CN106443263B - 基于rtds的svg抑制次同步振荡测试系统及方法 - Google Patents

基于rtds的svg抑制次同步振荡测试系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种基于RTDS的SVG抑制次同步振荡测试系统，包括：RTDS，包括用于模拟信号输出的GTAO板卡、用于数字信号输入输出GTDI/DO板卡、用于通信的控制接口板卡和处理器板卡；功率放大器，连接GTAO板卡，用于接收GTAO板卡输出的模拟信号并将模拟信号放大后输出放大模拟信号；光电转换器，用于光电信号之间的转换；SVG控制器，与功率放大器和光电转换器连接，控制SVG的运行状态；控制设备，连接控制接口板卡，通过控制接口板卡跟处理器板卡进行通信，用于建立具有交互作用的仿真电网模型，进行SVG抑制次同步振荡测试。本发明实施例提供的技术方案能够在SVG不接入实际电网的情况下验证SVG对次同步振荡的抑制效果。

Description

基于RTDS的SVG抑制次同步振荡测试系统及方法
技术领域
本发明实施例涉及电力系统次同步振荡测试领域，尤其涉及一种基于RTDS的SVG抑制次同步振荡测试系统及方法。
背景技术
在高压或超高压远距离输电系统中，为了提高系统的输电容量，提高系统的稳定性，通常采用串联电容补偿技术，但同时也会带来次同步振荡的风险。
SVG(Static Var Generator，静止无功发生器)作为新型的电力电子设备，可以向电力系统中注入指定频率电流，改善系统的暂态特性和稳态特性，对电力系统的次同步振荡具有抑制作用，近年来在电力系统得到了广泛的应用。
但是，SVG的抑制效果只能在实际的电网系统中进行验证，如果SVG的抑制效果不好，就会对电网造成破坏，存在一定的风险。因此，现有技术所存在的缺陷是，没有一种SVG抑制次同步振荡的测试系统及方法，能够在SVG不接入实际电网的情况下验证SVG对次同步振荡的抑制效果。
发明内容
本发明实施例提出一种基于RTDS的SVG抑制次同步振荡测试系统及方法，以在SVG不接入实际电网的情况下验证SVG对次同步振荡的抑制效果。
第一方面，本发明实施例提供了一种基于RTDS的SVG抑制次同步振荡测试系统，包括：
RTDS，包括用于模拟信号输出的GTAO板卡、用于数字信号输入输出的GTDI/DO板卡、用于通信的控制接口板卡和处理器板卡，处理器板卡与GTAO板卡、GTDI/DO板卡和控制接口板卡连接，用于对GTDI/DO板卡和控制接口板卡接收到的数据进行仿真处理，并将仿真处理后的仿真数据通过GTAO板卡、GTDI/DO板卡和控制接口板卡进行输出；
功率放大器，连接GTAO板卡，用于接收GTAO板卡输出的模拟信号并将模拟信号放大后输出放大模拟信号；
光电转换器，连接GTDI/DO板卡，用于接收GTDI/DO板卡的数字输出信号并将数字输出信号转换成光输出信号进行输出，接收光输入信号并将光输入信号转换成数字输入信号发送给GTDI/DO板卡；
SVG控制器，与功率放大器和光电转换器连接，用于接收功率放大器的放大模拟信号和光电转换器的光输出信号，输出光输入信号给光电转换器，通过控制SVG运行状态使得SVG可以抑制次同步振荡；
控制设备，连接控制接口板卡，通过控制接口板卡跟处理器板卡进行通信，用于建立具有交互作用的仿真电网模型，控制设备驱动仿真电网模型在处理器板卡中运行并通过结合RTDS、功率放大器、光电转换器和SVG控制器以进行SVG抑制次同步振荡测试。
上述基于RTDS的SVG抑制次同步振荡测试系统，可选地，控制设备为PC机、服务器、工作站或移动终端。
第二方面，本发明实施例提供了一种SVG抑制次同步振荡测试方法，采用上述基于RTDS的SVG抑制次同步振荡测试系统执行，该方法包括：
