CN103258077B - 一种点火脉冲产生器仿真装置 - Google Patents

Abstract

一种点火脉冲产生器仿真装置，属于电气测量领域，尤其涉及一种用于高压直流输电设备的直流控制保护系统仿真研究的点火脉冲产生器仿真测试装置，双极解锁信号端通过定时器连接到第一算术运算元件和第二算术运算元件；保护锁定信号端通过反相器连接到斯密特触发器；第一算术运算元件连接到第一与门；斯密特触发器的输出端连接到第一与门；第一与门的输出端连接到第一点火触发组件的解锁信号端；第二算术运算元件连接到第二与门；斯密特触发器的输出端通过第二与门连接到第二点火触发组件的解锁信号端。该装置可真实地模拟、反映直流控制保护装置的运行状态，为直流控制保护装置的研究或设计提供相应的仿真结果。

Description

一种点火脉冲产生器仿真装置

技术领域

本发明属于电气测量领域，尤其涉及一种用于高压直流输电设备的直流控制保护系统仿真研究的点火脉冲产生器仿真测试装置。

背景技术

电力需求的不断增长导致了输电系统向长距离、大容量和高稳定性的方向发展。随着各电网区域内的特高压交流输电工程和高压直流输电工程的建设项目不断增加，用电量集中区域的电网呈现出明显的多直流馈入的特高压交直流混联受端电网特征，电网结构紧密，多条交直流线路之间电气距离更加紧密，特高压和超高压交流系统故障后，易引发包含高压直流在内的多条直流同时换相失败，而多回直流的换相失败其恢复过程又将对交流系统产生较大冲击，如果各直流系统的恢复策略配合不当，则还有可能导致多条直流同时发生连续的换相失败，甚至引发直流闭锁。多回直流同时发生双极闭锁，大量潮流大范围转移或将引发系统稳定问题。这种交直流系统间的交互作用给特高压交直流混联受端电网的安全运行带来巨大挑战。

因此，在高压直流输电工程的研究或设计阶段，必须对交直流系统间的交互作用给特高压交直流混联受端电网的稳定性进行试验和仿真，并参照试验和仿真结果，对研究或设计的结果进行验证，对系统的稳定性进行评估。中国实用新型专利“一种多馈入直流输电系统实时数字仿真模型”（实用新型专利号：ZL201210532559.X授权公告号：CN102945004A）公开了多馈入直流输电系统实时数字仿真模型，其包括多个并联的等值超高压直流输电系统，所述超高压直流输电系统包括一次系统实时数字仿真模型和二次系统实时数字仿真模型；所述一次系统实时数字仿真模型包括换流站和直流输电线路，所述换流站设置在直流输电线路的两端；所述二次系统实时数字仿真模型包括换流站控制系统和保护系统，所述换流站控制系统和保护系统与换流站连接，用于控制和保护换流站的运行。通过换流站控制系统和保护系统对换流站运行的控制和保护，避免交流系统故障后易引发多回直流同时故障和多回直流故障及其恢复过程对交流系统产生的冲击。但是，该仿真模型没有涉及点火脉冲产生器的仿真，无法真实地模拟高压直流输电直流控制保护系统的点火脉冲产生器运行状态。

发明内容

本发明的目的是要提供一种点火脉冲产生器仿真装置，其可真实地模拟反映高压直流输电直流控制保护系统的点火脉冲产生器状态，为直流控制保护装置的点火脉冲产生器研究或设计提供相应的仿真结果，解决为直流控制保护装置的点火脉冲产生器研究或设计提供验证平台的技术问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种点火脉冲产生器仿真装置，用于高压直流输电设备的直流控制保护系统的仿真，其特征在于：

所述的点火脉冲产生器仿真装置至少包括一个点火触发组件，所述的点火触发组件包括锁相环，角度弧度换算元件，模式选择开关，第三算术运算元件，第三与门，第一触发脉冲发生器和第二触发脉冲发生器；外部输入三相交流电压信号连接到所述的锁相环，所述锁相环的相角信号输出端，连接到第一触发脉冲发生器和第二触发脉冲发生器的相角信号输入端；触发角指令信号端连接到所述模式选择开关的一个输入端，角度设定信号通过所述的角度弧度换算元件，连接到所述模式选择开关的另一个输入端；点火模式信号通过所述的第三与门，连接到所述模式选择开关的控制输入端；所述模式选择开关的输出端，连接到所述第一触发脉冲发生器的触发角信号输入端；所述模式选择开关的输出端，通过所述的第三算术运算元件，连接到所述第二触发脉冲发生器的触发角信号输入端。

