一种高压直流阀冷系统暂态离线仿真系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高压直流阀冷系统暂态离线仿真系统，包括：仿真设备管理和控制模块，其预先搭建阀冷系统的设备元件，并可根据所输入的设备元件参数来调整设备元件状态，以使得所搭建的仿真模型与实际工程保持一致；离线暂态仿真模块，其用于离线搭建和操作仿真模型；数据信号输入模块，其用于将实际阀冷工程的运行信号以及需要仿真的量输入至离线暂态仿真模块中，以得到运行仿真模型；故障设置模块，其用于在运行仿真模型中设置阀冷系统工艺流程中不同结点的各类故障；仿真保护模块，其用于将运行仿真模型的运行参数和设定好的对应运行参数的保护定值整定参数进行比对。

【技术实现步骤摘要】
一种高压直流阀冷系统暂态离线仿真系统
本专利技术涉及仿真系统，具体涉及一种高压直流阀冷系统暂态离线仿真系统。
技术介绍
换流阀水冷却系统(以下简称阀冷系统)的安全稳定运行是换流阀，乃至整个高压直流输电工程安全稳定运行的必要前提和坚实基础。目前国内阀冷系统的保护定值均为换流阀生产厂家提供的经验值，缺乏理论依据，且无定值整定的计算和核准方法，这种保护定值的粗放式设定方式导致阀冷系统各类保护间无配合关系，系统故障频发。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种高压直流阀冷系统暂态离线仿真系统，以解决当下阀冷系统无法离线仿真的难题。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种高压直流阀冷系统暂态离线仿真系统，包括：仿真设备管理和控制模块，其预先搭建阀冷系统的设备元件，并可根据所输入的设备元件参数来调整设备元件状态，以使得所搭建的仿真模型与实际工程保持一致；离线暂态仿真模块，其用于离线搭建和操作仿真模型；数据信号输入模块，其用于将实际工程IO板卡中的采集到的实际阀冷工程运行信号或者需要仿真的量输入至离线暂态仿真模块中，以得到模拟实际工程阀冷系统运行的仿真模型，简称为运行仿真模型；故障设置模块，其用于在运行仿真模型中设置阀冷系统工艺流程中不同结点的各类故障；仿真保护模块，其用于将运行仿真模型的运行参数和设定好的对应运行参数的保护定值整定参数进行比对，以判断故障类型，并启动对应的保护动作。本专利技术与现有技术相比，其有益效果在于：本防真系统通过搭建高压直流阀冷系统各主设备模型，经过对主设备模型测试后搭建阀冷系统整体仿真模型，并结合阀冷控制保护策略和保护定值构建仿真模型的控制系统，实现对阀冷系统各项控制保护的模拟和保护。附图说明图1为本专利技术实施例提供的高压直流阀冷系统暂态离线仿真系统的组成示意图；图2为换流站阀冷系统的工艺流程图；图3为基于图2所搭建的系统仿真模型图；图4为冷却塔详细模型图；图5为换流阀塔详细模型图；图6为主循环泵详细控制模型图；图7为电加热器详细控制模型图；图8为喷淋泵详细控制模型图；图9a为冷却水流量报警控制仿真模型；图9b为去离子水流量报警控制仿真模型；图9c为进阀压力报警控制仿真模型；图9d为进阀温度报警控制仿真模型；图9e为出阀温度报警控制仿真模型；图9f为出阀压力报警控制仿真模型；图9g为电加热器温度报警控制仿真模型；图9h为高位水箱液位报警控制仿真模型；图9i补水罐液位报警控制仿真模型；图9j为冷却水导电率报警控制仿真模型；图9k为去离子水导电率报警控制仿真模型；图10a为进阀温度超高跳闸控制仿真模型；图10b为进阀温度仪表均故障且出阀温度超高跳闸控制仿真模型；图10c为进阀压力超低且流量低控制仿真模型；图10d为冷却水流量超低且进阀压力高跳闸控制仿真模型；图10e为高位水箱液位超低跳闸控制仿真模型；图10f为冷却水电导率超高跳闸控制仿真模型；图10g为冷却水电导率仪表均故障跳闸控制仿真模型；图10h为高位水箱液位仪表均故障跳闸控制仿真模型；图10i为进阀压力仪表均故障跳闸控制仿真模型；图中：1、仿真设备管理和控制模；2、离线暂态仿真模块；3、数据信号输入模块；4、故障设置模块；5、仿真保护模块；6、报文录波模块。