本實(shí)用新型涉及一種柔性直流輸電換流器試驗(yàn)，具體為一種柔性直流輸電換流器的動(dòng)態(tài)模擬平臺(tái)。

背景技術(shù)：

由于柔性直流輸電換流器的復(fù)雜性，很多問題僅靠理論分析是不夠的，只有把理論分析和科學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來，才能得到正確的結(jié)論。柔性直流輸電換流器的實(shí)驗(yàn)研究可在實(shí)際的電力電子裝置(一般稱原型)。在原型上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，往往受高壓系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行的限制。如短路實(shí)驗(yàn)等一般不能在原型系統(tǒng)進(jìn)行；同時(shí)，這種方法投資大，體積大，方案、參數(shù)調(diào)整困難，試驗(yàn)實(shí)施速度慢。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型提供一種柔性直流輸電換流器的動(dòng)態(tài)模擬平臺(tái)，投資小，參數(shù)調(diào)整方便，試驗(yàn)速度快。

本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種柔性直流輸電換流器的動(dòng)態(tài)模擬平臺(tái)，包括采用背靠背方式連接的第一換流器和第二換流器、測量單元、兩套高速通信模塊和兩套RTDS仿真系統(tǒng)；第一換流器和第二換流器均為柔性直流輸電換流器；所述第一換流器和第二換流器均包括控制保護(hù)系統(tǒng)、換流器主電路和功率單元；所述換流器主電路包括連接380V母線上的主空開，以及連接在主空開另一端的電壓傳感器和兩個(gè)并聯(lián)支路；一個(gè)支路包括依次連接的第一支路空開、上電電阻、電流互感器和電抗器，上電電阻上并聯(lián)有接觸器；另一支路包括依次連接的第二支路空開和變壓器；兩個(gè)并聯(lián)支路的輸出端均連接功率單元；第一換流器和第二換流器的換流器主電路輸出端連接點(diǎn)之間設(shè)置有串聯(lián)的濾波電容C1和濾波電容C2，濾波電容C1和濾波電容C2的連接點(diǎn)接地；所述控制保護(hù)系統(tǒng)經(jīng)供電空開連接主空開供電；控制保護(hù)系統(tǒng)的輸入端連接電壓傳感器和電流互感器，輸出端分別連接接觸器和功率單元；所述高速通信模塊用于控制保護(hù)系統(tǒng)與RTDS仿真系統(tǒng)的連接和高速通信，高速通信模塊包括VME橋接芯片和FPGA，以及與RTDS仿真系統(tǒng)連接的高速光纖收發(fā)單元；FPGA采用第一PCIE接口與所述光纖收發(fā)單元連接，采用第二PCIE接口與VME橋接芯片連接；VME橋接芯片采用VME總線與控制保護(hù)系統(tǒng)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

優(yōu)選的，第一換流器中的功率單元分別設(shè)置在第一功率柜和第二功率柜中，其功率單元對應(yīng)的換流器主電路、控制保護(hù)系統(tǒng)和高速通信模塊均設(shè)置在第一控制柜中。

進(jìn)一步，第二換流器中的功率單元分別設(shè)置在第三功率柜和第四功率柜中，其功率單元對應(yīng)的換流器主電路、控制保護(hù)系統(tǒng)和高速通信模塊均設(shè)置在第二控制柜中。

再進(jìn)一步，還包括連接在控制保護(hù)系統(tǒng)上的上位機(jī)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和數(shù)據(jù)顯示單元；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和數(shù)據(jù)顯示單元設(shè)置在對應(yīng)的第一控制柜和第二控制柜中。

優(yōu)選的，還包括用于采集換流器運(yùn)行狀態(tài)發(fā)送給控制保護(hù)系統(tǒng)的測量單元；所述測量單元包括功率單元電壓傳感器、功率單元電流傳感器和溫度傳感器；在第一功率柜、第二功率柜、第三功率柜和第四功率柜中均設(shè)置有功率單元電壓傳感器、功率單元電流傳感器和溫度傳感器。

優(yōu)選的，所述功率單元采用包括MMC全橋或半橋結(jié)構(gòu)的IGBT及驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路。

優(yōu)選的，所述換流器主電路的參數(shù)以300kV:380V為系數(shù)等比例縮小原型中對應(yīng)換流器主電路參數(shù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益的技術(shù)效果：

本實(shí)用新型通過分別設(shè)置的兩套高速通信模塊和兩套RTDS仿真系統(tǒng)，對背靠背方式連接的第一換流器和第二換流器分別進(jìn)行模擬和控制，利用對應(yīng)設(shè)置在控制保護(hù)系統(tǒng)中的VME總線架構(gòu)的高速通信模塊，可通過高速光纖與RTDS實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)半實(shí)物聯(lián)合試驗(yàn)。本實(shí)用進(jìn)行采用對稱設(shè)計(jì)，兩個(gè)RTDS控制層可以分別設(shè)置為發(fā)送功率送端和接收端，或模擬系統(tǒng)故障等，比實(shí)物平臺(tái)增加可靠性和靈活性。

