專利名稱：一種無功功率控制仿真裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電氣測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及一種用于高壓直流輸電設(shè)備的直流控制保護(hù)系統(tǒng)仿真研究的分接頭位置仿真測(cè)試裝置。
背景技術(shù)：
電力需求的不斷增長導(dǎo)致了輸電系統(tǒng)向長距離、大容量和高穩(wěn)定性的方向發(fā)展。隨著各電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)的特高壓交流輸電工程和高壓直流輸電工程的建設(shè)項(xiàng)目不斷增加，用電量集中區(qū)域的電網(wǎng)呈現(xiàn)出明顯的多直流饋入的特高壓交直流混聯(lián)受端電網(wǎng)特征，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)緊密，多條交直流線路之間電氣距離更加緊密，特高壓和超高壓交流系統(tǒng)故障后，易引發(fā)包含高壓直流在內(nèi)的多條直流同時(shí)換相失敗，而多回直流的換相失敗其恢復(fù)過程又將對(duì)交流系統(tǒng)產(chǎn)生較大沖擊，如果各直流系統(tǒng)的恢復(fù)策略配合不當(dāng)，則還有可能導(dǎo)致多條直流同時(shí)發(fā)生連續(xù)的換相失敗，甚至引發(fā)直流閉鎖。多回直流同時(shí)發(fā)生雙極閉鎖，大量潮流大范圍轉(zhuǎn)移或?qū)⒁l(fā)系統(tǒng)穩(wěn)定問題。這種交直流系統(tǒng)間的交互作用給特高壓交直流混聯(lián)受端電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來巨大挑戰(zhàn)。因此，在高壓直流輸電工程的研究或設(shè)計(jì)階段，必須對(duì)交直流系統(tǒng)間的交互作用給特高壓交直流混聯(lián)受端電網(wǎng)的穩(wěn)定性進(jìn)行試驗(yàn)和仿真，并參照試驗(yàn)和仿真結(jié)果，對(duì)研究或設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估。中國實(shí)用新型專利“一種多饋入直流輸電系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真模型”(實(shí)用新型專利號(hào):ZL201210532759.X授權(quán)公告號(hào):CN102945004A)公開了多饋入直流輸電系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真模型，其包括多個(gè)并聯(lián)的等值超高壓直流輸電系統(tǒng)，所述超高壓直流輸電系統(tǒng)包括一次系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真模型和二次系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真模型；所述一次系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真模型包括換流站和直流輸電線路，所述換流站設(shè)置在直流輸電線路的兩端；所述二次系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真模型包括換流站控制系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)，所述換流站控制系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)與換流站連接，用于控制和保護(hù)換流站的運(yùn)行。通過換流站控制系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)對(duì)換流站運(yùn)行的控制和保護(hù)，避免交流系統(tǒng)故障后易引發(fā)多回直流同時(shí)故障和多回直流故障及其恢復(fù)過程對(duì)交流系統(tǒng)產(chǎn)生的沖擊。