CN103955142A - 一种风机控制器实时试验系统的接口电路改进方法 - Google Patents

Abstract

一种风机控制器实时试验系统的接口电路改进方法，该方法通过对实时数字仿真器（RTDS）的数字量输入卡（GTDI）的输入电路进行改进，在外接电源与二极管之间串入排阻R，实现外接电源电压与被试风机控制器输出电平电压的匹配；所述方法将RTDS各种模拟/数字输入/输出卡集成于单个转接柜屏柜中，通过调整GTDI卡外接电源电压，统一各输入/输出卡的工作电压和外接电源电压的外部供电方式。本发明对实时数字仿真器数字量输入卡的输入电路进行改造后，可以根据被试设备输出电平的电压，方便有效地调整接口电路。本发明采用转接屏柜的设计，极大地简化了试验的接线工作，最大限度地减少中间环节，减小了电缆传输过程中的衰减，提高了试验精度和纠错能力。

Description

一种风机控制器实时试验系统的接口电路改进方法

技术领域    

本发明涉及一种风机控制器实时试验系统的接口电路改进方法，属电力测试及计量技术领域。

背景技术    

随着全球能源领域竞争的加剧，世界各国日益重视自身可持续发展战略的实施，作为这一战略的核心技术之一，分布式发电供能技术的研究日益受到各国关注。欧盟、美国、日本等多个发达国家在进行能源结构调整过程中，已经把分布式发电技术放在了相当重要的位置上。风电是目前技术最成熟且最具规模化开发条件和商业化发展前景的新能。截至2011年年底，全球风电装机容量达到238GW，约占全球发电装机容量的5%，我国风电装机容量44.73GW，约占发电机装机总容量的4.6%。随着国内的多个百万千瓦级大型风电场投入运行，大型风机及其并网运行成为目前电力系统一个重要研究领域。由风电机组出力的随机性和间歇性对电网安全可靠运行的影响日益显现；同时，风电机组的并网运行改变了原有系统结构和潮流分布，对继电保护等电力系统设备性能提出了更高的要求。因此，风电的快速发展，给风电机组的建模以及并网后的电力系统仿真分析提出了新的研究课题。如何真实再现风电机组的动态特性，以及如何通过仿真改善风电机组动态特性以满足系统安全可靠运行的需要，显得尤为迫切、十分必要。

国内风电仿真研究分析可以分为两类：物理仿真实验和采用电磁暂态仿真程序的数字仿真。采用物理实验，这类方法成本较高，实物系统受到模型容量、光照、风速、稳定等现实条件的限制。利用数字仿真软件进行分布式电源系统的研究，大多数利用PSCAD/EMTDC、MATLAB/Simulink等仿真软件进行系统的建模与分析，这些仿真软件均为离线仿真软件。然而，这些工具存在共有的缺陷：一是计算速度慢，不能满足实时计算的要求；二是不具备与实际装置交互的能力，无法开展电力自动化设备的闭环测试研究。RTDS依托其强大的硬件和软件设计，克服了上述仿真工具的缺点，在继电保护装置闭环测试、控制系统闭环测试、大规模交直流电力系统动态行为仿真和分析等领域广泛应用。目前，基于RTDS/RSCAD的风力发电的仿真研究主要是针对单台风电机组的建模，以及在部分运行工况下搭建算例模型，实现全数字实时仿真。尚未形成完备的二次侧的物理控制设备和数字仿真软件混合使用的风力发电系统仿真测试研究平台，不具备电力设备的闭环测试研究的条件。

为了实现风机控制器的闭环测试，首先必须保证控制器与RTDS的数字信息量的有效交互，而实时数字仿真系统中各数字量输入/输出卡均需要外接电源来提供工作电压，分别为5V/24V，且无法与外接被试数字量输出电压进行兼容。

发明内容

本发明的目的是，根据风机控制器的闭环测试存在的问题，本发明针对风机控制器与RTDS的接口电路提出一种改进方法。

实现本发明的技术方案是，本发明通过对实时数字仿真器（RTDS，Real-time Digital Simulator）的数字量输入卡（GTDI）的输入电路进行改进，在外接电源与二极管之间串入排阻，实现外接电源电压与被试风机控制器输出电平电压的匹配；将RTDS各种模拟/数字输入/输出卡集成于单个转接柜屏柜中，通过调整GTDI卡外接电源电压，统一各输入/输出卡的工作电压和外接电源电压的外部供电方式。

RTDS通过GTDI卡，接收由外部被试装置发出的数字信号量。每张GTDI卡含64路独立的数字量输入通道。每个通道均由一个光耦合器组成输入电路，如图1所示。与GTDI卡连接被试装置必须提供足够大的电流，使晶闸管达到导通电压。晶闸管导通后，接通输入回路，RTDS收到被试装置发出的数字量。没有电流通过光隔离二极管时，由RTDS处理器卡读取到的GTDI卡输出为‘0’。当电流驱动二极管导通后，RTDS处理器卡才能读取到‘1’。

