CN111398863A - 一种基于rtds的直流变压器控保装置测试平台与方法 - Google Patents

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曾肖明
王志刚
王国宁
侯凯
梁帅奇
王小红
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State Grid Corp of China SGCC
State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
NARI Group Corp
Nari Technology Co Ltd
NARI Nanjing Control System Co Ltd
Electric Power Research Institute of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
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State Grid Corp of China SGCC
State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
NARI Group Corp
Nari Technology Co Ltd
NARI Nanjing Control System Co Ltd
Electric Power Research Institute of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种基于RTDS的直流变压器控保装置测试平台与方法，用于实现直流变压器控保装置的硬件在环仿真，包括计算机、RTDS系统及直流变压器的控保装置；所述计算机用于建立并编译直流变压器的电气仿真模型；所述RTDS系统用于运行编译完成的直流变压器的电气仿真模型；所述直流变压器的控保装置为物理控制器，用于实现直流变压器的电气仿真模型的运行控制和综合保护。本发明针对直流变压器控保装置进行测试平台的开发，基于RTDS采用硬件在环仿真的方式验证控制策略和保护算法的正确性，能够更加真实地反映实际直流变压器的运行状态，是提高装置研发可靠性的重要手段，具有极高的工程应用价值。

Description

一种基于RTDS的直流变压器控保装置测试平台与方法
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，涉及直流变压器技术，具体涉及一种基于RTDS的直流变压器控保装置测试平台与方法。
背景技术
近年来，随着分布式能源的大量接入和交流电网规模的不断扩大，系统的安全稳定问题愈发严峻，直流输配电技术因其供电可靠性高、适合分布式能源和直流负荷接入等优点成为当今的研究热点。大功率电力电子设备为直流输配电技术的发展提供了重要支撑，其中，中高压直流变压器是连接不同电压等级电网的关键设备。控保装置是保障直流变压器安全可靠运行的核心，然而，目前针对其控制策略和保护算法的验证主要采用离线仿真的手段，无法精确模拟实际直流变压器的实时运行特性，不利于对控保装置的功能和性能进行考察。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于RTDS的直流变压器控保装置测试平台与方法，以解决现有技术中直流变压器控保装置的离线仿真无法精确模拟实际直流变压器的实时运行特性的技术问题。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于RTDS的直流变压器控保装置测试平台，包括计算机、RTDS系统及直流变压器的控保装置；所述计算机用于建立并编译直流变压器的电气仿真模型；所述RTDS系统用于运行编译完成的直流变压器的电气仿真模型；所述直流变压器的控保装置为物理控制器，用于实现直流变压器的电气仿真模型的运行控制和综合保护。
进一步地，所述计算机通过RSCAD软件建立并编译直流变压器的电气仿真模型。
进一步地，所述直流变压器的电气仿真模型包括直流变压器本体和故障模拟电路，所述直流变压器本体包括中压侧和低压侧两个端口，所述故障模拟电路分别与不同端口处的母线或变压器本体元件连接。
进一步地，所述RTDS系统采用硬件仿真平台 NovaCor，至少配置一个GTFPGA单元、一块模拟量输出板卡GTAO、一块数字量输入板卡GTDI和一块数字量输出板卡GTDO。
进一步地，所述直流变压器的控保装置采用DSP+FPGA的核心处理架构，具备支持Aurora协议的VCU板卡，用于控制直流变压器本体中的电力电子元件和接收子模块电容电压信号；具备模拟量采样单元，用于接收端口母线电压、电流信号；具备开入开出板卡，用于反馈直流变压器本体中的开关状态和控制开关通断。
一种基于RTDS的直流变压器控保装置测试方法，采用前述的基于RTDS的直流变压器控保装置测试平台测试直流变压器控保装置，包括：设定直流变压器控保装置的控制模式并在RSCAD软件中配置对应的电源和负载；RTDS系统根据直流变压器的电气仿真模型向直流变压器控保装置发送电气量和开关量；直流变压器控保装置根据设定的控制模式以及接收到的电气量和开关量下发控制指令，在RSCAD软件中监测直流变压器是否按照控制策略正常运行。
进一步地，在正常运行状态时，在RSCAD软件中触发故障模拟电路，观察直流变压器控保装置是否按照保护算法正确动作。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
（1）本发明所述基于RTDS的直流变压器控保装置测试平台，能够更加真实地模拟实际直流变压器的运行特性，方便对控保装置的功能和性能进行考察，缩短研发周期；
