CN104143282A - 一种高压直流输电系统过电压仿真培训系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压直流输电系统过电压仿真培训系统，包含以下部分：高压直流输电系统过电压理论知识库、系统元件数学模型知识库、直流保护库、直流控制库、仿真操作培训库以及用户自用功能扩展模块，用户可以随时学习高压直流输电系统各类过电压产生机理，熟悉直流输电工程各元件的数学模型，了解直流响应的保护和控制配置，以及进行具体的过电压仿真操作培训，深入全面了解高压直流输电系统过电压。

Description

一种高压直流输电系统过电压仿真培训系统及方法

技术领域

本发明涉及一种电压仿真系统，特别涉及一种适用于高压直流输电系统过电压仿真培训系统。 

背景技术

目前我国特高压直流输电工程已经成为电网建设的主要趋势之一，国网现已投运±800kV特高压直流一回和±500kV高压直流5回，南网在糯扎渡直流工程投运之后将有8回直流。随着越来越多高压直流工程的投运，更多的人需要进行高压直流输电系统的理论培训，其中高压直流输电系统过电压研究理论性很强，相关研究人员需要对过电压理论有比较系统的认识。而实际操作人员并不全都具备这种理论基础，因而在实际工作开展中会存在很大的局限性。采用人工授课的方法覆盖面不够广、过渡时间比较长、连续性要求高，而且成本也很高，无法让操作人员随时随地得到培训。 

在需要加强相关操作人员对高压直流输电系统过电压研究理论认识的需求下，急需一种可以实现所有操作人员都可以得到系统培训的高压直流输电系统过电压仿真培训系统。 

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种高压直流输电系统过电压仿真培训系统。 

本发明的另一目的在于，提供一种高压直流输电系统过电压仿真培训系统的实现方法。 

为了达到上述第一目的，本发明采用以下技术方案： 

一种高压直流输电系统过电压仿真培训系统，包括过电压理论知识库、系统元件数学模型知识库、直流保护库、直流控制库、仿真操作培训库以及用户自用功能扩展模块； 

所述过电压理论知识库，用于用户进行具体过电压理论的学习，了解过电 压产生机理； 

所述系统元件数学模型知识库，用于用户熟悉实际高压直流输电工程的各组成部分，建立相应的数学模型体系； 

所述直流保护库，用于用户了解实际高压直流输电工程保护区域划分以及具体保护功能； 

所述直流控制库，用于用户了解实际高压直流输电工程控制系统的组成及其各项具体控制功能； 

所述仿真操作培训库，用于用户在对高压直流输电工程有一定理论上的了解之后，集合实际工程的具体参数，了解各种过电压工况下系统各项运行参数的变化； 

所述用户自动功能扩展模块，用于用户对各库的修改和完善，形成用户自己特有的系统。 

优选的，所述电压理论知识库包括操作过电压模块和雷电过电压模块， 

所述操作过电压模块的仿真库中每种过电压工况有一个周波20ms的20组仿真数据，有保存的数据文件和输出的波形，用户可自己导出数据文件，进行数据的具体分析； 

所述雷电过电压模块，用于提供最终的仿真波形和数据，培训系统提供一个±500kV直流输电工程的仿真数据和一个±800kV特高压直流输电工程的仿真数据，也可根据实际需要进行具体定制。 

优选的，系统元件数学模块知识库包括高压直流输电工程的主要元件的数学模型，包括交流电源、交流滤波器、换流变压器、换流阀、直流滤波器、平波电抗器、避雷器、直流线路和直流杆塔模型。 

优选的，所述直流保护库模块按照现有直流输电工程的保护配置来进行分块，包括交流母线保护、交流线路保护、交流滤波器保护、换流变压器保护，换流器保护、直流母线保护、直流滤波器保护、直流线路保护、接地极线路保护和高速开关保护。 

优选的，所述直流控制库模块包含实际工程的完整保护配置：直流功率/电流控制、暂态稳定控制、电流平衡控制、电流裕度补偿控制、极间功率转移控制、过负荷控制、变压器分接头控制、定直流电流控制、定直流电压控制、定熄弧角控制。 

优选的，所述仿真操作培训库里面包含了主要过电压工况的仿真数据，每 种过电压工况都有具体的仿真数据，有保存的数据文件和输出的波形，用户可以自己导出数据文件，进行其他具体分析。 

