CN202026095U - 一种用于高压直流输电工程的数模混合式的仿真试验平台 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于高压直流输电工程的数模混合式仿真试验平台。该试验平台模拟交流电网和直流输电部分，包括整流侧模型、直流线路及接地极模型、逆变侧模型。本实用新型可与不同的高压直流输电工程控制保护装置相连，并对整个系统进行试验和检测，可以全面、深入和准确地进行直流输电及其与电网互联的技术研究，还可以合理规划工程项目、优化设计方案，从而促进直流输电技术发展，为进一步开展直流输电及其与电网互联的关键技术提供研究服务。本实用新型实现与其它交流系统模型或其他直流系统模型相连，实现数字元件相互间解耦，消除了不同数字元件间数值不稳定的问题，提高了系统使用的灵活性，扩大了电力系统的研究范围。
Description
技术领域：
本实用新型涉及一种高压直流输电工程设备，具体讲涉及一种用于高压直流输电工程的数模混合式的仿真试验平台。
背景技术：
现今社会高压直流输电系统在大功率远距离输电和非同步联网方面具有诸多优势，例如输送相同功率时，线路造价低、线路有功损耗小、能限制系统的短路电流、调节速度快，运行可靠等，因此直流输电系统应用日益广泛。远距离高压直流输电工程已成为投资、经营的重点。但由于高压直流输电系统设备数量庞大，系统复杂，控制保护装置功能繁多、逻辑复杂，如果设备直接投入操作，将会有许多不必要的成本浪费和材料浪费，布局不合理，同时，还可能引起安全问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用于高压直流输电工程的数模混合式的仿真试验平台。该仿真试验平台模拟交流电网和直流输电部分，该试验平台可以与不同的高压直流输电工程控制保护装置相连，并对整个系统进行试验和检测。采用实时仿真试验平台可以全面、深入和准确地进行直流输电及其与电网互联的关键技术研究，可以合理规划工程项目、优化设计方案，研究安全建设、调试和运行措施，从而促进直流输电技术发展，为进一步开展直流输电及其与电网互联的关键技术提供研究服务。
本实用新型提供了一种用于高压直流输电工程的数模混合式仿真试验平台，包括整流侧模型、直流线路及接地极模型9和逆变侧模型。
所述整流侧模型包括：交流系统模型1、交流母线18、无功补偿设备模型2、换流变压器3、分接开关模型4、换流阀模型5、平波电抗器模型6和8、直流滤波器模型7、数据采集装置20和功率放大器22、开关模型、电压和电流传感器模型。由于电压、电流传感器和开关的位置和数量随工程差异较大，因此未在图1中标注。
所述逆变侧模型包括：交流系统模型17、交流母线19、无功补偿设备模型16、换流变压器14、分接开关模型15、换流阀模型13、平波电抗器模型11和12、直流滤波器模型10、数据采集装置21和功率放大器23、开关模型、电压和电流传感器模型。
所述直流线路及接地极模型9包括直流线路、接地极引线和接地极。
本实用新型提供的第一优选的试验平台，其改进之处在于功率放大器22两端分别与交流系统模型1和交流母线18连接；所述开关模型两端分别连接交流母线18和无功补偿设备模型2；所述交流母线18另一端再通过开关模型连接换流变压器3原边；所述换流变压器3的副边与换流阀模型5交流端相连；所述换流阀模型5的直流高压端与平波电抗器模型6、开关模型的一端依次连接；所述开关模型的另一端再分别与直流滤波器模型7和直流线路及接地极模型9相连；所述换流阀模型(5)直流低压端与平波电抗器模型(8)、开关模型依次相连；所述开关模型的另一端再分别与直流滤波器模型(7)的另一端和直流线路及接地极模型(9)连接。
所述逆变侧模型的交流系统模型17通过与整流侧模型相同的方法连接；所述整流侧模型、直流线路及接地极模型9和所述逆变侧模型依次连接；所述电压传感器并联接入各测试位置，所述电流传感器串联接入各测试位置，测试位置的电压和电流信号分别转换为弱电电压信号和弱电电流信号并送往数据采集装置20和21。
