一种柔性直流输电实时仿真系统及其仿真方法技术方案

本发明专利技术涉及一种柔性直流输电实时仿真系统及其仿真方法，柔性直流输电实时仿真系统包括实时仿真平台、A套装置及B套装置，A套装置包括A套阀控装置、A套阀控信号转换装置、A套换流阀控制装置、A套站控装置、A套直流保护装置、A套直流测控装置、A套交流测控装置、集中录波装置，其中实时仿真平台通过A套阀控信号转换装置与A套阀控装置连接，A套阀控装置与A套换流阀控制装置连接，A套换流阀控制装置与A套站控装置连接，实时仿真平台通过信号接口屏分别与A套直流保护装置、A套直流测控装置、A套交流测控装置连接及与集中录波装置连接；B套装置与A套装置的组成及各个装置的连接关系一样。本发明专利技术能精确模拟柔直系统的稳态和暂态特性。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性直流输电实时仿真系统及其仿真方法
本专利技术涉及一种柔性直流输电实时仿真系统及其仿真方法，尤其涉及基于模块化多电平换流器的柔性直流输电实时仿真系统及其仿真方法，属于柔性直流输电实时仿真系统及其仿真方法的创新技术。
技术介绍
随着柔性直流输电技术的快速发展和工程化应用，基于模块化多电平换流器(MMC)构建高电压/大容量柔性直流输电系统已经成为了应用趋势。随着电压等级和容量的增加，模块化多电平换流器的桥臂级联功率模块数也越来越多，在级联模块数达数百个后，如何保证单元模块与控制保护装置构成的闭环系统能够在小步长及低延时下实时运行，成为研究超高电平数的MMC变流器实时仿真的关键技术之一。目前常规特高压直流系统的实时仿真方法，是基于12脉动晶闸管全桥回路中的一个桥臂的所有功率器件触发信号相同，可以在实时仿真的建模中采用用单一的晶闸管器件等效方案进行仿真研究。而基于MMC的柔性直流输电拓扑中单个桥臂内的各个功率模块触发信号均不相同，在微秒级的控制周期内要完成六桥臂数千个功率模块内电容电压及桥臂电流测量信息上送，以及接收阀控系统为每个换流功率模块提供的不同的控制和保护命令，现有的通过I/O口传输电气模拟量的方式已不适用于该种柔性直流输电换流器的实时仿真。本专利技术针对基于MMC拓扑的大容量柔性直流输电系统，提出了一种实时仿真的配置方法，可以广泛适用于采用模块化多电平拓扑结构(MMC)的两端，多端及背靠背柔性直流输电系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种柔性直流输电实时仿真系统，本专利技术实现在仿真平台与柔性直流输电控制保护系统连接时，每一个通讯周期内能在功率模块与阀控装置间交换数据，并能精确模拟柔直系统的稳态和暂态特性。本专利技术的另一目的是提出一种柔性直流输电实时仿真系统的仿真方法，本专利技术操作简单，方便实用。本专利技术提出的柔性直流输电实时仿真系统，包括有实时仿真平台、A套阀控装置、A套阀控信号转换装置、A套换流阀控制装置、A套站控装置、A套直流保护装置、A套直流测控装置、A套交流测控装置、B套阀控装置、B套阀控信号转换装置、B套换流阀控制装置、B套站控装置、B套直流保护装置、B套直流测控装置、B套交流测控装置、集中录波装置，其中实时仿真平台通过A套阀控信号转换装置与A套阀控装置连接，A套阀控装置与A套换流阀控制装置连接，A套换流阀控制装置与A套站控装置连接，实时仿真平台通过信号接口屏分别与A套直流保护装置、A套直流测控装置、A套交流测控装置连接及与集中录波装置连接；同样，实时仿真平台通过B套阀控信号转换装置与B套阀控装置连接，B套阀控装置与B套换流阀控制装置连接，B套换流阀控制装置与B套直流保护装置连接，实时仿真平台通过信号接口屏分别与B套直流保护装置、B套直流测控装置、B套交流测控装置连接及与集中录波装置连接。