通过控制设备，结合RTDS、功率放大器、光电转换器和SVG控制器建立仿真电网模型；
设定至少两种SVG运行模式；
切换执行SVG运行模式，通过控制设备驱动电网模型运行，以进行SVG抑制次同步振荡测试，得到至少两次测试结果；
根据各测试结果，判断至少两种SVG运行模式效果。
上述SVG抑制次同步振荡测试方法中，可选地，切换执行SVG运行模式，通过控制设备驱动仿真电网模型运行，以进行SVG抑制次同步振荡测试包括：
通过控制设备设置仿真电网模型中的串补电容退出；
通过控制设备获取第一电网参数的波形；
根据第一电网参数的波形识别出仿真电网模型运行正常时，调整串补电容的补偿度；
通过控制设备控制投切串补电容使仿真电网模型发生固定频率的次同步振荡；
通过控制设备获取第二电网参数的波形；
根据第一电网参数的波形和第二电网参数的波形判断SVG对次同步振荡的抑制效果。
上述SVG抑制次同步振荡测试方法中，可选地，SVG运行模式包括：恒电压控制模式和恒无功控制模式。
上述SVG抑制次同步振荡测试方法中，可选地，固定频率为2～50Hz频率。
上述SVG抑制次同步振荡测试方法中，可选地，固定频率为10Hz、15Hz或20Hz频率。
上述SVG抑制次同步振荡测试方法中，可选地，第一电网参数和第二电网参数包括电网的电压、电流、功率以及SVG的电容电压中的一个或多个。
上述SVG抑制次同步振荡测试方法中，可选地，仿真电网模型包括火力发电机组模型、风力发电机组模型和串补电容模型。
上述SVG抑制次同步振荡测试方法中，可选地，风力发电机组为双馈风力发电机组。
本发明实施例提供的技术方案中，RTDS(Real Time Digital Simulator，实时数字仿真仪)的硬件基于DSP和并行计算，计算速度可以达到实时输出，通过采用RTDS进行实时仿真，能够在SVG不接入实际电网的情况下验证SVG对次同步振荡的抑制效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是基于RTDS的SVG抑制次同步振荡测试系统示意图；
图2是基于RTDS的SVG抑制次同步振荡测试方法示意图；
图3是仿真电网模型示意图；
图4是基于RTDS的SVG抑制次同步振荡测试方法中S3测试步骤示意图；
图5是第一电网参数的波形和第二电网参数的波形示意图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
本发明实施例提供了一种基于RTDS的SVG抑制次同步振荡测试系统，请参考图1，其是本发明实施例一提供的一种基于RTDS的SVG抑制次同步振荡测试系统示意图。
本发明实施例提供了一种基于RTDS的SVG抑制次同步振荡测试系统，包括：RTDS1，包括用于模拟信号输出的GTAO板卡12、用于数字信号输入输出的GTDI/DO板卡13、用于通信的控制接口板卡14和处理器板卡11，处理器板卡11与GTAO板卡12、GTDI/DO板卡13和控制接口板卡14连接，用于处理GTDI/DO板卡13和控制接口板卡14接收到的数据，并将处理后的数据通过GTAO板卡12、GTDI/DO板卡13和控制接口板卡14进行输出；功率放大器2，连接GTAO板卡12，用于接收GTAO板卡12输出的模拟信号并将模拟信号放大后输出放大模拟信号；光电转换器4，连接GTDI/DO板卡13，用于接收GTDI/DO板卡13的数字输出信号并将数字输出信号转换成光输出信号进行输出，接收光输入信号并将光输入信号转换成数字输入信号发送给GTDI/DO板卡13；SVG控制器3，与功率放大器2和光电转换器4连接，用于接收功率放大器2的放大模拟信号和光电转换器4的光输出信号，输出光输入信号给光电转换器4，通过控制SVG运行状态使得SVG可以抑制次同步振荡；控制设备5，连接所述控制接口板卡14，通过控制接口板卡14跟处理器板卡11进行通信，用于建立仿真电网模型，控制设备5驱动仿真电网模型在处理器板卡11中运行并通过结合RTDS1、功率放大器2、光电转换器4和SVG控制器3以进行SVG抑制次同步振荡测试。