進(jìn)一步的，本實(shí)用新型將背靠背柔性直流輸電換流器各參數(shù)和變量按比例縮小，表示的數(shù)值與原型相等。在動(dòng)態(tài)模擬中，模型和原型的物理現(xiàn)象有相同的時(shí)間標(biāo)尺，即模型和原型各元件的時(shí)間常數(shù)，例如直流電容C1、C2的充電回路的時(shí)間常數(shù)Td，以秒為單位相等。在380V動(dòng)態(tài)模擬平臺(tái)所做動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)的結(jié)果，可得出300kV或其他電壓等級背靠背柔性直流輸電換流器等效試驗(yàn)結(jié)論。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)例中所述動(dòng)態(tài)平臺(tái)換流器電路的電氣示意圖；

圖2是本實(shí)用新型實(shí)例中所述動(dòng)態(tài)平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型實(shí)例中所述動(dòng)態(tài)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)原理框圖。

圖中，第一控制柜1、第一功率柜2、第二功率柜3、第三功率柜4、第四功率柜5、第二控制柜6。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對本實(shí)用新型的解釋而不是限定。

如圖1、圖2和圖3所示，本實(shí)用新型一種柔性直流輸電換流器的動(dòng)態(tài)模擬平臺(tái)包括，背靠背連接的兩套柔性直流輸電換流器、測量單元、兩套高速通信模塊和兩套RTDS仿真系統(tǒng)。其中兩套柔性直流輸電換流器以下稱換流器。

所述換流器包括控制保護(hù)系統(tǒng)、換流器電路和功率單元。所述換流器電路參數(shù)按照300kV:380V將原型中對應(yīng)參數(shù)等比例縮小；所述換流器主電路和功率單元按圖1中順序連接在380V母線上。

如圖1所示，以左側(cè)為例，換流器主電路包括連接380V母線上的主空開QF1，以及連接在主空開QF1另一端的電壓傳感器PT1-PT3和兩個(gè)并聯(lián)支路；一個(gè)支路包括依次連接的第一支路空開QF2、上電電阻R1-R3、電流互感器CT1-CT3和電抗器L1，上電電阻上并聯(lián)有接觸器KM1；另一支路包括依次連接的第二支路空開QF3和變壓器T1；兩個(gè)并聯(lián)支路的輸出端均連接功率單元SMCAU11-SMCAU1n；第一換流器和第二換流器的換流器主電路輸出端連接點(diǎn)之間設(shè)置有串聯(lián)的濾波電容C1和濾波電容C2，濾波電容C1和濾波電容C2的連接點(diǎn)接地；

控制保護(hù)系統(tǒng)經(jīng)供電空開QF4連接主空開QF1供電；控制保護(hù)系統(tǒng)的輸入端連接電壓傳感器PT1-PT3和電流互感器CT1-CT3，輸出端分別連接接觸器KM1和功率單元。

其中，測量單元包括功率單元電壓傳感器、功率單元電流傳感器和溫度傳感器；用于采集換流器運(yùn)行狀態(tài)發(fā)送給控制保護(hù)系統(tǒng)，在第一功率柜2、第二功率柜3、第三功率柜4和第四功率柜5中均設(shè)置有功率單元電壓傳感器、功率單元電流傳感器和溫度傳感器。

高速通信模塊用于柔性直流輸電換流器的控制保護(hù)系統(tǒng)與RTDS仿真系統(tǒng)連接并實(shí)現(xiàn)高速通信，其包括采用VME總線與控制保護(hù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)腣ME橋接芯片，與所述RTDS仿真系統(tǒng)連接的高速光纖收發(fā)單元，以及FPGA；FPGA采用第一PCIE接口與所述光纖收發(fā)單元連接，采用第二PCIE接口與VME橋接芯片連接。所述RTDS仿真系統(tǒng)用于與換流器的控制保護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)半實(shí)物聯(lián)合試驗(yàn)。所述RTDS中建立控制層模型，可配合驗(yàn)證換流器不同部件功能。

在實(shí)施例中，動(dòng)態(tài)模擬平臺(tái)包括控制柜和功率柜?？刂乒癜ㄈ藱C(jī)界面HMI、控制保護(hù)系統(tǒng)的機(jī)箱、PLC、變壓器和一次設(shè)備；功率柜中包括若干個(gè)功率單元和測量單元中的電參數(shù)采集元件。控制保護(hù)系統(tǒng)的機(jī)箱將柔性直流輸電換流站級控制器和閥基電子設(shè)備控制器合二為一，包含二者的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制保護(hù)算法、通訊方式和對外接口。

