專利名稱：一種級聯(lián)多端特高壓直流仿真系統(tǒng)及其控制保護方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電カ系統(tǒng)領(lǐng)域的ー種仿真系統(tǒng)及其控制保護方法，具體涉及ー種級聯(lián)多端特高壓直流仿真系統(tǒng)及其控制保護方法。
背景技術(shù)：
目前多端直流系統(tǒng)包括兩種方式，ー種是并聯(lián)型多端直流輸電系統(tǒng)，ー種是串聯(lián)型多端直流輸電系統(tǒng)；并聯(lián)型多端直流系統(tǒng)的特點是直流電壓為一個等級，各端直流電流可以不一致，正常運行時只有一端控制直流電壓，其余各端均控制直流電流；串聯(lián)型多端直流系統(tǒng)的特點是各端直流電流均相等，各端直流電壓可以不一致，正常運行時只有一端控制直流電流，其余各端均控制直流電壓；且并聯(lián)型及串聯(lián)性多端直流輸電系統(tǒng)控制保護研究手段均采用數(shù)字仿真軟件進行。級聯(lián)多端特高壓直流輸電系統(tǒng)作為一個新的概念，是多端直流系統(tǒng)研究的ー個趨勢?！?br>
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種級聯(lián)多端特高壓直流仿真系統(tǒng)及其控制保護方法，該方法采用數(shù)?；旌戏抡嬖O(shè)備形成級聯(lián)多端特高壓直流一次仿真平臺；利用雙端特高壓直流輸電的控制保護系統(tǒng)開發(fā)出級聯(lián)多端特高壓直流輸電控制保護系統(tǒng)，并利用混合仿真平臺進行級聯(lián)多端特高壓直流輸電控制保護系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性及動態(tài)性能研究。本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的一種級聯(lián)多端特高壓直流仿真系統(tǒng)，其改進之處在于，所述仿真系統(tǒng)包括采用數(shù)模混合仿真設(shè)備形成級聯(lián)多端特高壓直流的一次仿真平臺；基于雙端特高壓直流輸電控制保護形成級聯(lián)多端特高壓直流輸電的控制保護系統(tǒng)；所述一次仿真平臺通過模擬量及數(shù)字量接ロ與控制保護系統(tǒng)連接；所述一次仿真平臺包括依次連接的交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)。其中，所述交流系統(tǒng)包括數(shù)字仿真平臺與放大器；所述數(shù)字仿真平臺與放大器通過電纜連接。其中，所述直流系統(tǒng)包括換流變壓器、換流閥、交流濾波器、直流濾波器、直流輸電線路和接地極線路；所述交流濾波器、換流變壓器和換流閥通過電纜依次連接；所述換流閥通過電纜分別與直流輸電線路和接地極線路連接；所述直流輸電線路、直流濾波器和接地極線路依次連接。其中，采用按比例縮小的變壓器物理模型模擬所述換流變壓器；以CMOS元件為核心的閥板模擬所述換流閥；采用電感、電阻、電容元件的組合模擬交流濾波器、直流濾波器、直流輸電線路及接地極線路。其中，所述控制保護系統(tǒng)包括主機和板卡，所述主機和板卡之間通過光纖連接。
其中，所述主機包括電壓調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、直流電流控制器、過電壓限制器、計算環(huán)節(jié)和ALPHAMAX功能模塊。其中，所述控制保護系統(tǒng)包括兩種控制方式直流電流控制和直流電壓控制。其中，在所述直流電流控制中，所述ALPHAMAX功能模塊分別與電壓調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器連接；所述電壓調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器連接；所述計算環(huán)節(jié)分別與過電壓限制器和電壓調(diào)節(jié)器連接；所述直流電流控制器與電流調(diào)節(jié)器連接；所述直流電流控制包括直流電流控制器將直流系統(tǒng)的實測電流與直流電流指令值的差值通過比例積分環(huán)節(jié)后得出觸發(fā)角的指令值，電壓調(diào)節(jié)器輸出作為電流調(diào)節(jié)器下限的限制值，而ALPHAMAX功能模塊輸出作為電流調(diào)節(jié)器上限值。 其中，在所述直流電壓控制中，所述ALPHAMAX功能模塊與電壓調(diào)節(jié)器連接；所述計算環(huán)節(jié)分別與電壓調(diào)節(jié)器、過電壓限制器和電流調(diào)節(jié)器連接；所述直流電流控制器與電流調(diào)節(jié)器連接；·所述直流電壓控制包括直壓電流控制器將直流系統(tǒng)的實測電壓與計算電壓參考值的差值通過比例積分環(huán)節(jié)后得出觸發(fā)角的指令值，電壓調(diào)節(jié)器輸出作為電流調(diào)節(jié)器上限的限制值，而ALPHAMAX功能模塊輸出作為電壓調(diào)節(jié)器上限值。