專利名稱：一種電力系統(tǒng)可控高抗系統(tǒng)控制器的動態(tài)試驗(yàn)平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種電力系統(tǒng)可控高抗系統(tǒng)控制器的動態(tài)試驗(yàn)平臺
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電力系統(tǒng)可控高抗系統(tǒng)控制器的動態(tài)試驗(yàn)平臺。
背景技術(shù)：
為解決煤炭、水利等一次能源與負(fù)荷中心分布極不平衡的問題，我國交流電力系 統(tǒng)骨干網(wǎng)架宜采用超/特高壓緊湊型線路實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、大容量的輸電，達(dá)到資源的集約配 置。超/特高壓交流輸電線路巨大的容性充電功率、劇烈的潮流變化以及有限的絕緣裕度 給系統(tǒng)的無功調(diào)節(jié)、過電壓抑制提出了較高的要求。普通高壓并聯(lián)電抗器、可投切低壓并聯(lián) 電容器和電抗器組、發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行和靜止無功補(bǔ)償器(static var compensator，svc)等 傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置大都無法同時滿足無功調(diào)節(jié)和過電壓抑制的需要。在超/特高壓電網(wǎng)中，可控并聯(lián)電抗器(controlled shunt reactor,CSR)可簡化 系統(tǒng)無功電壓控制、抑制工頻過電壓和操作過電壓、消除發(fā)電機(jī)自勵磁、動態(tài)補(bǔ)償線路充電 功率、抑制潛供電流、阻尼系統(tǒng)諧振等，能滿足系統(tǒng)多方面需求，因而具有非常廣闊的應(yīng)用 前景。CSR是一種基于晶閘管的新型FACTS裝置，其電抗值可在線調(diào)節(jié)，滿足多方面的系 統(tǒng)需求。在超/特高壓電網(wǎng)中，CSR具有以下主要作用1)簡化無功、電壓控制措施；2)抑制工頻過電壓；3)消除發(fā)電機(jī)自勵磁；4)抑制操作過電壓；5)動態(tài)補(bǔ)償線路容性功率；6)抑制潛供電流，提高單相重合閘的成功率；7)可有效提高超/特高壓系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。綜上所述，采用CSR主要能解決長距離重載線路限制過電壓和無功補(bǔ)償?shù)拿埽?并能滿足系統(tǒng)多方面需求，在超/特高壓輸電系統(tǒng)采用CSR技術(shù)已成為發(fā)展趨勢。目前，國內(nèi)外對可控電抗器的研究主要集中在磁閥式可控電抗器和交流可控電抗 器上，俄羅斯學(xué)者在這方面進(jìn)行了深入的研究，取得了顯著的進(jìn)展。俄羅斯的磁閥式可控電 抗器已經(jīng)大面積地推向了市場。在前蘇聯(lián)地區(qū)110、220、330kV系統(tǒng)安裝有多套MCSR并發(fā) 揮了重要作用；現(xiàn)已開展接入500kv系統(tǒng)的研究，設(shè)計(jì)制造了單相試驗(yàn)樣機(jī)。美國也計(jì)劃在 電網(wǎng)中大規(guī)模采用MCSR。我國長期跟蹤可控電抗器的研究，已在電氣化鐵路、IlOkV電網(wǎng)得到應(yīng)用；自2005 年起開展500kV MCSR技術(shù)的攻關(guān)，并取得較好研究成果。由中國電力科學(xué)研究院與特變電 工沈陽變壓器集團(tuán)有限公司聯(lián)合設(shè)計(jì)開發(fā)的我國首套500kV磁控式并聯(lián)電抗器裝設(shè)于峽 江II線江陵(荊州)換流站側(cè)，2007年9月完成調(diào)試并順利通過試運(yùn)行。該示范工程實(shí)現(xiàn) 100%國產(chǎn)化，我國擁有完全的知識產(chǎn)權(quán)。