專利名稱：直流融冰裝置控制保護系統(tǒng)的閉環(huán)試驗系統(tǒng)及其試驗方法
技術領域：
本發(fā)明是一種直流融冰裝置控制保護系統(tǒng)的閉環(huán)試驗系統(tǒng)及其試驗方法，特別是 一種直流融冰裝置控制保護系統(tǒng)的實時數字閉環(huán)試驗系統(tǒng)及其試驗方法，屬于直流融冰裝 置控制保護系統(tǒng)的閉環(huán)試驗系統(tǒng)及其試驗方法的改造技術。
背景技術：
現有輸電線路在冬季覆冰嚴重威脅電力系統(tǒng)的安全運行。直流融冰裝置的研制成 功對提高電網抗擊冰災能力起到了巨大作用。直流融冰裝置的基本原理是采用換流閥將交 流電流轉化為直流電流，注入交流導線，利用直流電流在導線電阻中產生熱量使覆冰融化。融冰裝置在研發(fā)及功能測試階段需要模擬現場情況作閉環(huán)試驗，以調整與驗證控 制保護系統(tǒng)的動態(tài)性能。閉環(huán)試驗常用的方法是將換流閥等一次系統(tǒng)設備按照一定的容量 比例進行縮小，并按實際拓撲結構搭建成小容量的動態(tài)模擬實驗系統(tǒng)，并通過接口設備與 實際的控制保護設備連接形成閉環(huán)系統(tǒng)來完成各種動態(tài)試驗。直流融冰裝置的實驗具有以下特點1.融冰裝置根據所在變電站待融冰線路的 實際情況單獨計算與設計換流閥等一次系統(tǒng)設備的參數，每套融冰裝置的設備參數均不相 同；2.在某一變電站內，一套融冰裝置需要兼顧若干條不同交流線路的融冰任務，各條交 流線路的參數也不完全相同；3.融冰裝置有時需要對同桿并架交流線路等特殊的線路情 況進行融冰試驗；4.融冰裝置控制保護系統(tǒng)的試驗周期很短，往往只有3-4天。由于以上原因，采用動態(tài)模型測試方法對融冰裝置的控制保護系統(tǒng)進行功能及動 態(tài)性能測試顯得非常不經濟，并且變動動態(tài)模型設備及參數的施工周期較長，往往滿足不 了直流融冰裝置快節(jié)奏、多變化的試驗特點。實時數字仿真一般基于實時數字仿真器完成。實時數字仿真器由軟件和硬件兩大部分構成。仿真器的配套建模軟件中提供了各種電力設備的數字模型元件，通過選擇合 適的數字模型元件，并輸入相應的參數即可構建成適合特定工程需要的數字模型，將各電 力設備對應的數字模型按實際拓撲結構進行連接，就形成了一次系統(tǒng)模型程序。利用數字 仿真器配套的編譯軟件將模型程序進行編譯后，下載到數字仿真器的處理器板卡中進行運 算。數字仿真器的硬件部分通常還包括了接口板卡。接口板卡一邊通過電纜或光纖與處理 器板卡相連接，另一邊通過電纜與控制保護設備相連接，完成數字仿真器與實際控制保護 設備的接口。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于考慮上述問題而提供一種可方便、快速地修改一次設備參數及 拓撲結構，滿足直流融冰裝置快節(jié)奏、多變化的試驗特點的直流融冰裝置控制保護系統(tǒng)的 閉環(huán)試驗系統(tǒng)。本發(fā)明的另一目的在于提供一種簡單方便的直流融冰裝置控制保護系統(tǒng)的閉環(huán) 試驗系統(tǒng)的試驗方法。
本發(fā)明的技術方案是本發(fā)明直流融冰裝置控制保護系統(tǒng)的閉環(huán)試驗系統(tǒng)，包括 有實時數字仿真器、接口硬件設備、直流融冰裝置的實際控制保護設備，實時數字仿真器通 過接口硬件設備與直流融冰裝置的實際控制保護設備相連接，形成閉環(huán)試驗系統(tǒng)。上述接口硬件設備為功率放大器、端子式繼電器和觸發(fā)脈沖接口板卡。上述實時數字仿真器的交流電壓及電流信號輸出端通過接口硬件設備的功率放大器與實際控制保護設備的交流模擬量輸入端連接，實時數字仿真器的直流電壓及電流信 號輸出端直接與實際控制保護設備的直流模擬量輸入端連接，實時數字仿真器的開關狀態(tài) 信號輸出端通過接口硬件設備的端子式繼電器與實際控制保護設備的開關量輸入端連接， 實際控制保護設備的開關分合命令信號輸出端通過接口硬件設備的端子式繼電器與實時 數字仿真器的開關量輸入端連接，實際控制保護設備的觸發(fā)脈沖信號輸出端通過接口硬件 設備的觸發(fā)脈沖接口板卡與實時數字仿真器的開關量輸入端連接。