具体地，RTDS可以包括GTAO板卡、GTDI/DO板卡、控制接口板卡和处理器板卡，还可以包括其他板卡。功率放大器实现模拟信号的放大。光电转换器实现光电信号之间的转换。控制设备可以基于RTDS的仿真软件RSCAD-DRAFT建立仿真电网模型。例如可以构建由发电机、双馈风机、SVG和串补电容组成的有着交互作用的仿真电网模型。其中，SVG模型可以采用CHINAV5模型，A、B、C三相均有12个全桥整流电路，三相共36个全桥整流电路。每个整流电路的电容电压可以经过2000:5变比换算后由GTAO卡输出给功率放大器，功率放大器按照5:100的倍数将电压放大，放大后的电压信号传输给SVG控制器，SVG控制器通过设置100:2000的系数来放映真实的电容电压。每个全桥模块通过两位二进制信号进行控制，控制信号由SVG控制器产生，经过光电转换器转换成电信号后输入给RTDS的GTDI/DO板卡采集，RTDS将采集到的信号通过控制接口板卡输入给SVG模型。同时GTDI/DO板卡还采集经过光电转换器转换后的SVG主开关和辅助开关的位置控制信号。开关的实际位置信号则通过GTDI/DO板卡经过光电转换器转换成光信号后输出给SVG控制器。系统电压、电流(220kV侧)经220kV:100V、1500:5变比换算后由GTAO板卡转换成正负10V的小信号输出给功率放大器，再由功率放大器放大后输出给SVG控制器。SVG仿真模型的电压、电流经10kV:100V、600:5变比换算后由GTAO板卡转换成正负10V的小信号输出给功率放大器，再由功率放大器放大后输出给SVG控制器。
本发明实施例提供的技术方案中，RTDS硬件基于DSP和并行计算，计算速度可以达到实时输出，通过采用RTDS进行实时仿真，能够在SVG不接入实际电网的情况下验证SVG对次同步振荡的抑制效果。
上述基于RTDS的SVG抑制次同步振荡测试系统，可选地，控制设备为PC机、服务器、工作站或移动终端。PC机、工作站及服务器等均可以作为控制设备，增加了SVG抑制次同步振荡测试系统构建的灵活性。
实施例二
本发明实施例提供了一种SVG抑制次同步振荡测试方法，请参考图2，其是本发明实施例二提供的一种SVG抑制次同步振荡测试方法示意图。
本发明实施例提供了一种SVG抑制次同步振荡测试方法，采用上述基于RTDS的SVG抑制次同步振荡测试系统执行，包括：
S1：通过控制设备，结合RTDS、功率放大器、光电转换器和SVG控制器建立仿真电网模型；
S2：设定至少两种SVG运行模式；
S3：切换执行SVG运行模式，通过控制设备驱动电网模型运行，以进行SVG抑制次同步振荡测试，得到至少两次测试结果；
S4：根据各测试结果，判断至少两种SVG运行模式效果。
具体地，在实施例一提供的基于RTDS的SVG抑制次同步振荡测试系统的基础上执行SVG抑制次同步振荡测试方法，S1：通过控制设备，结合RTDS、功率放大器、光电转换器和SVG控制器建立仿真电网模型，仿真电网模型可以是如图3所示的仿真电网模型，可以包括由高压长距离线路串补电容、220kV火电机组、35kV风机系统组建而成的系统。500kV侧为无穷大理想电源，经过可调的电阻电抗和可调串补电容到一台500kV/220kV的变压器，变压器容量为500MVA，短路阻抗7％，YnYn12联接方式。220kV母线上有一台容量为240MVA的发电机，经过50kM的架空线路到一台220kV/35kV的变压器，变压器容量为60MVA，短路阻抗7％，Ynd11联接方式。35kV母线上接有容量可调的负载、双馈风机。