本实用新型提供的第二优选的试验平台，其改进之处在于所述交流系统模型1和17采用实时数字仿真设备模拟，直流输电部分采用实时物理仿真设备模拟。所述数字仿真模拟的交流系统模型1和17通过功率放大器22和23与采用实时物理仿真设备模拟的直流输电部分在交流母线18和19处相连。
本实用新型提供的第三优选的试验平台，其改进之处在于根据交流系统和直流系统的功率模拟比相同，不同电压等级交直流系统的电压和电流模拟比分别设置并确定所有元件的电气参数。
本实用新型提供的第四优选的试验平台，其改进之处在于所述换流变压器3和14分别与换流阀模型5和13相连，换流变压器3和14采用三相三绕组换流变压器模拟；
所述的换流变压器3和14原边采用饱和变压器与线性变压器两部分串联的结构，并在副边串联漏电抗；
所述的换流变压器3和14的有载分接开关模型4和15位于换流变压器原边。
本实用新型提供的第五优选的试验平台，其改进之处在于所述的阀模型使用具有双向可控功能的MOSFET管。
本实用新型提供的第六优选的试验平台，其改进之处在于所述直流线路及接地极模型9采用π型等值链型电路物理模型。
本实用新型提供的第七优选的试验平台，其改进之处在于所述数据采集装置整流站和逆变站可同时启动，并接受外部的录波启动信号。
和现有技术比，本实用新型的有益效果为：
可以满足直流输电系统的控制保护设备的研发、策略研究与优化等工作；
可实现与其它交流系统模型和其他直流系统模型(数字或物理)相连，并实现数字元件相互间完全解耦，消除了不同数字元件系统间数值不稳定的问题，提高了系统使用的灵活性，扩大了电力系统的研究范围。电力系统的实时仿真范围还可以覆盖电力系统扰动的全过程，即可仿真电磁暂态过程、机电暂态过程和动态过程；
该试验平台的阀模型使用双向可控功能的MOSFET管，其有压降小、功耗小、电阻小、可靠性高等特性；
在换流变压器和换流阀等应用物理器件的模拟方面，数模混合式仿真试验平台能更准确地反映实际的暂态物理过程。
附图说明
图1：本实用新型提供的高压直流输电系统仿真试验平台。
图2：本实用新型提供的用于数模混合式高压直流输电仿真试验平台内部结构图。
具体实施方式
参照附图对本实用新型的具体实施方式作如下说明。如图1所示，功率放大器22两端分别与交流系统模型1和交流母线18连接；所述开关模型两端分别连接交流母线18和无功补偿设备模型2；所述交流母线18另一端在通过开关模型连接换流变压器3原边；所述换流变 压器3的副边与换流阀模型5交流端相连；所述换流阀模型5的直流高压端与平波电抗器模型6、开关模型的一端依次连接；所述开关模型的另一端再分别与直流滤波器模型7和直流线路及接地极模型9相连；所述换流阀模型(5)直流低压端与平波电抗器模型(8)、开关模型依次相连；所述开关模型的另一端再分别与直流滤波器模型(7)的另一端和直流线路及接地极模型(9)连接；
所述逆变侧交流系统模型17通过与整流侧模型相同的方法连接；所述整流侧模型、直流线路及接地极模型9和所述逆变侧模型依次连接；所述电压传感器并联接入各测试位置，所述电流传感器串联接入各测试位置，测试位置的电压和电流信号分别转换为弱电电压信号和弱电电流信号并送往数据采集装置20和21。直流极2中的部件和直流极1中的部件一样。
该试验平台设备均布置在若干面屏柜内，通过电缆和连接线实现电气互联，可以与不同的控制保护设备相连接。
图2为仿真试验平台内部结构图，电能在仿真试验平台内的转换过程是：整流侧交流系统模型1的三相交流电通过开关模型控制和换流变压器3变压后接入换流阀模型5，通过换流阀模型5的整流作用转换为直流成分的直流电，直流电通过直流线路及接地极模型9送往逆变侧，并通过逆变阀模型13的逆变作用再次转换为交流电，最终通过换流变压器14变压和开关模型控制接入交流系统模型17。交流母线18和19上的无功补偿设备模型2和16滤除交流谐波分量并提供无功；直流滤波器模型7和10滤除直流中的谐波分量。该仿真平台提供了两个交流系统模型间通过直流输电模型实现电能交换。