上述實時數字仿真器為RTDS。本發(fā)明直流融冰裝置控制保護系統(tǒng)的閉環(huán)試驗系統(tǒng)的試驗方法，包括如下步驟1)根據實際融冰裝置的一次系統(tǒng)設備參數及待融冰交流線路參數，建立直流融冰 相關一次系統(tǒng)數字仿真模型；3)利用實時數字仿真器的配套建模軟件，建立直流融冰相關一次系統(tǒng)數字仿真模 型的數字試驗程序；3)利用實時數字仿真器配套的程序編譯軟件將數字試驗程序編譯，并下載到實時 數字仿真器上運行；4) 一次系統(tǒng)數字仿真模型的數字試驗程序通過接口程序模塊與實時數字仿真器 的接口板卡進行變量的交互，實時數字仿真器的接口板卡與直流融冰裝置的實際控制保護 設備通過電纜進行連接，組成實時仿真閉環(huán)測試系統(tǒng)，從而對直流融冰裝置控制保護的功 能和動態(tài)性能進行詳細測試。上述直流融冰相關一次系統(tǒng)數字仿真模型的建立過程為1)根據變電站主變壓器高、中壓側的交流系統(tǒng)進行等值，并搭建交流等值系統(tǒng)數 字模型；2)主變壓器低壓側母線上所連接的所有電容器、電抗器、濾波器和融冰裝置的換 流變壓器、換流閥等設備均采用集中參數搭建模型；待融冰的交流線路采用分布參數搭建 模型。 本發(fā)明由于采用實時數字仿真器通過接口硬件設備與直流融冰裝置的實際控制 保護設備相連接，形成閉環(huán)試驗系統(tǒng)的結構，本發(fā)明可方便、快速地修改一次設備參數及拓 撲結構，滿足直流融冰裝置快節(jié)奏、多變化的試驗特點。本發(fā)明是一種設計巧妙，性能優(yōu)良， 方便實用的直流融冰裝置控制保護系統(tǒng)的閉環(huán)試驗系統(tǒng)及其試驗方法。


圖1為本發(fā)明融冰相關一次系統(tǒng)的主要設備及拓撲結構示意圖；圖2為本發(fā)明融冰相關一次系統(tǒng)數字模型搭建的示意圖；圖3為本發(fā)明的實時數字閉環(huán)試驗系統(tǒng)的結構示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明直流融冰裝置控制保護系統(tǒng)的閉環(huán)試驗系統(tǒng)，包括有實時數字仿真器1、接 口硬件設備2、直流融冰裝置的實際控制保護設備3，實時數字仿真器1通過接口硬件設備 2與直流融冰裝置的實際控制保護設備3相連接，形成閉環(huán)試驗系統(tǒng)。上述接口硬件設備2為功率放大器21、端子式繼電器22和觸發(fā)脈沖接口板卡23。上述實時數字仿真器1的交流電壓及電流信號輸出端通過接口硬件設 備2的功率 放大器21與實際控制保護設備3的交流模擬量輸入端連接，實時數字仿真器1的直流電壓 及電流信號輸出端直接與實際控制保護設備3的直流模擬量輸入端連接，實時數字仿真器 1的開關狀態(tài)信號輸出端通過接口硬件設備2的端子式繼電器22與實際控制保護設備3的 開關量輸入端連接，實際控制保護設備3的開關分合命令信號輸出端通過接口硬件設備2 的端子式繼電器22與實時數字仿真器1的開關量輸入端連接，實際控制保護設備3的觸發(fā) 脈沖信號輸出端通過接口硬件設備2的觸發(fā)脈沖接口板卡23與實時數字仿真器1的開關 量輸入端連接。本實施例中，上述實時數字仿真器1為RTDS。本發(fā)明直流融冰裝置控制保護系統(tǒng)的閉環(huán)試驗系統(tǒng)的試驗方法，包括如下步驟1)根據實際融冰裝置的一次系統(tǒng)設備參數及待融冰交流線路參數，建立直流融冰 相關一次系統(tǒng)數字仿真模型；3)利用實時數字仿真器1的配套建模軟件，建立直流融冰相關一次系統(tǒng)數字仿真 模型的數字試驗程序；3)利用實時數字仿真器1配套的程序編譯軟件將數字試驗程序編譯，并下載到實 時數字仿真器1上運行；4) 一次系統(tǒng)數字仿真模型的數字試驗程序通過接口程序模塊與實時數字仿真器 1的接口板卡進行變量的交互，實時數字仿真器1的接口板卡與直流融冰裝置的實際控制 保護設備3通過電纜進行連接，組成實時仿真閉環(huán)測試系統(tǒng)，從而對直流融冰裝置控制保 護的功能和動態(tài)性能進行詳細測試。