CN103760893A - 交流控制保护装置频率适应性的闭环试验系统及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种交流控制保护装置频率适应性闭环试验系统及方法。包括仿真工作站、实时数字仿真器、端子式继电器、功率放大器、直流实际控制保护装置、交流实际控制保护装置、以太网络,仿真工作站通过以太网络与实时数字仿真器连接，实时数字仿真器通过模拟量输出接口板卡与直流实际控制保护装置连接，直流实际控制保护装置通过数字量输入接口板卡与实时数字仿真器连接；实时数字仿真器通过模拟量输出接口板卡经功率放大器与交流实际控制保护装置连接，实时数字仿真器通过数字量输出接口板卡经端子式继电器与交流实际控制保护装置连接，交流实际控制保护装置通过数字量输入接口板卡与实时数字仿真器连接。本发明简单、实用，可方便、快速开展多种适应性试验。

Description

交流控制保护装置频率适应性的闭环试验系统及试验方法

技术领域

本发明是一种交流控制保护装置频率适应性的闭环试验系统及试验方法，特别是一种直流孤岛运行下交流控制保护装置频率适应性的实时数字闭环试验系统及其试验方法，属于直流孤岛运行下交流控制保护装置频率适应性的闭环试验系统及试验方法的创新技术。

背景技术

直流输电具有输电线路长、输电容量巨大的优点，可以高效地把资源相对丰富地区的电能送往资源紧缺地区，但因其输电容量巨大，也对电网的稳定性提出了全新的挑战：直流系统在常规联网运行方式下，一旦发生双极闭锁，巨大的潮流瞬间转移将严重威胁电网安全稳定运行。直流送端孤岛运行是应对这威胁的最有效手段，同时能够提高直流的输送能力。。

因直流孤岛运行在国内外尚未有运行先例，其运行方式存在一定的安全风险，在直流孤岛运行现场调试中发生过直流单极闭锁同时发生交流系统故障，交流控制保护装置误动的情况。常规的交流控制保护装置试验通常在工频情况下进行，其在直流孤岛运行单极闭锁导致电网频率振荡工况下的可靠性尚未有过验证。截止目前，国内外，检测直流孤岛运行下交流控制保护装置频率适应性的仿真模型和仿真平台尚无可参考，对如何试验检测直流孤岛运行下交流控制保护装置频率适应性缺乏行之有效的手段与方法。传统动模试验仅可对控制保护装置的绝缘水平、电磁兼容和抗干扰等性能进行测试，但对控制保护功能、逻辑的正确性、可靠性则难于测试。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种方便、灵活，可快速开展多类型的交流控制保护装置频率适应性试验的闭环试验系统。

本发明的另一目的在于提供一种简单、方便的交流控制保护装置频率适应性的闭环试验系统的试验方法。

本发明的技术方案是：本发明交流控制保护装置频率适应性的闭环试验系统，包括有建立电网模型的仿真工作站、实时数字仿真器、模拟量输出接口板卡、数字量输出接口板卡、数字量输入接口板卡、端子式继电器、功率放大器、直流实际控制保护装置、交流实际控制保护装置、以太网络,其中仿真工作站通过以太网络与实时数字仿真器连接，实时数字仿真器通过模拟量输出接口板卡向直流实际控制保护装置输出电压、电流模拟量，直流实际控制保护装置通过数字量输入接口板卡向实时数字仿真器返回控制命令数字量；实时数字仿真器通过模拟量输出接口板卡经功率放大器向交流实际控制保护装置输出交流电压、电流量，实时数字仿真器通过数字量输出接口板卡经端子式继电器向交流实际控制保护装置输出开关位置信号，交流实际控制保护装置通过数字量输入接口板卡将开关跳闸、重合闸命令返回至实时数字仿真器。