雖然國內(nèi)外都有成型的設(shè)備，但是在軟件仿真方面發(fā)展緩慢，成熟商用軟件PSCAD/EMTDC等都沒有可控高抗的模型，因此可控高抗在開發(fā)、生產(chǎn)和運(yùn)行等各個階段需要 進(jìn)行的調(diào)試、整定等工作還存在一定的難度。進(jìn)行驗(yàn)證可控高抗裝置功能和性能、校準(zhǔn)裝置 參數(shù)所需要的閉環(huán)試驗(yàn)也因?yàn)樾枰趧討B(tài)模擬實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行而涉及的投資較大，而且建模 和試驗(yàn)過程復(fù)雜，需要大量的維護(hù)工作等原因很難開展。近年來，基于全數(shù)字實(shí)時仿真系統(tǒng)的控制保護(hù)裝置閉環(huán)試驗(yàn)平臺逐漸得到應(yīng)用， 該平臺采用數(shù)字仿真方法模擬實(shí)際電力系統(tǒng)，通過數(shù)字-物理仿真接口將控制保護(hù)裝置 接入仿真系統(tǒng)，從而對控制保護(hù)裝置進(jìn)行閉環(huán)試驗(yàn)。和基于動態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)室的閉環(huán)試驗(yàn) 相比，該平臺投資較小，建模和試驗(yàn)簡單靈活，得到了較快發(fā)展，如國內(nèi)外一些單位基于 RTDS (Real Time Digital Simulator，實(shí)時數(shù)字仿真裝置)建立了 FACTS裝置的閉環(huán)試驗(yàn) 平臺，但是RTDS中沒有可控高抗相關(guān)模型，因此對于可控高抗的閉環(huán)試驗(yàn)還需要開展大量 的建模工作，而且此類試驗(yàn)平臺受RTDS自身限制，電網(wǎng)仿真規(guī)模較小，無法對大規(guī)?；ヂ?lián) 電網(wǎng)進(jìn)行精確仿真。西北電網(wǎng)近年來發(fā)展迅速，獨(dú)特的330kV/750kV電壓等級網(wǎng)架結(jié)構(gòu)逐漸形成，風(fēng) 電、太陽能等新能源大量建設(shè)，系統(tǒng)迫切需要進(jìn)行無功調(diào)節(jié)和過電壓抑制相關(guān)研究。如何建 設(shè)適合于西北電網(wǎng)的可控高抗系統(tǒng)動態(tài)測試方法，結(jié)合西北電網(wǎng)地域廣大、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)特殊 等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)背景下的可控高抗系統(tǒng)動態(tài)性能驗(yàn)證過程，是我們目前關(guān)注的交點(diǎn)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種電力系統(tǒng)可控高抗系統(tǒng)控制器的動態(tài)試驗(yàn)平臺， 基于該試驗(yàn)平臺能夠?qū)?shù)字量和模擬量的精確轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)將實(shí)際可控高抗系統(tǒng)控制器接入 數(shù)字仿真系統(tǒng)對可控高抗的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)動態(tài)閉環(huán)試驗(yàn)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種電力系統(tǒng)可控高抗系統(tǒng)控制器的動態(tài)試驗(yàn)平臺，包括建模單元、計(jì)算單元、數(shù) 模實(shí)時轉(zhuǎn)換模塊、功率放大器、可控高抗控制器和錄波儀；所述建模單元、計(jì)算單元、數(shù)模實(shí) 時轉(zhuǎn)換模塊和功率放大器依次連接；所述功率放大器、可控高抗控制器和錄波儀之間兩兩 連接。 所述功率放大器包括一組線性電壓電流功率放大器單元。