上述A套站控装置、A套直流保护装置、A套直流测控装置、A套交流测控装置均与站控SCADA连接；B套站控装置、B套直流保护装置、B套直流测控装置、B套交流测控装置均与站控SCADA连接。上述A套换流阀控制装置与B套换流阀控制装置连接，且A套换流阀控制装置及B套换流阀控制装置均与站控SCADA连接。上述站控SCADA通过远动装置与集控SCADA连接。上述A套换流阀控制装置与B套换流阀控制装置连接，且A套换流阀控制装置及B套换流阀控制装置与集中录波装置连接。上述A套阀控信号转换装置及B套阀控信号转换装置与集中录波装置连接。本专利技术柔性直流输电实时仿真系统的仿真方法，包括以下步骤：(1)构建实时仿真平台与柔直控制保护系统和阀控系统的闭环仿真环境，并确定控制系统层级间功能划分；(2)在实时仿真平台中完成系统建模和模块化多电平换流阀(MMC)等效仿真建模,把IGBT开关器件和续流二极管简化成可开关的Ron/Roff数值，将子模块电容离散化一个等效电流源并联一个Rc＝Δt/2C的电阻，获得每一桥臂的戴维宁等效电路；(3)在实时仿真平台上实现柔直系统模型的运算资源分配,使得MMC模型运行于FPGA上，交流电网和直流场的模型运行在CPU上，CPU和FPGA之间每隔10μs～30μs交换一次数据；(4)定义柔直系统合并单元传输的模拟量和数字量信号，由实时仿真平台通过专用接口屏将信号传送给控制保护系统各层级；(5)通过基于数据链路层的Aurora快速通讯协议实现模块化多电平换流阀(MMC)与阀控系统的数据交换，在每隔10μs～30μs，阀控装置将换流阀每个桥臂的触发脉冲信号通过Aurora协议打包后，通过光纤传递给实时仿真系统，实时仿真系统将接收到的内容通过Aurora协议解码，传送给基于FPGA模型的柔直换流阀对应的桥臂，实现换流阀功率模块的状态监测及控制；(6)实现一个桥臂内若干模块化多电平换流阀(MMC)子模块电压和桥臂电感电流的计算值同样实时地输出给阀控装置，阀控装置将接收到的内容通过Aurora协议解码，实现电容均压，环流抑制等控制及阀级控制保护功能，处理后的信号传递给换流器级控制和上层控制，从而实现闭环的仿真系统的稳态和暂态工况。上述实时仿真平台是RT-LAB实时仿真平台。上述步骤(3)MMC模型运行于FPGA上的仿真步长为250ns，交流电网和直流场的模型运行在CPU上的仿真步长为20μs，CPU和FPGA之间每20μs交换一次数据；上述步骤(5)在每隔20μs，阀控装置将换流阀每个桥臂的触发脉冲信号通过Aurora协议打包后，通过光纤传递给实时仿真系统。通过本专利技术提出的柔性直流输电系统实时仿真系统及其仿真方法，在对柔直系统进行实时仿真测试时，可以实现柔直系统仿真模型在小步长下的分布式计算，从而对柔直系统的稳态和暂态特性进行详细研究及试验。附图说明图1是柔性直流输电实时仿真系统示意图(以单端为例)。图2是柔直控制系统分层结构示意图。图3是本专利技术提出的模块化多电平换流阀(MMC)等效仿真建模示意图。图4是柔性直流输电系统MMC模型与阀控系统的数据交换示意图。具体实施方式本专利技术提出的柔性直流输电实时仿真系统，包括有实时仿真平台、A套阀控装置、A套阀控信号转换装置、A套换流阀控制装置、A套站控装置、A套直流保护装置、A套直流测控装置、A套交流测控装置、B套阀控装置、B套阀控信号转换装置、B套换流阀控制装置、B套站控装置、B套直流保护装置、B套直流测控装置、B套交流测控装置、集中录波装置，其中实时仿真平台通过A套阀控信号转换装置与A套阀控装置连接，A套阀控装置与A套换流阀控制装置连接，A套换流阀控制装置与A套站控装置连接，实时仿真平台通过信号接口屏分别与A套直流保护装置、A套直流测控装置、A套交流测控装置连接及与集中录波装置连接；同样，实时仿真平台通过B套阀控信号转换装置与B套阀控装置连接，B套阀控装置与B套换流阀控制装置连接，B套换流阀控制装置与B套直流保护装置连接，实时仿真平台通过信号接口屏分别与B套直流保护装置、B套直流测控装置、B套交流测控装置连接及与集中录波装置连接。