CN102790388B - 一种级联多端特高压直流仿真***及其控制保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力***领域的一种仿真***及其控制保护方法，具体涉及一种级联多端特高压直流仿真***及其控制保护方法。该仿真***包括：采用数模混合仿真设备形成级联多端特高压直流的一次仿真平台；基于双端特高压直流输电控制保护形成级联多端特高压直流输电的控制保护***；一次仿真平台通过模拟量及数字量接口与控制保护***连接；一次仿真平台包括依次连接的交流***和直流***。本发明提供的方案其仿真结果具有良好的可信度及可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电力***领域的一种仿真***及其控制保护方法，具体涉及一种级联多端特高压直流仿真***及其控制保护方法。
背景技术
目前多端直流***包括两种方式，一种是并联型多端直流输电***，一种是串联型多端直流输电***；并联型多端直流***的特点是直流电压为一个等级，各端直流电流可以不一致，正常运行时只有一端控制直流电压，其余各端均控制直流电流；串联型多端直流***的特点是各端直流电流均相等，各端直流电压可以不一致，正常运行时只有一端控制直流电流，其余各端均控制直流电压；且并联型及串联性多端直流输电***控制保护研究手段均采用数字仿真软件进行。级联多端特高压直流输电***作为一个新的概念，是多端直流***研究的一个趋势。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种级联多端特高压直流仿真***及其控制保护方法，该方法采用数模混合仿真设备形成级联多端特高压直流一次仿真平台；利用双端特高压直流输电的控制保护***开发出级联多端特高压直流输电控制保护***，并利用混合仿真平台进行级联多端特高压直流输电控制保护***稳态特性及动态性能研究。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种级联多端特高压直流仿真***，其改进之处在于，所述仿真***包括：
采用数模混合仿真设备形成级联多端特高压直流的一次仿真平台；
基于双端特高压直流输电控制保护形成级联多端特高压直流输电的控制保护***；
所述一次仿真平台通过模拟量及数字量接口与控制保护***连接；
所述一次仿真平台包括依次连接的交流***和直流***。
其中，所述交流***包括数字仿真平台与放大器；所述数字仿真平台与放大器通过电缆连接。
其中，所述直流***包括换流变压器、换流阀、交流滤波器、直流滤波器、直流输电线路和接地极线路；
所述交流滤波器、换流变压器和换流阀通过电缆依次连接；
所述换流阀通过电缆分别与直流输电线路和接地极线路连接；
所述直流输电线路、直流滤波器和接地极线路依次连接。
其中，采用按比例缩小的变压器物理模型模拟所述换流变压器；以CMOS元件为核心的阀板模拟所述换流阀；采用电感、电阻、电容元件的组合模拟交流滤波器、直流滤波器、直流输电线路及接地极线路。
其中，所述控制保护***包括主机和板卡，所述主机和板卡之间通过光纤连接。
其中，所述主机包括电压调节器、电流调节器、直流电流控制器、过电压限制器、计算环节和ALPHAMAX功能模块。
其中，所述控制保护***包括两种控制方式：直流电流控制和直流电压控制。
其中，在所述直流电流控制中，所述ALPHAMAX功能模块分别与电压调节器和电流调节器连接；所述电压调节器和电流调节器连接；所述计算环节分别与过电压限制器和电压调节器连接；所述直流电流控制器与电流调节器连接；
所述直流电流控制包括：直流电流控制器将直流***的实测电流与直流电流指令值的差值通过比例积分环节后得出触发角的指令值，电压调节器输出作为电流调节器下限的限制值，而ALPHAMAX功能模块输出作为电流调节器上限值。
其中，在所述直流电压控制中，所述ALPHAMAX功能模块与电压调节器连接；所述计算环节分别与电压调节器、过电压限制器和电流调节器连接；所述直流电流控制器与电流调节器连接；
所述直流电压控制包括：直压电流控制器将直流***的实测电压与计算电压参考值的差值通过比例积分环节后得出触发角的指令值，电压调节器输出作为电流调节器上限的限制值，而ALPHAMAX功能模块输出作为电压调节器上限值。
本发明基于另一目的提供的一种级联多端特高压直流仿真***的控制保护方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：
（1）建立直流***稳态工况，改变一次仿真平台直流***的电流定值实现级联多端特高压直流***在不同功率水平下稳定运行；
（2）改变与直流***相连的一次仿真平台交流***的交流电压参数，通过试验得出级联多端特高压直流***的稳态特性；
（3）在一次仿真平台交流***中进行接地故障试验，验证级联多端特高压直流***的响应特性及恢复特性；
（4）在级联多端特高压直流***中进行直流线路的故障试验，验证级联多端特高压直流***的响应特性及恢复特性；
（5）针对控制保护***进行阶跃响应试验，验证级联多端特高压输电控制保护***参数的响应特性；所述控制保护***参数包括积分常数、增益和比例系数；