优选的，所述用户自用功能扩展模块可以对各个理论模块的增加和修改功、添加笔记功能，对仿真培训模块的数据导出和导入。 

为了达到上述第二目的，本发明采用以下技术方案： 

本实施例高压直流输电系统过电压仿真培训系统的实现方法，包括下述步骤： 

S1、一级模块选择，选择过电压理论知识库、系统元件数学模型知识库、直流保护库、直流控制库、仿真操作培训库以及用户自用功能扩展模块； 

S2、二级模块选择，选择一级模块对应下的二级模块，若一级模块下仅有二级模块则选择要了解的二级模块，学习相关内容即可； 

S3、三级模块选择，若二级模块下还有三级模块，则在二级模块下选择需要使用的三级模块即可； 

S4、整个系统最多有三级模块，使用结束可以返回上一层或者返回主页面，选择其他需要使用的模块。 

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果： 

1、本发明的系统包含了高压直流输电系统过电压的理论知识、数学模型并结合实际控制保护和仿真操作数据，内容广泛，功能强大，将以往单一方向的深入结合起来，形成系统学习。 

2、适用范围广，所有的用户可以随时随地使用本系统，系统全面的了解高压直流输电系统过电压，改变了以往人工教学的模式，大大节约成本，增强实用性。 

3、用户可以将系统和自己实际的工作相结合，对系统的内容进行更新和补充，完善系统功能，使系统能及时更新，并可以惠及到所有用户。 

附图说明

图1为本培训系统的整体结构框图； 

图2为本培训系统的过电压理论知识库结构框图； 

图3为本培训系统的系统元件数学模型知识库示意图； 

图4为本培训系统的直流保护库示意图； 

图5为本培训系统的仿真操作培训库示意图； 

图6为本发明实施例中故障点的示意图； 

图7(a)-图7(h)是本发明实施例中的仿真电压波形图； 

图8(a)-图8(d)是本发明实施例中的仿真电流波形图； 

图9(a)-图9(h)是本发明实施例中的仿真触发角波形图； 

图10(a)-图10(d)是本发明实施例中的仿真保护动作波形图； 

图11(a)-图11(i)是本发明实施例中的仿真避雷器应力波形图。 

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。 

实施例 

请参照图1，本发明高压直流输电系统过电压培训系统，包括六大模块，过电压理论知识库模块、系统元件数学模型库模块、直流保护库模块、直流控制库模块、仿真操作培训库模块和用户自用功能扩展模块。模块之间相对独立又相互交叉，通过理论认识、熟悉模型、了解保护和控制到具体仿真操作，可以实现用户有条理有步骤的系统掌握过电压理论，用户自用功能扩展可以编辑培训内容、管理用户相关资料。 

所述过电压理论知识库，用于用户进行具体过电压理论的学习，了解过电压产生机理； 

所述系统元件数学模型知识库，用于用户熟悉实际高压直流输电工程的各组成部分，建立相应的数学模型体系； 

所述直流保护库，用于用户了解实际高压直流输电工程保护区域划分以及具体保护功能； 

所述直流控制库，用于用户了解实际高压直流输电工程控制系统的组成及其各项具体控制功能； 

所述仿真操作培训库，用于用户在对高压直流输电工程有一定理论上的了解之后，集合实际工程的具体参数，了解各种过电压工况下系统各项运行参数的变化； 

所述用户自动功能扩展模块，用于用户对各库的修改和完善，形成用户自己特有的系统。 

请参照图2，所述过电压理论知识库，包括操作过电压理论和雷电过电压理论两大模块，操作过电压理论模块中按产生原因分为交流侧过电压、直流侧过电压和线路过电压三个子模块。雷电过电压理论模块中按过电压产生原因分为直击雷过电压、反击过电压、绕击过电压和感应过电压四个子模块，每个模块中详细介绍了相应过电压产生原理和抑制方法。 

请参照图3，所述系统元件数学模型知识库，包含了高压直流输电工程的主要元件的数学模型，包括交流电源、交流滤波器、换流变压器、换流阀、直流滤波器、平波电抗器、避雷器、直流线路和直流杆塔模模型。每一个子模块里面具体介绍了相应元件的各种数学模型，以及每种数学模型的适用场合。 

