一种混合直流闭环试验系统及实现方法
【技术领域】
[0001]本发明专利涉及直流输电技术及其闭环试验，特别涉及一种送端为常规直流受端为柔性直流的混合直流的闭环试验系统及其实现方法。
【背景技术】
[0002]在常规直流输电工程中，目前广泛采用基于晶闸管的电网换相换流器(Line-Communicated Converter, LCC)，特别适用于大容量高电压远距离的输电场合，但对于受端弱系统存在换相失败的问题。近几年随着风力发电等新能源的发展，柔性直流输电技术得到国内外越来越多专家学者的关注和工程应用。柔性直流采用基于IGBT等全控器件的模块化多电平换流器(Voltage Source Converter, VSC)，与常规直流相比控制更灵活，实现功率的四象限控制，特别是不存在换相问题，适用于新能源接入电网以及向无源网络供电等场合。
[0003]综合常规直流和柔性直流的优缺点，一种采用送端为常规直流受端为柔性直流的混合直流，可用于克服常规直流对受端弱系统存在换相失败的问题。本发明提供了一种受端为柔性直流的混合直流闭环试验系统的实现方法，为混合直流控制保护特性的研宄及其闭环试验提供有效的试验方法，操作简单、方便。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种受端为柔性直流的混合直流闭环试验系统及实现方法，用于解决受端为柔性直流的混合直流系统控制保护特性研宄及其闭环试验，为研宄受端为柔性直流的混合直流系统的控制保护特性提供有效试验平台和方法。
[0005]本发明的上述目的通过如下技术手段实现:
[0006]本发明提供一种受端为柔性直流的混合直流闭环试验系统，包括有建立由模拟混合直流系统的实时数字仿真器、实时仿真工作站、模拟模块化多电平换流器的MMC仿真装置、MMC阀控装置、MMC单元控保装置、1板卡、光电转换装置、常规直流的LCC阀控装置、LCC单元控保装置以及混合直流系统协调控制装置构成的闭环试验系统。
[0007]所述在实时仿真器中模拟的混合直流系统包括有交流系统、交流滤波器、交流母线、交流断路器、常规直流单元、柔性直流单元以及大步长接口线路和小步长接口线路；
[0008]所述交流滤波器并联于常规直流侧的交流母线，所述常规直流单元和柔性直流单元的直流侧分别通过50us大步长接口线路和2.5us小步长接口线路互联，交流侧通过交流断路器连接于所述的交流母线上；
[0009]所述常规直流包含有三相三绕组换流变压器、基于晶闸管的12脉动换流器LCC以及直流电抗器；所述三相三绕组换流变压器通过交流断路器与交流母线连接；所述12脉动换流器的直流侧通过直流电抗器与大步长接口线路连接；所述12脉动换流器的交流侧通过两个6脉动换流单元分别与三相三绕组变压器二次侧的Y绕组和D绕组连接；所述6脉动换流单元由三个晶闸管组并联构成，每个晶闸管组由串联的两个晶闸管构成，且两个6脉动换流电路的连接点并联有接地刀闸；
[0010]所述柔性直流包含有模块化多电平换流器MMC、三相双绕组联接变压器、旁路开关以及启动电阻；所述三相双绕组联接变压器的一次侧连接于所述交流断路器，二次侧连接于所述启动电阻；所述旁路开关并联于启动电阻，所述启动电阻的另一端连接于模块化多电平换流器的交流侧。所述模块化多电平换流器的直流侧通过小步长接口线路与大步长接口线路互联。模块化多电平换流器由三相六个桥臂构成，每个桥臂由一个桥臂电抗器和多个子模块组成；
[0011]所述子模块分别包括第一 IGBT管、第二 IGBT管、与第一 IGBT管反并联的第一二极管、与第二 IGBT管反并联的第二二极管以及电容器构成；所述第一 IGBT管的集电极与第二 IGBT管的发射极连接，所述电容器一端与第一 IGBT管的发射极连接，所述电容器另一端与第二 IGBT管的集电极连接。
[0012]实时仿真工作站与实时数字仿真器的PB5处理板卡通过网线连接，用于计算混合直流系统的电气网络；采用实时数字仿真器的PB5板卡分别模拟柔性直流的2.5us小步长仿真，以及常规直流及其他电路的50us大步长仿真。所述两块PB5板卡通过实时数字仿真器的背板通讯，并用光纤连接。
[0013]所述实时数字仿真器中的PB5板卡通过光纤与1板卡相连，用于实现模拟量和数字量信号的输入输出；PB5板卡通过光纤与模块化多电平换流器MMC仿真装置连接，用于MMC模型仿真；MMC仿真装置通过光纤与MMC阀控装置连接，用于实现MMC的子模块投切控制；MMC阀控装置通过光纤和电缆与MMC单元控保装置连接，用于实现柔性直流的控制目标;MMC单元控保装置通过电缆与1板卡连接，用于模拟量和数字量信号交互。