本发明对实时数字仿真器数字量输入卡的输入电路作如下改进：

外接电源与二极管之间串入排阻R，排阻R的阻值大小须保证流过二极管电流限制在10mA（外接电压以5V计，则排阻应选为330Ω），以保护二极管不被击穿。如果外部被试设备所输出的信号电压电平大于5伏，则必须串接外部电阻器，或更换排阻R大小，将流经二极管的电流限制为10毫安左右（二极管正常导通时压降为1.6V）。

排阻R的大小由公式确定：                                                

其中，为输入电路中串接的排阻阻值，为被试设备输出信号的电压电平。

本发明将RTDS各种模拟/数字输入/输出卡集成于单个转接柜屏柜中，通过调整GTDI卡外接电源电压，统一各输入/输出卡的工作电压和外接电源电压的外部供电方式。

转接屏柜是被试风机控制器与RTDS实现信息实时交互的核心元件，其中GTDI卡配置的排阻阻值（330Ω）对应的外接电源电压为+5V，而数字量输出GTDO卡输出电压电平为+24V，各输入/输出卡外接工作电压均为+24V。

本发明所采用的改进方法是调整排阻阻值，将外接电源电压统一为+24V。各输入/输出卡之间采用光纤级联，并从首张板卡通过一根长光纤与1块GPC处理器卡连接，板卡外接电源和工作电源均由统一的24V直流电压源供电。实现了风机控制器与RTDS接口的高度集成、扩展性强和节省试验过程中的用电量。

本发明的有益效果是，本发明对实时数字仿真器数字量输入卡的输入电路进行改造后，可以根据被试设备输出电平的电压，方便有效地调整接口电路，保证有数字量输入时，光耦二极管的导通且处于正常工作的区域内；通过改进GTDI卡输入电路，风机控制器数字量输出信号可直接接入GTDI卡，而无需另外接电源，节省了用电量，节能环保；通过改变排阻大小，保证GTDI外接电压的选择具有灵活性，使其便于与各类型被试设备连接，有广泛的适用性。

本发明统一了RTDS各输入/输出板块的外接电源电压和工作电源，采用转接屏柜的设计，极大地简化了试验的接线工作，最大限度地减少中间环节，减小了电缆传输过程中的衰减，提高了试验精度和纠错能力；本发明解决了GTDI卡与风电控制器输出量电压不匹配的问题，为搭建实时数字仿真试验平台、开展对风电控制器的闭环测试解决了制约性难题。

附图说明   

图１为本发明改进的光耦合器输入电路示意图；

图２为风机控制器的闭环试验系统结构框图。

具体实施方式

本发明的具体实施方式如图1所示。

本实施例在外接电源（AC之间）与二极管之间串入排阻R，排阻R的阻值大小须保证流过二极管电流限制在10mA（外接电压以5V计，则排阻应选为330Ω），以保护二极管不被击穿。如果外部被试设备所输出的信号电压电平大于5伏，则必须串接外部电阻器，或更换排阻大小，将流经二极管的电流限制为10毫安左右（二极管正常导通时压降为1.6V）。

排阻R的大小由公式确定： 

其中，为输入电路中串接的排阻阻值，为被试设备输出信号的电压电平。

本实施例将RTDS各种模拟/数字输入/输出卡集成于单个转接柜屏柜中，将外接电源电压统一为+24V。各输入/输出卡之间采用光纤级联，并从首张板卡通过一根长光纤与1块GPC处理器卡连接，板卡外接电源和工作电源均由统一的24V直流电压源供电。

图2所示为风电控制器闭环测试系统的基本组成。试验中基于工作站上安装的RTDS图形软件RSCAD搭建风电系统及其控制系统的仿真模型，并根据测试项目进行模型及参数的调整，工作站通过以太网与RTDS处理器进行实时的信息交互，处理器进行实时潮流计算，将模拟系统的开关位置通过GTDO卡输出给被测控制器，并接收控制器的控制信号，实时调整模拟系统的拓扑结构，并将模拟量（CT电流、节点电压）通过GTAO卡，并由功率放大器放大后输出给控制器。本发明实施例中，通过对数字量输入接口电路的改进，通过对排阻阻值的改变，灵活调整接口电路的适用电压，既能保证与被测装置输出信号电平的适配，又可以统一RTDS各输入输出卡的电源电压，减少转换环节，节能环保。

Claims (2)

1.一种风机控制器实时试验系统的接口电路改进方法，其特征在于，所述方法通过对实时数字仿真器（RTDS）的数字量输入卡（GTDI）的输入电路进行改进，在外接电源与二极管之间串入排阻，实现外接电源电压与被试风机控制器输出电平电压的匹配；所述方法将RTDS各种模拟/数字输入/输出卡集成于单个转接柜屏柜中，通过调整GTDI卡外接电源电压，统一各输入/输出卡的工作电压和外接电源电压的外部供电方式。

2.根据权利要求1所述的一种风机控制器实时试验系统的接口电路改进方法，其特征在于，所述排阻大小为:                                                

其中，为输入电路中串接的排阻阻值，为被试设备输出信号的电压电平。