本發(fā)明基于另ー目的提供的一種級聯(lián)多端特高壓直流仿真系統(tǒng)的控制保護方法，其改進之處在于，所述方法包括下述步驟(I)建立直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)エ況，改變一次仿真平臺直流系統(tǒng)的電流定值實現(xiàn)級聯(lián)多端特高壓直流系統(tǒng)在不同功率水平下穩(wěn)定運行；(2)改變與直流系統(tǒng)相連的一次仿真平臺交流系統(tǒng)的交流電壓參數(shù)，通過試驗得出級聯(lián)多端特高壓直流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性；(3)在一次仿真平臺交流系統(tǒng)中進行接地故障試驗，驗證級聯(lián)多端特高壓直流系統(tǒng)的響應(yīng)特性及恢復(fù)特性；(4)在級聯(lián)多端特高壓直流系統(tǒng)中進行直流線路的故障試驗，驗證級聯(lián)多端特高壓直流系統(tǒng)的響應(yīng)特性及恢復(fù)特性；(5)針對控制保護系統(tǒng)進行階躍響應(yīng)試驗，驗證級聯(lián)多端特高壓輸電控制保護系統(tǒng)參數(shù)的響應(yīng)特性；所述控制保護系統(tǒng)參數(shù)包括積分常數(shù)、増益和比例系數(shù)；(6)在級聯(lián)多端特高壓直流系統(tǒng)中進行故障試驗，驗證保護動作的正確性、靈敏性、及可靠性。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達到的有益效果是I、本發(fā)明提供的級聯(lián)多端特高壓直流仿真系統(tǒng)及其控制保護方法，一次系統(tǒng)仿真平臺的交流系統(tǒng)采用成熟的數(shù)字仿真系統(tǒng)，直流系統(tǒng)包括換流變壓器及換流閥等采用仿真準(zhǔn)確度很高的物理模型，仿真結(jié)果具有良好的可信度及可靠性。2、二次系統(tǒng)即控制保護系統(tǒng)采用實際工程應(yīng)用的硬件及軟件平臺，其控制特性及保護原理均通過實際直流工程的驗證，在此硬件及軟件平臺上實現(xiàn)的多端特高壓直流控制保護系統(tǒng)的運行特性具有實際的應(yīng)用價值。3、一次系統(tǒng)仿真平臺與二次系統(tǒng)之間的接ロ介質(zhì)與實際工程所用的接ロ板卡特
性一致。4、級聯(lián)多端特高壓直流輸電仿真方法是現(xiàn)有直流輸電體系的有益補充，豐富了現(xiàn)有的直流輸電體系。5、彌補了雙端特高壓直流輸電系統(tǒng)的不足，擴大了直流輸電系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，對于同一區(qū)域內(nèi)不同地點需要大量電カ能源提供了ー種新的解決方法。6、與現(xiàn)有并聯(lián)及串聯(lián)型多端特高壓直流輸電系統(tǒng)相比，其可以利用現(xiàn)有的雙端特高壓直流輸電系統(tǒng)的技術(shù)，在經(jīng)濟上具有明顯的優(yōu)勢。7、與雙端特高壓直流輸電系統(tǒng)相比，對受端交流電網(wǎng)的 要求低，交流電網(wǎng)不需要進ー步加強即適用于級聯(lián)多端特高壓直流輸電系統(tǒng)。


圖I是本發(fā)明提供的交流系統(tǒng)組成部分及連接示意圖；圖2是本發(fā)明提供的直流系統(tǒng)組成部分及連接示意圖；圖3是本發(fā)明提供的控制保護系統(tǒng)組成部分及連接示意圖；圖4是本發(fā)明提供的級聯(lián)多端特高壓直流輸電仿真系統(tǒng)示意圖；圖5是本發(fā)明提供的級聯(lián)多端特高壓直流電流控制原理圖；圖6是本發(fā)明提供的級聯(lián)多端特高壓直流電壓控制原理圖；圖7是本發(fā)明提供的直流電流控制流程圖；圖8是本發(fā)明提供的直流電壓控制流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進ー步的詳細說明。本發(fā)明提供的級聯(lián)多端特高壓直流輸電仿真系統(tǒng)示意圖如圖4所示，該仿真系統(tǒng)包括以國家電網(wǎng)仿真中心數(shù)模混合仿真設(shè)備為基礎(chǔ)，采用數(shù)?