CN210895044U - 一种可灵活接入mmc阀控脉冲分配屏的实时仿真系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可灵活接入MMC阀控脉冲分配屏的实时仿真系统，包括：阀控主控制屏、实现功率模块脉冲分配的脉冲分配屏、脉冲接口屏、协议转换接口屏、用于模拟功率模块的FPGA、上层直流控制保护装置、用于仿真MMC‑HVDC换流阀外部电路的外部电路实时仿真器以及用于连接上层直流控制保护装置和外部电路实时仿真器的实时仿真接口；阀控主控制屏与脉冲接口屏分别设有用于连接脉冲分配屏的接口；脉冲接口屏的另一端与协议转换接口屏的一端连接，协议转换接口屏的另一端与FPGA连接。本实用新型公开的可灵活接入MMC阀控脉冲分配屏的实时仿真系统能够使仿真测试中脉冲分配屏链路完全反映实际直流工程现场链路特性，得到更全面和准确的仿真结果。

Description

一种可灵活接入MMC阀控脉冲分配屏的实时仿真系统

技术领域

本实用新型涉及仿真技术领域，尤其涉及一种可灵活接入MMC阀控脉冲分配屏的实时仿真系统。

背景技术

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)采用功率模块级联的方式构造换流阀，避免了大量器件的直接串联，降低了对器件一致性的要求，具有制造难度低、损耗低、阶跃电压低、波形质量高、故障处理能力强等优势，已在柔性直流输电和静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)中得到了大量的应用。

对于MMC阀控系统，脉冲分配屏是柔直阀控屏柜和功率模块的联络枢纽。主要实现如下功能：(1)与上层阀控主机屏柜通信：接收上层阀控主机屏柜下发的控制保护命令，同时向上层阀控屏柜反馈换流阀的故障信息。(2)与下层功率模块控制器通信：向下层功率模块控制器下发主套阀控命令、实现功率模块触发脉冲的正确分配，同时接收功率模块的状态和保护信息。

为保证MMC阀控系统的安全可靠运行，直流工程正式投运前都会对MMC阀控系统进行功能试验(Functional Performance Test,FPT)和动态性能试验(Dynamic PerformanceTest,DPT)。电力系统对安全稳定性要求极高，不可能在实际系统中对MMC阀控系统进行各种测试试验，而传统的动模试验又存在仿真规模受场地限制、接线复杂、可扩展性差、测试能力有限等缺点。

现有技术中，将脉冲分配屏接入实时仿真系统的方法有：一种MMC功率模块控制保护闭环测试方法，包括将1个桥臂中的所有功率模块分为A类功率模块和B类功率模块两类。其中A类功率模块通过PB5、GTAO、GTDI板卡以电信号的形式与功率模块控制器交互，功率模块控制器实现电信号→光信号转换后与脉冲分配屏实现交互。对于B类功率模块，则直接将模拟B类功率模块的GTFPGA板卡通过Aurora协议与阀控装置进行光信号交互。

本发明人在实施本发明的过程中发现，现有技术中存在以下技术问题：

接入脉冲分配屏的A类功率模块经过了光-电-光的转换过程，而实际直流工程阀控系统中的阀控主控制屏、脉冲分配屏、功率模块之间交互的均为光信号；仿真测试系统脉冲分配屏相关链路对实际直流工程现场链路特性的反映较差。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的是提供一种可灵活接入MMC阀控脉冲分配屏的实时仿真系统，能够使仿真测试系统中脉冲分配屏相关链路完全反映实际直流工程现场链路特性，得到更全面和准确的仿真结果。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供了一种可灵活接入MMC阀控脉冲分配屏的实时仿真系统，包括：阀控主控制屏、脉冲接口屏、协议转换接口屏、用于模拟功率模块的FPGA、用于生成调制波下发给阀控装置的上层直流控制保护装置、用于仿真MMC-HVDC换流阀外部电路的外部电路实时仿真器以及用于连接所述上层直流控制保护装置和外部电路实时仿真器的实时仿真接口；

所述阀控主控制屏的一端和脉冲接口屏的一端分别设有用于连接实现功率模块脉冲分配的脉冲分配屏的接口；所述脉冲接口屏的另一端与所述协议转换接口屏的一端连接，所述协议转换接口屏的另一端与所述FPGA连接；

其中，所述脉冲接口屏用于接收所述脉冲分配屏下发的触发脉冲；所述FPGA接收所述协议转换接口屏下发的功率模块触发脉冲控制字，并将功率模块状态信息上送给所述协议转换接口屏。

