CN109062077A - 抽水蓄能可变速机组发电及电动试验系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种抽水蓄能可变速机组发电及电动试验系统及其控制方法，系统包括：抽水蓄能可变速机组发电及电动系统主电路；RTDS软件模型，在RSCAD软件中实现，提供实时仿真环境；接口单元，用于模拟RSCAD软件模型与实际设备的接口功能；交流励磁控制器；PWM控制信号生成单元，用于根据交流励磁控制器输出的参考波信号产生开关器件的PWM控制信号；以及，外部操作面板，用于实现抽水蓄能可变速机组发电及电动系统状态信息的显示，及试验操作人员对试验系统的操作控制。此种技术方案可实现对抽水蓄能可变速机组发电及电动系统的实时仿真，为实际工程设计、现场投运、抽水蓄能可变速机组发电及电动系统运行提供重要支撑。

Description

抽水蓄能可变速机组发电及电动试验系统及其控制方法

技术领域

本发明属于抽水蓄能控制技术和电力控制系统实时仿真领域，特别涉及一种抽水蓄能可变速机组发电及电动试验系统及其控制方法。

背景技术

抽水蓄能可变速机组发电及电动系统，如图1所示，发电电动机为可变速机，其转子为圆筒式转子，与三相线圈感应电动机相似，其三相分布式线圈镶嵌在圆筒转子铁心线槽内，在三相分布的转子磁极线圈中通入交流励磁电流。转子磁场转速No与转子机械转速Nm的关系如下：

No＝Nm+Ne

式中No----转子磁场转速

Nm----转子机械转速

Ne----由交流励磁产生的转子磁场相对于转子的转速，与Nm的转向相同时为正，相反的为负。

可变速机转子采用交流励磁，Ne不再为0，改变励磁电流频率，形成一个可变频率的交流磁场，使此磁场和机组机械转动磁场之和为50Hz,当机组抽水或发电时，电网均为50Hz,而机组转速是可变的。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种抽水蓄能可变速机组发电及电动试验系统及其控制方法，其可实现对抽水蓄能可变速机组发电及电动系统的实时仿真，为实际工程设计、现场投运、抽水蓄能可变速机组发电及电动系统运行提供重要支撑。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种抽水蓄能可变速机组发电及电动试验系统，包括：

抽水蓄能可变速机组发电及电动系统主电路；

RTDS软件模型，在RSCAD软件中实现，提供实时仿真环境；

接口单元，用于模拟RSCAD软件模型与实际设备的接口功能；

交流励磁控制器；

PWM控制信号生成单元，用于根据交流励磁控制器输出的参考波信号产生开关器件的PWM控制信号；以及，

外部操作面板，用于实现抽水蓄能可变速机组发电及电动系统状态信息的显示，及试验操作人员对试验系统的操作控制。

上述试验系统具有两种仿真方式：方式1，电网及抽水蓄能可变速机组发电及电动系统主电路采用RSCAD软件建模模拟，外部操作面板、交流励磁控制器、PWM控制信号生成单元采用实际装置；方式2，电网通过RSCAD软件建模模拟，外部操作面板、抽水蓄能可变速机组发电及电动系统主电路、交流励磁控制器、PWM控制信号生成单元均为实际设备。

上述仿真方式1中的电网及抽水蓄能可变速机组发电及电动系统主电路模型包括电网模型、可变速电机模型、交直交变流器模型、轴系阻力模型、电动工况导叶模型、电动工况水泵负载模型、发电工况调速器模型、发电与电动工况模型切换的选择回路；当主电路模型接收到外部操作面板的“发电方式”信号时将发电工况调速器模型投入，电动工况导叶模型及电动工况水泵负载模型退出；当模型接收到外部操作面板的“电动方式”信号时将电动工况导叶模型及电动工况水泵负载模型投入，将发电工况调速器模型退出；RTDS软件模型与接口单元连接，接口单元与交流励磁控制器连接，交流励磁控制器与PWM控制信号生成单元连接，PWM控制信号生成单元与接口单元连接，构成闭环控制系统。

上述仿真方式2中的电网通过RSCAD软件建模模拟，并通过接口单元与抽水蓄能可变速机组发电及电动系统主电路这一实际设备连接；交流励磁控制器与PWM控制信号生成单元连接，PWM控制信号生成单元与抽水蓄能可变速机组发电及电动系统主电路连接，交流励磁控制器通过信号接口单元与电网模型连接，构成闭环控制系统。

上述仿真方式1、仿真方式2中都设置有外部操作面板，外部操作面板与接口单元连接；外部操作面板与抽水蓄能可变速机组发电及电动系统主电路连接；外部操作面板与交流励磁控制器连接。

如前所述的一种抽水蓄能可变速机组发电及电动试验系统控制方法，包括如下步骤：

步骤1，在RSCAD实时软件环境中搭建电网模型、可变速电机模型、交直交变流器模型、轴系阻力模型、电动工况导叶模型、电动工况水泵负载模型、发电工况调速器模型；

步骤2，通过接口单元将RSCAD实时软件环境与交流励磁控制器、PWM控制信号生成单元连接，将交流励磁控制器与PWM控制信号生成单元连接，通过外部操作面板的操作，即能够按照仿真方式1进行仿真分析；