在仿真系统的配置过程中，电流测量元件、电压测量元件和开关元件配置遵循以下方法，即：
直流输电部分一个极的直流场测量元件的配置、位置和数量与实际工程相同，其它极只配置控制功能所需的少量电流和电压测量元件；
直流输电部分一个极配置换流器并联开关、极线路开关、中性线隔离开关，大地/金属回线转换相关开关和站内接地开关，直流部分其它极可不配置开关，以节省投资。
Claims (8)
1.一种用于高压直流输电工程的数模混合式的仿真试验平台，其特征在于所述试验平台包括整流侧模型、直流线路及接地极模型(9)和逆变侧模型；
所述整流侧模型包括：交流系统模型(1)、交流母线(18)、无功补偿设备模型(2)、换流变压器(3)、分接开关模型(4)、换流阀模型(5)、平波电抗器模型(6、8)、直流滤波器模型(7)、数据采集装置(20)和功率放大器(22)、开关模型、电压和电流传感器模型；
所述逆变侧模型包括：交流系统模型(17)、交流母线(19)、无功补偿设备模型(16)、换流变压器(14)、分接开关模型(15)、换流阀模型(13)、平波电抗器模型(11、12)、直流滤波器模型(10)、数据采集装置(21)和功率放大器(23)、开关模型、电压和电流传感器模型；
所述直流线路及接地极模型(9)包括直流极线路、接地极引线及接地极。
2.如权利要求1所述的试验平台，其特征在于：所述功率放大器(22)两端分别与交流系统模型(1)和交流母线(18)连接；所述开关模型两端分别连接连交流母线(18)和无功补偿设备模型(2)；所述交流母线(18)另一端再通过开关模型连接换流变压器(3)原边；所述换流变压器(3)的副边与换流阀模型(5)交流端相连；所述换流阀模型(5)的直流高压端与平波电抗器模型(6)、开关模型的一端依次连接；所述开关模型的另一端再分别与直流滤波器模型(7)和直流线路及接地极模型(9)相连；所述换流阀模型(5)直流低压端与平波电抗器模型(8)、开关模型依次相连；所述开关模型的另一端再分别与直流滤波器模型(7)的另一端和直流线路及接地极模型(9)连接；
所述逆变侧模型的交流系统模型(17)通过与整流侧模型相同的方法连接；所述整流侧模型、直流线路及接地极模型(9)和所述逆变侧模型依次连接；所述电压传感器并联接入各测试位置，所述电流传感器串联接入各测试位置，测试位置的电压和电流信号分别转换为弱电电压信号和弱电电流信号并送往数据采集装置(20、21)。
3.如权利要求1所述的试验平台，其特征在于：所述交流系统模型(1、17)采用实时数字仿真设备模拟，直流输电部分采用实时物理仿真设备模拟；所述数字仿真模拟的交流系统模型(1、17)通过功率放大器(22、23)与采用实时物理仿真设备模拟的直流输电部分在交流母线(18、19)处相连。
4.权利要求1所述的试验平台，其特征在于：根据交流系统和直流系统的功率模拟比相同，不同电压等级交直流系统的电压和电流模拟比分别设置并确定所有元件的电气参数。
5.权利要求1所述的试验平台，其特征在于：所述换流变压器(3、14)分别与换流阀模 型(5、13)相连，换流变压器(3、14)采用三相三绕组换流变压器模拟；
所述换流变压器(3、14)原边采用饱和变压器与线性变压器两部分串联的结构，并在副边串联漏电抗；
所述换流变压器(3、14)的有载分接开关模型(4、15)位于换流变压器原边。
6.如权利要求1所述的试验平台，其特征在于：所述阀模型使用具有双向可控功能的MOSFET管。
7.如权利要求1所述的试验平台，其特征在于：所述直流线路及接地极模型(9)采用π型等值链型电路物理模型，以等值元件模拟输电线路分布参数特性，使线路模型的特性接近实际线路参数。
8.权利要求1所述的试验平台，其特征在于：所述数据采集装置整流站和逆变站可同时启动，并接受外部的录波启动信号。
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