（6）在级联多端特高压直流***中进行故障试验，验证保护动作的正确性、灵敏性、及可靠性。
与现有技术比，本发明达到的有益效果是：
1、本发明提供的级联多端特高压直流仿真***及其控制保护方法，一次***仿真平台的交流***采用成熟的数字仿真***，直流***包括换流变压器及换流阀等采用仿真准确度很高的物理模型，仿真结果具有良好的可信度及可靠性。
2、二次***即控制保护***采用实际工程应用的硬件及软件平台，其控制特性及保护原理均通过实际直流工程的验证，在此硬件及软件平台上实现的多端特高压直流控制保护***的运行特性具有实际的应用价值。
3、一次***仿真平台与二次***之间的接口介质与实际工程所用的接口板卡特性一致。
4、级联多端特高压直流输电仿真方法是现有直流输电体系的有益补充，丰富了现有的直流输电体系。
5、弥补了双端特高压直流输电***的不足，扩大了直流输电***的应用范围，对于同一区域内不同地点需要大量电力能源提供了一种新的解决方法。
6、与现有并联及串联型多端特高压直流输电***相比，其可以利用现有的双端特高压直流输电***的技术，在经济上具有明显的优势。
7、与双端特高压直流输电***相比，对受端交流电网的要求低，交流电网不需要进一步加强即适用于级联多端特高压直流输电***。
附图说明
图1是本发明提供的交流***组成部分及连接示意图；
图2是本发明提供的直流***组成部分及连接示意图；
图3是本发明提供的控制保护***组成部分及连接示意图；
图4是本发明提供的级联多端特高压直流输电仿真***示意图；
图5是本发明提供的级联多端特高压直流电流控制原理图；
图6是本发明提供的级联多端特高压直流电压控制原理图；
图7是本发明提供的直流电流控制流程图；
图8是本发明提供的直流电压控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明提供的级联多端特高压直流输电仿真***示意图如图4所示，该仿真***包括：以国家电网仿真中心数模混合仿真设备为基础，采用数模混合仿真设备形成级联多端特高压直流的一次仿真平台；基于双端特高压直流输电控制保护形成级联多端特高压直流输电的控制保护***；一次仿真平台通过模拟量及数字量接口与控制保护***连接；一次仿真平台包括依次连接的交流***和直流***。
交流***包括数字仿真平台与放大器；数字仿真平台与放大器通过电缆连接。交流***组成部分及连接如图1所示。换流变压器、换流阀、直流输电线路、接地极线路、交流滤波器和直流滤波器组成了直流***，交流滤波器、换流变压器和换流阀通过电缆依次连接；换流阀通过电缆分别与直流输电线路和接地极线路连接；直流输电线路、直流滤波器和接地极线路依次连接。其中，按比例缩小的变压器物理模型模拟换流变压器，以CMOS元件为核心的阀板模拟直流输电中的换流阀，以电感、电阻、电容元件的组合模拟交流滤波器、直流滤波器、直流输电线路及接地极线路。直流***组成部分及连接如图2所示。
基于双端特高压直流控制保护二次***，结合级联多端特高压直流输电***的特点，形成了级联多端特高压直流输电的控制保护***，控制保护***在硬件上由控制保护主机及相应的板卡组成，在软件上由相关控制保护逻辑模块组成，通过相关软件编译后下载至控制保护主机中，控制保护***功能均布置在控制保护主机中，主机包括电压调节器、电流调节器、直流电流控制器（也叫做低压限流控制器）、过电压限制器、计算环节和ALPHAMAX功能模块。板卡与主机之间采用光纤进行连接，控制保护***的组成及连接如图3所示。
通过模拟量及数字量接口端子，将级联多端特高压直流输电***的一次仿真平台与级联多端特高压直流输电的控制保护***连接形成一套完整的级联多端特高压直流输电仿真***，级联特高压直流输电***仿真示意图如图4所示。基于此仿真***进行了级联多端特高压直流控制保护***的稳态特性及动态特性仿真研究。
控制保护***核心是两种不同的控制方式，即直流电流控制及直流电压控制，其控制原理图如图5及图6所示。
在直流电流控制中，ALPHAMAX功能模块分别与电压调节器和电流调节器连接；电压调节器和电流调节器连接；计算环节分别与过电压限制器和电压调节器连接；直流电流控制器与电流调节器连接；
直流电流控制包括：直流电流控制器将直流***的实测电流与直流电流指令值的差值通过比例积分环节后得出触发角的指令值，电压调节器输出作为其下限的限制值，而ALPHAMAX功能块输出作为其上限值，其流程图如图7所示。
在直流电压控制中，ALPHAMAX功能模块与电压调节器连接；计算环节分别与电压调节器、过电压限制器和电流调节器连接；直流电流控制器与电流调节器连接；
直流电压控制包括：直压电流控制器将直流***的实测电压与计算电压参考值的差值通过比例积分环节后得出触发角的指令值，电压调节器输出作为电流调节器上限的限制值，而ALPHAMAX功能块输出作为电压调节器上限值，其流程图如图8所示。
基于本发明提供的级联多端特高压直流输电仿真***，进行了级联多端特高压直流控制保护***的稳态特性及动态特性仿真研究，以及相关的控制保护仿真研究；控制保护仿真研究包括以下步骤：
