用于HVDC控制保护系统闭环测试的RTDS建模

以西北—华中直流联网工程(灵宝工程)为例,给出了基于实时数字仿真器RTDS(RealTimeDigitalSimulator)的高压直流输电(HVDC)控制保护设备闭环测试方法、系统构成。针对RTDS中缺乏工程设计的滤波器,采用等调谐锐度法建立了等效滤波器的模型。为使闭环系统有所参照及RTDS可脱离控制保护设备单独运行,设计了一内部控制系统。所建模型已用于灵宝工程控制保护设备的实验室测试中,设计规范、内部控制和外部装置控制间的结果对照表明所建系统模型正确。所使用方法及经验可推广到今后HVDC控制保护设备的测试中。     

直流现场层模拟系统研究

高压直流控制保护系统在 RTDS 试验过程中,囿于 RTDS 仿真能力的限制,众多外国设备无法完全放入 RTDS 建模.由于没有足够的测控单元和现场设备,导致直流控制系统面临"控无可控"的局面,执行顺序、连锁逻辑等重要功能不能得到测试.Profi Sim (ProcesS Field Simulatot) 现场层模拟系统在工控机上通过软件的方式建立一次设备模型和测控单元模型,然后再通过数据 IO 卡、Profibus 现场总线、IEC61850 通信,与直流控制保护系统、RTDS 实时数字仿真设备构成完整的闭环测试系统,解决了 RTDS 的仿真瓶颈,实现了对直流控制保护系统的完整测试.该成果已成功应用于高岭背靠背直流联网工程的控制保护系统试验,结果表明缩短了试验周期、提高了试验质量.     

直流现场层模拟系统研究

高压直流控制保护系统在RTDS试验过程中,囿于RTDS仿真能力的限制,众多外围设备无法完全放入RTDS建模。由于没有足够的测控单元和现场设备,导致直流控制系统面临“控无可控”的局面,执行顺序、连锁逻辑等重要功能不能得到测试。Profisim（Process Field Simulator）现场层模拟系统在工控机上通过软件的方式建立一次设备模型和测控单元模型,然后再通过数据IO卡、Profibus现场总线、IEC61850通信,与直流控制保护系统、RTDS实时数字仿真设备构成完整的闭环测试系统,解决了RTDS的仿真瓶颈,实现了对直流控制保护系统的完整测试。该成果已成功应用于高岭背靠背直流联网工程的控制保护系统试验,结果表明缩短了试验周期、提高了试验质量。     

RTDS应用于直流控制保护系统的仿真试验

介绍了电力系统实时数字仿真系统(RTDS)在西北—华中联网背靠背直流工程灵宝换流站直流控制保护系统仿真试验中的应用情况,详细说明了仿真系统的配置、建模以及与外部系统的接口,并对RTDS用于直流控制保护系统仿真研究进行了总结。     

用RTDS小步长算法仿真换流阀合成试验回路

为了检验换流阀合成试验回路控制和保护系统的性能,给出一种在RTDS上用小步长算法对合成试验回路一次系统进行建模仿真的方法。分析了换流阀合成试验回路的工作原理,得出其对控制保护系统的需求,使用RTDS小步长算法来建立合成试验回路一次系统模型。并针对该算法用于合成回路试验仿真时的限制,尤其是在低电压仿真中的不足,采用提高换流变电压的方法来“等效模拟”,能够正确仿真电压源和电流源的配合工作工程。仿真结果表明,使用RTDS小步长算法建立的模型能准确模拟阀的实际工况,仿真试验环境成功进行了合成试验回路的所有试验,取得了良好的试验效果。     

灵宝背靠背换流站二次设备联合测试

灵宝背靠背直流工程中,换流站控制系统及直流系统保护首次采用国产设备,分别配置了两个完整套,两 套分别基于ABB公司和SIEMENS公司的引进技术。两套系统既需满足工程的统一规范要求,又要完成相互之 间、以及与国产一次设备及其它二次设备的接口。因此,换流站二次成套技术难度较大。为了提前发现问题,尽量 减少现场调试的风险,网联公司使用RTDS仿真系统完成了灵宝换流站控制系统/直流系统保护,以及相关二次设 备的功能、性能、接口的联合测试,测试项目约达280项次。     

基于RTDS数模仿真平台的±800kV酒湖特高压直流输电系统建模

电力系统仿真是研究特高压直流输电技术特性和功能的重要方式。为了实现±800kV特高压直流输电工程二次设备的集成联调检测以及研究交直流系统的相互影响,本文在RTDS实时数字仿真平台上,通过RTDS的各类输入输出板卡与直流控制保护装置、换流阀阀控设备以及测量接口屏等二次设备相连接,构成控制闭环仿真系统。针对RTDS硬件平台升级和换流阀阀控系统接口特点,详细介绍了仿真平台和各类二次设备的接口形式,并采用RTDS的PB5处理器背板光纤互联以增大rack的节点计算数目。在RTDS闭环仿真平台上,以直流控制保护装置的附加控制功能为例,开展了直流功率调制试验,仿真结果验证了直流控制保护装置频率控制功能的正确性。     