作为上述方案的改进，所述阀控主控制屏包括第一阀控主控制屏与第二阀控主控制屏；所述第一阀控主控制屏和第二阀控主控制屏分别设有用于连接所述脉冲分配屏的接口。

作为上述方案的改进，所述FPGA包括全桥功率模块模拟单元和半桥功率模块模拟单元。

作为上述方案的改进，所述上层直流控制保护装置与所述实时仿真接口之间是通过电缆连接；所述阀控主控制屏、脉冲分配屏、脉冲接口屏、协议转换接口屏与FPGA通过光纤依次连接。

本实用新型实施例提供的一种可灵活接入MMC阀控脉冲分配屏的实时仿真系统，具有如下有益效果：

阀控主控制屏、脉冲分配屏、脉冲接口屏、协议转换接口屏与FPGA通过光纤依次连接，避免了光-电-光的转换过程，使仿真测试系统脉冲分配屏相关链路完全反映实际直流工程现场链路特性；设置两个阀控主控制屏，能够实现排序均压、环流抑制、桥臂过流保护等主要控制保护逻辑的完全双重化；通过阀控主控制屏的一端和脉冲接口屏的一端分别设置的用于连接脉冲分配屏的接口，实现阀控主控屏与脉冲接口屏的直接连接以及阀控主控屏通过脉冲分配屏连接脉冲接口屏的灵活切换，最终实现脉冲分配屏的灵活接入。

附图说明

图1是本实用新型实施例中一种可灵活接入MMC阀控脉冲分配屏的实时仿真系统的结构示意图。

图2是本实用新型提供的一具体实施例中A相上桥臂的桥臂控制板与脉冲分配屏时的一种MMC阀控脉冲分配屏的延时补偿系统的连接结构示意图。

图3是本实用新型提供的一具体实施例中A相上桥臂的桥臂控制板与脉冲分配屏时的一种MMC阀控脉冲分配屏的延时补偿系统的第一部分局部连接结构示意图。

图4是本实用新型提供的一具体实施例中A相上桥臂的桥臂控制板与脉冲分配屏时的一种MMC阀控脉冲分配屏的延时补偿系统的第二部分局部连接结构示意图。

图5是本实用新型提供的一具体实施例中A相上桥臂的桥臂控制板与脉冲分配屏时的一种MMC阀控脉冲分配屏的延时补偿系统的第三部分局部连接结构示意图。

图6是本实用新型提供的一具体实施例中6相桥臂的桥臂控制板均与脉冲分配屏连接时的一种MMC阀控脉冲分配屏的延时补偿系统的连接结构示意图。

图7是本实用新型提供的一具体实施例中6相桥臂的桥臂控制板均与脉冲分配屏连接时的一种MMC阀控脉冲分配屏的延时补偿系统的第一部分局部连接结构示意图。

图8是本实用新型提供的一具体实施例中6相桥臂的桥臂控制板均与脉冲分配屏连接时的一种MMC阀控脉冲分配屏的延时补偿系统的第二部分局部连接结构示意图。

图9是本实用新型提供的一具体实施例中6相桥臂的桥臂控制板均与脉冲分配屏连接时的一种MMC阀控脉冲分配屏的延时补偿系统的第三部分局部连接结构示意图。

图10是本实用新型提供的一具体实施例中6相桥臂的桥臂控制板均未与脉冲分配屏连接时的一种MMC阀控脉冲分配屏的延时补偿系统的连接结构示意图。

图11是本实用新型提供的一具体实施例中6相桥臂的桥臂控制板均未与脉冲分配屏连接时的一种MMC阀控脉冲分配屏的延时补偿系统的第一部分局部的连接结构示意图。

图12是本实用新型提供的一具体实施例中6相桥臂的桥臂控制板均未与脉冲分配屏连接时的一种MMC阀控脉冲分配屏的延时补偿系统的第二部分局部的连接结构示意图。

图13是本实用新型提供的一具体实施例中6相桥臂的桥臂控制板均未与脉冲分配屏连接时的一种MMC阀控脉冲分配屏的延时补偿系统的第三部分局部的连接结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1，是本实用新型实施例1提供的一种可灵活接入MMC阀控脉冲分配屏的实时仿真系统的结构示意图。

本实用新型提供一种可灵活接入MMC阀控脉冲分配屏的实时仿真系统，包括：阀控主控制屏10、实现功率模块脉冲分配的脉冲分配屏20、脉冲接口屏30、协议转换接口屏40、用于模拟功率模块的FPGA50、用于生成调制波下发给阀控装置的上层直流控制保护装置60、用于仿真MMC-HVDC换流阀外部电路的外部电路实时仿真器80以及用于连接上层直流控制保护装置60和外部电路实时仿真器80的实时仿真接口70；

阀控主控制屏10的一端和脉冲接口屏30的一端分别设有用于连接实现功率模块脉冲分配的脉冲分配屏20的接口；脉冲接口屏30的另一端与所述协议转换接口屏40的一端连接，协议转换接口屏40的另一端与FPGA50连接；

