖。多回直流同時發生雙極閉鎖，大量潮流大范圍轉移或將引發系統穩定問題。這種交直流系統間的交互作用給特高壓交直流混聯受端電網的安全運行帶來巨大挑戰。因此，在高壓直流輸電工程的研究或設計階段，必須對交直流系統間的交互作用給特高壓交直流混聯受端電網的穩定性進行試驗和仿真，并參照試驗和仿真結果，對研究或設計的結果進行驗證，對系統的穩定性進行評估。中國實用新型專利“一種多饋入直流輸電系統實時數字仿真模型”(實用新型專利號:ZL201210532559.X授權公告號:CN102945004A)公開了多饋入直流輸電系統實時數字仿真模型，其包括多個并聯的等值超高壓直流輸電系統，所述超高壓直流輸電系統包括一次系統實時數字仿真模型和二次系統實時數字仿真模型；所述一次系統實時數字仿真模型包括換流站和直流輸電線路，所述換流站設置在直流輸電線路的兩端；所述二次系統實時數字仿真模型包括換流站控制系統和保護系統，所述換流站控制系統和保護系統與換流站連接，用于控制和保護換流站的運行。通過換流站控制系 統和保護系統對換流站運行的控制和保護，避免交流系統故障后易引發多回直流同時故障和多回直流故障及其恢復過程對交流系統產生的沖擊。但是，該仿真模型沒有涉及直流控制保護的仿真，無法真實地模擬反映高壓直流輸電直流控制保護系統的運行狀態。
實用新型內容本實用新型的目的是要提供一種基于RTDS的直流控制保護仿真裝置，其可真實地模擬反映高壓直流輸電直流控制保護的情況，為直流控制保護裝置的研究或設計提供相應的仿真結果，解決為直流控制保護裝置的研究或設計提供驗證平臺的技術問題。本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案是:一種基于RTDS的直流控制保護仿真裝置，用于高壓直流輸電設備的直流控制保護系統的仿真，所述的基于RTDS的直流控制保護仿真裝置包括控制單元，直流系統保護單元和運行控制工作站，以及用于對高壓直流輸電設備進行實時數字仿真的RTDS實時數字仿真儀，所述的高壓直流輸電設備包括連接在一次回路的交流濾波器投切裝置，換流變壓器和晶閘管換流器，其特征在于:所述的控制單元包括換流器觸發角控制模塊，觸發脈沖產生模塊，極功率控制模塊和過負荷控制模塊；所述的運行控制工作站通過極功率控制模塊連接到所述的換流器觸發角控制模塊；所述的換流器觸發角控制模塊通過所述的觸發脈沖產生模塊，連接到所述的晶閘
管換流器；所述的直流系統保護單元連接到所述的換流器觸發角控制模塊，在直流系統故障狀態時向傳送換流器觸發角控制模塊閉鎖信號。本實用新型的基于RTDS的直流控制保護仿真裝置的一種較佳的技術方案，其特征在于所述的控制單元還包括角度、電流電壓基準值計算模塊和換流變分接頭控制模塊；所述的角度、電流電壓基準值計算模塊連接到所述的換流器觸發角控制模塊，并通過換流變分接頭控制模塊連接到所述換流變壓器的分接頭。本實用新型的基于RTDS的直流控制保護仿真裝置的一種更好的技術方案，其特征在于所述的控制單元還包括無功功率控制模塊；所述的運行控制工作站通過無功功率控制模塊連接到所述的交流濾波器投切裝置。本實用新型的基于RTDS的直流控制保護仿真裝置的一種改進的技術方案，其特征在于所述的直流控制保護仿真裝置為混合仿真裝置；所述的高壓直流輸電設備是RTDS仿真器實時數字仿真的虛擬設備；所述的控制單元和直流系統保護單元是用于直流控制保護裝置二次回路的真實設備；所述直流控制保護裝置連接到RTDS仿真器的接口。
`[0014]本實用新型的有益效果是:1.本實用新型的基于RTDS的直流控制保護仿真裝置可真實地模擬、反映直流控制保護裝置的運行狀態，為直流控制保護裝置的研究或設計提供相應的仿真結果；2.本實用新型的基于RTDS的直流控制保護仿真裝置具有跨平臺仿真測試的優點，既可以在真實環境以實際元件實現，又可以在虛擬環境中以計算機軟件來實現；3.本實用新型的基于RTDS的直流控制保護仿真裝置的混合仿真模式，通過RTDS仿真器實時仿真高壓直流輸電設備的一次高壓回路，配合采用直流控制保護裝置二次回路的真實設備，可以減輕RTDS仿真器的運算負擔，有利于提高仿真裝置的建模仿真精度。