请参照图4，所述直流保护库，包括交流母线保护、交流线路保护、交流滤波器保护、换流变压器保护，换流器保护、直流母线保护、直流滤波器保护、直流线路保护、接地极线路保护和高速开关保护十个子模块，每个子模块里面包含每个保护区域的具体保护，如直流母线保护模块就包括直流母线差动保护、直流中性母线差动保护和直流极线差动保护。 

请参照图5，所述仿真操作培训库里面包含了主要过电压工况的仿真数据，包括操作过电压和雷电过电压仿真两个子模块，操作过电压的仿真库中每种过电压工况有一个周波20ms的20组仿真数据，有保存的数据文件和输出的波形，用户可以自己导出数据文件，进行其他具体分析。雷电过电压的仿真数据提供最终的仿真波形和数据。培训系统提供一个±500kV直流输电工程的仿真数据和一个±800kV特高压直流输电工程的仿真数据，也可以根据实际需要进行具体定制。 

工程实施例： 

参考云广直流工程的系统参数，额定输送功率5000MW，额定运行电压±800kV，额定电流3.125 kA，线路长度1418km。根据本发明的高压直流输电系统过电压培训系统，给出最高YY换流变阀侧单相接地故障，对V1和E1H、E2H产生过电压冲击的仿真波形，仿真运行时间5s，故障开始在3.3s，仿真步长50微秒，系统提供3.300s-3.319s，每隔1ms故障的所有仿真数据，包括整流站和逆变站电压、电流、触发角，以及保护动作信号和相关避雷器应力波形。 

1、故障点示意图：最高YY换流变阀侧，即图6中52点处。 

2、仿真波形 

(1)电压波形，如图7(a)-图7(h)所示： 

(a)UdCH_A1：整流站正极电压； 

(b)UdCH_B1：逆变站正极电压； 

(c)UdCM_A1：整流站正极一半电压； 

(d)UdCM_B1：逆变站正极一半电压； 

(e)UdCH_A2：整流站负极电压； 

(f)UdCH_B2：逆变站负极电压； 

(g)UdCM_A2：整流站负极一半电压； 

(h)UdCM_B2：逆变站负极一半电压； 

(2)电流波形，如图8(a)-图8(d)所示: 

(a)IdCH_A1：整流站正极电流； 

(b)IdCH_B1：逆变站正极电流； 

(c)IdCH_A2：整流站负极电流； 

(d)IdCH_B2：逆变站负极电流； 

(3)触发角波形，如图9(a)-图9(h)所示: 

(a)a_order_A11：整流站正极高压端阀组触发角； 

(b)a_order_B11：逆变站正极高压端阀组触发角； 

(c)a_order_A12：整流站正极低压端阀组触发角； 

(d)a_order_B12：逆变站正极低压端阀组触发角； 

(e)a_order_A21：整流站负极低压端阀组触发角； 

(f)a_order_B21：逆变站负极低压端阀组触发角； 

(g)a_order_A22：整流站负极高压端阀组触发角； 

(h)a_order_B22：逆变站负极高压端阀组触发角； 

(4)保护动作波形，如图10(a)-图10(d)所示： 

(a)cp_87CSY_trip_stage1：整流站阀短路保护I段动作信号； 

(b)cp_87CSY_trip_stage2：整流站阀短路保护II段动作信号； 

(c)cp_87DCM_trip：换流器直流差动保护动作信号； 

(d)DCL_27dudt_trip：直流线路低电压保护动作信号； 

(5)避雷器应力波形，如图11(a)-图11(i)所示： 

(a)V1：整流站正极V1型避雷器最大电压； 

(b)VE1H：整流站正极E1H型避雷器最大电压； 

(c)VE2H：整流站正极E2H型避雷器最大电压； 

(d)IV1：整流站正极V1型避雷器最大电流； 

(e)ICE1H：整流站正极E1H型避雷器最大电流； 

(f)ICE2H：整流站正极E2H型避雷器最大电流； 

(g)ENV1：整流站正极V1型避雷器最大能量； 

(h)ENE1H：整流站正极E1H型避雷器最大能量； 

(i)ENE2H：整流站正极E2H型避雷器最大能量。 

本实施例的高压直流输电系统过电压仿真培训系统的实现方法，包括下述步骤： 

S1、一级模块选择，选择过电压理论知识库、系统元件数学模型知识库、直流保护库、直流控制库、仿真操作培训库以及用户自用功能扩展模块； 

S2、二级模块选择，选择一级模块对应下的二级模块，若一级模块下仅有二级模块则选择要了解的二级模块，学习相关内容即可； 

S3、三级模块选择，若二级模块下还有三级模块，则在二级模块下选择需要使用的三级模块即可； 

S4、整个系统最多有三级模块，使用结束可以返回上一层或者返回主页面，选择其他需要使用的模块。 

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (8)