本实施例中，上述A套站控装置、A套直流保护装置、A套直流测控装置、A套交流测控装置均与站控SCADA连接；B套站控装置、B套直流保护装置、B套直流测控装置、B套交流测控装置均与站控SCADA连接。此外，上述A套换流阀控制装置与B套换流阀控制装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性直流输电实时仿真系统，包括有实时仿真平台、A套阀控装置、A套阀控信号转换装置、A套换流阀控制装置、A套站控装置、A套直流保护装置、A套直流测控装置、A套交流测控装置、B套阀控装置、B套阀控信号转换装置、B套换流阀控制装置、B套站控装置、B套直流保护装置、B套直流测控装置、B套交流测控装置、集中录波装置，其中实时仿真平台通过A套阀控信号转换装置与A套阀控装置连接，A套阀控装置与A套换流阀控制装置连接，A套换流阀控制装置与A套站控装置连接，实时仿真平台通过信号接口屏分别与A套直流保护装置、A套直流测控装置、A套交流测控装置连接及与集中录波装置连接；同样，实时仿真平台通过B套阀控信号转换装置与B套阀控装置连接，B套阀控装置与B套换流阀控制装置连接，B套换流阀控制装置与B套站控装置连接，实时仿真平台通过信号接口屏分别与B套直流保护装置、B套直流测控装置、B套交流测控装置连接及与集中录波装置连接。

【技术特征摘要】
1.一种柔性直流输电实时仿真系统，包括有实时仿真平台、A套阀控装置、A套阀控信号转换装置、A套换流阀控制装置、A套站控装置、A套直流保护装置、A套直流测控装置、A套交流测控装置、B套阀控装置、B套阀控信号转换装置、B套换流阀控制装置、B套站控装置、B套直流保护装置、B套直流测控装置、B套交流测控装置、集中录波装置，其中实时仿真平台通过A套阀控信号转换装置与A套阀控装置连接，A套阀控装置与A套换流阀控制装置连接，A套换流阀控制装置与A套站控装置连接，实时仿真平台通过信号接口屏分别与A套直流保护装置、A套直流测控装置、A套交流测控装置连接及与集中录波装置连接；同样，实时仿真平台通过B套阀控信号转换装置与B套阀控装置连接，B套阀控装置与B套换流阀控制装置连接，B套换流阀控制装置与B套直流保护装置连接，实时仿真平台通过信号接口屏分别与B套直流保护装置、B套直流测控装置、B套交流测控装置连接及与集中录波装置连接；上述A套站控装置、A套直流保护装置、A套直流测控装置、A套交流测控装置均与站控SCADA连接；B套站控装置、B套直流保护装置、B套直流测控装置、B套交流测控装置均与站控SCADA连接；上述A套换流阀控制装置与B套换流阀控制装置连接，且A套换流阀控制装置及B套换流阀控制装置均与站控SCADA连接。2.根据权利要求1所述的柔性直流输电实时仿真系统，其特征在于上述站控SCADA通过远动装置与集控SCADA连接。3.根据权利要求1至2任一项所述的柔性直流输电实时仿真系统，其特征在于上述A套换流阀控制装置与B套换流阀控制装置连接，且A套换流阀控制装置及B套换流阀控制装置与集中录波装置连接。4.根据权利要求3所述的柔性直流输电实时仿真系统，其特征在于上述A套阀控信号转换装置及B套阀控信号转换装置与集中录波装置连接。5.一种柔性直流输电实时仿真系统的仿真方法，其特征在于包括以下步骤：（1）构建实时仿真平台与柔直控制保护系统和阀控系统的闭环仿真...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱喆，饶宏，黎小林，许树楷，陈俊，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东;44