；旌戏抡嬖O(shè)備形成級聯(lián)多端特高壓直流的一次仿真平臺；基于雙端特高壓直流輸電控制保護形成級聯(lián)多端特高壓直流輸電的控制保護系統(tǒng)；一次仿真平臺通過模擬量及數(shù)字量接ロ與控制保護系統(tǒng)連接；一次仿真平臺包括依次連接的交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)。交流系統(tǒng)包括數(shù)字仿真平臺與放大器；數(shù)字仿真平臺與放大器通過電纜連接。交流系統(tǒng)組成部分及連接如圖I所示。換流變壓器、換流閥、直流輸電線路、接地極線路、交流濾波器和直流濾波器組成了直流系統(tǒng)，交流濾波器、換流變壓器和換流閥通過電纜依次連接；換流閥通過電纜分別與直流輸電線路和接地極線路連接；直流輸電線路、直流濾波器和接地極線路依次連接。其中，按比例縮小的變壓器物理模型模擬換流變壓器，以CMOS元件為核心的閥板模擬直流輸電中的換流閥，以電感、電阻、電容元件的組合模擬交流濾波器、直流濾波器、直流輸電線路及接地極線路。直流系統(tǒng)組成部分及連接如圖2所示。基于雙端特高壓直流控制保護二次系統(tǒng)，結(jié)合級聯(lián)多端特高壓直流輸電系統(tǒng)的特點，形成了級聯(lián)多端特高壓直流輸電的控制保護系統(tǒng)，控制保護系統(tǒng)在硬件上由控制保護主機及相應(yīng)的板卡組成，在軟件上由相關(guān)控制保護邏輯模塊組成，通過相關(guān)軟件編譯后下載至控制保護主機中，控制保護系統(tǒng)功能均布置在控制保護主機中，主機包括電壓調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、直流電流控制器(也叫做低壓限流控制器)、過電壓限制器、計算環(huán)節(jié)和ALPHAMAX功能模塊。板卡與主機之間采用光纖進行連接，控制保護系統(tǒng)的組成及連接如圖3所示。
通過模擬量及數(shù)字量接ロ端子，將級聯(lián)多端特高壓直流輸電系統(tǒng)的一次仿真平臺與級聯(lián)多端特高壓直流輸電的控制保護系統(tǒng)連接形成一套完整的級聯(lián)多端特高壓直流輸電仿真系統(tǒng)，級聯(lián)特高壓直流輸電系統(tǒng)仿真示意圖如圖4所示?；诖朔抡嫦到y(tǒng)進行了級聯(lián)多端特高壓直流控制保護系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性及動態(tài)特性仿真研究?？刂票Ｗo系統(tǒng)核心是兩種不同的控制方式，即直流電流控制及直流電壓控制，其控制原理圖如圖5及圖6所示。在直流電流控制中，ALPHAMAX功能模塊分別與電壓調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器連接；電壓調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器連接；計算環(huán)節(jié)分別與過電壓限制器和電壓調(diào)節(jié)器連接；直流電流控制器與電流調(diào)節(jié)器連接；直流電流控制包括直流電流控制器將直流系統(tǒng)的實測電流與直流電流指令值的差值通過比例積分環(huán)節(jié)后得出觸發(fā)角的指令值，電壓調(diào)節(jié)器輸出作為其下限的限制值，而ALPHAMAX功能塊輸出作為其上限值，其流程圖如圖7所示。
·
在直流電壓控制中，ALPHAMAX功能模塊與電壓調(diào)節(jié)器連接；計算環(huán)節(jié)分別與電壓調(diào)節(jié)器、過電壓限制器和電流調(diào)節(jié)器連接；直流電流控制器與電流調(diào)節(jié)器連接；直流電壓控制包括直壓電流控制器將直流系統(tǒng)的實測電壓與計算電壓參考值的差值通過比例積分環(huán)節(jié)后得出觸發(fā)角的指令值，電壓調(diào)節(jié)器輸出作為電流調(diào)節(jié)器上限的限制值，而ALPHAMAX功能塊輸出作為電壓調(diào)節(jié)器上限值，其流程圖如圖8所示?；诒景l(fā)明提供的級聯(lián)多端特高壓直流輸電仿真系統(tǒng)，進行了級聯(lián)多端特高壓直流控制保護系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性及動態(tài)特性仿真研究，以及相關(guān)的控制保護仿真研究；控制保護仿真研究包括以下步驟(I)建立直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)エ況，改變一次仿真平臺直流系統(tǒng)的電流定值實現(xiàn)級聯(lián)多端特高壓直流系統(tǒng)在不同功率水平下穩(wěn)定運行；(2)改變與直流系統(tǒng)相連的一次仿真平臺交流系統(tǒng)的交流電壓參數(shù)，通過試驗得出級聯(lián)多端特高壓直流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