但是，該仿真模型沒有涉及分接頭位置的仿真，無法`真實(shí)地模擬高壓直流輸電直流控制保護(hù)系統(tǒng)的分接頭位置運(yùn)行狀態(tài)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是要提供一種無功功率控制仿真裝置，其可真實(shí)地模擬反映高壓直流輸電直流控制保護(hù)系統(tǒng)的分接頭位置狀態(tài)，為直流控制保護(hù)裝置的分接頭位置研究或設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的仿真結(jié)果，解決為直流控制保護(hù)裝置的分接頭位置研究或設(shè)計(jì)提供驗(yàn)證平臺(tái)的技術(shù)問題。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種無功功率控制仿真裝置，至少包括無功功率計(jì)算模塊和無功控制模塊，用于高壓直流輸電設(shè)備的直流控制保護(hù)系統(tǒng)的仿真，其特征在于:[0007]所述的無功控制模塊包括第一至第三算術(shù)運(yùn)算元件，第一比例元件，第一與門，第二與門，第一定時(shí)器和第二定時(shí)器；無功計(jì)算值信號(hào)端和無功參考值信號(hào)端連接到第一算術(shù)運(yùn)算元件，第一算術(shù)運(yùn)算元件的輸出端，連接到第二算術(shù)運(yùn)算元件的同相輸入端，并且通過第一比例元件，連接到第三算術(shù)運(yùn)算元件的同相輸入端，極限無功值信號(hào)端連接到第二算術(shù)運(yùn)算元件和第三算術(shù)運(yùn)算元件的反相輸入端；無功控制信號(hào)端連接到第一與門和第二與門的第一輸入端；第二算術(shù)運(yùn)算元件的輸出端，通過第一斯密特觸發(fā)器連接到第一與門的第二輸入端；第三算術(shù)運(yùn)算元件的輸出端，通過第二斯密特觸發(fā)器連接到第二與門的第二輸入端；第一與門的輸出端，通過第二定時(shí)器連接到濾波器無功上升信號(hào)端；第二與門的輸出端，通過第一定時(shí)器連接到濾波器無功下降信號(hào)端。本實(shí)用新型的無功功率控制仿真裝置的一種較佳的技術(shù)方案，其特征在于所述的無功功率控制仿真裝置還設(shè)有電壓控制模塊，所述的電壓控制模塊包括第四至第六算術(shù)運(yùn)算元件，第二比例元件，第三與門，第四與門，第三定時(shí)器和第四定時(shí)器；交流電壓信號(hào)端和電壓參考值信號(hào)端連接到第四算術(shù)運(yùn)算元件，第四算術(shù)運(yùn)算元件的輸出端，連接到第五算術(shù)運(yùn)算元件的同相輸入端，并且通過第二比例元件，連接到第六算術(shù)運(yùn)算元件的同相輸入端，極限電壓值信號(hào)端分別連接到第五算術(shù)運(yùn)算元件和第六算術(shù)運(yùn)算元件的反相輸入端；電壓控制信號(hào)端連接到第三與門和第四與門的第一輸入端；第五算術(shù)運(yùn)算元件的輸出端，通過第三斯密特觸發(fā)器連接到第三與門的第二輸入端；第六算術(shù)運(yùn)算元件的輸出端，通過第四斯密特觸發(fā)器連接到第四與門的第二輸入端；第三與門的輸出端，通過第四定時(shí)器連接到濾波器電壓上升信號(hào)端；第四與門的輸出端，通過第三定時(shí)器連接到濾波器電壓下降信號(hào)端。本實(shí)用新型的無功功率控制仿真裝置的一種更好的技術(shù)方案，其特征在于所述的無功功率控制仿真裝置還設(shè)有Umax/Qmax控制模塊,所述的Umax/Qmax控制模塊包括第七算術(shù)運(yùn)算元件，第八算術(shù)運(yùn)算元件，第五與門，第五斯密特觸發(fā)器，模式選擇開關(guān)和比較器；交流電壓信號(hào)端依次通過第七算術(shù)運(yùn)算元件和第五斯密特觸發(fā)器，連接到濾波器UMax信號(hào)端；極限無功值信號(hào)端通過第八算術(shù)運(yùn)算元件，連接到模式選擇開關(guān)；無功計(jì)算值信號(hào)端和模式選擇開關(guān)的輸出端，分別連接到比較器的一個(gè)輸入端，比較器的輸出端連接到濾波器QMax信號(hào)端。本實(shí)用新型的有益效果是:1.本實(shí)用新型的無功功率控制仿真裝置可真實(shí)地模擬、反映直流控制保護(hù)裝置的分接頭位置運(yùn)行狀態(tài)，為直流控制保護(hù)裝置的研究或設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的仿真結(jié)果；2.本實(shí)用新型的無功功率控制仿真裝置具有跨平臺(tái)仿真測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)，既可以在真實(shí)環(huán)境以實(shí)際元件實(shí)現(xiàn)，又可以在虛擬環(huán)境中以計(jì)算機(jī)軟件來實(shí)現(xiàn)；