断路器本体三相不一致保护系统二次回路优化

针对目前断路器本体三相不一致二次回路抗干扰能力不足、尤其在直流系统接地故障下不能可靠防止误动作的问题,提出了一种基于电网安全运行可靠性的断路器本体三相不一致二次回路优化的新方案。分析了两起断路器误动作跳闸事故原因,利用实测参数建立准确的控制回路系统仿真模型,模拟直流系统接地故障工况引发断路器跳闸的情形,理论上阐释了直流系统接地对保护及二次回路的危害因素。试验结果和设备运行实践验证了该技术方案的先进性和实用性。     

直流控保系统闭锁方式研究

闭锁是直流控制保护系统快速切除直流系统故障的一种手段,以保证直流换流站换流阀等一次设备的安全运行,直流输电系统的安全稳定运行必须要防止单双极闭锁事件的发生。±660 k V银东直流工程采用SIMADYN D控制保护系统,通过搭建的RTDS(实时仿真系统)进行了仿真试验,对SIMADYN D控制保护系统的闭锁时序进行分析,对未来建设特高压工程的安全运行提供参考。     

高压直流输电控制保护厂内试验标准接口设计

高压直流(HVDC)输电控制保护系统在出厂前需要进行完整的厂内系统试验(FST)和功能性能试验(FPT),来验证控制保护系统的逻辑.厂内试验中,一般采用实时数字模拟器(RTDS)模拟现场一次系统设备,但是控制保护设备和RTDS之间的接口与现场并不完全一致,导致部分功能不能得到有效验证.目前,HVDC输电控制保护系统的接...     

直流输电控制与保护系统的工程镜像仿真方法

为了研究直流输电工程对电网的影响,针对直流输电控制与保护系统,提出了一种工程镜像仿真概念并研究了其实现方法。首先分析了工程镜像仿真的基本原理和关键技术。然后针对直流输电控制与保护系统典型开发平台SIMADYN D开发了工程镜像仿真工具New Link C组态软件平台,利用New LinkC完成了直流控制保护仿真程序功能模块的编制,并封装成能够被RTDS识别的直流控制保护仿真模块,与已有的RTDS系统元件仿真模块(如交流系统、换流变压器、换流阀、直流线路、滤波器等)构成RTDS闭环交直流实时仿真系统。最后以贵广Ⅱ回直流输电项目为例,对比分析了实际控制保护系统与镜像系统的暂态过程,结果表明,该镜像系统能准确反映实际控制保护Ⅱ系统的运行特性,可替代实际控制保护系统进行直流输电工程的仿真研究。     

多换流器并联特高压直流系统控制策略及仿真

并联高压直流输电系统是多端直流系统的一种特殊方式,并联扩建方案经济性好、运行灵活方便。利用实时数字仿真器(RTDS)建立了±800kV双换流器并联、10GW双极直流输电仿真模型。直流控制保护模型采用所开发的直流输电控制保护样机,与RTDS构成实时闭环仿真试验环境。控制策略采用电流裕度控制,整流侧两个换流器均定电流,逆变侧一个换流器定电压,另一个换流器定电流。控制系统架构按双极/极控制层,换流器层控制进行设置。换流器层控制实现两个换流器的触发控制,双极/极控制层产生电流和电压参考值指令,经分配后,发送至换流器层控制。利用该仿真系统对双换流器并联的直流输电系统启停、稳态运行工况、换流器在线投退、功率分配策略等进行仿真研究,结果表明所提出的控制策略和开发的控制保护样机可以满足双换流器并联的高压直流输电要求。     

基于RTDS的高压直流控制系统锁相环仿真研究

在基于实时数字仿真器(Real-time digital simulator, RTDS)所建立的特高压直流输电系统实时仿真平台中,常规锁相环技术无法实现换流阀触发脉冲的精确控制,不利于实际直流工程的故障重现。基于系统正序分量的瞬时锁相环控制原理,提出了一种高精度锁相环的建模方法,实现了电网系统频率的高精确跟踪测量。在RTDS仿真平台上搭建完整的云广特高压直流工程的控制系统仿真模型,并结合实际工程的运行工况设计仿真试验算例。试验结果表明,仿真波形与实际工程的录波取得了高度一致性,该仿真建模方法是有效可行的。     

