本發(fā)明涉及一種晶閘管仿真裝置以及晶閘管半實物仿真平臺，屬于直流斷路器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

晶閘管開關(guān)是柔性交直流輸電中重要的組成元件，被廣泛應(yīng)用于晶閘管相控并聯(lián)電抗器(tcr)、晶閘管投切并聯(lián)電容器(tsc)和直流斷路器等電力系統(tǒng)產(chǎn)品中。因晶閘管開關(guān)的結(jié)構(gòu)和控制保護(hù)邏輯復(fù)雜，在入網(wǎng)投運前，需要進(jìn)行嚴(yán)格的軟硬件仿真，以驗證晶閘管開關(guān)的正確性、可靠性以及穩(wěn)定性等性能。

目前，市場上常用的仿真平臺是rtds/rt-lab數(shù)字仿真儀，該數(shù)字仿真儀是一種實時全數(shù)字電磁暫態(tài)電力系統(tǒng)模擬裝置，利用先進(jìn)的軟硬件技術(shù)，可以對交直流系統(tǒng)進(jìn)行實時準(zhǔn)確的仿真，但是價格昂貴，需要花費數(shù)十萬美元。

因此，研究出一種可實現(xiàn)晶閘管開關(guān)實時準(zhǔn)確仿真的同時且價格低廉的仿真平臺顯得十分必要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種晶閘管仿真裝置以及晶閘管半實物仿真平臺，用于以解決晶閘管的仿真成本較高的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種晶閘管仿真裝置，包括以下方案：

裝置方案一：該仿真裝置用于接收來自于一個晶閘管控制保護(hù)裝置的控制信號，并將所述控制信號傳輸?shù)揭粋€運行仿真軟件、存儲有晶閘管設(shè)備仿真模型的電腦；所述晶閘管仿真裝置接收所述仿真軟件產(chǎn)生的仿真過程數(shù)據(jù)，將所述仿真過程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給所述晶閘管控制保護(hù)裝置。

裝置方案二：在裝置方案一的基礎(chǔ)上，所述仿真過程數(shù)據(jù)包括線路電壓量、線路電流量、相位差和開關(guān)位置。

裝置方案三、四：分別在裝置方案一、二的基礎(chǔ)上，所述控制信號包括分/合閘指令和觸發(fā)脈沖信號。

裝置方案五、六：分別在裝置方案三、四的基礎(chǔ)上，所述晶閘管仿真裝置包括背板，所述背板上連接有通信板，所述通信板上設(shè)有用于與電腦連接的串口通信單元。

裝置方案七、八：分別在裝置方案五、六的基礎(chǔ)上，所述背板上連接有脈沖識別板，所述脈沖識別板用于根據(jù)晶閘管控制保護(hù)裝置的觸發(fā)脈沖信號和仿真軟件下發(fā)的相位同步信號計算觸發(fā)角，并把所述觸發(fā)角轉(zhuǎn)發(fā)給所述通信板。

裝置方案九、十：分別在裝置方案五、六的基礎(chǔ)上，所述背板上連接有快速io板，所述快速io板用于接收晶閘管控制保護(hù)裝置的分/合閘指令，并轉(zhuǎn)發(fā)給所述通信板。

裝置方案十一、十二：分別在裝置方案五、六的基礎(chǔ)上，所述背板上連接有電壓輸出板和電流輸出板，所述電壓輸出板用于接收所述通信板的數(shù)字電壓量，并將其轉(zhuǎn)換成模擬量輸出給所述晶閘管控制保護(hù)裝置；所述電流輸出板用于接收所述通信板的數(shù)字電流量，并將其換成模擬量輸出給所述晶閘管控制保護(hù)裝置。

裝置方案十三、十四：分別在裝置方案十一、十二的基礎(chǔ)上，所述背板上連接有錄波回放板，所述錄波回放板用于對經(jīng)過所述晶閘管仿真裝置處理后的模擬電壓量、模擬電流量以及分/合閘指令進(jìn)行錄波和回放。

本發(fā)明還提供了一種晶閘管半實物仿真平臺，包括以下方案：

平臺方案一：該仿真平臺包括一個運行仿真軟件、存儲有晶閘管設(shè)備仿真模型的電腦以及一個與所述電腦通訊連接的晶閘管仿真裝置；所述晶閘管仿真裝置用于接收來自于一個晶閘管控制保護(hù)裝置的控制信號，并將所述控制信號傳輸?shù)剿鲭娔X；所述電腦內(nèi)的仿真軟件根據(jù)所述控制信號和所述晶閘管設(shè)備仿真模型生成仿真過程數(shù)據(jù)；所述晶閘管仿真裝置接收所述仿真軟件產(chǎn)生的仿真過程數(shù)據(jù)，將所述仿真過程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給所述晶閘管控制保護(hù)裝置。