其中，脉冲接口屏30用于接收脉冲分配屏20下发的触发脉冲；FPGA接收协议转换接口屏40下发的功率模块触发脉冲控制字，并将功率模块状态信息上送给协议转换接口屏40。

进一步的，阀控主控制屏10包括第一阀控主控制屏与第二阀控主控制屏；第一阀控主控制屏和第二阀控主控制屏分别设有用于连接所述脉冲分配屏20的接口。

优选的，设置两个阀控主控制屏，能够实现排序均压、环流抑制、桥臂过流保护等主要控制保护逻辑的完全双重化。

进一步的，FPGA包括全桥功率模块模拟单元和半桥功率模块模拟单元。

优选的，FPGA还可以包括除全桥结构和半桥结构外的其他类型的拓扑结构。

进一步的，上层直流控制保护装置60与实时仿真接口70之间是通过电缆连接；阀控主控制屏10、脉冲分配屏20、脉冲接口屏30、协议转换接口屏40与FPGA通过光纤依次连接。

优选的，外部电路实时仿真器80为实时数字仿真器RTDS。

在具体的实施方式中，只需要切换连接光纤即可切换桥臂与脉冲分配屏的连接结构。

功率模块模拟板将其接收到的相关信息汇集后通过背板送给汇集板，汇集板通过高速光纤将所有功率模块模拟板的相关信息传给协议转换接口屏40。协议转换接口屏40实现将现场协议转换为仿真系统所用的Aurora协议。

当需要接入A相桥臂脉冲分配屏20开展冗余切换、功率模块上/下行通讯故障等测试试验时的实时仿真系统接线如图2所示，图3是本发明提供的一具体实施例中A相上桥臂的桥臂控制板与脉冲分配屏时的一种MMC阀控脉冲分配屏的延时补偿系统的第一部分局部连接结构示意图，图4是本发明提供的一具体实施例中A相上桥臂的桥臂控制板与脉冲分配屏时的一种MMC阀控脉冲分配屏的延时补偿系统的第二部分局部连接结构示意图，图5是本发明提供的一具体实施例中A相上桥臂的桥臂控制板与脉冲分配屏时的一种MMC阀控脉冲分配屏的延时补偿系统的第三部分局部连接结构示意图。图中的虚线部分表示可连接但此时并未连接。此时对A相上桥臂而言，其控制链路连接关系为：

对其他5个桥臂而言，其控制链路连接关系为：

当不需要接入脉冲分配屏20时，实时仿真系统接线如图3所示。此时对所有桥臂而言，其控制链路连接关系均为：

当需要进行A相上桥臂接入/不接入脉冲分配屏20切换时，只需更换控制链路连接关系，具体如下：(1)A相上桥臂接入脉冲分配屏20→A相上桥臂不接入脉冲分配屏20：拆掉第一阀控主控制屏10和第二阀控主控制屏10连接脉冲分配屏20的光纤，拆掉脉冲接口屏30连接协议转换接口屏40接口板的光纤。将第一阀控主控制屏10和第二阀控主控制屏10的桥臂控制板通过光纤直接与协议转换接口屏40接口板连接。

(2)A相上桥臂不接入脉冲分配屏20→A相上桥臂接入脉冲分配屏20：拆掉第一阀控主控制屏10和第二阀控主控制屏10的桥臂控制板直接与协议转换接口屏40接口板的光纤。连接上第一阀控主控制屏10和第二阀控主控制屏10连接脉冲分配屏20的光纤，脉冲接口屏30连接协议转换接口屏40接口板的光纤。

脉冲分配屏20主要包含切换板、脉冲板等功能板卡，其中切换板主要负责脉冲分配屏20与阀控主控制屏10之间的通讯，接收双套阀控主控制屏20下发的命令，实现主备套阀控主控制屏20控制命令的选取，并将阀控主控制屏20下发命令转发至脉冲板，以及接收脉冲板上传的功率模块状态和故障类型。脉冲板主要功能为接收切换板发送的触发信号等控制指令，下发给所辖的M个功率模块模拟板，并接收功率模块模拟板上传的模块状态和故障类型，上传至切换板，通过切换板上传至阀控主控制屏。切换板和脉冲之间通过背板连接。

在一个具体的实施例中，脉冲分配屏20灵活接入方法如下：当某个桥臂接入脉冲分配屏20时，阀控系统控制链路连接关系如本实用新型提供一种可灵活接入MMC阀控脉冲分配屏的实时仿真系统，