所述建模單元、計(jì)算單元、數(shù)模實(shí)時轉(zhuǎn)換模塊依次通過千兆以太網(wǎng)連接。所述功率放大器包括一組線性電壓電流功率放大器單元。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)包含可控高抗數(shù)學(xué)模型的建模單元通過數(shù)值計(jì)算方式實(shí)現(xiàn)對大型電力系統(tǒng)的 精確模擬，并通過數(shù)模實(shí)時轉(zhuǎn)換模塊將實(shí)際的可控高抗控制器接入數(shù)字電力系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了 閉環(huán)控制，可以用于開展大電網(wǎng)背景下的控制保護(hù)裝置閉環(huán)試驗(yàn)；(2)數(shù)模實(shí)時轉(zhuǎn)換模塊，可以輸入輸出常規(guī)電力系統(tǒng)元件的各個參數(shù)，沒有特別的 限制，可靈活用于不同類型FACTS裝置的閉環(huán)試驗(yàn)研究。本實(shí)用新型一種電力系統(tǒng)可控高抗系統(tǒng)控制器的動態(tài)試驗(yàn)平臺通過包含可控高 抗數(shù)學(xué)模型在內(nèi)的建模單元實(shí)現(xiàn)了對大規(guī)模電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行精確的模擬，并實(shí)現(xiàn) 了與實(shí)際可控高抗控制器的AO和DI接口，從而接入實(shí)際可控高抗控制器進(jìn)行閉環(huán)試驗(yàn)，提 供了一種新的動態(tài)試驗(yàn)平臺。因此，本實(shí)用新型可以進(jìn)行數(shù)字模型搭建的大規(guī)模電力系統(tǒng)背景下的FACTS裝置閉環(huán)試驗(yàn)，適用于電力系統(tǒng)各種FACTS裝置的研制和試驗(yàn)過程。
圖1是本實(shí)用新型一種電力系統(tǒng)可控高抗系統(tǒng)控制器的動態(tài)試驗(yàn)平臺的示意圖；圖2是本實(shí)用新型一種電力系統(tǒng)可控高抗系統(tǒng)控制器的動態(tài)試驗(yàn)平臺工作原理 示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述。圖1是本實(shí)用新型一種電力系統(tǒng)可控高抗系統(tǒng)控制器的動態(tài)試驗(yàn)平臺的示意圖， 表示了試驗(yàn)平臺中各個部分之間的連接關(guān)系。如圖1所示，本實(shí)用新型一種電力系統(tǒng)可控高抗系統(tǒng)控制器的動態(tài)試驗(yàn)平臺主要 包括包含可控高抗數(shù)學(xué)模型的建模單元10，高性能計(jì)算單元20，數(shù)模實(shí)時轉(zhuǎn)換模塊30，功 率放大器40，可控高抗控制器50，錄波儀60。包含可控高抗數(shù)學(xué)模型的建模單元10，是本試驗(yàn)方法的基礎(chǔ)，用戶通過該平臺實(shí) 現(xiàn)電力系統(tǒng)的搭建、參數(shù)輸入以及對試驗(yàn)參數(shù)的設(shè)置，并將相關(guān)數(shù)據(jù)及設(shè)定提交到高性能 計(jì)算單元20，并從高性能計(jì)算單元20接收試驗(yàn)反饋結(jié)果。實(shí)際試驗(yàn)中用戶可以通過建模單 元10在仿真的電網(wǎng)任意地點(diǎn)、任意多處設(shè)置接入可控高抗模型，并設(shè)定并聯(lián)母線為控制電 壓輸出接口，可控高抗的控制開關(guān)接收外部可控高抗控制器的控制信號，實(shí)現(xiàn)將可控高抗 控制器連接到數(shù)字仿真系統(tǒng)中的實(shí)際效果。高性能計(jì)算單元20，主要負(fù)責(zé)接受建模單元10上傳的計(jì)算任務(wù)，模擬整個電力系 統(tǒng)的運(yùn)行過程，并按照可控高抗接口的相關(guān)設(shè)置將相應(yīng)的電氣量通過數(shù)模實(shí)時轉(zhuǎn)換模塊30 的AO通道傳送給功率放大器40。