一种应用于VSC拓扑换流器的RTDS接口系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种应用于VSC拓扑多电平换流器的RTDS接口系统及方法，由RTDS实时仿真系统、Aurora接口机箱和VSC控制保护装置三部分组成；所述Aurora接口机箱分别通过光纤接口与所述RTDS实时仿真系统和所述VSC控制保护装置连接。本发明专利技术大大简化RTDS仿真接口系统，并提高了仿真精度。高了仿真精度。高了仿真精度。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于VSC拓扑换流器的RTDS接口系统及方法


[0001]本专利技术涉及电力系统仿真
，尤其涉及一种应用于VSC拓扑换流器的RTDS接口系统及方法。

技术介绍

[0002]伴随着电力系统规模的日益扩大、结构的愈加复杂、电力电子技术的蓬勃发展，基于单一的数字仿真或单一的物理动态模型仿真已经无法满足系统对仿真效果的要求。近年来，数字物理混合仿真是国内外众多专家、学者的研究重点，但实现数字模型与物理动模之间的接口一直是搭建数字物理混合仿真的重点、难点。
[0003]目前公认的更接近真实情况的仿真设备为加拿大曼尼托巴公司开发制造的RTDS(Real Time Digital System)，其能够更加真实的反映实际电力系统的故障性征，且能够完整模拟和仿真电力系统从发电、输电、变电到用电全过程的动态特性。
[0004]VSC(Voltage Source Converter电压源换流器)为由可关断器件实现换流功能，直流侧储能元件为电容器的换流器。VSC的拓扑结构主要有两种，一种是传统的三相全桥换流器；另一种是多电平换流器。其中，后者可以在较低的开关频率下，通过增加电平数来提高输出电压和减少谐波含量，达到电力系统应用时的容量要求，是未来的发展方向。目前常用多电平VSC换流器包括：H桥换流器、MMC模块化多电平换流器、中性点钳位NPC多电平换流器等。其中H桥换流器广泛应用于大容量SVG、STATCOM、APF等柔性交流电力电子装置，MMC多用于柔性直流输电装置，中性点钳位NPC多电平换流器多用于电力电子变压器DCDC变换等装置。
[0005]上述多电平VSC换流器RTDS数模混合仿真接口一般采取GTFPGA实时传输PWM控制信号以及子模块SMC直流电容电压状态，用于子模块实时控制。电压电流模拟量一般利用GTAI/GTAO卡并配合功率放大器完成模拟量输入/输出扩展。开入开出信号利用GTDI、GIDO卡完成IO扩展。
[0006]以上RTDS数模混合仿真接口在实际应用过程中往往存在GTDI、GIDO开入开出接线复杂，GTAI/GTAO及功放因延时问题影响控制效果，和实际装置存在差异。