性；(3)在一次仿真平臺交流系統(tǒng)中進行接地故障試驗，驗證級聯(lián)多端特高壓直流系統(tǒng)的響應(yīng)特性及恢復(fù)特性；(4)在級聯(lián)多端特高壓直流系統(tǒng)中進行直流線路的故障試驗，驗證級聯(lián)多端特高壓直流系統(tǒng)的響應(yīng)特性及恢復(fù)特性；(5)針對控制保護系統(tǒng)進行階躍響應(yīng)試驗，驗證級聯(lián)多端特高壓輸電控制保護系統(tǒng)參數(shù)的響應(yīng)特性；所述控制保護系統(tǒng)參數(shù)包括積分常數(shù)、増益和比例系數(shù)；(6)在級聯(lián)多端特高壓直流系統(tǒng)中進行故障試驗，驗證保護動作的正確性、靈敏性、及可靠性。本發(fā)明提供的級聯(lián)多端特高壓直流輸電仿真系統(tǒng)及其控制保護方法，以國家電網(wǎng)仿真中心數(shù)?；旌戏抡嬖O(shè)備為基礎(chǔ)，采用數(shù)字發(fā)電機模擬交流系統(tǒng)，按比例縮小的變壓器物理模型模擬換流變壓器，以CMOS元件為核心的閥板模擬直流輸電中的換流閥，以電感、電阻、電容元件的組合模擬直流輸電線路及接地極線路，研究形成了一次部分仿真系統(tǒng)；基于雙端特高壓直流控制保護二次系統(tǒng)，結(jié)合級聯(lián)多端特高壓直流輸電系統(tǒng)的特點，形成了級聯(lián)多端特高壓直流輸電的控制保護系統(tǒng)，基于級聯(lián)多端特高壓直流輸電仿真系統(tǒng)，進行了級聯(lián)多端特高壓直流控制保護系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性及動態(tài)特性仿真研究，仿真系統(tǒng)的仿真結(jié)果具有良好的可信度及可靠性。最后應(yīng)當(dāng)說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡 管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對本發(fā)明的具體實施方式
進行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種級聯(lián)多端特高壓直流仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述仿真系統(tǒng)包括 采用數(shù)?；旌戏抡嬖O(shè)備形成級聯(lián)多端特高壓直流的一次仿真平臺； 基于雙端特高壓直流輸電控制保護形成級聯(lián)多端特高壓直流輸電的控制保護系統(tǒng)； 所述一次仿真平臺通過模擬量及數(shù)字量接口與控制保護系統(tǒng)連接； 所述一次仿真平臺包括依次連接的交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求I所述的級聯(lián)多端特高壓直流仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述交流系統(tǒng)包括數(shù)字仿真平臺與放大器；所述數(shù)字仿真平臺與放大器通過電纜連接。
3.如權(quán)利要求I所述的級聯(lián)多端特高壓直流仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述直流系統(tǒng)包括換流變壓器、換流閥、交流濾波器、直流濾波器、直流輸電線路和接地極線路； 所述交流濾波器、換流變壓器和換流閥通過電纜依次連接； 所述換流閥通過電纜分別與直流輸電線路和接地極線路連接； 所述直流輸電線路、直流濾波器和接地極線路依次連接。
4.如權(quán)利要求3所述的級聯(lián)多端特高壓直流仿真系統(tǒng)，其特征在于，采用按比例縮小的變壓器物理模型模擬所述換流變壓器；以CMOS元件為核心的閥板模擬所述換流閥；采用電感、電阻、電容元件的組合模擬交流濾波器、直流濾波器、直流輸電線路及接地極線路。
5.如權(quán)利要求I所述的級聯(lián)多端特高壓直流仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述控制保護系統(tǒng)包括主機和板卡，所述主機和板卡之間通過光纖連接。
6.如權(quán)利要求5所述的級聯(lián)多端特高壓直流仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述主機包括電壓調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、直流電流控制器、過電壓限制器、計算環(huán)節(jié)和ALPHAMAX功能模塊。