高性能計(jì)算模塊20由高性能計(jì)算服務(wù)器搭建而成，并 通過并行化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)數(shù)字計(jì)算的實(shí)時控制，可以充分利用機(jī)群中每個計(jì)算節(jié)點(diǎn)的資 源，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜電力系統(tǒng)情況的模擬。數(shù)模實(shí)時轉(zhuǎn)換模塊30，作為仿真系統(tǒng)生成的數(shù)字量和實(shí)際可控高抗控制器50需 要物理量的交換樞紐，通過數(shù)模實(shí)時轉(zhuǎn)換模塊，A/D(D/A)板卡、I/O板卡等，在試驗(yàn)過程中， 為可控高抗控制器50提供并發(fā)送其所需的輸入量并接收和處理可控高抗控制器50所輸出 的變量值。功率放大器40，包含一組線性電壓電流功率放大器單元，用于將數(shù)模實(shí)時轉(zhuǎn)換模 塊30輸出的電壓量線性放大，得到和可控高抗控制器50輸入需要相匹配的電壓電流量，其 中電壓電流的放大倍數(shù)是可以在功率放大器中選定的。可控高抗控制器50是本閉環(huán)試驗(yàn)平臺的被測對象，通過對建模單元10和數(shù)模實(shí) 時轉(zhuǎn)換模塊30的相關(guān)設(shè)置，將可控高抗控制器接入數(shù)字電力系統(tǒng)中進(jìn)行的閉環(huán)動態(tài)試驗(yàn)， 可以檢驗(yàn)其在系統(tǒng)中的實(shí)際效果。錄波儀60，用于人工監(jiān)視和記錄物理裝置接口模塊輸出的電氣量，保存記錄試驗(yàn) 數(shù)據(jù)等。使試驗(yàn)中監(jiān)控的電氣量不但可以從建模單元10中進(jìn)行監(jiān)視和管理，還可以形成實(shí) 際的電壓電流量通過試驗(yàn)儀表記錄下來，方便時候的分析和研究。本實(shí)用新型一種電力系統(tǒng)可控高抗系統(tǒng)控制器的動態(tài)試驗(yàn)平臺的具體連接方式為包括可控高抗數(shù)學(xué)模型的建模單元10和高性能計(jì)算單元20、高性能計(jì)算單元20和數(shù) 模實(shí)時轉(zhuǎn)換模塊30之間分別通過千兆以太網(wǎng)連接，數(shù)模實(shí)時轉(zhuǎn)換模塊30和功率放大器40 之間通過專用屏蔽信號線連接，功率放大器40和可控高抗控制器50，可控高抗控制器50和 錄波儀60之間通過專用信號線連接。圖2是本實(shí)用新型一種電力系統(tǒng)可控高抗系統(tǒng)控制器的動態(tài)試驗(yàn)平臺工作原理 示意圖。由建模單元和高性能計(jì)算單元組成的仿真裝置與可控高抗控制器的接口信號分 為兩類，一是輸出的系統(tǒng)運(yùn)行參量(模擬量，如交流電壓、電流等)；二是輸入的開關(guān)量，如 開關(guān)開斷信號等。這里，輸入輸出都是針對仿真裝置而言的。為便于描述，我們假定用戶在仿真試驗(yàn)中需要將三個電壓變量ul、u2、u3和三個 電流變量il、i2、 3從仿真裝置輸出到可控高抗控制器，需要將可控高抗控制器發(fā)出的三 個開關(guān)控制信號反饋回仿真裝置。為實(shí)現(xiàn)上述功能，用戶需要在工作終端的程序中設(shè)定好 將三個電壓變量ul、u2、u3和三個電流變量il、i2、 3從數(shù)模實(shí)時轉(zhuǎn)換模塊的AO板卡通道 輸出到可控高抗控制器，并通過數(shù)模實(shí)時轉(zhuǎn)換模塊的DI板卡通道采集可控高抗控制器發(fā) 出的脈沖控制信號返回給仿真系統(tǒng)。并根據(jù)建模單元中的參數(shù)設(shè)定將數(shù)模實(shí)時轉(zhuǎn)換模塊功 能板卡相應(yīng)的通道通過屏蔽信號線接到可控高抗控制器中，為了達(dá)到可控高抗控制器要求 電壓電流輸入，在AO板卡中經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換得到的模擬量電壓u和電流i需要先經(jīng)過功率放 大器線性放大得到U’和i’后輸入到可控高抗控制器中。