一种联合rtds和rt-lab的mmc仿真系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力系统实时仿真技术领域，特别是涉及一种联合RTDS和RT-LAB的MMC仿真系统。
【背景技术】
[0002]模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)具有交流输出电压谐波畸变率低，模块化结构易于封装，开关器件承受的电气应力小，开关损耗低等优点。自2002年提出后，经过十余年的发展，已为业界广泛承认。为实现高电压输电特性，MMC每个桥臂通常都串联有几百个子模块，每个子模块内包含有多个电力电子器件(IGBT和二极管)。对于计算机仿真而言，大量电力电子器件的引入将大大降低计算的速度，同时也降低了科学研宄的效率。
[0003]为此，由加拿大曼尼托巴RTDS公司开发制造的RTDS电力系统实时仿真系统能够有效实现MMC的实时仿真模拟，能够满足基本的演示和研宄要求。但是，RTDS提供的控制程序是基于FPGA开发，对研发人员完全封闭，无法满足MMC在多种运行工况及子模块拓扑结构改变情况下的自适应应用，阻碍了研宄人员对MMC类柔性直流输电的进一步研宄和试验。
[0004]此外，加拿大Opal-RT技术公司开发的RT-LAB电力系统实时仿真系统在MMC柔性直流输电中也表现出了突出的性能。RT-LAB基于Ma11 ab中专业的电力建模工具SimPowerSystems,结合PC多核分布式并行运算技术和FPGA高速数字信号处理技术，是业界唯一具备将SimPowerSystems电力模型建成实时系统能力的仿真系统。Opal-RT针对MMC柔性直流项目的需要，开发了基于FPGA的高精度纳秒级仿真器，最小步长可达250ns。RT-LAB公司所提供的相关仿真模型对研发人员开放，能极大方便研宄人员对相关工作的开展。
[0005]但是，无论是RTDS电力系统实时仿真系统，还是RT-LAB电力系统实时仿真系统，它们都没法同时适用于不同MMC拓扑结构的控制器设计、不同系统场景下控制器的改进设计和参数整定，阻碍了研宄人员对MMC相关工作的展开。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明提供了一种联合RTDS和RT-LAB的MMC仿真系统，以适用于不同MMC拓扑结构的控制器设计、不同系统场景下控制器的改进设计和参数整定，进而有利于研宄人员对MMC相关工作的展开。
[0007]为解决上述技术问题，本发明提供一种联合RTDS和RT-LAB的MMC仿真系统，包括:
[0008]RTDS仿真器，用于模拟MMC主电路；
[0009]RT-LAB仿真器，用于模拟MMC系统级控制器、站级控制器和阀级控制器；
[0010]所述RTDS仿真器包括MMC阀仿真器和除所述MMC阀以外的交直流仿真器；所述RT-LAB仿真器包括站级控制器仿真器、阀级控制器仿真器和系统级控制器仿真器；
[0011]其中，
[0012]所述MMC阀仿真器接收所述除MMC阀以外的交直流仿真器输出的阀组参数、所述阀级控制器仿真器传输的子模块触发脉冲，并向所述除MMC阀以外的交直流仿真器输出阀组状态信号、向所述阀级控制器仿真器传输子模块电容电压、桥臂电流和子模块故障信号;
[0013]所述除MMC阀以外的交直流仿真器接收所述MMC阀仿真器传输的阀组状态信号，并向所述MMC阀仿真器输出阀组参数、向所述站级控制器仿真器输出交/直流电压信号和交/直流电流信号；
[0014]所述站级控制器仿真器接收所述除MMC阀以外的交直流仿真器输出的交/直流电压信号和交/直流电流信号、所述阀级控制器仿真器输出的子模块状态信号、所述系统级控制器仿真器传输的功率电压指令，并向所述阀级控制器仿真器输出交流电压调制信号、向所述系统级控制器仿真器输出换流站状态信号；
[0015]所述阀级控制器仿真器接收所述站级控制器仿真器输出的交流电压调制信号、所述MMC阀仿真器传输的子模块电容电压、桥臂电流和子模块故障信号，并向所述站级控制器仿真器输出子模块状态信号、向所述MMC阀仿真器传输子模块触发脉冲；
[0016]所述系统级控制器仿真器接收所述站级控制器仿真器传输的换流站状态信号，并向其传输功率电压指令。
[0017]上述仿真系统，可选的，还包括:
[0018]设置于所述除MMC阀以外的交直流仿真器和所述站级控制器仿真器之间的数模转换接口。
[0019]上述仿真系统，可选的，
[0020]所述MMC阀仿真器为RTDS FPGA处理器；