上述实时数字仿真器为RTDS实时数字仿真器。

本发明交流控制保护装置频率适应性闭环试验系统的试验方法，包括如下步骤：

1）根据直流孤岛运行下交流控制保护装置的一次直流、交流系统设备参数及线路参数，建立直流孤岛运行下交直流控制保护装置一次系统实时数字仿真模型；

2）通过实时数字仿真器建立直流孤岛运行下交流控制保护装置一次系统数字仿真模型；

3）在实时数字仿真器上运行进行实时数字仿真；

4）实时数字仿真器通过接口板卡分别与直流实际控制保护装置和交流实际控制保护装置连接，构成实时数字仿真闭环试验系统，从而对直流孤岛运行下交流控制保护装置频率适应性进行详细测试。

上述直流孤岛运行下交直流控制保护装置一次系统实时数字仿真模型的搭建过程为：

1）根据交流系统的发电机、变压器、交流线路、断路器、线路高抗、等值电源设备的实际参数并进行一定等值，按照电网的实际构架搭建直流孤岛运行下交流控制保护装置一次交流系统数字仿真模型；

2）根据直流系统的换流阀组、换流变压器、交流滤波器、直流滤波器、直流输电线路、接地极线路、断路器、隔离开关设备的实际结构和参数，搭建直流孤岛运行下交流控制保护装置一次直流系统的数字仿真模型；

3）建立直流孤岛运行下交流控制保护装置一次交流系统数字仿真模型与交流实际控制保护装置的接口模型，通过接口板卡输出或输入相关数字量或模拟量；

4）建立直流孤岛运行下交流控制保护装置一次直流系统数字仿真模型与直流实际控制保护装置的接口模型，通过接口板卡输出或输入相关数字量或模拟量。

本发明由于采用实时数字仿真器通过接口硬件设备分别与直流实际控制保护装置和交流实际控制保护装置相连接，构成直流孤岛运行下交流控制保护装置频率适应性闭环试验系统，满足方便进行不同故障点、故障类型和故障时间设置，故障后试验系统可快速恢复至正常运行状态的试验特点。本发明是一种设计灵活，性能可靠，简单实用的直流孤岛运行下交流控制保护装置频率适应性的闭环试验系统及其试验方法。

附图说明

图1为本发明一次系统的主要设备及拓扑结构示意图；

图2为本发明一次系统数字模型搭建的示意图；

图3为本发明的实时数字闭环试验系统的结构示意图。

具体实施方式：

本发明直流孤岛运行下交流控制保护装置频率适应性的闭环试验系统，包括有建立电网模型的仿真工作站1、实时数字仿真器2、模拟量输出接口板卡3、数字量输出接口板卡4、数字量输入接口板卡5、端子式继电器6、功率放大器7、直流实际控制保护装置8、交流实际控制保护装置9、以太网络10，其中仿真工作站1通过以太网络10与实时数字仿真器2连接，实时数字仿真器2通过模拟量输出接口板卡3向直流实际控制保护装置8输出电压、电流模拟量，直流实际控制保护装置8通过数字量输入接口板卡5向实时数字仿真器2返回控制命令数字量；实时数字仿真器2通过模拟量输出接口板卡3经功率放大器7向交流实际控制保护装置9输出交流电压、电流量，实时数字仿真器2通过数字量输出接口板卡4经端子式继电器6向交流实际控制保护装置9输出开关位置信号，交流实际控制保护装置9通过数字量输入接口板卡5将开关跳闸、重合闸命令返回至实时数字仿真器2。

本实施例中，上述实时数字仿真器1为RTDS实时数字仿真器。

本发明直流孤岛运行下交流控制保护装置频率适应性闭环试验系统的试验方法，包括如下步骤：

1）根据直流孤岛运行下交流控制保护装置的一次直流、交流系统设备参数及线路参数，建立直流孤岛运行下交直流控制保护装置一次系统实时数字仿真模型；

2）利用实时数字仿真器2的建模软件，建立直流孤岛运行下交流控制保护装置一次系统数字仿真模型的数字试验程序；

3）利用实时数字仿真器2的程序编译软件将数字试验程序编译，并下载到实时数字仿真器2上运行；

4）实时数字仿真器2通过接口板卡分别与直流实际控制保护装置8和交流实际控制保护装置9连接，构成实时数字仿真闭环试验系统，从而对直流孤岛运行下交流控制保护装置频率适应性进行详细测试；