（2）本发明所述基于RTDS的直流变压器控保装置测试方法，能够更加全面地验证控制策略和保护算法的正确性，提高装置研发的可靠性，具有极高的工程应用价值。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于RTDS的直流变压器控保装置测试平台的结构示意图；
图2是本发明实施例中建立的直流变压器的电气仿真模型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明实施例基于RTDS的直流变压器控保装置测试平台包括安装有电力系统辅助设计工具RSCAD软件的计算机、实时数字仿真器RTDS系统及直流变压器的控保装置。RSCAD软件用于建立直流变压器的电气仿真模型，使用V5.007及以上版本；计算机带有正确安装驱动的以太网网口，用于RSCAD软件与RTDS系统之间的通信；RTDS系统用于运行编译完成的直流变压器的电气仿真模型，处理器为硬件仿真平台 NovaCor，至少配置一个高速计算单元GTFPGA、一块模拟量输出板卡GTAO、一块数字量输入板卡GTDI和一块数字量输出板卡GTDO；直流变压器的控保装置为物理控制器，用于实现直流变压器的电气仿真模型的运行控制和综合保护，具有模拟量输入接口（采样单元）、开关量输入输出接口（开入开出）以及支持Aurora协议的板卡（VCU板卡）。
如图2所示，在RSCAD软件中建立的直流变压器的电气仿真模型包括直流变压器本体、电源、负载、故障模拟电路、I/O接口元件、信号处理元件，直流变压器本体包含电力电子元件、RLC元件、中频变压器和开关；其中，中压侧和低压侧母线电压、电流信号通过GTAO送出；开关动作信号通过GTDI给入，分/合闸状态通过GTDO送出；电力电子元件的触发脉冲通过Aurora协议给入，子模块电容电压通过Aurora协议送出。直流变压器的电气仿真模型包含以下特征：
1）直流变压器本体采用ISOP型拓扑，根据电压等级和负载大小灵活配置子模块级数，最高级数受RTDS系统中GTFPGA单元数目限制；
2）中压侧和低压侧端口可根据运行模式配置电源或负载，图2所示为电压源运行模式，若两侧都为电源则是功率源运行模式；
3）故障模拟电路既可放置在端口母线处，也可放置在本体元件处，模拟不同类型故障，图2所示为模拟低压侧短路故障。
本发明实施例基于RTDS的直流变压器控保装置测试方法，按以下步骤进行：
将计算机、RTDS系统、直流变压器控保装置三部分进行连接，其中，计算机与RTDS系统通过网线连接，控保装置的VCU板卡通过光纤与RTDS系统连接，采样单元、开入开出与GTAO、GTDO、GTDI板卡通过导线连接；
正确连接后设定直流变压器控保装置的控制模式，在RSCAD软件中配置对应的电源和负载，编译成功后启动RTDS系统，RTDS系统向控保装置发送其所需的直流变压器各电压、电流信号和开关状态；
启动控保装置，控保装置根据预设的控制策略以及接收到的电压、电流信号和开关状态下发控制指令，包括电力电子元件的触发脉冲和开关的动作信号，在RSCAD软件中监测直流变压器是否按照控制策略正常运行。
本发明验证直流变压器控保装置的保护算法按以下方式进行：
当直流变压器处于正常运行状态时，在RSCAD软件中触发故障模拟电路，观察直流变压器控保装置是否按照保护算法正确动作。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于RTDS的直流变压器控保装置测试平台，其特征是，包括计算机、RTDS系统及直流变压器的控保装置；
所述计算机用于建立并编译直流变压器的电气仿真模型；
所述RTDS系统用于运行编译完成的直流变压器的电气仿真模型；
所述直流变压器的控保装置为物理控制器，用于实现直流变压器的电气仿真模型的运行控制和综合保护。
2.根据权利要求1所述的基于RTDS的直流变压器控保装置测试平台，其特征是，所述计算机通过RSCAD软件建立并编译直流变压器的电气仿真模型。
3.根据权利要求1所述的基于RTDS的直流变压器控保装置测试平台，其特征是，所述直流变压器的电气仿真模型包括直流变压器本体和故障模拟电路，所述直流变压器本体包括中压侧和低压侧两个端口，所述故障模拟电路分别与不同端口处的母线或变压器本体元件连接。
4. 根据权利要求1所述的基于RTDS的直流变压器控保装置测试平台，其特征是，所述RTDS系统采用硬件仿真平台 NovaCor，至少配置一个GTFPGA单元、一块模拟量输出板卡GTAO、一块数字量输入板卡GTDI和一块数字量输出板卡GTDO。
5.根据权利要求1所述的基于RTDS的直流变压器控保装置测试平台，其特征是，所述直流变压器的控保装置采用DSP+FPGA的核心处理架构，具备支持Aurora协议的VCU板卡，用于控制直流变压器本体中的电力电子元件和接收子模块电容电压信号；具备模拟量采样单元，用于接收端口母线电压、电流信号；具备开入开出板卡，用于反馈直流变压器本体中的开关状态和控制开关通断。
6.一种基于RTDS的直流变压器控保装置测试方法，其特征是，采用权利要求1~5任一项所述的基于RTDS的直流变压器控保装置测试平台测试直流变压器控保装置，包括：
设定直流变压器控保装置的控制模式并在RSCAD软件中配置对应的电源和负载；
RTDS系统根据直流变压器的电气仿真模型向直流变压器控保装置发送电气量和开关量；
直流变压器控保装置根据设定的控制模式以及接收到的电气量和开关量下发控制指令，在RSCAD软件中监测直流变压器是否按照控制策略正常运行。
7.根据权利要求6所述的基于RTDS的直流变压器控保装置测试方法，其特征是，在正常运行状态时，在RSCAD软件中触发故障模拟电路，观察直流变压器控保装置是否按照保护算法正确动作。
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