圖1是用于直流控制保護(hù)系統(tǒng)的仿真裝置的原理框圖；圖2是本實(shí)用新型的無功功率控制仿真裝置的無功控制模塊原理圖；圖3 是本實(shí)用新型的無功功率控制仿真裝置的電壓控制模塊原理圖；[0018]圖4是本實(shí)用新型的無功功率控制仿真裝置的Umax/Qmax控制模塊原理圖；圖5是本實(shí)用新型的無功功率控制仿真裝置的無功功率計(jì)算模塊原理圖。以上圖中各部件的標(biāo)號(hào):100-高壓直流輸電設(shè)備，110-交流濾波器投切裝置，120-換流變壓器，130-晶閘管換流器，200-控制單元，210-角度、電流電壓基準(zhǔn)值計(jì)算裝置，220-換流器觸發(fā)角控制裝置，230-觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置，240-換流變分接頭控制裝置，250-極功率控制裝置，260-過負(fù)荷控制裝置，270-無功功率控制裝置，300-直流系統(tǒng)保護(hù)單元，900-運(yùn)行控制工作站。2711 2718-第一至第八算術(shù)運(yùn)算元件，2721 2725-第一至第五斯密特觸發(fā)器，2731-第一比例元件，2732-第二比例元件，2741 2745-第一至第五與門，2751 2754-第一至第四定時(shí)器，2761-模式選擇開關(guān)，2762-比較器，INC_F_U-濾波器電壓上升信號(hào)端，INC_F_Q-濾波器無功上升信號(hào)端，DEC_F_U-濾波器電壓下降信號(hào)端，DEC_F_Q-濾波器無功下降信號(hào)端，DEC_F_UM-濾波器UMax信號(hào)端，DEC_F_QM-濾波器QMax信號(hào)端，UAC_100-交流電壓信號(hào)端，UC0NTR0L-電壓控制信號(hào)端，UREF-電壓參考值信號(hào)端，UDEAD-極限電壓值信號(hào)端，QC0NTR0L-無功控制信號(hào)端，QDCAC-無功計(jì)算值信號(hào)端，QDEAD-極限無功值信號(hào)端，QREF-無功參考值信號(hào)端，ALPHA_0RD-觸發(fā)角指令信號(hào)端。
具體實(shí)施方式
為了能更好地理解本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案，
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。圖2展示了本實(shí)用新型的無功功率控制仿真裝置的一個(gè)實(shí)施例，用于高壓直流輸電設(shè)備的直流控制保護(hù)系統(tǒng)的仿真。本實(shí)用新型的無功功率控制仿真裝置是直流控制保護(hù)系統(tǒng)的無功功率控制裝置270的主功能單元。高壓直流輸電設(shè)備的直流控制保護(hù)系統(tǒng)的仿真裝置如圖1所示。無功功率控制裝置270是直流輸電控制系統(tǒng)中對(duì)換流站無功功率進(jìn)行控制的環(huán)節(jié)，它通過調(diào)整換流站 裝設(shè)的交流濾波器投切裝置110，控制無功補(bǔ)償設(shè)備的投入容量或改變換流器吸收的無功功率，將換流站與交流系統(tǒng)交換的無功功率控制在規(guī)定的范圍內(nèi)(無功功率控制方式，例如，最大無功交換限制QMax)，或?qū)Q流站交流母線電壓控制在規(guī)定的范圍內(nèi)(交流電壓控制方式，例如，最高/最低電壓限制UMax)。本實(shí)用新型的無功功率控制仿真裝置至少包括無功功率計(jì)算模塊和無功控制模塊，圖5展示了所述的交直流系統(tǒng)交換無功功率計(jì)算模塊的一個(gè)實(shí)施例，所述的無功控制模塊如圖2所示，包括第一至第三算術(shù)運(yùn)算元件2711 2713，第一比例元件2731，第一與門2741，第二與門2742，第一定時(shí)器2751和第二定時(shí)器2752 ；無功計(jì)算值信號(hào)端QDCAC和無功參考值信號(hào)端QREF連接到第一算術(shù)運(yùn)算元件2711，第一算術(shù)運(yùn)算元件2711的輸出端，連接到第二算術(shù)運(yùn)算元件2712的同相輸入端，并且通過第一比例元件2731，連接到第三算術(shù)運(yùn)算元件2713的同相輸入端，極限無功值信號(hào)端QDEAD連接到第二算術(shù)運(yùn)算元件2712和第三算術(shù)運(yùn)算元件2713的反相輸入端；無功控制信號(hào)端QC0NTR0L連接到第一與門2741和第二與門2742的第一輸入端；第二算術(shù)運(yùn)算元件2712的輸出端，通過第一斯密特觸發(fā)器2721連接到第一與門2741的第二輸入端；第三算術(shù)運(yùn)算元件2713的輸出端，通過第二斯密特觸發(fā)器2722連接到第二與門2742的第二輸入端；第一與門2741的輸出端，通過第二定時(shí)器2752連接到濾波器無功上升信號(hào)端INC_F_Q ;第二與門2742的輸出端，通過第一定時(shí)器2751連接到濾波器無功下降信號(hào)端DEC_F_Q。