圖1是本實用新型的基于RTDS的直流控制保護仿真裝置的電路原理圖。圖2是極功率控制模塊的電路原理圖。圖3是過負荷限制仿真模塊的電路原理圖。圖4是電壓和角度參考值計算模塊的電路原理圖。圖5是點火脈沖產生器模塊的電路原理圖。圖6是無功控制模塊的電路原理圖。以上圖中各部件的標號:100-高壓直流輸電設備，110-交流濾波器投切裝置，120-換流變壓器，130-晶閘管換流器，200-控制單元，210-角度、電流電壓基準值計算模塊，220-換流器觸發角控制模塊，230-觸發脈沖產生模塊，240-換流變分接頭控制模塊，250-極功率控制模塊，260-過負荷控制模塊，270-無功功率控制模塊，300-直流系統保護單元，900-運行控制工作站。2111 2114-第一至第四模式選擇開關，2121 2123-第一至第三極值選擇器，2131-第一速率限制器，2132-第二速率限制器，2141 2143-第一至第二減法器，2144-第一加法器，2151-第一比例兀件，2152-第二比例兀件，2161-第二施密特觸發器，2642-第五模式選擇開關，2323-第三加法器，2333-第三與門，2341-鎖相環，2342-角度弧度換算元件，2343-第六模式選擇開關，2351-第一觸發脈沖發生器，2352-第二觸發脈沖發生器，2510-電流指令計算單元，2511-第一除法器，2512-第三速率限制器，2513-第七模式選擇開關，2514-第二加法器，2520-雙極功率平衡控制單元，2521-第四速率限制器，2522-積分器，2523-反相器，2524-第八模式選擇開關，2611 2614-第一至第四比較器，2621-第一與門，2622-第二與門，2631 2633-第一至第三定時器，2641-第九模式選擇開關，2642-第十模式選擇開關，2711 2713-第一至第三算術運算元件，2721 2722-第一和第二斯密特觸發器，2731-第三比例元件，2741 2742-第三和第四與門，2751 2752-第四和第五定時器，INC_F_Q-濾波器無功上升信號端，DEC_F_Q-濾波器無功下降信號端，QCONTROL-無功控制信號端，QDCAC-無功計算值信號端，QDEAD-極限無功值信號端，QREF-無功參考值信號端，ALPHA_ORD-觸發角指令信號端UDREF_R-直流參考電壓信號，SET_VOLT-設定電壓輸入端，MAX⑶R-最大電流限制信號端，BIPOffER-功率信號輸入端，DB-點火觸發組件的解鎖信號輸入端，DeBlock-解鎖信號端，B2DB-雙極解鎖信號端，ALPHA_0RD-觸發角指令信號端，P2M0DE1-點火模式信號，P2GQ1-角度設定信號，PR_BLOCK-保護鎖定信號端，10_CFC-觸發脈沖電流信號，10_N0M-電流標稱值，IDNC_100_晶閘管換流器的中性線電流信號，IDGND-晶閘管換流器的雙極中性線電流信號，1010-極功率控制仿真裝置輸出的電流指令信號，Ud-直流電壓信號。
具體實施方式
為了能更好地理解本實用新型的上述技術方案，