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的内容做进一步详细说明。实施例：参阅图1所示，本实施例提供高压直流阀冷系统暂态离线仿真系统主要包括仿真设备管理和控制模1、离线暂态仿真模块2、数据信号输入模块3、故障设置模块4以及仿真保护模块5。其中，该仿真设备管理和控制模块1可以通过手动输入系统参数和设备模型元件(信号源和信号处理元件、热流体元件、热元件和机械元件，该模块已预先搭建了所有阀冷系统的设备模型，可以直接在模块中直接添加，使仿真模型与实际工程保持一致。离线暂态仿真模块2，其用于离线搭建和操作仿真模型；也就是说，通过离线暂态仿真模块可以根据实际工程很方便地从仿真设备管理和控制模块开发的元件库中添加相应的设备和传感器，改变管路模型，模拟数据根据实际工程进行计算，可以达到一比一的比例仿真。该数据信号输入模块3其用于将实际工程IO板卡中的采集到的实际阀冷工程运行信号或者需要仿真的量，以得到模拟实际工程阀冷系统运行的仿真模型，简称为运行仿真模型；所述仿真的量指的是阀冷系统所涉及到的温度、流量、压力、液位和电导率五类(阀冷系统全部模拟量)模拟量；也就是说，通过该暂态离线仿真模型试验运行状态可根据设定参数计算得到，摆状态的时间缩短至毫秒级，可以更方便地随时进行仿真试验，模拟实际工程阀冷系统运行。同时也可手动控制单独设备启停、切换等工程中的手动操作。换言之，系统数据信号输入方式包括两种方式：1)通过实际工程IO板卡中的采集到的实际阀冷工程运行信号从以太网通讯装置输入仿真系统；2)通过手动输入需要仿真的量从以太网或直接输入仿真系统。故障设置模块4则用于在运行仿真模型中设置阀冷系统工艺流程中不同结点的各类故障；也就是说，暂态离线仿真模型可以通过修改参数很方便地进行故障运行模拟，对于阀冷系统事故分析是一种高效的计算模拟工具仿真保护模块5则用于将运行仿真模型的运行参数和设定好的对应运行参数的保护定值整定参数进行比对，以判断故障类型，并启动对应的保护动作，从而能够实现对阀冷系统各项控制保护的模拟，并可结合换流站现场运行数据对模型进行校正。由此可见，本防真系统通过搭建高压直流阀冷系统各主设备模型，经过对主设备模型测试后搭建阀冷系统整体仿真模型，并结合阀冷控制保护策略和保护定值构建仿真模型的控制系统，实现对阀冷系统各项控制保护的模拟和保护。作为上述高压直流阀冷系统暂态离线仿真系统一种优选，该系统还包括报文录波模块6，其用于输出仿真保护模块所判断出的故障类型所对应的告警、跳闸信号报文和数字量/模拟量波形。也就是说，本系统还可以直接输出故障报文，输出故障的类型以及所发生故障的地方。具体地，上述运行仿真模型的运行参数包括温度类、流量类、压力类、液位类和电导率五类参数，并将该五类参数与设定好的对应运行保护定值整定参数进行比对，以判断出系统的故障类型，并启动对应的保护动作。温度类保护定值整定(1)温度类参数主要包括进阀温度和出阀温度，进阀温度为阀冷系统主要运行参数，包含报警/跳闸保护；出阀温度主要含报警保护，不进行跳闸保护；(2)温度保护定值应包括：进阀温度高报警定值、进阀温度超高报警定值、进阀温度超高跳闸定值、进阀温度低报警定值、出阀温度高报警定值、出阀温度超高报警定值等；(3)进阀温度超高保护定值可根据以下公式进行计算，并在此在计算值基础上取整后留有1-2℃安全裕度；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压直流阀冷系统暂态离线仿真系统，其特征在于，包括：/n仿真设备管理和控制模块，其预先搭建阀冷系统的设备元件，并可根据所输入的设备元件参数来调整设备元件状态，以使得所搭建的仿真模型与实际工程保持一致；/n离线暂态仿真模块，其用于离线搭建和操作仿真模型；/n数据信号输入模块，其用于将实际工程IO板卡中的采集到的实际阀冷工程运行信号或者需要仿真的量输入至离线暂态仿真模块中，以得到模拟实际工程阀冷系统运行的仿真模型，简称为运行仿真模型；/n故障设置模块，其用于在运行仿真模型中设置阀冷系统工艺流程中不同结点的各类故障；/n仿真保护模块，其用于将运行仿真模型的运行参数和设定好的对应运行参数的保护定值整定参数进行比对，以判断故障类型，并启动对应的保护动作。/n