平臺方案二：在平臺方案一的基礎(chǔ)上，所述仿真軟件為pscad或matlab。

平臺方案三、四：分別在平臺方案一、二的基礎(chǔ)上，所述仿真過程數(shù)據(jù)包括線路電壓量、線路電流量、相位差和開關(guān)位置。

平臺方案五、六：分別在平臺方案三、四的基礎(chǔ)上，所述控制信號包括分/合閘指令和觸發(fā)脈沖信號。

平臺方案七、八：分別在平臺方案五、六的基礎(chǔ)上，所述晶閘管仿真裝置包括背板，所述背板上連接有通信板，所述通信板上設(shè)有用于與電腦連接的串口通信單元。

平臺方案九、十：分別在平臺方案七、八的基礎(chǔ)上，所述背板上連接有脈沖識別板，所述脈沖識別板用于根據(jù)晶閘管控制保護(hù)裝置的觸發(fā)脈沖信號和仿真軟件下發(fā)的相位同步信號計算觸發(fā)角，并把所述觸發(fā)角轉(zhuǎn)發(fā)給所述通信板。

平臺方案十一、十二：分別在平臺方案七、八的基礎(chǔ)上，所述背板上連接有快速io板，所述快速io板用于接收晶閘管控制保護(hù)裝置的分/合閘指令，并轉(zhuǎn)發(fā)給所述通信板。

平臺方案十三、十四：分別在平臺方案七、八的基礎(chǔ)上，所述背板上連接有電壓輸出板和電流輸出板，所述電壓輸出板用于接收所述通信板的數(shù)字電壓量，并將其轉(zhuǎn)換成模擬量輸出給所述晶閘管控制保護(hù)裝置；所述電流輸出板用于接收所述通信板的數(shù)字電流量，并將其換成模擬量輸出給所述晶閘管控制保護(hù)裝置。

平臺方案十五、十六：分別在平臺方案十三、十四的基礎(chǔ)上，所述背板上連接有錄波回放板，所述錄波回放板用于對經(jīng)過所述晶閘管仿真裝置處理后的模擬電壓量、模擬電流量以及分/合閘指令進(jìn)行錄波和回放。

本發(fā)明的有益效果是：晶閘管半實物仿真平臺由兩部分構(gòu)成，一部分是運行仿真軟件、存儲有晶閘管設(shè)備仿真模型的電腦，另一部分是晶閘管仿真裝置，電腦通過采用仿真軟件建立仿真模型，通過仿真模型計算晶閘管控制保護(hù)裝置給出的命令，生成仿真過程數(shù)據(jù)并反饋給晶閘管控制保護(hù)裝置；而晶閘管仿真裝置則起到電腦與晶閘管控制保護(hù)裝置之間溝通、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的功能，比如，將晶閘管控制保護(hù)裝置下發(fā)的控制信號發(fā)送給仿真軟件；將仿真軟件所生成的仿真過程數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)給晶閘管控制保護(hù)裝置；通過該仿真平臺，實現(xiàn)了晶閘管的半實物仿真，可以滿足大批量晶閘管控制裝置測試用戶的需求，無需昂貴的仿真設(shè)備，僅需要一臺電腦和一個晶閘管仿真裝置即可實現(xiàn)，降低了仿真成本，性價比極高。

附圖說明

圖1是仿真平臺搭建框圖；

圖2是晶閘管仿真裝置的配置圖；

圖3是晶閘管仿真裝置的信號傳輸。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

在本實施例中，晶閘管仿真平臺由電腦(如pc或工控機)安裝的pscad軟件和串口通信模塊、晶閘管仿真裝置、晶閘管控制保護(hù)裝置以及電腦監(jiān)控后臺組成，仿真平臺搭建框圖如圖1所示。其中，pscad軟件通過串口通信模塊與晶閘管仿真裝置進(jìn)行通信，晶閘管控制保護(hù)裝置向晶閘管仿真裝置發(fā)送控制信號，并接收來自晶閘管仿真裝置的仿真過程數(shù)據(jù)信息，電腦監(jiān)控后臺采用rj45串口與晶閘管控制保護(hù)裝置進(jìn)行通信。其中，pscad和晶閘管仿真裝置一起構(gòu)成了晶閘管半實物仿真平臺。

下面對上述仿真平臺中的各個裝置或模塊做進(jìn)一步詳細(xì)介紹。

1、pscad和串口通信模塊

pscad作為較常用的電力系統(tǒng)仿真軟件，是一種先進(jìn)的電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)仿真工具，適用于理論性仿真，屬于現(xiàn)有技術(shù)。在本實施例中，pscad主要用于建立仿真模型，也可用matlab或者是可實現(xiàn)本實施例中所要求的建模功能的其他軟件來替代。