本发明的点火脉冲产生器仿真装置的一种较佳的技术方案，其特征在于所述的点火脉冲产生器仿真装置包括第一点火触发组件，第二点火触发组件，定时器，第一算术运算元件，反相器，斯密特触发器，第一与门，第二算术运算元件和第二与门；双极解锁信号端通过所述的定时器，并联连接到所述第一算术运算元件和第二算术运算元件的输入端；保护锁定信号端通过所述的反相器连接到所述斯密特触发器的输入端；所述第一算术运算元件的输出端，连接到所述第一与门的一个输入端；所述斯密特触发器的输出端，连接到所述第一与门的另一个输入端；所述第一与门的输出端，连接到所述第一点火触发组件的解锁信号端；所述第二算术运算元件的输出端，连接到所述第二与门的一个输入端；所述斯密特触发器的输出端，连接到所述第二与门的另一个输入端；所述第二与门的输出端，连接到所述第二点火触发组件的解锁信号端；所述第一触发脉冲发生器和第二触发脉冲发生器的解锁信号输入端，连接在一起构成所述点火触发组件的解锁信号端。

本发明的有益效果是：

1.本发明的点火脉冲产生器仿真装置可真实地模拟、反映直流控制保护装置的点火脉冲产生器运行状态，为直流控制保护装置的研究或设计提供相应的仿真结果；

2.本发明的点火脉冲产生器仿真装置具有跨平台仿真测试的优点，既可以在真实环境以实际元件实现，又可以在虚拟环境中以计算机软件来实现；

附图说明

图1是用于直流控制保护系统的仿真装置的原理框图；

图2是本发明的点火脉冲产生器仿真装置的组合状态示意图；

图3是本发明的点火脉冲产生器仿真装置的点火触发组件的电路原理图。

以上图中各部件的标号：100-高压直流输电设备，110-交流滤波器投切装置，120-换流变压器，130-晶闸管换流器，200-控制单元，210-角度、电流电压基准值计算装置，220-换流器触发角控制装置，230-触发脉冲产生装置，240-换流变分接头控制装置，250-极功率控制装置，260-过负荷控制装置，270-无功功率控制装置，300-直流系统保护单元，900-运行控制工作站。2311-定时器，2312-反相器，2313-斯密特触发器，2321～2323-第一至第三算术运算元件，2331～2333-第一至第三与门，2340-第一点火触发组件，2350-第二点火触发组件，2341-锁相环，2342-角度弧度换算元件，2343-模式选择开关，2351-第一触发脉冲发生器，2352-第二触发脉冲发生器，DB-点火触发组件的解锁信号输入端，DeBlock-解锁信号端，B2DB-双极解锁信号端，ALPHA_ORD-触发角指令信号端，P2MODEI-点火模式信号，P2GQI-角度设定信号，PR_BLOCK-保护锁定信号端。

具体实施方式

为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进行进一步详细描述。

图2和图3展示了本发明的点火脉冲产生器仿真装置的一个实施例，用于高压直流输电设备的直流控制保护系统的仿真。高压直流输电设备的直流控制保护系统的仿真装置如图1所示。

根据图2和图3所示的本发明的点火脉冲产生器仿真装置的实施例，第一点火触发组件2340和第二点火触发组件2350是两块电路结构相同的点火触发组件；点火触发组件的一个实施例的电原理图如图3所示，包括锁相环2341，角度弧度换算元件2342，模式选择开关2343，第三算术运算元件2323，第三与门2333，第一触发脉冲发生器2351和第二触发脉冲发生器2352；外部输入三相交流电压信号连接到锁相环2341，锁相环2341的相角信号输出端PHI，连接到第一触发脉冲发生器2351和第二触发脉冲发生器2352的相角信号输入端；触发角指令信号端ALPHA_ORD连接到模式选择开关2343的一个输入端，角度设定信号P2GQI通过角度弧度换算元件2342，连接到模式选择开关2343的另一个输入端；点火模式信号P2MODEI通过第三与门2333，连接到模式选择开关2343的控制输入端；模式选择开关2343的输出端，连接到第一触发脉冲发生器2351的触发角信号输入端；模式选择开关2343的输出端，通过第三算术运算元件2323，为触发角信号增加30度的相位差之后，再连接到第二触发脉冲发生器2352的触发角信号输入端。第一触发脉冲发生器2351和第二触发脉冲发生器2352的解锁信号输入端，连接在一起构成点火触发组件的解锁信号端DB。如图3所示，每个点火触发组件的第一触发脉冲发生器2351和第二触发脉冲发生器2352，分别提供三路触发脉冲输出，第一点火触发组件2340和第二点火触发组件2350，共同为晶闸管换流器提供12路触发脉冲输出。