技术实现思路

[0007]本专利技术实施例提供一种应用于VSC拓扑换流器的RTDS接口系统及方法，以解决现有RTDS数模混合仿真接口在实际应用过程中往往存在GTDI、GIDO开入开出接线复杂，GTAI/GTAO及功放因延时问题影响控制效果和实际装置存在差异的问题。
[0008]第一方面，提供一种应用于VSC拓扑换流器的RTDS接口系统，由RTDS实时仿真系统、Aurora接口机箱和VSC控制保护装置三部分组成；所述Aurora接口机箱分别通过光纤接口与所述RTDS实时仿真系统和所述VSC控制保护装置连接；
[0009]所述RTDS实时仿真系统用于模拟VSC拓扑换流器物理模型；
[0010]所述Aurora接口机箱用于根据所述RTDS实时仿真系统发送的模拟数据进行第一
类保护动作的控制；
[0011]所述VSC控制保护装置用于根据所述RTDS实时仿真系统发送的模拟数据进行第二类保护动作的控制。
[0012]第二方面，提供一种应用于VSC拓扑换流器的RTDS接口方法，包括：
[0013]将Aurora接口机箱分别通过光纤接口与RTDS实时仿真系统和VSC控制保护装置连接，以使所述RTDS实时仿真系统用于模拟VSC拓扑换流器物理模型，所述Aurora接口机箱用于根据所述RTDS实时仿真系统发送的模拟数据进行第一类保护动作的控制，以及，所述VSC控制保护装置用于根据所述RTDS实时仿真系统发送的模拟数据进行第二类保护动作的控制
[0014]进一步：所述VSC拓扑换流器模型在RTDS实时仿真系统中的RSCAD仿真软件中实现；所述的VSC拓扑换流器模型为基于H桥级联拓扑VSC多电平换流器。
[0015]进一步：所述Aurora接口机箱背面设计了4个Gbps的高速光纤接口，以及56对低速光纤接口，其通过高速光纤接口与RTDS实时仿真系统连接，通过低速光纤接口与VSC控制保护装置连接。
[0016]进一步：所述VSC控制保护装置是由控制保护机箱和阀控机箱构成，控制保护机箱用于接收从Aurora接口机箱发送的RSCAD模型中预先设置好的各个测点的电压值、电流值以及各个开关的开关状态量信息，并根据这些信息判断是否需要触发保护动作，将各个开关的开关命令发送给Aurora接口机箱转发给RSCAD中的模型。
[0017]进一步：所述Aurora接口机箱能够完全模拟实现功率模块的各种状态，同时能够实现功率模块的控制、保护、状态监视功能。
[0018]进一步：所述Aurora接口机箱模拟：将从阀控机箱收到的PWM波、控制命令输给RTDS，用于模型中的IGBT驱动以及模块控制。同时根据从RTDS接收到的换流阀相关信息，如换流阀均压电容两端电压值、换流阀模块故障信息、旁路开关、塑壳开关状态等状态量进行计算和逻辑判断；将当前Aurora接口机箱判断出来的状态监视量如断线、过压、过流、开关误合、拒动等信息反馈给阀控机箱。
[0019]进一步：所述阀控机箱接收Aurora接口机箱发送的换流阀相关信息，如换流阀均压电容两端电压值、换流阀模块故障信息，同时将PWM波通过Aurora接口机箱传输给RSCAD中的模型，用于模型中的IGBT驱动。
[0020]进一步：所述Aurora接口机箱根据确定的RTDS
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Aurora接口机箱通讯协议，通过一收一发两根光纤与RTDS进行通讯；将收到的换流阀相关信息转发给阀控机箱，同时将阀控发送过来的PWM波发送给RTDS；将收到的控制保护相关电压量、电流量、开关状态量发送给控制保护机箱，同时将控制保护机箱发送的控制命令发送给RTDS。
[0021]进一步：所述Aurora接口机箱模拟：在进行仿真时，可以实现功率模块的各种状态模拟；通过对RTDS下发给Aurora接口机箱的开关量等状态信息进行处理，可以进行各种模拟状态的开关，用以各种状态下的仿真分析。
[0022]进一步：所述Aurora接口机箱与RTDS通讯是通过Aurora协议；Aurora接口机箱与控制保护装置通讯是通过自定义协议。
[0023]进一步：所述Aurora接口机箱与RTDS以及控制保护装置之间采用全光纤连接，替代GTDI、GIDO、GTAI/GTAO及功放，大大简化RTDS仿真接口系统，简化了常规方式下复杂的接
线方式，消除了因GTAI/GTAO及功放延时问题导致的控制效果影响，提高了仿真效果及精度。
[0024]这样，本专利技术实施例，设计了基于NovaCor Aurora协议的全光纤接口系统，应用于VSC装置RTDS测试，替代了常规GTDI、GIDO、GTAI/GTAO及功放，大大简化RTDS仿真接口系统，并提高了仿真精度；本专利技术的Aurora接口机箱模拟实现功率模块的各种状态，同时能够实现功率模块的控制、保本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于VSC拓扑换流器的RTDS接口系统，其特征在于：由RTDS实时仿真系统、Aurora接口机箱和VSC控制保护装置三部分组成；所述Aurora接口机箱分别通过光纤接口与所述RTDS实时仿真系统和所述VSC控制保护装置连接；所述RTDS实时仿真系统用于模拟VSC拓扑换流器物理模型；所述Aurora接口机箱根据所述RTDS实时仿真系统发送的模拟数据进行第一类保护动作的控制；所述VSC控制保护装置用于根据所述RTDS实时仿真系统发送的模拟数据进行第二类保护动作的控制。2.根据权利要求1所述的应用于VSC拓扑换流器的RTDS接口系统，其特征在于，所述第一类保护动作包括：故障模块旁路保护。3.根据权利要求2所述的应用于VSC拓扑换流器的RTDS接口系统，其特征在于，所述故障模块旁路保护包括：所述RTDS实时仿真系统模拟所述VSC拓扑换流器模型出现故障模块；所述Aurora接口机箱对所述故障模块下发开关合闸命令；下发开关合闸命令后经过第一预设时间，若所述Aurora接口机箱未检测到所述开关合位，则启动开关位置判断，检测所述RTDS实时仿真系统发送的所述VSC拓扑换流器物理模型的三相电压负序含量，其中，所述开关为旁路开关或塑壳开关；开关位置判断方案为：若当前控制策略为非对称控制，所述Aurora接口机箱判断出所述三相电压负序含量小于第一预设值，则闭锁所述故障模块的触发脉冲；上述条件均满足后，短时触发VSC拓扑换流器物理模型，触发状态下所述Aurora接口机箱接收所述RTDS实时仿真系统发送的所述VSC拓扑换流器物理模型的三相电流负序含量及所述故障模块所在相电流的谐波含量；所述Aurora接口机箱判断所述三相电流负序含量是否大于第二预设值，以及，所述故障模块所在相电流的谐波含量是否大于第三预设值；若三相电流负序含量不大于第二预设值，且所述故障模块所在相电流的谐波含量不大于第三预设值，则所述Aurora接口机箱确定所述故障模块旁路成功；若三相电流负序含量大于第二预设值，且所述故障模块所在相电流的谐波含量大于第三预设值，则所述Aurora接口机箱确定所述故障模块旁路失败。4.根据权利要求3所述的应用于VSC拓扑换流器的RTDS接口系统，其特征在于，所述故障模块旁路保护还包括：若所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵欣洋，刘志远，杨晨，叶涛，于晓军，史磊，陆洪建，王玄之，杜巍，尹琦云，朱颖，王思，王清涛，纪传祺，刘红恩，
申请(专利权)人：国网宁夏电力有限公司中电普瑞科技有限公司，
类型：发明
国别省市：