双馈风机的输入端是三个可控电流源，双馈风机输出端的有功、无功经过解耦后得到三个可控电流源的控制信号，双馈风机的最大输出功率50MW。35kV系统经过35kV/10kV的接口变压器与SVG连接，接口变压器的短路阻抗为12％。S2：设定至少两种SVG运行模式，SVG的运行模式例如可以是恒电压控制模式和恒无功控制模式，还可以是其他SVG运行模式。S3：切换执行所述SVG运行模式，通过控制设备驱动电网模型运行，以进行SVG抑制次同步振荡测试，得到至少两次测试结果，在恒电压控制模式和恒无功控制模式以及其他SVG运行模式下，通过切换SVG运行模式，实现所有SVG运行模式都进行SVG抑制次同步振荡测试，得到多个测试结果。S4：根据各测试结果，判断至少两种SVG运行模式效果，对每个SVG运行模式的测试结果进行判断，测试结果正常表示在该SVG运行模式下SVG能够抑制次同步振荡，测试结果异常表示SVG在该SVG运行模式下不能够抑制次同步振荡。所有测试结果都正常，才能得到最终的测试结果正常，即SVG能够抑制次同步振荡测。只要有一个测试结果异常，最终的测试结果就为异常，即SVG不能够抑制次同步振荡测。
本发明实施例提供的技术方案中，通过采用RTDS进行实时仿真，在至少两种SVG运行模式下进行SVG抑制次同步振荡测试，实现了测试的全面性。
上述SVG抑制次同步振荡测试方法中，可选地，S3：切换执行SVG运行模式，通过控制设备驱动仿真电网模型运行，以进行SVG抑制次同步振荡测试可以包括如图4所示测试步骤：
S31：通过控制设备设置仿真电网模型中的串补电容退出；
S32：通过控制设备获取第一电网参数的波形；
S33：根据第一电网参数的波形识别出仿真电网模型运行正常时，调整串补电容的补偿度；
S34：通过控制设备控制投切串补电容使仿真电网模型发生固定频率的次同步振荡；
S35：通过控制设备获取第二电网参数的波形；
S36：根据第一电网参数的波形和第二电网参数的波形判断SVG对次同步振荡的抑制效果。
具体地，S31：通过控制设备设置仿真电网模型中的串补电容退出，使得仿真电网模型中没有串补电容，也就使得仿真电网模型不会因为串补电容发生次同步振荡。S32：通过控制设备获取第一电网参数的波形，通过控制设备可以从RTDS中获取并显示第一电网参数的波形，第一电网参数可以包括电网的电压、电流、功率以及SVG的电容电压中的一个或多个，第一电网参数的波形可以如图5所示，其中VPPCA、VPPCB、VPPCC表示为图3的仿真电网模型中PPC点电压一次值，V35A、V35B、V35C表示35kV母线电压值，ISA、ISB、ISC为系统侧电流，定义流向负荷为正，ISVGA0、ISVGB0、ISVGC0为SVG装置电流、定义流入系统为正方向，UDCAx、UDCBx(x：1～12)分别为SVG的A相和B相第1～12模块的直流电压。S33：根据第一电网参数的波形识别出仿真电网模型运行正常时，调整串补电容的补偿度，可以根据如图5所示的第一电网参数的波形识别仿真电网模型是否运行正常，波形发生振荡表示仿真电网模型运行不正常，发生了次同步振荡，如图5中ISA、ISB、ISC、ISVGA0、ISVGB0、ISVGC0的波形所示，波形没有发生振荡表示仿真电网模型运行正常，没有发生次同步振荡，如图5中VPPCA、VPPCB、VPPCC、V35A、V35B、V35C所示。需要注意的是，第一电网参数中只要有一个参数的波形发生振荡就表示仿真电网模型发生了次同步振荡，由于此时的串补电容未投切到仿真电网模型中，此时发生的次同步振荡不是串补电容引起，可能是其他未知干扰源引起的。由于实际的电力系统中，次同步振荡绝大部分情况是由串补电容引起的，因此S33步骤可以排除未知干扰源的影响。识别出仿真电网模型运行正常时，调整串补电容的补偿度。