【技术特征摘要】
1.一种高压直流阀冷系统暂态离线仿真系统，其特征在于，包括：
仿真设备管理和控制模块，其预先搭建阀冷系统的设备元件，并可根据所输入的设备元件参数来调整设备元件状态，以使得所搭建的仿真模型与实际工程保持一致；
离线暂态仿真模块，其用于离线搭建和操作仿真模型；
数据信号输入模块，其用于将实际工程IO板卡中的采集到的实际阀冷工程运行信号或者需要仿真的量输入至离线暂态仿真模块中，以得到模拟实际工程阀冷系统运行的仿真模型，简称为运行仿真模型；
故障设置模块，其用于在运行仿真模型中设置阀冷系统工艺流程中不同结点的各类故障；
仿真保护模块，其用于将运行仿真模型的运行参数和设定好的对应运行参数的保护定值整定参数进行比对，以判断故障类型，并启动对应的保护动作。


2.如权利要求1所述的高压直流阀冷系统暂态离线仿真系统，其特征在于，还包括：
报文录波模块，其用于输出仿真保护模块所判断出的故障类型所对应的告警、跳闸信号报文和数字量/模拟量波形。


3.如权利要求1所述的高压直流阀冷系统暂态离线仿真系统，其特征在于，所述运行仿真模型的运行参数包括温度类、流量类、压力类、液位类和电导率类五类参数。


4.如权利要求3所述的高压直流阀冷系统暂态离线仿真系统，其特征在于，将运行仿真模型的温度参数和设定好的温度类保护定值整定参数进行对比，判断出故障类型，并启动对应的保护动作包括：
(1)温度类参数主要包括进阀温度和出阀温度，进阀温度为阀冷系统主要运行参数，包含报警/跳闸保护；出阀温度主要含报警保护，不进行跳闸保护；
(2)温度保护定值应包括：进阀温度高报警定值、进阀温度超高报警定值、进阀温度超高跳闸定值、进阀温度低报警定值、出阀温度高报警定值、出阀温度超高报警定值；
(3)进阀温度超高保护定值根据以下公式进行计算，并在此在计算值基础上取整后留有1-2℃安全裕度；