上述直流融冰相關一次系統(tǒng)數字仿真模型的建立過程為1)根據變電站主變壓器高、中壓側的交流系統(tǒng)進行等值，并搭建交流等值系統(tǒng)數 字模型；2)主變壓器低壓側母線上所連接的所有電容器、電抗器、濾波器和融冰裝置的換 流變壓器、換流閥等設備均采用集中參數搭建模型；待融冰的交流線路采用分布參數搭建 模型。本發(fā)明融冰相關一次系統(tǒng)的主要設備包括交流等值系統(tǒng)、換流變壓器、換流閥及 待融冰交流線路，另外，還包括了交流側的斷路器和直流側的隔離開關，拓撲結構如圖1所 示。其中包含了若干個電壓、電流的測量點換流變交流系統(tǒng)側交流母線電壓、換流變閥側 交流電流、直流側電壓、電流、直流側閥中性點接地電流。本發(fā)明根據交流系統(tǒng)及一次設備的參數搭建融冰相關一次系統(tǒng)的數字仿真模型 如圖2所示，根據變電站主變壓器高、中壓側的交流等值系統(tǒng)參數，在數字仿真器配套建模 軟件自帶的交流等值系統(tǒng)模型元件參數表中輸入參數，搭建出交流等值系統(tǒng)數字模型；根 據主變壓器低壓側母線上所連接的所有交流電容器、交流電抗器、交流濾波器和融冰裝置 的換流變壓器、換流閥等設備的參數，在數字仿真器配套建模軟件自帶的相應模型元件參數表中輸入參數，分別搭建出交流電容器數字模型、交流電抗器數字模型、交流濾波器數字模型、換流變壓器數字模型、換流閥數字模型；根據待融冰交流線路的線徑、相間距、桿塔高 度等實際參數，在數字仿真器配套建模軟件自帶的交流線路模型元件參數表中輸入參數， 搭建出具有分布參數的交流線路數字模型；按實際拓撲結構，將上述各數字模型進行相互 連接，完成融冰相關一次系統(tǒng)數字模型。本發(fā)明接口的實施方案如圖3所示，實時數字仿真器中融冰相關一次系統(tǒng)數字模 型運算得到的換流變系統(tǒng)側交流母線電壓、換流變閥側交流電流等交流電壓、電流量經過 實時數字仿真器的模擬量輸出板卡送往功率放大器，經過功率放大器的線性放大后送往實 際控制保護設備的交流模擬量輸入板卡進行采樣；換流閥直流側電壓、電流、直流側閥中性 點接地電流等直流電壓、電流量經過實時數字仿真器的模擬量輸出板卡直接送往實際控制 保護設備的直流模擬量輸入板卡進行采樣；交流側斷路器和直流側隔離開關的位置狀態(tài)等 開關狀態(tài)通過仿真器的開關量輸出板卡送往端子式繼電器，經過端子式繼電器的電平轉換 后再送往實際控制保護設備的開關量輸入板卡；實際控制保護設備對交流側斷路器和直流 側隔離開關等的開關分合命令由實際控制保護設備的開關量輸出板卡送往端子式繼電器， 經端子式繼電器的電平轉換后再送往實時數字仿真器的開關量輸入板卡；實際控制保護設 備從觸發(fā)脈沖輸出板卡發(fā)出的換流閥觸發(fā)脈沖送往觸發(fā)脈沖接口板卡，經出發(fā)脈沖接口板 卡的電平轉換后送往實時數字仿真器的開關量輸入板卡，完成對數字仿真模型中換流閥觸 發(fā)的精確控制。在上述實施方案中，實時數字仿真器(如RTDS等)的模擬量輸出板卡輸出的交 流電壓幅值范圍與實際控制保護裝置模擬量輸入板卡的輸入電壓幅值范圍往往不一致，采 用功率放大器進行接口，目前對交流電壓采用的變比為一次系統(tǒng)/RTDS輸出板卡/控制 保護設備輸入板卡=35kV/5V/100V，對交流電流采用的變比為一次系統(tǒng)/RTDS輸出板卡 /控制保護設備輸入板卡=60kA/5V/20A ；數字仿真器的開關量輸入、輸出板卡的電壓幅值 范圍與實際控制保護裝置開關量的輸出、輸入板卡的電壓幅值范圍往往也不一致，采用端 子式繼電器進行接口，目前采用的電壓變比為RTDS開關量接口板卡/控制保護設備開關 量接口板卡=24V/220V;觸發(fā)脈沖通過觸發(fā)脈沖接口板卡進行接口，目前采用的電壓變比 為RTDS開關量接口板卡/控制保護設備觸發(fā)脈沖接口板卡=24V/5V。
權利要求