7.如權(quán)利要求5所述的級聯(lián)多端特高壓直流仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述控制保護系統(tǒng)包括兩種控制方式直流電流控制和直流電壓控制。
8.如權(quán)利要求7所述的級聯(lián)多端特高壓直流仿真系統(tǒng)，其特征在于，在所述直流電流控制中，所述ALPHAMAX功能模塊分別與電壓調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器連接；所述電壓調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器連接；所述計算環(huán)節(jié)分別與過電壓限制器和電壓調(diào)節(jié)器連接；所述直流電流控制器與電流調(diào)節(jié)器連接； 所述直流電流控制包括直流電流控制器將直流系統(tǒng)的實測電流與直流電流指令值的差值通過比例積分環(huán)節(jié)后得出觸發(fā)角的指令值，電壓調(diào)節(jié)器輸出作為電流調(diào)節(jié)器下限的限制值，而ALPHAMAX功能模塊輸出作為電流調(diào)節(jié)器上限值。
9.如權(quán)利要求6所述的級聯(lián)多端特高壓直流仿真系統(tǒng)，其特征在于，在所述直流電壓控制中，所述ALPHAMAX功能模塊與電壓調(diào)節(jié)器連接；所述計算環(huán)節(jié)分別與電壓調(diào)節(jié)器、過電壓限制器和電流調(diào)節(jié)器連接；所述直流電流控制器與電流調(diào)節(jié)器連接； 所述直流電壓控制包括直壓電流控制器將直流系統(tǒng)的實測電壓與計算電壓參考值的差值通過比例積分環(huán)節(jié)后得出觸發(fā)角的指令值，電壓調(diào)節(jié)器輸出作為電流調(diào)節(jié)器上限的限制值，而ALPHAMAX功能模塊輸出作為電壓調(diào)節(jié)器上限值。
10.一種級聯(lián)多端特高壓直流仿真系統(tǒng)的控制保護方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟 (1)建立直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工況，改變一次仿真平臺直流系統(tǒng)的電流定值實現(xiàn)級聯(lián)多端特高壓直流系統(tǒng)在不同功率水平下穩(wěn)定運行； (2)改變與直流系統(tǒng)相連的一次仿真平臺交流系統(tǒng)的交流電壓參數(shù)，通過試驗得出級聯(lián)多端特高壓直流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性； (3)在一次仿真平臺交流系統(tǒng)中進行接地故障試驗，驗證級聯(lián)多端特高壓直流系統(tǒng)的響應(yīng)特性及恢復(fù)特性； (4)在級聯(lián)多端特高壓直流系統(tǒng)中進行直流線路的故障試驗，驗證級聯(lián)多端特高壓直流系統(tǒng)的響應(yīng)特性及恢 復(fù)特性； (5)針對控制保護系統(tǒng)進行階躍響應(yīng)試驗，驗證級聯(lián)多端特高壓輸電控制保護系統(tǒng)參數(shù)的響應(yīng)特性；所述控制保護系統(tǒng)參數(shù)包括積分常數(shù)、增益和比例系數(shù)； (6)在級聯(lián)多端特高壓直流系統(tǒng)中進行故障試驗，驗證保護動作的正確性、靈敏性、及可靠性。
全文摘要
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域的一種仿真系統(tǒng)及其控制保護方法，具體涉及一種級聯(lián)多端特高壓直流仿真系統(tǒng)及其控制保護方法。該仿真系統(tǒng)包括采用數(shù)模混合仿真設(shè)備形成級聯(lián)多端特高壓直流的一次仿真平臺；基于雙端特高壓直流輸電控制保護形成級聯(lián)多端特高壓直流輸電的控制保護系統(tǒng)；一次仿真平臺通過模擬量及數(shù)字量接口與控制保護系統(tǒng)連接；一次仿真平臺包括依次連接的交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)。本發(fā)明提供的方案其仿真結(jié)果具有良好的可信度及可靠性。
文檔編號H02J1/00GK102790388SQ20121024062
公開日2012年11月21日 申請日期2012年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月11日
發(fā)明者謝國平 申請人:中國電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司