式中，
T0——水路并联时取冷却介质进阀温度，水路串联时取进出水平均温度Tmean，℃；
Tj’——晶闸管最大设计结温，90℃；；
PTH——晶闸管损耗，kW；
PTH,dyn——晶闸管动态损耗，kW；
Id——2h过负荷直流电流，kA；
U0——晶闸管的平均通态电压降中与电流无关的部分(简称门槛电压)，V；
R0——晶闸管的平均通态伏安特性中的斜率电阻(简称斜率电阻)，mΩ；
RTH——晶闸管结到散热器外壳和由散热器外壳到冷却水总的热阻，℃/kW；
ZTH(t0)——瞬态热阻，稳态运行时取零，℃/kW；
(4)进阀温度高报警定值比进阀温度超高报警/跳闸保护定值低2～3℃；
(5)进阀温度高报警及跳闸延时时间应不大于3s，高报警延时时间应小于超高跳闸延时时间，进阀温度高报警延时时间取2s，进阀温度超高跳闸延时时间取3s；
(6)进阀温度低报警为避免换流阀结冻风险，通常取冰点以上5-10℃作为安全裕度，因此进阀温度低报警定值取5℃；
(7)进阀温度低报警延时时间应不大于3s，进阀温度低报警延时时间取2s；
(8)出阀温度保护定值根据以下公式进行计算，结合进阀温度高报警和超高报警定值，确定出阀温度高报警及超高报警保护定值，并在此计算结果向下取整后留有1～2℃安全裕度；



(9)出阀温度高报警及超高报警延时时间应不大于3s，高报警延时时间应小于超高报警延时时间，出阀温度高报警延时时间取2s，出阀温度超高报警延时时间取3s。


5.如权利要求3所述的高压直流阀冷系统暂态离线仿真系统，其特征在于，将运行仿真模型的流量参数类和设定好的流量类保护定值整定参数进行对比，判断出故障类型，并启动对应的保护动作包括：
(1)流量类参数主要包括冷却水流量、去离子水流量、喷淋水流量，冷却水流量为阀冷系统主要运行参数，包含报警/跳闸保护；去离子水流量和喷淋水流量主要含报警保护，不宜进行跳闸保护；
(2)流量保护定值应包括：冷却水流量低报警定值、冷却水流量超低报警定值、冷却水流量高报警定值、去离子水流量低报警定值、喷淋水流量低报警定值、喷淋水流量高报警定值；
(3)冷却水流量根据以下公式进行计算，并在此在计算值基础上取整；



(4)冷却水流量低保护定值可结合进出阀温差范围根据上述公式进行计算，通常情况下，进阀流量低报警定值不低于额定流量的95％，进阀流量超低报警定值不低于额定流量90％；
(5)冷却水流量低及超低保护延时应大于主循环泵切换不成功再切回原泵的时间，取10s；
(6)冷却水流量高保护定值可结合进出阀温差范围根据上述公式进行计算，通常情况下，冷却水流量超高报警定值不高于额定流量的105％；
(7)冷却水流量高时对换流阀散热影响略小，冷却水流量高报警延时时长大于流量低报警延时时长，取60s；
(8)去离子回路设计时，应保证去离子回路具备在2h～3h内将内冷却水循环一遍的能力，宜按照主回路流量的2％-5％进行选取；
(9)去离子回路流量低报警用于提醒清洗滤芯，为避免误动，延时时间建议为30s；
(10)喷淋水额定流量根据阀冷厂家提供的冷却塔技术参数确定，喷淋水流量高报警定值不宜高于喷淋水额定流量的120％，喷淋水流量低报警定值不宜高于喷淋水额定流量的80％；
(11)喷淋水流量保护延时应大于喷淋泵切换不成功再切回原泵的时间，通常为10s。


6.如权利要求3所述的高压直流阀冷系统暂态离线仿真系统，其特征在于，将运行仿真模型的压力类参数和设定好的压力类保护定值整定参数进行对比，判断出故障类型，并启动对应的保护动作包括：
(1)压力类参数主要包括进阀压力、出阀压力、膨胀水箱压力，进阀压力、出阀压力、膨胀罐压力均为阀冷系统主要运行参数，均包含报警保护；其中进阀压力、出阀压力结合冷却水流量进行跳闸保护；
(2)压力保护定值应包括：进阀压力高报警定值、进阀压力超高报警定值、进阀压力低报警定值、进阀压力超低报警定值、出阀压力高报警定值、出阀压力低报警定值、出阀压力超低报警定值、膨胀水箱压力高报警定值、膨胀水箱压力超高报警定值、膨胀水箱压力低报警定值和膨胀水箱压力超低报警定值...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭德辉，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心，
类型：发明
国别省市：广东;44