S34：通过控制设备控制投切串补电容使仿真电网模型发生固定频率的次同步振荡，由于串补电容会引发电力系统的次同步振荡，因此通过控制设备把串补电容投切到仿真电网模型中，仿真电网模型会发生固定频率的次同步振荡。S35：通过控制设备获取第二电网参数的波形，第二电网参数可以包括电网的电压、电流、功率以及SVG的电容电压中的一个或多个，第二电网参数的波形可以如图5所示，波行名称的定义跟第一电网参数类似，这里不再赘述。S36：根据第一电网参数的波形和第二电网参数的波形判断SVG对次同步振荡的抑制效果，对第二电网的波形的判断方法可以与S33中对第一电网参数的波形判断方法相同。两次判断结果均为正常时，即仿真电网模型没有发生次同步振荡时，说明SVG能够抑制次同步振荡。通过采取前述测试方法，可以排除未知干扰源对SVG抑制次同步振荡测试的影响。
上述SVG抑制次同步振荡测试方法中，可选地，SVG运行模式可以包括：恒电压控制模式和恒无功控制模式。两种SVG运行模式，提升了SVG抑制次同步振荡测试的全面性。
上述SVG抑制次同步振荡测试方法中，可选地，固定频率可以为2～50Hz频率。测试SVG对不同频率次同步振荡的抑制效果，提升了测试完备性。
上述SVG抑制次同步振荡测试方法中，可选地，固定频率可以为10Hz、15Hz或20Hz频率。10Hz、15Hz或20Hz频率进行测试，提高了测试的效率。
上述SVG抑制次同步振荡测试方法中，可选地，第一电网参数和第二电网参数可以包括电网的电压、电流、功率以及SVG的电容电压中的一个或多个。对电压、电流等多个参数进行监测，提升了参数覆盖的全面性。
上述SVG抑制次同步振荡测试方法中，可选地，仿真电网模型可以包括火力发电机组模型、风力发电机组模型和串补电容模型。前述仿真电网模型为常用模型，使用常用模型可以提升仿真效率。
上述SVG抑制次同步振荡测试方法中，可选地，风力发电机组可以为双馈风力发电机组。双馈风力发电机为常用风力发电机，把常用风力发电机作为仿真电力模型进行仿真可以提升仿真结果的通用性。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种基于RTDS的SVG抑制次同步振荡测试系统，其特征在于，包括：
RTDS，包括用于模拟信号输出的GTAO板卡、用于数字信号输入输出的GTDI/DO板卡、用于通信的控制接口板卡和处理器板卡，所述处理器板卡与所述GTAO板卡、GTDI/DO板卡和控制接口板卡连接，用于对所述GTDI/DO板卡和控制接口板卡接收到的数据进行仿真处理，并将仿真处理后的仿真数据通过所述GTAO板卡、GTDI/DO板卡和控制接口板卡进行输出；
功率放大器，连接所述GTAO板卡，用于接收所述GTAO板卡输出的模拟信号并将所述模拟信号放大后输出放大模拟信号；
光电转换器，连接所述GTDI/DO板卡，用于接收所述GTDI/DO板卡的数字输出信号并将所述数字输出信号转换成光输出信号进行输出，接收光输入信号并将光输入信号转换成数字输入信号发送给所述GTDI/DO板卡；
SVG控制器，与所述功率放大器和所述光电转换器连接，用于接收所述功率放大器的所述放大模拟信号和所述光电转换器的所述光输出信号，输出所述光输入信号给所述光电转换器，通过控制SVG运行状态使得SVG抑制次同步振荡；
控制设备，连接所述控制接口板卡，通过所述控制接口板卡跟所述处理器板卡进行通信，用于建立具有交互作用的仿真电网模型，其中所述仿真电网模型包括火力发电机组模型、风力发电机组模型和串补电容模型；所述控制设备驱动所述仿真电网模型在所述处理器板卡中运行并通过结合所述RTDS、功率放大器、光电转换器和SVG控制器以进行SVG抑制次同步振荡测试；