如图2所示，本发明的点火脉冲产生器仿真装置包括第一点火触发组件2340，第二点火触发组件2350，定时器2311，第一算术运算元件2321，反相器2312，斯密特触发器2313，第一与门2331，第二算术运算元件2322，和第二与门2332；双极解锁信号端B2DB通过定时器2311，并联连接到第一算术运算元件2321和第二算术运算元件2322的输入端；保护锁定信号端PR_BLOCK通过反相器2312连接到斯密特触发器2313的输入端；第一算术运算元件2321的输出端，连接到第一与门2331的一个输入端；斯密特触发器2313的输出端，连接到第一与门2331的另一个输入端；第一与门2331的输出端，连接到第一点火触发组件2340的解锁信号端DB；第二算术运算元件2322的输出端，连接到第二与门2332的一个输入端；斯密特触发器2313的输出端，连接到第二与门2332的另一个输入端；第二与门2332的输出端，连接到第二点火触发组件2350的解锁信号端DB。

本发明的点火脉冲产生器仿真装置的功能是由换流站交流母线电压和触发角指令产生晶闸管的触发脉冲，

PLL为锁相环，用于获得交流电压的过零点，Alpha为触发角；

本发明的点火脉冲产生器仿真装置的点火触发组件的输入信号包括：

PxULFL1表示交流母线A相电压；

PxULFL2表示交流母线B相电压；

PxULFL3表示交流母线C相电压；

本发明的点火脉冲产生器仿真装置的点火触发组件的输出信号包括：

PFPxY表示Y桥触发脉冲名称；

PLPxY表示Y桥上个触发的晶闸管编号；

PFRxY表示Y桥脉冲分度；

PFPxD表示D桥触发脉冲名称；

PLPxD表示D桥上个触发的晶闸管编号；

PFRxD表示D桥脉冲分度；

其中，x=1表示极1，x=2表示极2。在图3所示的实施例中，PFP2Y，PLP2Y，PFR2Y，PFP2D，PLP2D和PFR2D分别表示极2的相应信号端。

点火脉冲产生器仿真装置的主要作用如下：

接收来自12路阀组控制的触发角指令（ALPHA_ORD），并将触发角指令转换成12个120°宽的控制脉冲，送至晶闸管换流器。

此外，点火脉冲产生器仿真装置还负责处理换流器闭锁和解锁。在投入旁通对闭锁时，点火控制选择正确的旁通对加以触发。在选择旁通对时，最近一次导通的阀总是被包含在旁通对内。

为了尽可能的减少交流网的扰动对极控系统的影响，点火脉冲产生器仿真装置采用数字锁相环的方式与交流网保持同步，既获得与交流电网的同步，又尽可能的减少交流网的扰动对控制系统的影响。数字锁相环的输入为换流变网侧的三相电压，输出为与时间相关的相角度θ，在稳态时等于换流变网侧电压的相角度

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的技术方案，而并非用作为对本发明的限定，任何基于本发明的实质精神对以上所述实施例所作的变化、变型，都将落在本发明的权利要求的保护范围内。

Claims (2)

1.一种点火脉冲产生器仿真装置，用于高压直流输电设备的直流控制保护系统的仿真，其特征在于：

所述的点火脉冲产生器仿真装置至少包括一个点火触发组件，所述的点火触发组件包括锁相环，角度弧度换算元件，模式选择开关，第三算术运算元件，第三与门，第一触发脉冲发生器和第二触发脉冲发生器；外部输入三相交流电压信号连接到所述的锁相环，所述锁相环的相角信号输出端，连接到第一触发脉冲发生器和第二触发脉冲发生器的相角信号输入端；触发角指令信号端连接到所述模式选择开关的一个输入端，角度设定信号通过所述的角度弧度换算元件，连接到所述模式选择开关的另一个输入端；点火模式信号通过所述的第三与门，连接到所述模式选择开关的控制输入端；所述模式选择开关的输出端，连接到所述第一触发脉冲发生器的触发角信号输入端；所述模式选择开关的输出端，通过所述的第三算术运算元件，连接到所述第二触发脉冲发生器的触发角信号输入端。

2.根据权利要求1所述的点火脉冲产生器仿真装置，其特征在于所述的点火脉冲产生器仿真装置包括第一点火触发组件，第二点火触发组件，定时器，第一算术运算元件，反相器，斯密特触发器，第一与门，第二算术运算元件和第二与门；双极解锁信号端通过所述的定时器，并联连接到所述第一算术运算元件和第二算术运算元件的输入端；保护锁定信号端通过所述的反相器连接到所述斯密特触发器的输入端；所述第一算术运算元件的输出端，连接到所述第一与门的一个输入端；所述斯密特触发器的输出端，连接到所述第一与门的另一个输入端；所述第一与门的输出端，连接到所述第一点火触发组件的解锁信号端；所述第二算术运算元件的输出端，连接到所述第二与门的一个输入端；所述斯密特触发器的输出端，连接到所述第二与门的另一个输入端；所述第二与门的输出端，连接到所述第二点火触发组件的解锁信号端；所述第一触发脉冲发生器和第二触发脉冲发生器的解锁信号输入端，连接在一起构成所述点火触发组件的解锁信号端。