上述直流孤岛运行下交直流控制保护装置一次系统实时数字仿真模型的搭建过程为：

1）根据交流系统的发电机、变压器、交流线路、断路器、线路高抗、等值电源等设备的实际参数并进行一定等值，按照电网的实际构架搭建直流孤岛运行下交流控制保护装置一次交流系统数字仿真模型；

2）根据直流系统的换流阀组、换流变压器、交流滤波器、直流滤波器、直流输电线路、接地极线路、断路器、隔离开关等设备的实际结构和参数，搭建直流孤岛运行下交流控制保护装置一次直流系统的数字仿真模型；

3）建立直流孤岛运行下交流控制保护装置一次交流系统数字仿真模型与交流实际控制保护装置9的接口模型，通过接口板卡输出或输入相关数字量或模拟量；

4）建立直流孤岛运行下交流控制保护装置一次直流系统数字仿真模型与直流实际控制保护装置8的接口模型，通过接口板卡输出或输入相关数字量或模拟量； 

本直流孤岛运行下交流控制保护装置频率适应性试验一次系统的主要设备包括交流系统的发电机、变压器、交流线路、断路器、等值电源，直流系统有换流阀组、换流变压器、交流滤波器、直流滤波器、直流输电线路、接地极线路、断路器、隔离开关，其拓扑结构如图1. 

本发明根据一次系统结构和参数搭建的直流孤岛运行下交流控制保护装置频率适应性试验一次系统的数字仿真模型如图2所示，包含有交流系统模型和直流系统模型两部分：

1）交流系统建模：根据发电机的等值参数，采用仿真器建模软件模型库中的同步发电机模型并输入对应参数，同时根据发电机的调速、励磁、稳定器参数，搭建出发电机及其调速、励磁、稳定器数字模型；根据交流系统的线路参数类型，采用仿真器建模软件模型库中的集中参数线路模型，在模型元件参数菜单中输入对应参数，搭建交流线路数字仿真模型；同理，根据变压器、断路器、线路高抗、等值电源等设备参数，在仿真器建模软件模型库中选择对应模型并输入对应参数，搭建变压器、断路器、线路高抗、等值电源等设备的数字仿真模型；

2）直流系统建模：根据换流阀组、换流变压器、交流滤波器、直流滤波器、直流输电线路、接地极线路、断路器、隔离开关的实际参数，在仿真器建模软件模型库中选择对应模型并输入对应参数，，搭建换流阀组、换流变压器、交流滤波器、直流滤波器、直流输电线路、接地极线路、断路器、隔离开关等设备的数字仿真模型；

按电网实际拓扑结构，将上述交流系统模型和直流系统模型进行相互连接，完成直流孤岛运行下交流控制保护装置频率适应性试验一次系统的数字仿真建模。

本发明的接口实施方案如图3，仿真器中的一次系统数字仿真模型运算得到的直流系统换流变交流母线侧交流电压、电流，换流阀组的交流电流，高压直流母线、直流线路、中性母线、接地极母线、接地极线路的直流电压、电流，通过仿真器的模拟量输出接口板卡直接输出至直流实际控制保护装置的模拟量输入卡进行采集计算；直流实际控制保护装置对采集的模拟量进行计算后得到的换流变分接头信号、阀触发脉冲信号、断路器和隔离刀闸的开断控制命令，通过保护装置的数字量输出卡输出至仿真器的数字量输入接口板卡，经数字量输入接口板卡的A/D转换输入值数字仿真器；交流系统的发电机电流、母联电流、交流线路电压和电流由数字仿真器经模拟量输出接口板卡送往功率放大器，经功率放大器按照设定比例线性放大后送往交流实际控制保护装置的模拟量输入卡进行采集计算；交流线路的断路器位置信号由仿真器的数字量输出接口板卡送往端子式继电器，经端子式继电器的电平隔离后送往交流实际控制保护装置的数字量输入板卡进行采集计算；交流实际控制保护装置对采集的模拟量、数字量进行计算后，通过数字输入接口板卡向数字仿真器输入断路器的跳闸或重合闸命令。