以下結合附圖和實施例進行進一步詳細描述。本實用新型的基·于RTDS的直流控制保護仿真裝置，用于高壓直流輸電設備的直流控制保護系統的仿真，所述的基于RTDS的直流控制保護仿真裝置的一個實施例如圖1所示，包括控制單元200，直流系統保護單元300和運行控制工作站900，以及用于對高壓直流輸電設備100進行實時數字仿真的RTDS實時數字仿真儀，高壓直流輸電設備100包括連接在一次回路的交流濾波器投切裝置110，換流變壓器120和晶閘管換流器130 ;控制單元200包括換流器觸發角控制模塊220，觸發脈沖產生模塊230，極功率控制模塊250和過負荷控制模塊260。運行控制工作站900通過極功率控制模塊250連接到換流器觸發角控制模塊220 ;換流器觸發角控制模塊220通過觸發脈沖產生模塊230，連接到晶閘管換流器130 ;直流系統保護單元300連接到換流器觸發角控制模塊220，在直流系統故障狀態時向傳送換流器觸發角控制模塊閉鎖信號。直流系統保護單元300對于直流系統非正常情況提供閉鎖移相等控制手段，保證高壓直流輸電設備100能夠安全穩定運行。運行控制工作站900可以是電力系統數據采集與監視控制系統SCADA(Supervisory Control And DataAcquisition)的運行人員工作站。SCADA設備配置系統服務器、運行控制工作站900、站LAN網交換機和GPS主時鐘設備。服務器存儲直流控制保護仿真裝置的所有數據庫、歷史數據與趨勢文件等。人機接口運行在運行控制工作站900上，運行控制工作站900通過站LAN網交換機與服務器和直流控制保護仿真裝置進行通訊。根據圖1所示的本實用新型的基于RTDS的直流控制保護仿真裝置的實施例，控制單元200還包括角度、電流電壓基準值計算模塊210和換流變分接頭控制模塊240 ;角度、電流電壓基準值計算模塊210連接到換流器觸發角控制模塊220，并通過換流變分接頭控制模塊240連接到所述換流變壓器120的分接頭。根據圖1所示的本實用新型的基于RTDS的直流控制保護仿真裝置的實施例，控制單元200還包括無功功率控制模塊270 ;運行控制工作站900通過無功功率控制模塊270連接到交流濾波器投切裝置110。在圖1所示的實施例中，角度、電流電壓基準值計算模塊210、換流器觸發角控制模塊220和極功率控制模塊250，通過連接在一次回路直流側的電壓互感器和電流互感器，獲取直流電壓Ud和直流電流Id作為反饋控制輸入信號。本實用新型的基于RTDS的直流控制保護仿真裝置的優選實施例設計為混合仿真裝置，其中高壓直流輸電設備100是由RTDS仿真器實時數字仿真構成的虛擬設備；而控制單元200和直流系統保護單元300則采用直流控制保護裝置二次回路的真實設備；直流控制保護裝置連接到RTDS仿真器的接口，構成混合仿真裝置。根據本優選實施例，控制單元200可采用現有高壓直流輸電系統通用的直流控制模塊，其中的換流器觸發控制模塊提供低壓限流控制、閉環電流控制、電壓控制、AMAX控制、換相失敗預測控制、點火角限幅控制、GammaO啟動控制、RAML控制、過電壓控制以及點火控制等控制功能、極功率和電流控制、電壓角度參考值計算模塊、過負荷限制模塊。控制單元的控制功能包括:基本控制策略、極功率/電流控制、過負荷限制、12脈動閥組控制、點火控制、空載加壓試驗、換流變抽頭控制、閥解鎖/閉鎖順序控制、站間通訊等。無功功率控制模塊270包括UMAX/QMAX控制、Q-Control/U-Control模塊、無功控制優先級模塊。換流變分接頭控制模塊240包括UdiO控制、Alpha/Ga_a控制 、Ud控制以及控制方式的配合；直流系統保護單元300選取以受交直流特征量影響為原則，包括換相失敗保護、過流保護、直流過壓保護、直流低壓保護。直流控制保護裝置可采用IO單元采樣后經光纖送到RTDS仿真器的接口，RTDS仿真器的開入/開出量的接口，可采用CAN總線送到直流控制保護裝置。直流控制保護裝置內部也可安裝RTDS仿真器的接口板卡，實現混合仿真裝置的信號雙向傳輸。直流系統保護單元300的功能配置包括:閥短路保護，換相失敗預測，換相失敗保護，交流限壓保護，直流過壓保護，過流保護，橋差保護，閥直流差動保護，交流欠壓檢測。