串口通信模塊采用vc等工具在windows平臺上編寫串口通信軟件函數(shù)，主要用于實現(xiàn)pscad與晶閘管仿真裝置之間的串行通信。當(dāng)然，也可采用其他通信接口來實現(xiàn)pscad與晶閘管仿真裝置之間的信息交換。

2、晶閘管仿真裝置

晶閘管仿真裝置是晶閘管半實物仿真平臺的硬件部分，如圖2所示，該仿真裝置包括通信板、脈沖識別板、快速io板、電壓輸出板、電流輸出板、錄波回放板和電源板等功能組件，其中：

通信板負(fù)責(zé)晶閘管仿真裝置的管理和通信，通過串口通信模塊與運行仿真軟件pscad的電腦進(jìn)行交互通信，負(fù)責(zé)將自于晶閘管控制保護(hù)裝置的控制信號發(fā)送給pscad，還負(fù)責(zé)將pscad下載的仿真過程數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、并存儲到sd卡內(nèi)，并通過背板將解析后的串口通信內(nèi)容分類傳送給晶閘管仿真裝置的其他部件。

以svc的晶閘管相控并聯(lián)電抗器tcr為例，pscad仿真通訊使用rs232串口，對由晶閘管仿真裝置到pscad軟件的控制信號(上行數(shù)據(jù))以及由pscad軟件到晶閘管仿真裝置的仿真過程數(shù)據(jù)(下行數(shù)據(jù))進(jìn)行說明：

(1)上行數(shù)據(jù)

由晶閘管仿真裝置到pscad軟件，包括分/合閘投退命令和晶閘管觸發(fā)角度。其中，改變tcr里面的晶閘管的觸發(fā)角度，可以改變tcr輸出的無功功率，從而調(diào)節(jié)線路無功。該上行數(shù)據(jù)的內(nèi)容可以總的認(rèn)為是：晶閘管仿真裝置采集來自控制保護(hù)裝置的多個開關(guān)量和模擬量，轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)，發(fā)送到pscad軟件上。

(2)下行數(shù)據(jù)

由pscad軟件到晶閘管仿真裝置，包括線路電壓量、線路電流量、相位差和開關(guān)位置。其中，相位差指的是電壓正弦波和電流正弦波之間的角度差。該下行數(shù)據(jù)的內(nèi)容可以總的認(rèn)為是：多個開關(guān)量和模擬量。

脈沖識別板通過光纖與晶閘管控制保護(hù)裝置進(jìn)行通信，根據(jù)晶閘管控制保護(hù)裝置的觸發(fā)脈沖和pscad仿真軟件下發(fā)的相位同步信號計算觸發(fā)角，并把觸發(fā)角通過背板發(fā)送給通信板。另外，晶閘管脈沖識別板的數(shù)量可根據(jù)晶閘管控制保護(hù)裝置的觸發(fā)板的數(shù)量進(jìn)行相應(yīng)配置。

快速io板用于接收晶閘管控制保護(hù)裝置的投退命令，即分/合閘信號，并將該分/合閘信號通過背板發(fā)送給通信板。

電壓輸出板負(fù)責(zé)接收通信板的數(shù)字電壓量，并將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量輸出給晶閘管控制保護(hù)裝置的電壓測量板卡。

電流輸出板負(fù)責(zé)接收通信板的數(shù)字電流量，并將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量輸出給晶閘管控制保護(hù)裝置的電流測量板卡。

錄波回放板用于對電壓輸出板處理得到的電壓模擬量、電流輸出板處理得到的電流模擬量等模擬量和快速io板接收到的分/合閘等開關(guān)量信號進(jìn)行錄波和回放，為調(diào)試和故障分析提供依據(jù)。

上述的通信板、脈沖識別板、快速io板、電壓輸出板、電流輸出板和錄波回放板等功能組件均與背板相連，并通過背板實現(xiàn)兩兩之間的信號傳輸。

電源板用于給快晶閘管仿真裝置充電，可以是直接和電源相連的接口，也可以是包括供電電源的供電設(shè)備。

圖3給出了晶閘管仿真裝置內(nèi)仿真過程數(shù)據(jù)的傳輸情況，即由通信板接收來自運行仿真軟件的電腦所發(fā)送的線路電壓量、線路電流量、相位差和開關(guān)位置等仿真過程數(shù)據(jù)，而通信板與電壓輸出板、電流輸出板和錄波回放板之間則是通過背板來實現(xiàn)信息交換。

另外，脈沖識別板和快速io板也通過背板與通信板實現(xiàn)信息交換。晶閘管仿真裝置內(nèi)的通信延時可以做時間補償，比如觸發(fā)角在下個周波里進(jìn)行改變。