在仿真過程中，高性能計(jì)算單元進(jìn)行仿真計(jì)算，并在每一時步將需要輸出的數(shù)據(jù) ul、u2、u3、il、i2、i3通過千兆以太網(wǎng)發(fā)送給數(shù)模實(shí)時轉(zhuǎn)換模塊、的主控板，主控板再將數(shù) 據(jù)經(jīng)過功能板的AO通道輸出，經(jīng)過放大后傳遞給可控高抗控制器；同時功能板采集DI通道 的數(shù)據(jù)并發(fā)給主控板，主控板將數(shù)據(jù)通過千兆以太網(wǎng)上傳至高性能計(jì)算單元。這樣，仿真裝 置通過數(shù)字方式模擬的電力系統(tǒng)就和實(shí)際可控高抗控制器形成了閉環(huán)，從而可以對實(shí)際的 可控高抗控制器進(jìn)行動態(tài)閉環(huán)試驗(yàn)。
權(quán)利要求1.一種電力系統(tǒng)可控高抗系統(tǒng)控制器的動態(tài)試驗(yàn)平臺，其特征在于包括建模單元 (10)、計(jì)算單元00)、數(shù)模實(shí)時轉(zhuǎn)換模塊(30)、功率放大器00)、可控高抗控制器(50)和錄 波儀(60)；所述建模單元(10)、計(jì)算單元O0)、數(shù)模實(shí)時轉(zhuǎn)換模塊(30)和功率放大器00) 依次連接；所述功率放大器(40)、可控高抗控制器(50)和錄波儀(60)之間兩兩連接。
2.如權(quán)利要求1所述一種電力系統(tǒng)可控高抗系統(tǒng)控制器的動態(tài)試驗(yàn)平臺，其特征在 于所述功率放大器GO)包括一組線性電壓電流功率放大器單元。
3.如權(quán)利要求1所述一種電力系統(tǒng)可控高抗系統(tǒng)控制器的動態(tài)試驗(yàn)平臺，其特征在 于所述建模單元(10)、計(jì)算單元O0)、數(shù)模實(shí)時轉(zhuǎn)換模塊(30)依次通過千兆以太網(wǎng)連接。
4.如權(quán)利要求1所述一種電力系統(tǒng)可控高抗系統(tǒng)控制器的動態(tài)試驗(yàn)平臺，其特征在 于所述功率放大器GO)包括一組線性電壓電流功率放大器單元。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種電力系統(tǒng)可控高抗系統(tǒng)控制器的動態(tài)試驗(yàn)平臺，包括建模單元、計(jì)算單元、數(shù)模實(shí)時轉(zhuǎn)換模塊、功率放大器、可控高抗控制器和錄波儀；所述建模單元、計(jì)算單元、數(shù)模實(shí)時轉(zhuǎn)換模塊和功率放大器依次連接；所述功率放大器、可控高抗控制器和錄波儀之間兩兩連接。本實(shí)用新型通過包含可控高抗數(shù)學(xué)模型在內(nèi)的建模單元實(shí)現(xiàn)了對大規(guī)模電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行精確的模擬，并實(shí)現(xiàn)了與實(shí)際可控高抗控制器的A0和DI接口，從而接入實(shí)際可控高抗控制器進(jìn)行閉環(huán)試驗(yàn)，提供了一種新的動態(tài)試驗(yàn)平臺。因此，本實(shí)用新型可以進(jìn)行數(shù)字模型搭建的大規(guī)模電力系統(tǒng)背景下的FACTS裝置閉環(huán)試驗(yàn)，適用于電力系統(tǒng)各種FACTS裝置的研制和試驗(yàn)過程。
文檔編號G05B23/02GK201859349SQ20102060751
公開日2011年6月8日 申請日期2010年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月15日
發(fā)明者孫強(qiáng), 張星, 張 林, 徐得超, 施榮, 李亞摟, 李剛, 王峰, 胡曉菁, 鄭偉杰 申請人:中國電力科學(xué)研究院, 西北電網(wǎng)有限公司