此时，每个桥臂配有1个脉冲分配屏20及1个相应的脉冲接口屏30。当某个桥臂不接入脉冲分配屏20时，

此时，桥臂控制板经协议转换接口的接口板后直接与FPGA50相连接。当某个桥臂要进行脉冲分配屏20接入/不接入切换时，只需要切换连接光纤即可。

参见图6，是本发明提供的一具体实施例中6相桥臂的桥臂控制板均与脉冲分配屏连接时的一种MMC阀控脉冲分配屏的延时补偿系统的连接结构示意图，图7是本发明提供的一具体实施例中6相桥臂的桥臂控制板均与脉冲分配屏连接时的一种MMC阀控脉冲分配屏的延时补偿系统的第一部分局部连接结构示意图，图8是本发明提供的一具体实施例中6相桥臂的桥臂控制板均与脉冲分配屏连接时的一种MMC阀控脉冲分配屏的延时补偿系统的第二部分局部连接结构示意图，图9是本发明提供的一具体实施例中6相桥臂的桥臂控制板均与脉冲分配屏连接时的一种MMC阀控脉冲分配屏的延时补偿系统的第三部分局部连接结构示意图。图中的虚线部分表示可连接但此时并未连接。其中，各个桥臂均接入脉冲分配屏。

参见图10，是本发明提供的一具体实施例中6相桥臂的桥臂控制板均未与脉冲分配屏连接时的一种MMC阀控脉冲分配屏的延时补偿系统的连接结构示意图，图11是本发明提供的一具体实施例中6相桥臂的桥臂控制板均未与脉冲分配屏连接时的一种MMC阀控脉冲分配屏的延时补偿系统的第一部分局部的连接结构示意图，图12是本发明提供的一具体实施例中6相桥臂的桥臂控制板均未与脉冲分配屏连接时的一种MMC阀控脉冲分配屏的延时补偿系统的第二部分局部的连接结构示意图，图13是本发明提供的一具体实施例中6相桥臂的桥臂控制板均未与脉冲分配屏连接时的一种MMC阀控脉冲分配屏的延时补偿系统的第三部分局部的连接结构示意图。图中的虚线部分表示可连接但此时并未连接。其中，各个桥臂均未接入脉冲分配屏。

本实用新型实施例提供的一种可灵活接入MMC阀控脉冲分配屏的实时仿真系统，具有如下有益效果：

阀控主控制屏、脉冲分配屏、脉冲接口屏、协议转换接口屏与FPGA通过光纤依次连接，避免了光-电-光的转换过程，使仿真测试系统脉冲分配屏相关链路完全反映实际直流工程现场链路特性；设置两个阀控主控制屏，能够实现排序均压、环流抑制、桥臂过流保护等主要控制保护逻辑的完全双重化；通过阀控主控制屏的一端和脉冲接口屏的一端分别设置的用于连接脉冲分配屏的接口，实现阀控主控屏与脉冲接口屏的直接连接以及阀控主控屏通过脉冲分配屏连接脉冲接口屏的灵活切换，最终实现脉冲分配屏的灵活接入。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种可灵活接入MMC阀控脉冲分配屏的实时仿真系统，其特征在于，包括：阀控主控制屏、实现功率模块脉冲分配的脉冲分配屏、脉冲接口屏、协议转换接口屏、用于模拟功率模块的FPGA、用于生成调制波下发给阀控装置的上层直流控制保护装置、用于仿真MMC-HVDC换流阀外部电路的外部电路实时仿真器以及用于连接所述上层直流控制保护装置和外部电路实时仿真器的实时仿真接口；

所述阀控主控制屏的一端和脉冲接口屏的一端分别设有用于连接实现功率模块脉冲分配的脉冲分配屏的接口；所述脉冲接口屏的另一端与所述协议转换接口屏的一端连接，所述协议转换接口屏的另一端与所述FPGA连接

其中，所述脉冲接口屏用于接收所述脉冲分配屏下发的触发脉冲；所述FPGA接收所述协议转换接口屏下发的功率模块触发脉冲控制字，并将功率模块状态信息上送给所述协议转换接口屏。

2.如权利要求1所述的一种可灵活接入MMC阀控脉冲分配屏的实时仿真系统，其特征在于，所述阀控主控制屏包括第一阀控主控制屏与第二阀控主控制屏；所述第一阀控主控制屏和第二阀控主控制屏分别设有用于连接所述脉冲分配屏的接口。

3.如权利要求1所述的一种可灵活接入MMC阀控脉冲分配屏的实时仿真系统，其特征在于，所述FPGA包括全桥功率模块模拟单元和半桥功率模块模拟单元。

4.如权利要求1所述的一种可灵活接入MMC阀控脉冲分配屏的实时仿真系统，其特征在于，所述上层直流控制保护装置与所述实时仿真接口之间是通过电缆连接；所述阀控主控制屏、脉冲分配屏、脉冲接口屏、协议转换接口屏与FPGA通过光纤依次连接。

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