步骤3，通过接口单元将RSCAD实时软件环境中的电网模型与实际的抽水蓄能可变速机组发电及电动系统主电路连接；交流励磁控制器与PWM控制信号生成单元连接，PWM控制信号生成单元与抽水蓄能可变速机组发电及电动系统主电路连接，通过外部操作面板的操作，即能够按照仿真方式2进行仿真分析。

采用上述方案后，抽水蓄能可变速机组发电及电动系统在国内尚无应用，本发明的抽水蓄能可变速机组发电及电动试验系统，可进行抽水蓄能可变速机组发电及电动系统在发电工况、抽水工况的综合分析，可进行交流励磁控制策略的性能检验及调试，又可实时调整控制器的控制参数、控制策略，也可进行主回路参数、滤波回路参数的设计及校验，同时还可以进行抽水蓄能可变速机组发电及电动系统对大电网影响的研究，为实际工程设计、现场投运、抽水蓄能可变速机组发电及电动系统运行提供重要支撑。

附图说明

图1是抽水蓄能可变速机组发电及电动系统组成图；

图2是抽水蓄能可变速机组发电及电动试验系统组成图；

图3是交直交变流器拓扑图；

图4是本发明的整体架构原理图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。

如图1和图4所示，本发明提供一种抽水蓄能可变速机组发电及电动试验系统，包括抽水蓄能可变速机组发电及电动系统主电路、RTDS软件模型、接口单元、PWM控制信号生成单元、交流励磁控制器及外部操作面板；所述RTDS软件模型，在RSCAD软件中实现，提供实时仿真环境；所述的接口单元用于模拟RSCAD软件模型与实际设备的接口功能；所述的PWM控制信号生成单元用于根据交流励磁控制器输出的参考波信号产生开关器件的PWM控制信号；所述的外部操作面板，用于仿真系统状态指示、模拟抽水蓄能可变速机组发电及电动系统的运行人员的操作台，设置表计、指示灯、操作把手、按钮等。

本发明提供的抽水蓄能可变速机组发电及电动试验系统具有2种仿真方式，可实现对抽水蓄能可变速机组发电及电动系统的仿真，如图2所示：方式1，电网及抽水蓄能可变速机组发电及电动系统主电路采用RSCAD软件建模模拟，外部操作面板、交流励磁控制器、PWM控制信号生成单元采用实际装置；方式2，电网通过RSCAD软件建模模拟，外部操作面板、抽水蓄能可变速机组发电及电动系统主电路、交流励磁控制器、PWM控制信号生成单元均为实际设备。

具体实施例如下：

在RSCAD软件环境中搭建电网模型、可变速电机模型、交直交变流器模型、轴系阻力模型、电动工况导叶模型、电动工况水泵负载模型、发电工况调速器模型。

交直交变流器模型采用如图3所示的二极管箝位三电平拓扑结构；PWM控制信号生成单元根据交流励磁控制器输参考电压信号，输出6组PWM控制信号，每组PWM控制信号用于控制每相的4个IGBT开关器件的通断。

外部操作面板设置如下表计：电网侧电压、电流，定子侧电压、电流，转子侧电压、电流，直流回路正零电压、零负电压；设置回路各开关合闸状态指示灯；设置启动/停止操作把手、发电/电动试验模式切换操作把手，设置分闸、合闸按钮。

对于仿真方式1：

1)外部操作面板与交流励磁控制器通过硬接线连接，输出启动、停止等信号；外部操作面板与信号接口单元连接，接收模型输出的电压、电流、开关状态等信号，输出启动令、停止令，输出主回路开关的合闸、分闸指令，输出发电/电动切换信号；

2)交流励磁控制器通过信号接口单元获取抽水蓄能可变速机组发电及电动系统主电路模型与电网模型提供的电压、电流信号；交流励磁控制器与PWM控制信号生成单元连接，输出整流侧A相参考电压、B相参考电压、C相参考电压及逆变侧A相参考电压、B相参考电压、C相参考电压；

3)信号接口单元由GTAO、GTAI、GTDO、GTDI板卡组成；GTAO、GTAI板卡完成模型与交流励磁控制器的电压、电流等模拟量接口；PWM控制信号生成单元的PWM控制信号经GTDI板卡输入到模型；外部操作面板通过GTDO、GTDI板卡实现与模型的开关量交互；

4)启动仿真模型，通过外部操作面板完成抽水蓄能可变速机组发电及电动系统主电路模型中开关的合闸操作，设置好发电/电动试验模式、操作启动按钮即可进行方式1的仿真。

对于仿真方式2：

1)外部操作面板与交流励磁控制器通过硬接线连接，输出启动、停止等信号；外部操作面板与抽水蓄能可变速机组发电及电动系统主电路连接，接收主电路的电压、电流、开关状态等信号，输出主回路开关的合闸、分闸指令；