極功率控制模塊250提供的監控措施包括:大角度監視，空載加壓試驗監視。直流極保護的功能配置包括:50HZ/100HZ保護，直流極母線差動保護，直流中性母線差動保護，直流極差動保護，接地極引線開路保護，直流行波保護，直流線路突變量保護，直流線路縱差保護，直流線路橫差保護，交直流碰線保護，重啟邏輯，直流欠壓保護，功率反轉保護，空載加壓試驗監視。直流雙極保護的功能配置包括:雙極中性線差動保護，站接地過流保護，站接地過流后備保護，轉換開關保護(包括NBGS、NBS、GRTS、MRTB)，轉換開關后備保護(包括NBGS、NBS、GRTS、MRTB)，金屬回線橫差保護，金屬回線縱差保護，金屬回線接地保護，接地極引線過負荷保護，接地極弓I線不平衡監測。[0032]本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本實用新型的技術方案，而并非用作為對本實用新型的限定，任何基于本實用新型的實質精神對以上所述實施例所作的變化、變型，都將落在本實用新型 的權利要求的保護范圍內。
權利要求1.一種基于RTDS的直流控制保護仿真裝置，用于高壓直流輸電設備的直流控制保護系統的仿真，所述的基于RTDS的直流控制保護仿真裝置包括控制單元，直流系統保護單元和運行控制工作站，以及用于對高壓直流輸電設備進行實時數字仿真的RTDS實時數字仿真儀，所述的高壓直流輸電設備包括連接在一次回路的交流濾波器投切裝置，換流變壓器和晶閘管換流器，其特征在于: 所述的控制單元包括換流器觸發角控制模塊，觸發脈沖產生模塊，極功率控制模塊和過負荷控制模塊； 所述的運行控制工作站通過極功率控制模塊連接到所述的換流器觸發角控制模塊； 所述的換流器觸發角控制模塊通過所述的觸發脈沖產生模塊，連接到所述的晶閘管換流器； 所述的直流系統保護單元連接到所述的換流器觸發角控制模塊，在直流系統故障狀態時向傳送換流器觸發角控制模塊閉鎖信號。
2.根據權利要求1所述的基于RTDS的直流控制保護仿真裝置，其特征在于所述的控制單元還包括角度、電流電壓基準值計算模塊和換流變分接頭控制模塊；所述的角度、電流電壓基準值計算模塊連接到所述的換流器觸發角控制模塊，并通過換流變分接頭控制模塊連接到所述換流變壓器的分接頭。
3.根據權利要求1所述的基于RTDS的直流控制保護仿真裝置，其特征在于所述的控制單元還包括無功功率控制模塊；所述的運行控制工作站通過無功功率控制模塊連接到所述的交流濾波器投切裝置。
4.根據權利要求1、2或3所述的基于RTDS的直流控制保護仿真裝置，其特征在于所述的直流控制保護仿真裝置為混合仿真裝置；所述的高壓直流輸電設備是RTDS仿真器實時數字仿真的虛擬設備 ；所述的控制單元和直流系統保護單元是用于直流控制保護裝置二次回路的真實設備；所述直流控制保護裝置連接到RTDS仿真器的接口。
專利摘要一種基于RTDS的直流控制保護仿真裝置，屬于電氣測量領域，尤其涉及一種用于高壓直流輸電設備的直流控制保護系統仿真研究的仿真測試裝置，包括控制單元，直流系統保護單元，運行控制工作站通過極功率控制模塊連接到換流器觸發角控制模塊；換流器觸發角控制模塊通過觸發脈沖產生模塊，連接到晶閘管換流器；直流系統保護單元連接到換流器觸發角控制模塊，在直流系統故障狀態時向傳送換流器觸發角控制模塊閉鎖信號。該裝置可真實地模擬、反映直流控制保護裝置的運行狀態，為直流控制保護裝置的研究或設計提供相應的仿真結果，混合仿真模式可以減輕RTDS仿真器的運算負擔，有利于提高仿真裝置的建模仿真精度。
文檔編號G05B17/02GK203101860SQ20132015338
公開日2013年7月31日 申請日期2013年3月29日 優先權日2013年3月29日
發明者崔勇, 郭強 申請人:國家電網公司, 上海市電力公司, 華東電力試驗研究院有限公司