[0014]所述1板卡通过电缆与光电转换装置连接，光电转换装置将1板卡输出的电信号转成光信号，再通过光纤与常规直流的LCC阀控装置连接，用于实现12脉动换流器的触发控制；LCC阀控装置通过光纤和电缆与LCC单元控保装置连接，用于实现常规直流的控制目标；LCC单元控保装置通过电缆与1板卡连接，用于模拟量和数字量信号交互；
[0015]所述MMC单元控保装置与LCC单元控保装置通过光纤和电缆与混合直流系统协调控制装置连接，用于实现送端常规直流与受端柔性直流的混合直流系统的协调控制。
[0016]本发明同时提供该混合直流闭环试验系统的实现方法，包括如下步骤:
[0017]步骤1，在实时仿真工作站中建立送端为常规直流、受端为柔性直流的混合直流系统实时仿真模型；
[0018]步骤2，通过网线将实时仿真工作站与实时数字仿真器的PB5处理板卡连接，用于计算混合直流系统的电气网络；
[0019]步骤3，通过光纤将实时数字仿真器的PB5处理板卡与MMC仿真装置连接。实时数字仿真器PB5处理板卡将阀组子模块个数、桥臂电抗值、子模块电容值等阀组参数传给MMC仿真装置，MMC仿真装置将子模块运行状态、桥臂总电压、子模块电容电压等阀组状态返回至实时数字仿真器PB5处理板卡；
[0020]步骤4，MMC仿真装置通过光纤与MMC阀控装置连接，用于实现MMC的子模块投切控制；MMC仿真装置将子模块电容电压、桥臂电流通过国际通用的AURORA协议送给MMC阀控装置，MMC阀控装置将子模块触发脉冲通过AURORA协议送给MMC仿真装置；
[0021]步骤5，实时数字仿真器中的PB5处理板卡通过光纤与1板卡相连，用于实现模拟量和数字量信号的输入输出；MMC阀控装置通过光纤和电缆与MMC单元控保装置连接，用于实现柔性直流的控制目标;MMC单元控保装置通过电缆与1板卡连接，用于模拟量和数字量信号交互；
[0022]步骤6，1板卡通过电缆与光电转换装置连接，光电转换装置将1板卡输出的电信号转成光信号，再通过光纤与常规直流的LCC阀控装置连接，用于实现12脉动换流器的触发控制；LCC阀控装置通过光纤和电缆与LCC单元控保装置连接，用于实现常规直流的控制目标；LCC单元控保装置通过电缆与1板卡连接，用于模拟量和数字量信号交互；
[0023]步骤7，所述MMC单元控保装置与LCC单元控保装置通过光纤和电缆与混合直流系统协调控制装置连接，用于实现送端常规直流与受端柔性直流的混合直流系统的协调控制。
[0024]本发明提供的受端为柔性直流的混合直流闭环试验系统及实现方法，所建立的闭环试验系统可用于受端为柔性直流的混合直流系统控制保护特性研宄及其装置的闭环测试，操作简单，方便实用。
【附图说明】
[0025]利用附图对本发明作进一步的说明。
[0026]图1是本发明一种受端为柔性直流的混合直流闭环试验系统的示意图；
[0027]图2是本发明中一种受端为柔性直流的混合直流系统结构图；
[0028]图3是常规直流12脉动换流器的拓扑结构图；
[0029]图4是柔性直流MMC换流器的拓扑结构图；
[0030]图5是MMC换流器中子模块的拓扑结构图；
[0031]在图1至图5中，包括:
[0032]实时数字仿真器(I)、实时仿真工作站(2)、PB5板卡(3)、MMC仿真装置(4)、MMC阀控装置(5)、MMC单元控保装置(6)、1板卡(7)、光电转换装置⑶、LCC阀控装置(9)、LCC单元控保装置(10)、混合直流系统协调控制装置(11);
[0033]交流系统(12)、交流滤波器(13)、交流母线(14)、交流主断路器(15)、
[0034]常规直流单元(16)、三相三绕组换流变压器(161)、12脉动换流单元(162)、电抗器(163)、大步长接口线路(17)、小步长接口线路(18)；
[0035]柔性直流单元(19)、模块化多电平换流器(191)、旁路开关(192)、启动电阻(193)、三相双绕组联接变压器(194)；
[0036]6脉动换流器(20)、晶闸管(21)、接地刀闸(22);
[0037]模块化多电平换流器桥臂(23)、桥臂电抗器(24)、子模块(25);
[0038]IGBT 管(26)、反并二极管(27)、电容器(28)。
【具体实施方式】
[0039]结合以下实施例对本发明作进一步描述。
[0040]实施例；
[0041]本发明提一种受端为柔性直流的混合直流闭环试验系统如图1所示，包括有实时数字仿真器(I)、实时仿真工作站(2)、PB5板卡(3) ,MMC仿真装置(4) ,MMC阀控装置(5)、MMC单