特高压直流输电控制保护系统实时仿真技术的研究及应用

采用模拟高压直流输电一次系统的RTDS平台与直流工程的实际控制装置相结合的方法,实现直流工程的仿真验证平台的搭建,存在占地面积大、接线复杂的问题。提出了一种直流输电控制保护系统实时仿真的技术。使用Matlab/Simulink图形化的方式一比一搭建直流控保程序,通过代码转换及多线程优化调度方案将图形化程序转变为CBuilder代码文件,构建高集成度的RTDS自定义元件,只需采用单个RTDS计算单元实现了整个直流工程换流站的控保程序计算。在RTDS仿真平台上对所提出的技术进行了验证,试验结果表明该技术有效、可行。该仿真技术使交直流混联大电网的实时仿真问题变得更加经济、高效。     

NETOMAC在电力系统实时仿真中的应用

基于电力系统仿真软件包NETOMAC和实时数字仿真器RIDS，提出了先进的集成混合实时仿真系统。此系统利用实时数字混合接口，将NETOMAC的机电暂态计算和RIDS的电磁暂态计算相结合，为大系统及包含多个灵活交流输电设备和高压直流输电的复杂系统的实时仿真提供了一个经济可行的解决方案。利用NETOMAC与实际的控制器和继电保护装置相结合构成的新型数字—物理混合动态仿真系统，可进行控制器和继电保护装置的实时测试。     

直流换相失败期间阀换相过程微观分析方法

从电磁暂态微观尺度角度出发研究了换流器换相失败阀换相过程,分别针对短路状态和线电压长时间加压至直流侧状态提出了2种等值电路。基于这2种电路分析直流换相失败过程中的直流电压变化特征。分析结果表明,直流换相失败过程中逆变侧直流电压不仅会降低,甚至会出现反转的情况。在连接有直流实际控制保护装置的RTDS实时仿真平台上进行仿真试验,试验结果验证了提出的换相失败过程等值电路的正确性。     

基于EMTP/ATP的HVDC整流器建模及仿真

基于EMTP/ATP程序研究高压直流输电(HVDC)换流器的暂态特性,需要建立控制及电气元件的详细模型,同时,在进行仿真研究时,尤其是当HVDC换流器与弱交流系统相联时,需特别注意电磁暂态过程本身所具有的复杂特性。基于EMTP程序,并考虑到HVDC联于弱交流系统时的情况,建立了详细的HVDC整流器仿真模型,包括门极触发单元(GFU)、电流控制器、阀缓冲电路等,同时,为缩短仿真初始化时间,还在电流控制器中引入了延迟阶跃信号DS。最后,基于CIGRE标准模型对所建立的HVDC整流器EMTP仿真模型进行了测试,仿真结果表明,系统对于正常的电流调节及突发故障均表现出良好的动态性能。     

利用混合实时仿真器测试HVDC控制与保护

介绍使用实时数字仿真器ＲＴＤＳ对ＨＶＤＣ控制和保护系统进行测试。为获得高精度的阀触发脉冲和高频下的仿真性能,采用了先进的混合ＨＶＤＣ实时仿真器。其中,ＨＶＤＣ换流器采用传统的物理模拟装置,直流系统和并联的复杂交流系统均采用实时纯数字仿真,由ＲＴＤＳ仿真器实现。该混合实时仿真器被选择用于中国天－广ＨＶＤＣ工程。基于ＨＶＤＣ控制和保护系统的测试,文中给出了新的混合实时仿真器的结构实现方法和性能校验结果     

汽轮发电机组轴系扭振保护装置RTDS测试

利用RTDS实时仿真技术,对盘南电厂装设的机组轴系扭振保护TSR装置,形成闭环测试系统,对扭振保护装置的性能进行试验研究。闭环测试系统由实时数字仿真系统、扭振保护装置,功率放大器以及实际的直流控制保护装置等组成。搭建了基于南方电网的交直流混合RTDS模型以模拟各种不同开机方式和不同的直流运行方式的系统运行方式。解决了将转速信号转换为扭振保护装置所要求的高频方波脉冲信号的问题。对扭振保护装置的功能和动态特性进行了较为全面的验证。这是国内首次将联接实际直流控制保护装置的RTDS应用于汽轮机组扭振保护装置的性能测试。     

基于单端高频电流量的MMC-MTDC输电线路保护方案

为克服传统高压直流输电线路保护利用单端电气量无法可靠区分区内、外故障的缺陷,提出一种通过广义S变换提取直流线路故障电流高频频带幅值特征的单端量保护新方法。该方法在配备有混合直流断路器的直流线路发生故障时,利用1000～2500 Hz各采样频率电流横差值在区外明显小于区内的特征,构造了区内、外故障判据。利用300～1000 Hz的特征频率在单极接地故障时故障极特征频率电流幅值比非故障极大,以及两极短路故障时两极的特征频率电流幅值近似相等的特征,构造了故障启动判据和选极判据。在RTDS仿真平台搭建了风光储联合发电站经高压直流外送的三端柔性直流输电系统模型。仿真结果表明,所提方法能快速、可靠地识别故障类型和故障范围。同时,仿真验证了基于混合直流断路器的直流故障穿越方案的有效性。