Claims (4)

1.一种交流控制保护装置频率适应性的闭环试验系统，其特征在于包括有建立电网模型的仿真工作站（1）、实时数字仿真器（2）、模拟量输出接口板卡（3）、数字量输出接口板卡（4）、数字量输入接口板卡（5）、端子式继电器（6）、功率放大器（7）、直流实际控制保护装置（8）、交流实际控制保护装置（9）、以太网络（10）,其中仿真工作站（1）通过以太网络（10）与实时数字仿真器（2）连接，实时数字仿真器（2）通过模拟量输出接口板卡（3）向直流实际控制保护装置（8）输出电压、电流模拟量，直流实际控制保护装置（8）通过数字量输入接口板卡（5）向实时数字仿真器（2）返回控制命令数字量；实时数字仿真器（2）通过模拟量输出接口板卡（3）经功率放大器（7）向交流实际控制保护装置（9）输出交流电压、电流量，实时数字仿真器（2）通过数字量输出接口板卡（4）经端子式继电器（6）向交流实际控制保护装置（9）输出开关位置信号，交流实际控制保护装置（9）通过数字量输入接口板卡（5）将开关跳闸、重合闸命令返回至实时数字仿真器（2）。

2.根据权利要求1所述的交流控制保护装置频率适应性试验系统，其特征在于上述实时数字仿真器（1）为RTDS实时数字仿真器。

3.一种根据权利要求1所述的交流控制保护装置频率适应性闭环试验系统的试验方法，其特征在于包括如下步骤：

1）根据直流孤岛运行下交流控制保护装置的一次直流、交流系统设备参数及线路参数，建立直流孤岛运行下交直流控制保护装置一次系统实时数字仿真模型；

2）通过实时数字仿真器（2）建立直流孤岛运行下交流控制保护装置一次系统数字仿真模型；

3）在实时数字仿真器（2）上运行进行实时数字仿真；

4）实时数字仿真器（2）通过接口板卡分别与直流实际控制保护装置（8）和交流实际控制保护装置（9）连接，构成实时数字仿真闭环试验系统，从而对直流孤岛运行下交流控制保护装置频率适应性进行详细测试。

4.根据权利要求3所述的交流控制保护装置频率适应性闭环试验系统的试验方法，其特征在于上述直流孤岛运行下交直流控制保护装置一次系统实时数字仿真模型的搭建过程为：

1）根据交流系统的发电机、变压器、交流线路、断路器、线路高抗、等值电源设备的实际参数并进行一定等值，按照电网的实际构架搭建直流孤岛运行下交流控制保护装置一次交流系统数字仿真模型；

2）根据直流系统的换流阀组、换流变压器、交流滤波器、直流滤波器、直流输电线路、接地极线路、断路器、隔离开关设备的实际结构和参数，搭建直流孤岛运行下交流控制保护装置一次直流系统的数字仿真模型；

3）建立直流孤岛运行下交流控制保护装置一次交流系统数字仿真模型与交流实际控制保护装置（9）的接口模型，通过接口板卡输出或输入相关数字量或模拟量；

4）建立直流孤岛运行下交流控制保护装置一次直流系统数字仿真模型与直流实际控制保护装置（8）的接口模型，通过接口板卡输出或输入相关数字量或模拟量。

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