2)交流励磁控制器通过信号接口单元获取电网模型的电压、电流信号，实现对电网状态信息的采集；

3)交流励磁控制器与抽水蓄能可变速机组发电及电动系统主电路连接，获取主电路的电压、电流信号；交流励磁控制器与PWM控制信号生成单元连接，输出整流侧A相参考电压、B相参考电压、C相参考电压及逆变侧A相参考电压、B相参考电压、C相参考电压；PWM控制信号生成单元直接输出PWM控制信号到抽水蓄能可变速机组发电及电动系统主电路中的功率变流器；

4)信号接口单元由GTAO、GTAI、GTDO、GTDI板卡组成；通过GTAI板卡，将抽水蓄能可变速机组发电及电动系统主电路中的定子电压、电流信号输入到电网模型，实现对电网影响的模拟；通过GTDO板，将电网模型的电压、电流信号输入到交流励磁控制器，实现电网对抽水蓄能可变速机组发电及电动系统影响的模拟；

5)启动仿真模型，通过外部操作面板完成抽水蓄能可变速机组发电及电动系统主电路中开关的合闸操作，操作启动按钮即可进行方式2的仿真。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种抽水蓄能可变速机组发电及电动试验系统，其特征在于包括：

抽水蓄能可变速机组发电及电动系统主电路；

RTDS软件模型，在RSCAD软件中实现，提供实时仿真环境；

接口单元，用于模拟RSCAD软件模型与实际设备的接口功能；

交流励磁控制器；

PWM控制信号生成单元，用于根据交流励磁控制器输出的参考波信号产生开关器件的PWM控制信号；以及，

外部操作面板，用于实现抽水蓄能可变速机组发电及电动系统状态信息的显示，及试验操作人员对试验系统的操作控制。

2.如权利要求1所述的一种抽水蓄能可变速机组发电及电动试验系统，其特征在于：所述试验系统具有两种仿真方式：方式1，电网及抽水蓄能可变速机组发电及电动系统主电路采用RSCAD软件建模模拟，外部操作面板、交流励磁控制器、PWM控制信号生成单元采用实际装置；方式2，电网通过RSCAD软件建模模拟，外部操作面板、抽水蓄能可变速机组发电及电动系统主电路、交流励磁控制器、PWM控制信号生成单元均为实际设备。

3.如权利要求2所述的一种抽水蓄能可变速机组发电及电动试验系统，其特征在于：所述仿真方式1中的电网及抽水蓄能可变速机组发电及电动系统主电路模型包括电网模型、可变速电机模型、交直交变流器模型、轴系阻力模型、电动工况导叶模型、电动工况水泵负载模型、发电工况调速器模型、发电与电动工况模型切换的选择回路；当模型接收到外部操作面板的“发电方式”信号时将发电工况调速器模型投入，电动工况导叶模型及电动工况水泵负载模型退出；当模型接收到外部操作面板的“电动方式”信号时将电动工况导叶模型及电动工况水泵负载模型投入，将发电工况调速器模型退出；RTDS软件模型与接口单元连接，接口单元与交流励磁控制器连接，交流励磁控制器与PWM控制信号生成单元连接，PWM控制信号生成单元与接口单元连接，构成闭环控制系统。

4.如权利要求2所述的一种抽水蓄能可变速机组发电及电动试验系统，其特征在于：所述仿真方式2中的电网通过RSCAD软件建模模拟，并通过接口单元与抽水蓄能可变速机组发电及电动系统主电路这一实际设备连接；交流励磁控制器与PWM控制信号生成单元连接，PWM控制信号生成单元与抽水蓄能可变速机组发电及电动系统主电路连接，交流励磁控制器通过信号接口单元与电网模型连接，构成闭环控制系统。

5.如权利要求2所述的一种抽水蓄能可变速机组发电及电动试验系统，其特征在于：所述仿真方式1、仿真方式2中都设置有外部操作面板，外部操作面板与接口单元连接；外部操作面板与抽水蓄能可变速机组发电及电动系统主电路连接；外部操作面板与交流励磁控制器连接。

6.如权利要求1所述的一种抽水蓄能可变速机组发电及电动试验系统控制方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1，在RSCAD实时软件环境中搭建电网模型、可变速电机模型、交直交变流器模型、轴系阻力模型、电动工况导叶模型、电动工况水泵负载模型、发电工况调速器模型；

步骤2，通过接口单元将RSCAD实时软件环境与交流励磁控制器、PWM控制信号生成单元连接，将交流励磁控制器与PWM控制信号生成单元连接，通过外部操作面板的操作，即能够按照仿真方式1进行仿真分析；

步骤3，通过接口单元将RSCAD实时软件环境中的电网模型与实际的抽水蓄能可变速机组发电及电动系统主电路连接；交流励磁控制器与PWM控制信号生成单元连接，PWM控制信号生成单元与抽水蓄能可变速机组发电及电动系统主电路连接，通过外部操作面板的操作，即能够按照仿真方式2进行仿真分析。