一種直流融冰裝置控制保護系統(tǒng)的閉環(huán)試驗系統(tǒng)，其特征在于包括有實時數字仿真器(1)、接口硬件設備(2)、直流融冰裝置的實際控制保護設備(3)，實時數字仿真器(1)通過接口硬件設備(2)與直流融冰裝置的實際控制保護設備(3)相連接，形成閉環(huán)試驗系統(tǒng)。
2.根據權利要求1所述的直流融冰裝置控制保護系統(tǒng)的閉環(huán)試驗系統(tǒng)，其特征在于 上述接口硬件設備(2)包括有功率放大器(21)、端子式繼電器(22)和觸發(fā)脈沖接口板卡 (23)。
3.根據權利要求1所述的直流融冰裝置控制保護系統(tǒng)的閉環(huán)試驗系統(tǒng)，其特征在于上 述實時數字仿真器(1)的交流電壓及電流信號輸出端通過接口硬件設備(2)的功率放大器 (21)與實際控制保護設備(3)的交流模擬量輸入端連接，實時數字仿真器(1)的直流電壓 及電流信號輸出端直接與實際控制保護設備(3)的直流模擬量輸入端連接，實時數字仿真 器(1)的開關狀態(tài)信號輸出端通過接口硬件設備(2)的端子式繼電器(22)與實際控制保 護設備(3)的開關量輸入端連接，實際控制保護設備(3)的開關分合命令信號輸出端通過 接口硬件設備(2)的端子式繼電器(22)與實時數字仿真器(1)的開關量輸入端連接，實際 控制保護設備(3)的觸發(fā)脈沖信號輸出端通過接口硬件設備(2)的觸發(fā)脈沖接口板卡(23) 與實時數字仿真器(1)的開關量輸入端連接。
4.根據權利要求1所述的直流融冰裝置控制保護系統(tǒng)的閉環(huán)試驗系統(tǒng)，其特征在于上 述實時數字仿真器(1)為RTDS。
5.一種根據權利要求1所述的直流融冰裝置控制保護系統(tǒng)的閉環(huán)試驗系統(tǒng)的試驗方 法，其特征在于包括如下步驟1)根據實際融冰裝置的一次系統(tǒng)設備參數及待融冰交流線路參數，建立直流融冰相關 一次系統(tǒng)數字仿真模型；3)利用實時數字仿真器(1)的配套建模軟件，建立直流融冰相關一次系統(tǒng)數字仿真模 型的數字試驗程序；3)利用實時數字仿真器(1)配套的程序編譯軟件將數字試驗程序編譯，并下載到實時 數字仿真器(1)上運行；4)一次系統(tǒng)數字仿真模型的數字試驗程序通過接口程序模塊與實時數字仿真器(1) 的接口板卡進行變量的交互，實時數字仿真器(1)的接口板卡與直流融冰裝置的實際控制 保護設備(3)通過電纜進行連接，組成實時仿真閉環(huán)測試系統(tǒng)，從而對直流融冰裝置控制 保護的功能和動態(tài)性能進行詳細測試。
6.根據權利要求5所述的直流融冰裝置控制保護系統(tǒng)的閉環(huán)試驗系統(tǒng)的試驗方法，其 特征在于上述直流融冰相關一次系統(tǒng)數字仿真模型的建立過程為1)根據變電站主變壓器高、中壓側的交流系統(tǒng)進行等值，并搭建交流等值系統(tǒng)數字模型；2)主變壓器低壓側母線上所連接的所有電容器、電抗器、濾波器和融冰裝置的換流變 壓器、換流閥等設備均采用集中參數搭建模型；待融冰的交流線路采用分布參數搭建模型。
全文摘要
本發(fā)明是一種直流融冰裝置控制保護系統(tǒng)的閉環(huán)試驗系統(tǒng)及其試驗方法。包括有實時數字仿真器(1)、接口硬件設備(2)、直流融冰裝置的實際控制保護設備(3)，實時數字仿真器(1)通過接口硬件設備(2)與直流融冰裝置的實際控制保護設備(3)相連接，形成閉環(huán)試驗系統(tǒng)。本發(fā)明的閉環(huán)試驗系統(tǒng)及其試驗方法可方便、快速地修改一次設備參數及拓撲結構，滿足直流融冰裝置快節(jié)奏、多變化的試驗特點。本發(fā)明是一種方便實用的直流融冰裝置控制保護系統(tǒng)的閉環(huán)試驗系統(tǒng)及其試驗方法。
文檔編號G01R31/00GK101825670SQ20101001945
公開日2010年9月8日 申請日期2010年1月15日 優(yōu)先權日2010年1月15日
發(fā)明者張建設, 張翔, 趙森林, 韓偉強 申請人:中國南方電網有限責任公司電網技術研究中心;南京南瑞繼保電氣有限公司