仿真电网模型包括由高压长距离线路串补电容、220kV火电机组、35kV风机系统组建而成的系统，500kV侧为无穷大理想电源，经过可调的电阻电抗和可调串补电容到一台500kV/220kV的变压器，变压器容量为500MVA，短路阻抗7％，YnYn12联接方式；220kV母线上有一台容量为240MVA的发电机，经过50kM的架空线路到一台220kV/35kV的变压器，变压器容量为60MVA，短路阻抗7％，Ynd11联接方式；35kV母线上接有容量可调的负载、双馈风机；双馈风机的输入端是三个可控电流源，双馈风机输出端的有功、无功经过解耦后得到三个可控电流源的控制信号，双馈风机的最大输出功率50MW；35kV系统经过35kV/10kV的接口变压器与SVG连接，接口变压器的短路阻抗为12％。
2.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述控制设备为PC机、服务器、工作站或移动终端。
3.一种SVG抑制次同步振荡测试方法，采用权利要求1所述的基于RTDS的SVG抑制次同步振荡测试系统执行，其特征在于，该方法包括：
通过所述控制设备，结合所述RTDS、功率放大器、光电转换器和SVG控制器建立仿真电网模型；
设定至少两种SVG运行模式；
切换执行所述SVG运行模式，通过所述控制设备驱动所述仿真电网模型运行，以进行SVG抑制次同步振荡测试，得到至少两次测试结果；
根据各所述测试结果，判断SVG抑制次同步振荡效果。
4.根据权利要求3所述的测试方法，其特征在于，切换执行所述SVG运行模式，通过所述控制设备驱动所述仿真电网模型运行，以进行SVG抑制次同步振荡测试包括：
通过所述控制设备设置所述仿真电网模型中的串补电容退出；
通过所述控制设备获取第一电网参数的波形；
根据所述第一电网参数的波形识别出仿真电网模型运行正常时，调整所述串补电容的补偿度；
通过所述控制设备控制投切串补电容使所述仿真电网模型发生固定频率的次同步振荡；
通过所述控制设备获取第二电网参数波形；
根据所述第一电网参数的波形和第二电网参数的波形判断所述SVG对次同步振荡的抑制效果。
5.根据权利要求3所述的测试方法，其特征在于，所述SVG运行模式包括：恒电压控制模式和恒无功控制模式。
6.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，所述固定频率为2～50Hz频率。
7.根据权利要求6所述的测试方法，其特征在于，所述固定频率为10Hz、15Hz或20Hz频率。
8.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，所述第一电网参数和所述第二电网参数包括电网的电压、电流、功率以及所述SVG的电容电压中的一个或多个。
9.根据权利要求3所述的测试方法，其特征在于，所述仿真电网模型包括火力发电机组模型、风力发电机组模型和串补电容模型。
10.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于，所述风力发电机组为双馈风力发电机组。
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一种基于全闭环实时数字物理仿真的次同步振荡阻尼控制;卓华 等;《电网与清洁能源》;20150228;第31卷(第2期);第71-76页 *
基于实时数字仿真器的STATCOM控制保护闭环物理测试技术研究;赵波 等;《电网技术》;20121231;第36卷(第12期);第130-136页 *

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CN106443263A (zh) 2017-02-22

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