[0021]所述除MMC阀以外的交直流仿真器为RTDS PB5处理器；
[0022]所述站级控制器仿真器为RT-LAB 0P5600处理器；
[0023]所述阀级控制器仿真器为RT-LAB 0P7020处理器；
[0024]所述系统级控制器仿真器为MMC监控器。
[0025]上述仿真系统，可选的，所述MMC阀仿真器为三相六桥臂结构的仿真器，其中，每个桥臂均由至少一个半桥子模块和一个电抗器串联形成。
[0026]上述仿真系统，可选的，所述MMC阀仿真器与所述阀级控制器仿真器之间通过AURORA协议进行数据通信。
[0027]上述仿真系统，可选的，所述站级控制器仿真器和所述系统级控制器仿真器之间通过TCP/IP协议进行数据通信。
[0028]上述仿真系统，可选的，所述MMC阀仿真器与所述阀级控制器仿真器之间利用光纤进行数据通信。
[0029]上述仿真系统，可选的，所述站级控制器仿真器和所述系统级控制器仿真器之间利用网线进行数据通信。
[0030]以上本发明提供的联合RTDS和RT-LAB的MMC仿真系统中，利用RTDS仿真器模拟丽C主电路；其中，RTDS仿真器包括MMC阀仿真器和除MMC阀以外的交直流仿真器；利用RT-LAB仿真器模拟MMC系统级控制器、站级控制器和阀级控制器；其中，RT-LAB仿真器包括站级控制器仿真器、阀级控制器仿真器和系统级控制器仿真器；实际应用中，通过上述各仿真器之间进行常规的数据交互完成对MMC的仿真。以上技术方案有效联合了 RTDS和RT-LAB仿真系统，能够适用于不同MMC拓扑结构的控制器设计、不同系统场景下控制器的改进设计和参数整定，进而有利于研宄人员对MMC相关工作的展开。
【附图说明】
[0031]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0032]图1为本发明实施例提供的一种联合RTDS和RT-LAB的MMC仿真系统的结构框图示意图；
[0033]图2为本发明实施例基于图1的另一种联合RTDS和RT-LAB的MMC仿真系统的结构框图示意图；
[0034]图3为本发明实施例提供的一种MMC阀仿真器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0035]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036]本发明的核心是提供一种联合RTDS和RT-LAB的MMC仿真系统，以适用于不同MMC拓扑结构的控制器设计、不同系统场景下控制器的改进设计和参数整定，进而有利于研宄人员对MMC相关工作的展开。
[0037]为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明。
[0038]参考图1，示出了本发明实施例提供的一种联合RTDS和RT-LAB的MMC仿真系统的结构框图示意图，该MMC仿真系统具体可以包括如下内容:
[0039]RTDS仿真器，用于模拟MMC主电路；
[0040]RT-LAB仿真器，用于模拟MMC系统级控制器、站级控制器和阀级控制器；
[0041]RTDS仿真器包括MMC阀仿真器I和除MMC阀以外的交直流仿真器2 ；RT-LAB仿真器包括站级控制器仿真器3、阀级控制器仿真器4和系统级控制器仿真器5 ;
[0042]其中，在实际应用中，各仿真模块进行如下数据交互，以完成对MMC的仿真:
[0043]MMC阀仿真器I接收除MMC阀以外的交直流仿真器2输出的阀组参数、阀级控制器仿真器4传输的子模块触发脉冲，并向除MMC阀以外的交直流仿真器2输出阀组状态信号、向阀级控制器仿真器4传输子模块电容电压、桥臂电流和子模块故障信号；
[0044]具体地，子模块触发脉冲为直接控制子模块内电力电子器件开断的信号；
[0045]具体地，阀组参数用来对MMC阀仿真器I的仿真运算提供每个步长的对应的参数，系统经除MMC阀以外的交直流仿真器2的仿真计算获得阀组参数，MMC阀仿真器I根据接收到的阀组参数计算得到内部各状态量，并将部分状态信号(即阀组状态信号)输出至除MMC阀以外的交直流仿真器2，其中，阀组状态信号包括每个阀组真实仿真情况下的运行状
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[0046]除MMC阀以外的交直流仿真器2接收MMC阀仿真器I传输的阀组状态信号，并向MMC阀仿真器I输出阀组参数、向站级控制器仿真器3输出交/直流电压信号和交/直流电流?目号;
[0047]站级控制器