本實(shí)用新型的無功功率控制仿真裝置的實(shí)施例還設(shè)有電壓控制模塊，所述的電壓控制模塊如圖3所示，包括第四至第六算術(shù)運(yùn)算元件2714 2716，第二比例元件2732，第三與門2743，第四與門2744，第三定時(shí)器2753和第四定時(shí)器2754 ;交流電壓信號(hào)端UAC_100和電壓參考值信號(hào)端UREF連接到第四算術(shù)運(yùn)算元件2714，第四算術(shù)運(yùn)算元件2714的輸出端，連接到第五算術(shù)運(yùn)算元件2715的同相輸入端，并且通過第二比例元件2732，連接到第六算術(shù)運(yùn)算元件2716的同相輸入端，極限電壓值信號(hào)端UDEAD分別連接到第五算術(shù)運(yùn)算元件2715和第六算術(shù)運(yùn)算元件2716的反相輸入端；電壓控制信號(hào)端UC0NTR0L連接到第三與門2743和第四與門2744的第一輸入端；第五算術(shù)運(yùn)算元件2715的輸出端，通過第三斯密特觸發(fā)器2723連接到第三與門2743的第二輸入端；第六算術(shù)運(yùn)算元件2716的輸出端，通過第四斯密特觸發(fā)器2724連接到第四與門2744的第二輸入端；第三與門2743的輸出端，通過第四定時(shí)器2754連接到濾波器電壓上升信號(hào)端INC_F_U ;第四與門2744的輸出端，通過第三定時(shí)器2753連接到濾波器電壓下降信號(hào)端DEC_F_U。本實(shí)用新型的無功功率控制仿真裝置的另一個(gè)實(shí)施例還設(shè)有Umax/Qmax控制模塊，所述的Umax/Qmax控制模塊如圖4所示，包括第七算術(shù)運(yùn)算元件2717，第八算術(shù)運(yùn)算元件2718，第五與門2745，第五斯密 特觸發(fā)器2725，模式選擇開關(guān)2761和比較器2762 ;交流電壓信號(hào)端UAC_100依次通過第七算術(shù)運(yùn)算元件2717和第五斯密特觸發(fā)器2725，連接到濾波器UMax信號(hào)端DEC_F_UM ;極限無功值信號(hào)端QDEAD通過第八算術(shù)運(yùn)算元件2718，連接到模式選擇開關(guān)2761 ;無功計(jì)算值信號(hào)端QDCAC和模式選擇開關(guān)2761的輸出端，分別連接到比較器2762的一個(gè)輸入端，比較器2762的輸出端連接到濾波器QMax信號(hào)端DEC_F_QM。無功功率計(jì)算模塊的一個(gè)實(shí)施例如圖5所示，無功功率計(jì)算模塊用于計(jì)算換流站與交流系統(tǒng)的無功交換量，無功功率計(jì)算模塊根據(jù)交流電壓信號(hào)端UAC_100和觸發(fā)角指令信號(hào)端ALPHA_0RD等輸入?yún)?shù)，計(jì)算無功交換量傳送到無功計(jì)算值信號(hào)端QDCAC。本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而并非用作為對(duì)本實(shí)用新型的限定，任何基于本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)精神對(duì)以上所述實(shí)施例所作的變化、變型，都將落在本實(shí)用新型的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種無功功率控制仿真裝置，至少包括無功功率計(jì)算模塊和無功控制模塊，用于高壓直流輸電設(shè)備的直流控制保護(hù)系統(tǒng)的仿真，其特征在于: 所述的無功控制模塊包括第一至第三算術(shù)運(yùn)算元件，第一比例元件，第一與門，第二與門，第一定時(shí)器和第二定時(shí)器； 