（1）建立直流***稳态工况，改变一次仿真平台直流***的电流定值实现级联多端特高压直流***在不同功率水平下稳定运行；
（2）改变与直流***相连的一次仿真平台交流***的交流电压参数，通过试验得出级联多端特高压直流***的稳态特性；
（3）在一次仿真平台交流***中进行接地故障试验，验证级联多端特高压直流***的响应特性及恢复特性；
（4）在级联多端特高压直流***中进行直流线路的故障试验，验证级联多端特高压直流***的响应特性及恢复特性；
（5）针对控制保护***进行阶跃响应试验，验证级联多端特高压输电控制保护***参数的响应特性；所述控制保护***参数包括积分常数、增益和比例系数；
（6）在级联多端特高压直流***中进行故障试验，验证保护动作的正确性、灵敏性、及可靠性。
本发明提供的级联多端特高压直流输电仿真***及其控制保护方法，以国家电网仿真中心数模混合仿真设备为基础，采用数字发电机模拟交流***，按比例缩小的变压器物理模型模拟换流变压器，以CMOS元件为核心的阀板模拟直流输电中的换流阀，以电感、电阻、电容元件的组合模拟直流输电线路及接地极线路，研究形成了一次部分仿真***；基于双端特高压直流控制保护二次***，结合级联多端特高压直流输电***的特点，形成了级联多端特高压直流输电的控制保护***，基于级联多端特高压直流输电仿真***，进行了级联多端特高压直流控制保护***的稳态特性及动态特性仿真研究，仿真***的仿真结果具有良好的可信度及可靠性。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种级联多端特高压直流仿真***，其特征在于，所述仿真***包括：
采用数模混合仿真设备形成级联多端特高压直流的一次仿真平台；
基于双端特高压直流输电控制保护形成级联多端特高压直流输电的控制保护***；
所述一次仿真平台通过模拟量及数字量接口与控制保护***连接；
所述一次仿真平台包括依次连接的交流***和直流***；
所述控制保护***包括主机和板卡，所述主机和板卡之间通过光纤连接；
所述主机包括电压调节器、电流调节器、直流电流控制器、过电压限制器、计算环节和ALPHAMAX功能模块；
所述控制保护***包括两种控制方式：直流电流控制和直流电压控制；
在所述直流电流控制中，所述ALPHAMAX功能模块分别与电压调节器和电流调节器连接；所述电压调节器和电流调节器连接；所述计算环节分别与过电压限制器和电压调节器连接；所述直流电流控制器与电流调节器连接；
所述直流电流控制包括：直流电流控制器将直流***的实测电流与直流电流指令值的差值通过比例积分环节后得出触发角的指令值，电压调节器输出作为电流调节器下限的限制值，而ALPHAMAX功能模块输出作为电流调节器上限值；
在所述直流电压控制中，所述ALPHAMAX功能模块与电压调节器连接；所述计算环节分别与电压调节器、过电压限制器和电流调节器连接；所述直流电流控制器与电流调节器连接；
所述直流电压控制包括：直压电流控制器将直流***的实测电压与计算电压参考值的差值通过比例积分环节后得出触发角的指令值，电压调节器输出作为电流调节器上限的限制值，而ALPHAMAX功能模块输出作为电压调节器上限值。
2.如权利要求1所述的级联多端特高压直流仿真***，其特征在于，所述交流***包括数字仿真平台与放大器；所述数字仿真平台与放大器通过电缆连接。
3.如权利要求1所述的级联多端特高压直流仿真***，其特征在于，所述直流***包括换流变压器、换流阀、交流滤波器、直流滤波器、直流输电线路和接地极线路；
所述交流滤波器、换流变压器和换流阀通过电缆依次连接；
所述换流阀通过电缆分别与直流输电线路和接地极线路连接；
所述直流输电线路、直流滤波器和接地极线路依次连接。
4.如权利要求3所述的级联多端特高压直流仿真***，其特征在于，采用按比例缩小的变压器物理模型模拟所述换流变压器；以CMOS元件为核心的阀板模拟所述换流阀；采用电感、电阻、电容元件的组合模拟交流滤波器、直流滤波器、直流输电线路及接地极线路。
5.一种如权利要求1-4中任一项所述的级联多端特高压直流仿真***的控制保护方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
(1)建立直流***稳态工况，改变一次仿真平台直流***的电流定值实现级联多端特高压直流***在不同功率水平下稳定运行；
(2)改变与直流***相连的一次仿真平台交流***的交流电压参数，通过试验得出级联多端特高压直流***的稳态特性；
(3)在一次仿真平台交流***中进行接地故障试验，验证级联多端特高压直流***的响应特性及恢复特性；
(4)在级联多端特高压直流***中进行直流线路的故障试验，验证级联多端特高压直流***的响应特性及恢复特性；
(5)针对控制保护***进行阶跃响应试验，验证级联多端特高压输电控制保护***参数的响应特性；所述控制保护***参数包括积分常数、增益和比例系数；
(6)在级联多端特高压直流***中进行故障试验，验证保护动作的正确性、灵敏性、及可靠性。
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