以上是晶閘管仿真裝置的一種具體結(jié)構(gòu)，由多個板卡形成，多板卡設(shè)計屬于電力系統(tǒng)控制設(shè)備常用的架構(gòu)，因此只對各個板卡所實現(xiàn)的功能進(jìn)行介紹，而對硬件不再進(jìn)行贅述。作為其他實施方式，也可以采用其他構(gòu)成方式，如一塊板卡完成上述各板卡的功能。

3、晶閘管控制保護(hù)裝置和監(jiān)控后臺

晶閘管控制保護(hù)裝置和監(jiān)控后臺屬于被測試系統(tǒng)，不屬于晶閘管半實物仿真平臺，主要用于對發(fā)晶閘管設(shè)備下發(fā)控制信號以及接收晶閘管仿真裝置發(fā)送的信息，同時監(jiān)控晶閘管仿真裝置的運行狀態(tài)。其中，晶閘管控制保護(hù)裝置下發(fā)的控制信號由晶閘管設(shè)備來確定，對應(yīng)不同的晶閘管仿真模型，控制信號應(yīng)當(dāng)是相應(yīng)的。一般情況下，該控制信號包括分/合閘信號和觸發(fā)脈沖，或者是單獨的分/合閘信號。當(dāng)然，關(guān)于用pscad設(shè)計不同的晶閘管設(shè)備對應(yīng)的控制信號，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來講屬于現(xiàn)有技術(shù)，此處不再贅述。

下面以tcr為例，說明晶閘管半實物仿真平臺的控制流程：

準(zhǔn)備階段：

pscad建立tcr的仿真模型，編寫晶閘管控制保護(hù)策略和邏輯時序的程序模塊，仿真環(huán)境所有環(huán)節(jié)處于運行狀態(tài)，晶閘管仿真裝置已經(jīng)接收到pscad下載的線路電壓量、線路電流量、相位差和tcr開關(guān)位置等數(shù)據(jù)，并存儲到sd卡內(nèi)，且生成了觸發(fā)脈沖的同步信號等。

仿真階段：

(1)由監(jiān)控后臺向晶閘管控制保護(hù)裝置下發(fā)tcr投入命令以及晶閘管觸發(fā)脈沖信號；

(2)晶閘管控制保護(hù)裝置輸出合閘信號和晶閘管觸發(fā)脈沖信號；

(3)晶閘管仿真裝置的脈沖識別板接收由晶閘管控制保護(hù)裝置發(fā)送的晶閘管觸發(fā)脈沖信號，并根據(jù)觸發(fā)脈沖和仿真軟件下發(fā)的相位同步信號計算觸發(fā)角，將觸發(fā)角轉(zhuǎn)發(fā)給晶閘管仿真裝置的通信板；晶閘管仿真裝置的快速io板接收由晶閘管控制保護(hù)裝置發(fā)送的合閘信號并將該合閘信號轉(zhuǎn)發(fā)給通信板，通信板將觸發(fā)角和合閘信號發(fā)送給仿真軟件pscad；

(4)晶閘管仿真裝置的通信板將已經(jīng)從pscad下載的仿真過程數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，同時通過背板分別將流經(jīng)晶閘管的電流發(fā)送給電流輸出板，將晶閘管兩端電壓發(fā)送給電壓輸出板；

(5)電壓輸出板將接收到的數(shù)字量電壓轉(zhuǎn)換成模擬量電壓，并發(fā)送給晶閘管控制保護(hù)裝置的電壓測量板卡；電流輸出板將接收到的數(shù)字量電流轉(zhuǎn)換成模擬量電流，并發(fā)送給晶閘管控制保護(hù)裝置的電流測量板卡；錄波回放板對模擬量電壓、模擬量電流和合閘信號進(jìn)行錄波和回放；

(6)晶閘管控制保護(hù)裝置根據(jù)晶閘管仿真裝置發(fā)送過來的晶閘管動作流程和變化，并通過rj45串口實現(xiàn)與電腦監(jiān)控后臺的通信，上報事件信息，最終實現(xiàn)對晶閘管的測試功能。

另外，晶閘管仿真裝置通過晶閘管脈沖識別，根據(jù)觸發(fā)角度參數(shù)，改變tcr輸出容量，調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓或無功功率。

本實施例中的晶閘管半實物仿真平臺成本不足rtds/rt-lab數(shù)字仿真儀十分之一，性價比極高，可以滿足大批量晶閘管控制裝置測試用戶的需求。

以上實施例中，是對tcr進(jìn)行仿真，因此pscad建立tcr的仿真模型。作為其他實施方式，比如需要對tsc進(jìn)行仿真，則需要pscad建立tsc的仿真模型，當(dāng)然，如果對其他晶閘管設(shè)備進(jìn)行仿真，則需要pscad建立該晶閘管設(shè)備相應(yīng)的仿真模型。