1.一种高压直流输电系统过电压仿真培训系统，其特征在于，包括过电压理论知识库、系统元件数学模型知识库、直流保护库、直流控制库、仿真操作培训库以及用户自用功能扩展模块；

所述过电压理论知识库，用于用户进行具体过电压理论的学习，了解过电压产生机理；

所述系统元件数学模型知识库，用于用户熟悉实际高压直流输电工程的各组成部分，建立相应的数学模型体系；

所述直流保护库，用于用户了解实际高压直流输电工程保护区域划分以及具体保护功能；

所述直流控制库，用于用户了解实际高压直流输电工程控制系统的组成及其各项具体控制功能；

所述仿真操作培训库，用于用户在对高压直流输电工程有一定理论上的了解之后，集合实际工程的具体参数，了解各种过电压工况下系统各项运行参数的变化；

所述用户自动功能扩展模块，用于用户对各库的修改和完善，形成用户自己特有的系统。

2.根据权利要求1所述的高压直流输电系统过电压仿真培训系统，其特征在于，所述电压理论知识库包括操作过电压模块和雷电过电压模块，

所述操作过电压模块的仿真库中每种过电压工况有一个周波20ms的20组仿真数据，有保存的数据文件和输出的波形，用户可自己导出数据文件，进行数据的具体分析；

所述雷电过电压模块，用于提供最终的仿真波形和数据，培训系统提供一个±500kV直流输电工程的仿真数据和一个±800kV特高压直流输电工程的仿真数据，也可根据实际需要进行具体定制。

3.根据权利要求1所述的高压直流输电系统过电压仿真培训系统，其特征在于，系统元件数学模块知识库包括高压直流输电工程的主要元件的数学模型，包括交流电源、交流滤波器、换流变压器、换流阀、直流滤波器、平波电抗器、避雷器、直流线路和直流杆塔模型。

4.根据权利要求1所述的高压直流输电系统过电压仿真培训系统，其特征在于，所述直流保护库模块按照现有直流输电工程的保护配置来进行分块，包括交流母线保护、交流线路保护、交流滤波器保护、换流变压器保护，换流器保护、直流母线保护、直流滤波器保护、直流线路保护、接地极线路保护和高速开关保护。

5.根据权利要求1所述的高压直流输电系统过电压仿真培训系统，其特征在于，所述直流控制库模块包含实际工程的完整保护配置：直流功率/电流控制、暂态稳定控制、电流平衡控制、电流裕度补偿控制、极间功率转移控制、过负荷控制、变压器分接头控制、定直流电流控制、定直流电压控制、定熄弧角控制。

6.根据权利要求1所述的高压直流输电系统过电压仿真培训系统，其特征在于，所述仿真操作培训库里面包含了主要过电压工况的仿真数据，每种过电压工况都有具体的仿真数据，有保存的数据文件和输出的波形，用户可以自己导出数据文件，进行其他具体分析。

7.根据权利要求1所述的高压直流输电系统过电压仿真培训系统，其特征在于，所述用户自用功能扩展模块可以对各个理论模块的增加和修改功、添加笔记功能，对仿真培训模块的数据导出和导入。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的高压直流输电系统过电压仿真培训系统的培训方法，包括下述步骤：

S1、一级模块选择，选择过电压理论知识库、系统元件数学模型知识库、直流保护库、直流控制库、仿真操作培训库以及用户自用功能扩展模块；

S2、二级模块选择，选择一级模块对应下的二级模块，若一级模块下仅有二级模块则选择要了解的二级模块，学习相关内容即可；

S3、三级模块选择，若二级模块下还有三级模块，则在二级模块下选择需要使用的三级模块即可；

S4、整个系统最多有三级模块，使用结束可以返回上一层或者返回主页面，选择其他需要使用的模块。