無功計(jì)算值信號(hào)端和無功參考值信號(hào)端連接到第一算術(shù)運(yùn)算元件，第一算術(shù)運(yùn)算元件的輸出端，連接到第二算術(shù)運(yùn)算元件的同相輸入端，并且通過第一比例元件，連接到第三算術(shù)運(yùn)算元件的同相輸入端，極限無功值信號(hào)端連接到第二算術(shù)運(yùn)算元件和第三算術(shù)運(yùn)算元件的反相輸入端； 無功控制信號(hào)端連接到第一與門和第二與門的第一輸入端；第二算術(shù)運(yùn)算元件的輸出端，通過第一斯密特觸發(fā)器連接到第一與門的第二輸入端；第三算術(shù)運(yùn)算元件的輸出端，通過第二斯密特觸發(fā)器連接到第二與門的第二輸入端；第一與門的輸出端，通過第二定時(shí)器連接到濾波器無功上升信號(hào)端；第二與門的輸出端，通過第一定時(shí)器連接到濾波器無功下降信號(hào)端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無功功率控制仿真裝置，其特征在于所述的無功功率控制仿真裝置還設(shè)有電壓控制模塊，所述的電壓控制模塊包括第四至第六算術(shù)運(yùn)算元件，第二比例元件，第三與門，第四與門，第三定時(shí)器和第四定時(shí)器；交流電壓信號(hào)端和電壓參考值信號(hào)端連接到第四算術(shù)運(yùn)算元件，第四算術(shù)運(yùn)算元件的輸出端，連接到第五算術(shù)運(yùn)算元件的同相輸入端，并且通過第二比例元件，連接到第六算術(shù)運(yùn)算元件的同相輸入端，極限電壓值信號(hào)端分別連接到第五算術(shù)運(yùn)算元件和第六算術(shù)運(yùn)算元件的反相輸入端；電壓控制信號(hào)端連接到第三與門和第四與門的第一輸入端；第五算術(shù)運(yùn)算元件的輸出端，通過第三斯密特觸發(fā)器連接到第三與門的第二輸入端；第六算術(shù)運(yùn)算元件的輸出端，通過第四斯密特觸發(fā)器連接到第四與門的第二輸入端；第三與門的輸出端，通過第四定時(shí)器連接到濾波器電壓上升信號(hào)端；第四與門的輸出端，通過第三定時(shí)器連接到濾波器電壓下降信號(hào)端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無功功率控制仿真裝置，其特征在于所述的無功功率控制仿 真裝置還設(shè)有Umax/Qmax控制模塊,所述的Umax/Qmax控制模塊包括第七算術(shù)運(yùn)算元件，第八算術(shù)運(yùn)算元件，第五與門，第五斯密特觸發(fā)器，模式選擇開關(guān)和比較器；交流電壓信號(hào)端依次通過第七算術(shù)運(yùn)算元件和第五斯密特觸發(fā)器，連接到濾波器UMax信號(hào)端；極限無功值信號(hào)端通過第八算術(shù)運(yùn)算元件，連接到模式選擇開關(guān)；無功計(jì)算值信號(hào)端和模式選擇開關(guān)的輸出端，分別連接到比較器的一個(gè)輸入端，比較器的輸出端連接到濾波器QMax信號(hào)端。
專利摘要一種無功功率控制仿真裝置，屬于電氣測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及一種用于高壓直流輸電設(shè)備的直流控制保護(hù)系統(tǒng)仿真研究的測(cè)試裝置，無功計(jì)算值和無功參考值信號(hào)端通過第一算術(shù)運(yùn)算元件和第一比例元件連接到第二和第三算術(shù)運(yùn)算元件，極限無功值信號(hào)端連接到第二和第三算術(shù)運(yùn)算元件；無功控制信號(hào)端連接到第一和第二與門；第二算術(shù)運(yùn)算元件通過第一斯密特觸發(fā)器連接到第一與門；第三算術(shù)運(yùn)算元件通過第二斯密特觸發(fā)器連接到第二與門；第一與門通過第二定時(shí)器連接到濾波器無功上升信號(hào)端；第二與門通過第一定時(shí)器連接到濾波器無功下降信號(hào)端。該裝置可真實(shí)地模擬、反映直流控制保護(hù)裝置的運(yùn)行狀態(tài)，為直流控制保護(hù)裝置的研究或設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的仿真結(jié)果。
文檔編號(hào)G05B17/02GK203133508SQ20132015528
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者崔勇, 郭強(qiáng) 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 上海市電力公司, 華東電力試驗(yàn)研究院有限公司