功率柜中功率單元的數(shù)量和每個(gè)功率柜中功率單元的數(shù)量可根據(jù)需要調(diào)整，控制柜中控制保護(hù)機(jī)箱需相應(yīng)調(diào)整對應(yīng)的通信光纖數(shù)量。每個(gè)功率單元都包含IGBT器件和IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，IGBT可組成MMC全橋結(jié)構(gòu)或半橋結(jié)構(gòu)。

動(dòng)態(tài)模擬平臺(tái)主電路參數(shù)以300kV:380V為系數(shù)等比例縮小。每個(gè)柔性直流輸電換流器僅需要各自一路380V低壓交流電源即可實(shí)現(xiàn)整個(gè)柔性直流輸電動(dòng)態(tài)模擬平臺(tái)換流器主電路和控制電源的供電，電源輸入范圍220V～1140V。

動(dòng)態(tài)模擬平臺(tái)分為背靠背的兩部分，稱為換流站A和換流站B。換流站A設(shè)計(jì)為能量輸送端，從380V電源獲取能量；換流站B設(shè)計(jì)為能量接收端，從直流母線獲取能量，并回饋至380V電源。

每一換流站的控制保護(hù)系統(tǒng)，可獨(dú)立實(shí)現(xiàn)一個(gè)換流站的調(diào)節(jié)控制和通訊功能，主要包括CPU板、時(shí)鐘板、外部通訊板、內(nèi)部通訊板等。

每個(gè)系統(tǒng)也可以各自包含兩套控制保護(hù)系統(tǒng)組成雙冗余。冗余的兩個(gè)控制保護(hù)系統(tǒng)功能完全相同，之間通過兩個(gè)內(nèi)部通訊板互通健康信號，并通過外部通訊板被操作層監(jiān)控。經(jīng)過內(nèi)部冗余切換邏輯，將兩套系統(tǒng)置于一套運(yùn)行、另一套備用的狀態(tài)。

動(dòng)態(tài)模擬平臺(tái)控制保護(hù)機(jī)箱可通過配置高速通信模塊與RTDS仿真系統(tǒng)中建立的控制層對接，實(shí)現(xiàn)半實(shí)物聯(lián)合試驗(yàn)。

使用時(shí)，如圖3所示，兩個(gè)獨(dú)立RTDS仿真系統(tǒng)中分別建立控制層模型，執(zhí)行柔性直流輸電控制算法，將電壓給定值和控制指令通過高速通信模塊發(fā)送給變頻器的控制保護(hù)系統(tǒng)，控制保護(hù)系統(tǒng)系統(tǒng)執(zhí)行RTDS仿真系統(tǒng)指令對柔性直流輸電變流器進(jìn)行控制。同時(shí)，控制保護(hù)系統(tǒng)還將直流母線、功率單元電壓和變流器運(yùn)行狀態(tài)信息通過高速通信模塊反饋給RTDS仿真系統(tǒng)?？梢?，此時(shí)的控制保護(hù)系統(tǒng)不再具有控制功能，只具有指令執(zhí)行和數(shù)據(jù)傳輸功能。

高速通信模塊采用FPGA為處理器，通過VME協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片將控制保護(hù)系統(tǒng)的VME總線轉(zhuǎn)換成PCIE串行通信協(xié)議，再由FPGA軟件實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成PCIE、SRIO、AURORA、工業(yè)以太網(wǎng)等高速串行通信協(xié)議，經(jīng)光纖收發(fā)單元轉(zhuǎn)換成光信號與RTDS系統(tǒng)通信。

該低壓動(dòng)態(tài)模擬平臺(tái)通過現(xiàn)有技術(shù)中的軟件控制，可實(shí)現(xiàn)以下驗(yàn)證：

動(dòng)態(tài)模擬平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)器件串聯(lián)兩電平、模塊化多電平(MMC)和級聯(lián)兩電平(CTL)等各種拓?fù)涞娜嵝灾绷鬏旊姄Q流器的試驗(yàn)驗(yàn)證。

動(dòng)態(tài)模擬平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級控制、換流站級控制、閥基電子設(shè)備級控制和子模塊級控制等柔性直流輸電各級控制算法的試驗(yàn)驗(yàn)證。

動(dòng)態(tài)模擬平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)定直流電壓控制、定功率控制和定交流電壓控制等柔性直流輸電換流器級控制算法的試驗(yàn)驗(yàn)證。

動(dòng)態(tài)模擬平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)最近電平逼近調(diào)制和載波移相調(diào)制等柔性直流輸電換流器調(diào)制策略的試驗(yàn)驗(yàn)證。

動(dòng)態(tài)模擬平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)柔性直流輸電換流器系統(tǒng)級、閥基電子設(shè)備級和功率單元級故障監(jiān)測和故障保護(hù)策略的試驗(yàn)驗(yàn)證。

動(dòng)態(tài)模擬平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)柔性直流輸電換流器各級損耗、效率、散熱效果等試驗(yàn)驗(yàn)證。

對于本實(shí)用新型各個(gè)實(shí)施例中所闡述的平臺(tái)，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。